JPS6362239A - プラスチックカプセル封じ半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、プラスチックカプセル封じされ、電気的に絶
縁された半導体デバイスの製造方法に関するものである
。

或るタイプのプラスチックカプセル封じ半導体デバイス
、特に或るタイプの電力用半導体デバイスでは、金属支
持体く以下金属板という）の平らな部分にはんだ付され
た１つまたはそれ以上の半導体チップが存するが、前記
の金属板は、デバイスの電極（または端子）として働く
以外に、デバイスが取付けられる外部ヒートシンクに向
けての熱伝達手段としての役もする。この外部ヒートシ
ンクに十分な熱伝達と良好な電気絶縁の両方を与える必
要性を考えると、前記の平らな部分は、カプセル封じの
間、ヒートシンクに重ねられるべきその表面は薄い均一
なプラスチック層で被覆される必要がある。したがって
、金属板は、カプセル封じを得るために用いられる型内
において、プラスチックの射出およびその硬化の間正し
い位置にセットされねばならない。

従来の技術では、型内における金属板の正しい位置は型
内の位置決め体（ｌｏｃａｔｅｒ）によって保証され、
この位置決め体は、一方は型のキャピテイより延在する
金属リードに対するものでありまた他方は、やはり型の
キャビティより延在するがカプセル封じ後は切取られる
金属板の適当な延長部に対するものである。この方法は
、延長部が切取られた個所（「ホットホーン」（ｈｏｔ
　ｈｏｒｎ）　Ｊとも呼ばれる）においてデバイスの絶
縁が損われるという欠点がある。

この欠点は欧州特許第６６１８８８号によって或る程度
は除かれる。すなわちこの欧州特許では、ホットホーン
の位置が余り近づけない点にあるようなプラスチックハ
ウジングの形を与え、これによって、短絡の可能性を、
完全に除いたわけではないが、減少するようにしている
。

別の公知の解決法では、金属板の一端は型より延在して
いる金属板リードによって型で固定され、一方他端は型
自体に設けた位置決めのピンによって固定される。カプ
セル封じ工程が完了すると、工程中前記のピンと接して
いた金属板部分は被覆されないままでおり、後で追加の
液状熱硬化樹脂によって被覆せねばならない。けれども
この解決法は、液状シーリングプラスチックの分配のた
めコストが高くつき、また、外部放熱器に重ねられるべ
き表面上の液状シーリングプラスチックがオーバーフロ
ーして表面自体の平坦さを損うおそれがあるので、自動
工程による分配および正確な計量の決定が難しいという
欠点がある。

本発明は、半導体チップと、電極およびヒートシンクと
しての役をし、前記の半導体チップとはんだ付される第
１表面を有する金属板と、この金属板の第２表面上に薄
くて均一なプラスチック層をつくるプラスチックカプセ
ル封じハウジングと、前記の金属板と連結されたリード
とを有し、カプセル封じの間、カプセル封じ型内の金属
板の正確な位置決めを、少なくとも一対の位置決めピン
と、型内にある、前記のリードに対する位置決め体とに
よって行うようにしたプラスチックカプセル封じ半導体
デバイスの製造方法において、位置決めピンの端は、カ
プセル封じの最初の段階においては、金属板の面と直接
かまたは絶縁肉厚部（ｔｈ　１ｃｋｎｅｓｓ　ｉＢ）を
介して間接に接するが、カプセル封じの最終段階におい
ては金属板に対して離すようにしたことを特徴とするも
のである。

本発明の一実施態様では、引込可能な位置決めピンの端
を、カプセル封じの間は、プラスチックが型を満たす迄
は金属板と接して保ち、一方熱硬化反応の開始前には引
込め、同時に前に前記のピンで占められていた空間が満
たされない限りはカプセル封じプラスチックの射出を続
けるようにする。

本発明の別の実施態様では、カプセル封じが始まる前に
１つまたはそれ以上の熱可塑性のくぎを金属板に設けた
１つまたはそれ以上の孔に挿入し、次いでこのくぎの端
を、くぎ自身が金属板に固定されまたこの端に或る形状
と所定の寸法を与えるように、リベット締めし、カプセ
ル封じの間、型内の金属板の正確な位置を、リードに対
する型の位置決め体と、前記のくぎの端に対する、型に
固定された一対のピンとの両方によって確保するように
する。

以下に本発明を添付の図面を参照して実施例で更に詳し
く説明するが、本発明はこれ等の実施例に限定されるも
のではない。

第１図は公知のプラスチックカプセル封じパワートラン
ジスタの斜視図である。金属頭または“ホット・ホーン
″１と２は、半導体チップと共にプラスチック内にカプ
セル封じされた金属板に所属し、この金属板に接合され
たり−ド４およびトランジスタ　（このトランジスタは
、プラスチックハウジング３の絶縁された孔７を貫通す
るリベットまたはねじを経てヒートシンクに固定されね
ばならない）のリード５と６と同様にプラスチックハウ
ジング３で被覆されてない。前記の金属頭ｌと２にかか
る電圧は、可なり高くてもよいトランジスタコレクタと
同じである。

第２図は別の従来技術のプラスチックカプセル封じ半導
体デバイスの断面図、特に、射出時に使用される熱硬化
性プラスチック２３で完全にカプセル封じされていない
半導体チップ２２が上に取付けられた金属板２１の断面
図を示す、実際には、型への射出時熱硬化性プラスチッ
クはプラスチックハウジングのキャビティ２５および２
６を満たさず、金属板の両面の対応した面を被覆しない
。これ等のキャビティは、トランスファー成形の型内の
金属板の支持ピンによってできるもので、続いて液状熱
硬化性プラスチックで満たされる。２４はリードの１つ
を示し、また２７はデバイスをヒートシンクに固定する
ための絶縁された孔である。

第３図は本発明の第１実施例で用いられるリードフレー
ムの一部の平面図である。半導体チップ３３は、金属板
の１つの上に取付けられ、ワイヤ３４゜３５によってリ
ード３６．３７に夫々連結され、また金属板自体を経て
中央リード３８と連結されるが、この場合この中央リー
ドは金属板と接合されている。

関係のリードを有するすべての金属板は、プラスチック
ハウジング内にカプセル封じされる前はストリップ３９
で支持されている。更に前記の金属板は、据付は時に、
形成されたデバイスを外部のヒートシンクに固定させる
孔（金属板３１の孔３２）を有する。第３図に示したフ
レームを用いて得られたプラスチックカプセル封じ半導
体デバイスが第４図と第５図に示されている。

第４図は、同じ熱硬化性プラスチック４０より或るハウ
ジング内に完全にカプセル封じされた、半導体チップが
上に取付けられた金属板３１を示す。

この結果最も厳しい国際規則に従って絶縁され、従来技
術の欠点や制限を呈しない。

第６Ａ、　６１よび６Ｃ図はデバイスのカプセル封じ装
置の一部の線図的断面図で、これ等の図面を参照して本
発明の第１実施例による製造工程を説明する。

第６Ａ図は、プラスチックカプセル封じの前および最初
の段階中の、リードをそなえ且つ型のキャビティ内に置
かれた金属板を示す。第６Ｂ図は、完全にカプセル封じ
されたプラスチックハウジングを有するカプセル封じの
最終段階時の金属板を示す。第６Ｃ図はトランスファー
成形型のキャビティよりの排出の時デバイスを示す。

第６Ａ図において、金属板３１は、この金属板にしっか
りと連結されたリード３８を有し、その上には、ワイヤ
によってリードと連結された半導体が前辺て組立てられ
、トランスファー成形型のキャビティ内に置かれる。こ
の金属板の一方の側は、型の下部４１と上部４２の間で
占めされたリード３８を通じてクランプされ、一方金属
板の反対側は、引込可能な整列された突出ピンの下方対
４３と上方対４４を通じて抑えられる。

このように、金属板は型のキャビティ内で正しい心合せ
された位置を有する。プラスチックは、熱硬化性で絶縁
性タイプのものである。第６Ａ図に示すように、完全に
閉じられたプラスチックハウジングは４つの引込可能な
突出ピンの最初の段階の間には形成されない。突出ピン
４３．４４は、プラスチックハウジングの熱硬化反応の
開始時に引込められ、同時にプラスチックが溝４７を通
って加圧下でキャビティ内に連続的に射出され、熱硬化
工程がプラスチックの完全な厚さ迄続けられる。

したがって、（第６Ｂ図参照）、唯１つのプラスチック
で、金属板３１を電気的に絶縁する完全に閉じたプラス
チックハウジングを得ることができる。

本発明の製造方法は、プラスチックハウジングを型のキ
ャビティから排出することをもって終了する。この目的
で、型の下部４１と上部４２が動かされ、その直後ハウ
ジングは前記の突出ピン４３．４４および付加的な突出
ピン対４５．４６を用いて型のキャビティから離される
（第６Ｃ図参照）。

第７図は前述の方法を更に詳しく説明するものである。

この図面はトランスファー成形の所定の温度に対するカ
プセル封じプラスチック粘性と時間の関係を示す。この
第７図は、第６Ａ図と６Ｂ図に関して云えば、型のキャ
ビティの充填中（段階Ａ）は流れやすくするためにプラ
スチックの粘性が非常に低い。この段階Ａの間は、圧力
下での液状プラスチックの射出に基づく金属板の正しい
位置からの移動を防ぐために、金属板は突出ピン４３．
４４によってもクランプされる。型のキャビティが満た
され、金属板が重合を始めるプラスチック自体によって
も支持されるために動けなくなると、突出ピン４３．４
４の引込みが始まり（段階Ｂ）、続いて突出ピン４３．
４４で前に占められていたキャビティ部分の液状プラス
チックによる以後の充填が始まる。

第８図は、本発明の第２実施例に用いられるリードフレ
ームの一部の平面図を示す。この第８図では、孔８１を
除いて構成要素の機能は第３図におけると同様で、前記
の孔８１は、この実施例では、２つの熱硬化性プラスチ
ック絶縁くぎを通すようにされている。この実施例のカ
プセル封じ方法では、各金属板上への関係の半導体チッ
プのはんだ付は後およびチップの金属化部分と関係のリ
ードとの連結後（第３図の金属３１の例と同様）所定の
形と寸法の２つの熱硬化性くぎが（自動的に）保持孔８
１に挿入される。

第９図は、孔８１の軸と交差する切断面を有するくぎ（
符号９１で示す）の挿入後の金属板の断面図である。こ
のくぎ９１の挿入の直後に第１０図に示すようにくぎの
熱間リベット締めが始まる。この場合リベット締め型１
０２のリベット締めロール１０１は、くぎの塑性軟化温
度迄加熱され、このロールの端は、くぎの端に所定のリ
ベット締め形を与えるように形成されている。くぎがリ
ベット締めされた後、最終的なカプセル封じが第１１図
に示すトランスファー成形の型１１２内で行われる（第
１１図の向って右側はリード３８の軸を通る平面に平行
な面に沿った断面図で左側は２つの孔８１の一方の孔の
軸を通る平面に沿った断面図を示す）。この図面は、金
属板の一方の側は該金属板に連結されたリード３８によ
って型内の所定位置にクランプされ、これに対し他方の
側はくぎ端に対向するカプセル封じ型の一対の固定ピン
１１０と１１１によってクランプされていることを示す
。

第１２図は、型内の金属板の正しい位置決めのために用
いられた特別の方法にってリードが延長する側を除いて
すべての金属部分が絶縁された半導体デバイスを示す。

したがって、内部の金属板はくぎの頭とハウジングの回
りのプラスチックとによって完全に絶縁されているので
、金属板の孔８１に対応するキャビティ１２１．１２２
（およびハウジングの他方の側の対応するキャビティ）
は続いてプラスチックでシールされる必要がない。

以上説明した実施例は、本発明の要旨を逸脱しない範囲
において変更、訂正および他の同等の構成要との構成要
素の置換えが可能であることは云う迄もない。特に、本
発明の方法の実施例を金属板にはんだ付けされた唯１つ
の半導体チップに関して説明したが、それ以上のチップ
が同じ金属板上にある場合にも適用することができる。

ハウジングデバイスより延在するリードの数についても
同じことが当嵌る。

【図面の簡単な説明】

第１図は公知のプラスチックカプセル封じパワートラン
ジスタの斜視図、 第２図は別の公知のプラスチックカプセル封じ半導体デ
バイスの断面図、 第３図は本発明の第１実施に用いられるリードフレーム
の一部の平面図、 第４図は第３図のリードフレームによってつくられたプ
ラスチックカプセル封じ半導体デバイスの断面図、 第５図は第４図の半導体デバイスの斜視図、第６Ａ図は
プラスチックカプセル封じの最初の段階の前および最初
の段階中における型のキャビティ内の金属板を示す断面
図、 第６Ｂ図は最終段階にふける同様断面 第６Ｃ図は型よりの排出時における同様断面図、第７図
は第６Ａ図及び第６Ｂ図に示したプラスチックのカプセ
ル封じの熱硬化工程を説明するダイヤグラム 第８図は本発明の第２実施例に用いられるＩＪ　−ドフ
レームの一部の平面図、 第９図はくぎの挿入後でその端のリベット締め前の第８
図に示した金属板の断面図、 第１Ｏ図はくぎの端のリベット締め後の第９図に示した
金属板の断面図、 第１１図はカプセル封じに用いられる型内の金属板（第
１Ｏ図に示した）の位置を示す断面図、第１２図は第８
図から第１１図に示した実施例によるカプセル封じ後の
半導体デバイスの斜視図である。 １．２・・・金属頭 ３・・・プラスチックハウジング ４、５．６．２４．３６．３７．３８　・・・リード？
、　２７．３２．８１・・・孔　　　　２１．３１・・
・金属板２３、４０・・・熱硬化性プラスチック２５、
２６．１２１．１２２・・・キャビティ３４、３５・・
・ワイヤ　　　　３９・・・ストリップ４１・・・型下
部　　　　　　４２山型上部４３、４４．４５．４６・
・・ピン　　４７・・・溝旧・・・＜　キ１０１・・・
リベット締めロール１０２・・リベット締め型　１１０
．１１１・・・固定ビン１１２・・・トランスファー成
形型 ＦＩＧ、　２ ＦＩＧ、４ ＦＩＧ、７ ＦＩＧ、　８ １＼　　ｌ　　　　ｌ　’＋。 ＼　１　　゛・ ＦＩＧ、９ ＦＩＧ、１０ ＦＩＧ、　１１ ＦＩＧ、１２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体チップと、電極およびヒートシンクとしての
   役をし、前記の半導体チップとはんだ付される第１表面
   を有する金属板と、この金属板の第２表面上に薄くて均
   一なプラスチック層をつくるプラスチックカプセル封じ
   ハウジングと、前記の金属板と連結されたリードとを有
   し、カプセル封じの間、カプセル封じ型内の金属板の正
   確な位置決めを、少なくとも一対の位置決めピンと、型
   内にある、前記のリードに対する位置決め体とによって
   行うようにしたプラスチックカプセル封じ半導体デバイ
   スの製造方法において、位置決めピンの端は、カプセル
   封じの最初の段階においては、金属板の面と直接かまた
   は絶縁肉厚部を介して間接に接するが、カプセル封じの
   最終段階においては金属板に対して離すことを特徴とす
   るプラスチックカプセル封じ半導体デバイスの製造方法
   。 ２、引込可能な位置決めピンの端を、カプセル封じの間
   は、プラスチックが型を満たす迄は金属板と接して保ち
   、一方熱硬化反応の開始前には引込め、同時に前に前記
   のピンで占められていた空間が満たされない限りはカプ
   セル封じプラスチックの射出を続ける特許請求の範囲第
   １項記載の方法。 ３、カプセル封じが始まる前に１つまたはそれ以上の熱
   可塑性の釘を金属板に設けた１つまたはそれ以上の孔に
   挿入し、次いでこのくぎの端を、くぎ自身が金属板に固
   定されまたこの端に或る形状と所定の寸法を与えるよう
   に、リベット締めし、カプセル封じの間、型内の金属板
   の正確な位置をリードに対する型の位置決め体と、前記
   のくぎの端に対する、型に固定された一対のピンとの両
   方によって確保する特許請求の範囲第１項記載の方法。