JPH11145343A - 樹脂封止型半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

樹脂封止型半導体装置及びその製造方法

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JPH11145343A
JPH11145343A JP9306748A JP30674897A JPH11145343A JP H11145343 A JPH11145343 A JP H11145343A JP 9306748 A JP9306748 A JP 9306748A JP 30674897 A JP30674897 A JP 30674897A JP H11145343 A JPH11145343 A JP H11145343A
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resin
substrate
semiconductor device
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semiconductor element
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JP9306748A
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Kazuhiro Suzuki
和弘 鈴木
Hiroshi Suzuki
洋 鈴木
Toshio Ogawa
敏夫 小川
Masaaki Takahashi
正昭 高橋
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    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
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    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1305Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
    • HELECTRICITY
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    • H01L2924/15Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181Encapsulation

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  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 信頼性を確保しつつ、易解体性及び組立時間
短縮を同時に実現する樹脂封止型半導体装置を提供す
る。 【解決手段】 樹脂封止型半導体装置の金属基板6と外
囲ケース7の取付けを、半田溶融温度域で十分に軟化す
る熱可塑性樹脂11を用いたシール並びにネジ13等の
機械的固定手段を併用して行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、パッケージケース
を用いた樹脂封止型半導体装置及びその製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来の一般的な樹脂封止型半導体装置の
構成を、図2に示す樹脂封止型パワーモジュール装置の
組立工程図を用いて説明する。図2(a)において、I
GBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)あるい
はダイオード等の半導体素子1は、セラミックス絶縁基
板3の上に半田接合されている。セラミックス絶縁基板
3に設けられた導電性パターンと半導体素子1とは、金
属ワイヤ2で電気的に接続されている。半導体素子1を
搭載するセラミックス基板3は良熱伝導性の金属基板6
に半田接合されている。セラミックス絶縁基板3上の導
電性パターンからは、半田付け固定された外部取り出し
電極端子4が立ち上がっている。外部取り出し電極端子
4は、蓋状ケース5に固定されている。
【0003】図2(b)、(c)は、図2(a)に示し
た工程の次工程として、金属基板6に外囲ケース7を接
着固定してパッケージケースを構成する工程を説明する
図である。図2(b)に示すように外囲ケース7の所定
の箇所に接着剤8を塗布してから、図2(c)に示すよ
うに金属基板6上に載置し、それから加熱して接着剤8
を硬化させる。接着剤8には通常シリコーン系熱硬化性
樹脂が用いられている。
【0004】この後、図2(d)の樹脂封止工程を経て
パワーモジュール装置が完成する。図2(c)のように
金属基板6と外囲ケース7によって構成されたパッケー
ジ内部に、まずシリコーンゲル9が充填され、さらにこ
の上にエポキシ系硬質樹脂10が充填される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このように構成された
半導体装置は、比較的簡便な工程で組み立てられる上、
各種信頼性を満たすものである。しかし、組立不良品あ
るいは使用済後の完成品から各種部品(特に金属基板)
を回収するに際し、分解に手間がかかるという欠点を有
している。近年、各種使用済後部品のリサイクルの観点
から、完成品が易解体性を具備することが強く要望され
るようになっており、樹脂封止型半導体装置においても
対応技術が必要となっている。
【0006】一方、上記従来工程では、接着剤加熱硬化
が必要となるため、外囲ケースの接着工程に時間がかか
り、半導体装置組立の高スループット化(組立時間短
縮)を図る上で障害となっている。なお、後者の観点か
ら、金属基板とケースの接着において、ケースに予め嵌
め込んだ熱可塑性樹脂をリフロー処理で溶融させること
により、金属基板とケースを接着する技術が開示されて
いる(特開平6−29416号公報)。
【0007】本発明は、このような樹脂封止型半導体装
置の現状に鑑みてなされたもので、従来品と同様の信頼
性を確保した上で、易解体性及び組立時間の大幅な短縮
を可能とする、樹脂封止型半導体装置並びにその製造方
法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明においては、金属
基板等の良熱伝導性の基板と半導体素子を搭載した絶縁
体との接合及び前記基板と外囲ケースとの接合を、解体
時に一度の加熱で同時に分離できるようにして行うこと
で前記目的を達成する。すなわち、本発明は、良熱伝導
性の基板と、基板に第1の接合材で接合された絶縁体
と、絶縁体上に搭載された半導体素子と、基板に接合さ
れた外囲ケースとを備え、基板と外囲ケースとにより半
導体素子を収納するパッケージケースを構成し、半導体
素子を樹脂で封止した樹脂封止型半導体装置において、
基板と外囲ケースとの接合は、第1の接合材の融点にお
いて軟化もしくは溶融している第2の接合材によって行
われていることを特徴とする。
【0009】また、本発明は、良熱伝導性の基板と、基
板に第1の接合材で接合された絶縁体と、絶縁体上に搭
載された半導体素子と、基板に接合された外囲ケースと
を備え、基板と外囲ケースとにより半導体素子を収納す
るパッケージケースを構成し、半導体素子を樹脂で封止
した樹脂封止型半導体装置において、基板と外囲ケース
との接合は、第1の接合材の融点において軟化もしくは
溶融している第2の接合材と、機械的固定手段とによっ
て行われていることを特徴とする。
【0010】また、本発明は、良熱伝導性の基板上に絶
縁体が第1の接合材で接合され、絶縁体上に半導体素子
が搭載され、基板と外囲ケースとにより半導体素子を収
納するパッケージケースが構成され、半導体素子が樹脂
で封止されている樹脂封止型半導体装置の製造方法にお
いて、外囲ケースと基板との取付けを、第1の接合材の
融点において軟化もしくは溶融している第2の接合材に
よって行うことを特徴とする。
【0011】また、本発明は、良熱伝導性の基板上に絶
縁体が第1の接合材で接合され、絶縁体上に半導体素子
が搭載され、基板と外囲ケースとにより半導体素子を収
納するパッケージケースが構成され、半導体素子が樹脂
で封止されている樹脂封止型半導体装置の製造方法にお
いて、外囲ケースと基板との取付けを、第1の接合材の
融点において軟化もしくは溶融している第2の接合材を
塗布してから両者を組み合わせ、その後機械的固定手段
で両者を固定することによって行うことを特徴とする。
【0012】良熱伝導性の基板は、銅やモリブデン等の
金属基板、あるいはAlSiC等の金属−セラミックス
複合基板とすることができる。半導体素子には、外囲ケ
ースあるいは蓋状ケースに設けた外部接続端子が電気的
に接続される。第2の接合材は、基板と外囲ケースの間
からパッケージ内に水分が侵入するのを防止するシール
材としても機能する。第1の接合材は半田とし、第2の
接合材は熱可塑性樹脂とすることができる。第1の接合
材が半田である場合、第2の接合材としては、その半田
の融点(通常は、180℃から240℃の間の温度)に
おいて軟化もしくは溶融している熱可塑性樹脂を選択す
ればよい。
【0013】現状の半導体装置に関していうと、装置完
成後の易解体性を実現するためには、半導体装置の各種
部品の半田接合に通常使用されている錫、鉛系半田の融
点温度域である180℃から240℃の温度域で第2の
接合材が十分に軟化し、外囲ケースと良熱伝導性の基板
が容易に分離できることが必要である。第2の接合材と
しては、この条件を満たす各種熱可塑性樹脂が使用可能
である。中でも、圧縮状態で適度な弾性を有する熱可塑
性エラストマがより望ましい。これには、例えば、ポリ
酢酸ビニル系樹脂、ポリイソプレン系樹脂、ブチルゴム
系樹脂、ポリイソブチレン系樹脂、及びスチレン−ブタ
ジエン系樹脂やスチレン−イソプレン系樹脂を含む各種
スチレン含有樹脂など各種材料があり、さらにこれら材
料の共重合体を用いても構わない。なお、本明細書にお
いては、熱可塑性エラストマを含む、温度の上昇により
繰り返し軟化(あるいは溶融)状態となる樹脂を総称し
て熱可塑性樹脂という。良熱導電性の基板と外囲ケース
のシールは、例えば、これら部品の所定の箇所にホット
メルト樹脂塗布器具を用いて上記樹脂を塗布した後、両
者を組み合わせることで行うことが可能である。
【0014】熱可塑性樹脂等の第2の接合材の接着性
が、従来ケース接着に用いられているシリコーン系等の
熱硬化性樹脂に比べて乏しい場合には、基板と外囲ケー
スの固着に機械的固定手段を併用することができる。基
板と外囲ケースの機械的固定手段としては、リベット様
の部品を打ち込むことで固定する方法、外囲ケース側に
設けた金属部品を金属基板にかしめて固定する方法等も
利用可能であるが、易解体性の点からはネジ止め固定が
望ましい。
【0015】本発明によると、樹脂封止型半導体装置に
要求される各種信頼性を保持しつつ、装置完成後の易解
体性の要求を満たし、かつ装置組立時間の短縮を図るこ
とができる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。以下の図において、同じ機
能部分に同一の符号を付し、各図での詳細な説明を省略
する。 〔実施の形態1〕本発明による半導体装置の組立工程の
一例を図3に示す。
【0017】図3(a)は、セラミックス絶縁基板3へ
の半導体素子1の搭載、金属ワイヤ2による配線、及半
田によるび外部取り出し電極端子4の取付けを完了した
段階を示し、図2(a)と同様の状態である。ただし、
図3(a)では、金属基板6にネジ取付け穴12が設け
られている。次いで、図3(b)に示すように、外囲ケ
ース7の金属基板6と組み合う部分に、熱可塑性シール
剤11としてポリ酢酸ビニル系樹脂とブチルゴム系樹脂
との共重合樹脂を、ホットメルト樹脂塗布器具を用いて
塗布し、図3(c)に示すように、この外囲ケースを金
属基板6上に載置した。次に、図3(d)に示すよう
に、金属基板6と外囲ケース7をネジ13で固定した。
それから、図3(e)に示すように、パッケージ内部
に、シリコーンゲル9及びエポキシ系硬質樹脂10を順
次充填し、樹脂封止型半導体装置を組み立てた。
【0018】本発明によるケース取付け工程では、従来
のケース接着工程に必要とされる接着剤の加熱硬化過程
がないため、従来例では少なくとも2時間を要している
ケース取付け(接着)が本発明ではその20分の1以下
の5分で完了した。さらに、上記工程で組み立てた半導
体装置について、温度サイクル試験(―40℃〜+12
5℃/1000回)及び高温高湿試験(85℃/85%
RH/1000時間)を実施したところ、特性劣化が見
られずに従来品と同等の特性を示し、所用の信頼性を保
持していることが分かった。
【0019】なお、本発明による金属基板と外囲ケース
の取付けは、シリコーンゲルとエポキシ系硬質樹脂によ
る2段階樹脂封止構造のみならず、図1に示す各種樹脂
封止構造に適用可能である。図1(a)は、本実施の形
態で説明したシリコーンゲルとエポキシ系硬質樹脂によ
る2段階樹脂封止構造である。図1(b)はシリコーン
ゲルのみによる封止構造、図1(c)はエポキシ系硬質
樹脂のみによる封止構造である。
【0020】図4により、図1(b)に示したシリコー
ンゲルのみによる封止構造の場合の組立工程について説
明する。ここでは、外囲ケースとして外部取り出し電極
端子4を樹脂で一体にモールドした端子インサートケー
ス15を用いる。まず、図4(a)に示すように、端子
インサートケース15の金属基板6と組み合う部分に熱
可塑性樹脂11を塗布してから、図4(b)に示すよう
に、金属基板6上に載置し、ネジ13で両者を固定す
る。それから、外部取り出し電極端子4と半導体素子搭
載基板3とを金属ワイヤ2で電気的に接続する。次い
で、図4(c)に示すように、パッケージ内部にシリコ
ーンゲル9を充填する。最後に、図4(d)に示すよう
に、蓋状ケース5を接着あるいは嵌め込むことでセット
し、組立を完了する。
【0021】次に、図5により、図1(c)に示したエ
ポキシ系硬質樹脂のみによる封止構造の場合の組立工程
について簡単に説明する。この封止構造は、封止樹脂が
異なる以外は、基本的に図1(b)の封止構造と同様の
構造である。図5(a)に示すように、端子インサート
ケース15の金属基板6と組み合う部分に熱可塑性樹脂
11を塗布してから、図5(b)に示すように、金属基
板6上に載置し、ネジ13で両者を固定する。その後、
外部取り出し電極端子4と半導体素子搭載基板3とを金
属ワイヤ2で電気的に接続する。次いで、図4(c)に
示すように、パッケージ内部にエポキシ系硬化樹脂10
を充填して組立を完了する。硬い樹脂で封止しているの
で、この場合には蓋は不要となる。 〔実施の形態2〕本発明による半導体装置完成品の分解
工程図を図6に示す。本図の半導体装置は図3で説明し
た工程によって組み立てたものである。
【0022】まず、図6(a)に示すように、金属基板
6と外囲ケース7を固定するネジ13を取り外す。次い
で、図6(b)に示すように、半導体装置をホットプレ
ートに載せて、この半導体装置組立に用いた半田の融点
温度以上の温度に加熱し、半田を溶融させる。そして、
図6(c)に示すように、この直後に、金属基板6と外
囲ケース7とを引き離す外力を、これら部品の一方ある
いは双方に加えることにより、容易に金属基板6を分離
し、回収することが可能となる。
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、樹脂封止型半導体装置
において、従来構造と同等の各種信頼性を保持しつつ、
易解体性具備による使用済後のリサイクル性向上、並び
に製品組立時間の大幅短縮による高スループット化を同
時に実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による樹脂封止型半導体装置の一例の模
式断面図。
【図2】樹脂封止型半導体装置の従来の組立工程図。
【図3】本発明による樹脂封止型半導体装置の一例の組
立工程図。
【図4】図1(b)に示した樹脂封止型半導体装置の組
立工程図。
【図5】図1(c)に示した樹脂封止型半導体装置の組
立工程図。
【図6】本発明による樹脂封止型半導体装置の分解工程
図。
【符号の説明】
1…半導体素子、2…金属ワイヤ、3…セラミックス絶
縁基板、4…外部取り出し電極端子、5…蓋状ケース、
6…金属基板、7…外囲ケース、8…シリコーン系接着
剤、9…シリコーンゲル、10…エポキシ系硬質樹脂、
11…熱可塑性シール剤、12…ネジ取付け穴、13…
ネジ、15…端子インサートケース
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 正昭 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

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 良熱伝導性の基板と、前記基板に第1の
    接合材で接合された絶縁体と、前記絶縁体上に搭載され
    た半導体素子と、前記基板に接合された外囲ケースとを
    備え、前記基板と前記外囲ケースとにより前記半導体素
    子を収納するパッケージケースを構成し、前記半導体素
    子を樹脂で封止した樹脂封止型半導体装置において、 前記基板と前記外囲ケースとの接合は、前記第1の接合
    材の融点において軟化もしくは溶融している第2の接合
    材によって行われていることを特徴とする樹脂封止型半
    導体装置。
  2. 【請求項2】 良熱伝導性の基板と、前記基板に第1の
    接合材で接合された絶縁体と、前記絶縁体上に搭載され
    た半導体素子と、前記基板に接合された外囲ケースとを
    備え、前記基板と前記外囲ケースとにより前記半導体素
    子を収納するパッケージケースを構成し、前記半導体素
    子を樹脂で封止した樹脂封止型半導体装置において、 前記基板と前記外囲ケースとの接合は、前記第1の接合
    材の融点において軟化もしくは溶融している第2の接合
    材と、機械的固定手段とによって行われていることを特
    徴とする樹脂封止型半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記第1の接合材は半田であり、前記第
    2の接合材は熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求
    項1又は2記載の樹脂封止型半導体装置。
  4. 【請求項4】 良熱伝導性の基板上に絶縁体が第1の接
    合材で接合され、前記絶縁体上に半導体素子が搭載さ
    れ、前記基板と外囲ケースとにより前記半導体素子を収
    納するパッケージケースが構成され、前記半導体素子が
    樹脂で封止されている樹脂封止型半導体装置の製造方法
    において、 前記外囲ケースと前記基板との取付けを、前記第1の接
    合材の融点において軟化もしくは溶融している第2の接
    合材によって行うことを特徴とする樹脂封止型半導体装
    置の製造方法。
  5. 【請求項5】 良熱伝導性の基板上に絶縁体が第1の接
    合材で接合され、前記絶縁体上に半導体素子が搭載さ
    れ、前記基板と外囲ケースとにより前記半導体素子を収
    納するパッケージケースが構成され、前記半導体素子が
    樹脂で封止されている樹脂封止型半導体装置の製造方法
    において、 前記外囲ケースと前記基板との取付けを、前記第1の接
    合材の融点において軟化もしくは溶融している第2の接
    合材を塗布してから両者を組み合わせ、その後機械的固
    定手段で両者を固定することによって行うことを特徴と
    する樹脂封止型半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記第1の接合材は半田であり、前記第
    2の接合材は熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求
    項4又は5記載の樹脂封止型半導体装置の製造方法。
JP9306748A 1997-11-10 1997-11-10 樹脂封止型半導体装置及びその製造方法 Pending JPH11145343A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018046103A (ja) * 2016-09-13 2018-03-22 三菱電機株式会社 半導体装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2018046103A (ja) * 2016-09-13 2018-03-22 三菱電機株式会社 半導体装置

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