JPWO2014199764A1 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

強固なワイヤボンディングを行うことができて、量産性に優れた小型で低コストの半導体装置及びその製造方法を提供することである。端子（１５）の突出部（１５ｅ）の裏面（１５ｂ）と枠体（７）の内壁（７ｄ）を接着樹脂（８）でしっかり固定することで、端子（１５）と半導体チップ（１１）とをワイヤ（１３）により強固なワイヤボンディングを行うことができ、量産性に優れた低コストの半導体装置及びその製造方法を提供することができる。

Description

この発明は、インサート型のケースの端子の固定を強化し、強固なワイヤボンディングが行える端子構造を有する半導体装置及びその半導体装置の製造方法に関する。
図２６は、パワー半導体モジュールの模式的な構成図である。
このパワー半導体モジュール５０は、ＰＰＳ（ポリフェノルサルファイド）樹脂で形成された枠体５１と、枠体５１を貫通し、枠体５１の第１段差部５２に埋設された端子５３を備える。パワー半導体モジュール５０は、枠体５１の裏面側の内側に形成された第２段差部５４と、この第２段差部５４に嵌合され接着樹脂５５で固定された回路基板５６とを備える。パワー半導体モジュール５０は、回路基板５６にはんだ付けされた半導体チップ５７と、半導体チップ５７と端子５３を超音波ボンディングで接続するワイヤ５８と、枠体５１内を充填する封止材５９とを備える。回路基板５６は、アルミニウムなどの金属板５６ｃと、この金属板５６ｃ上を被覆するエポキシ樹脂などの絶縁板５６ｂと、この絶縁板５６ｂ上に形成される回路板５６ａとで構成される。
枠体５１の第１段差部５２の表面と、端子５３の表面は高さが同一である。端子５３はリードフレームの不要部分を切断除去して形成される。枠体５１が樹脂ケースの働きをする。また、端子５３は一体成型により枠体５１に固定される。
図２７は図２６のＢ部拡大図で、枠体と端子のみを示した図である。
この一体成型された端子５３の裏面５３ａと、枠体５１の第１段差部５２の埋設箇所の底部５２ａの間は密着性が低い。また両者の熱膨張係数差により、図２７に示すように、第１段差部５２に埋設された端子５３は、第１段差部５２の埋設箇所の底部５２ａから浮き上がる場合がある。このような状態の端子５３には、ワイヤボンディング時の超音波振動がうまく伝達されないため、強固なワイヤボンディングができない。そのため、ワイヤ５８が端子５３から剥離する不都合を生じる。
この不都合を解決する方法として、特許文献１では端子の断面構造を逆Ｔ字などにしてケース内に埋め込み、ケース部材が端子を噛む形状にして固定されている。
特許文献２ではケースに突出部をつけ、端子を突出部で上から押さえて固定されている。
特許文献３では端子下のケース裏面に設けた貫通孔からピンを挿入して端子を持ち上げて固定されている。
また、特許文献４では、アンカー板に端子を接着し、ケースにアンカー板を固定する。アンカー板とケースと同じ材料にすることで互いの表面を融合させて一体化する。これによって、端子がしっかり固定されている。
特開平９−２７０４４１号公報 特開２０００−３３２１７９号公報 特開２００４−１３４５１８号公報 特開２０００−２１６１８７号公報
しかし、特許文献１では、端子の固定箇所が広くなるため、パワー半導体モジュールの小型化が困難である。
また、特許文献２ではケースの突出部で上から押さえる構造を設けているが、端子下とケースの隙間は依然として残る。このことから、端子とケースとの密着性が十分確保できない場合がある。
また、特許文献３では複雑な形状の部品を必要とするため大量生産には向かないため、製造コストが高くなる。
また、特許文献４では、ケースと端子の一括成型を行う前に、端子にアンカー板を付ける工程と、その硬化工程を追加する必要があり製造コストが高くなる。
この発明の目的は、この課題を解決して、強固なワイヤボンディングを行うことができて、量産性に優れた低コストで小型の半導体装置及びその製造方法を提供することである。
前記の目的を達成するために、この発明の一態様では、半導体装置は、一方の主面側の内周に環状に配置される第１段差部と、他方の主面側の内周に環状に配置される第２段差部と、前記第１段差部と前記第２段差部との間に設けられた内壁とを有する枠体と、前記第１段差部から外部に導出された端子と、前記第２段差部に嵌合された回路基板と、前記第２段差部と前記回路基板とを接着し、前記内壁及び前記端子に接している接着樹脂と、を備えている。
また、この発明の別の一態様では、半導体装置は、一方の主面側の内周に環状に配置される第１段差部と、他方の主面側の内周に環状に配置される第２段差部と、前記第１段差部と前記第２段差部との間に設けられた内壁と、前記第１段差部と前記第２段差部とを貫通する貫通孔とを有する枠体と、前記第１段差部から外部に導出された端子と、前記第２段差部に嵌合された回路基板と、前記第２段差部と前記回路基板とを接着し、前記貫通孔に充填されて前記端子に接している接着樹脂と、を備えている。
また、この発明の別の一態様では、半導体装置は、一方の主面側の内周に環状に配置される第１段差部と、他方の主面側の内周に環状に配置される第２段差部と、前記第１段差部と前記第２段差部との間に設けられた内壁とを有する枠体と、前記第１段差部から外部に導出された端子と、前記第２段差部に嵌合された回路基板と、前記第２段差部と前記回路基板とを接着する第１接着樹脂と、を備え、前記枠体は、前記第１段差部内の前記端子の側部に空隙を備え、前記空隙に第２接着樹脂が配置されている。
また、この発明の別の一態様では、半導体装置の製造方法は、一方の主面側の内周に環状に配置される第１段差部と、前記第１段差部に固定される端子と、他方の主面側の内周に環状に配置される第２段差部と、前記第１段差部と前記第２段差部との間に設けられた内壁とを有する枠体を準備する工程と、回路基板を準備する工程と、前記枠体を、前記一方の主面を下向きに向けて、前記第２段差部に接着樹脂を塗布する工程と、前記第２段差部に前記回路基板を嵌合することで前記接着樹脂を押し出し、前記接着樹脂を前記内壁及び前記端子に塗布する工程と、を有している。
また、この発明の別の一態様では、半導体装置の製造方法は、一方の主面側の内周に環状に配置される第１段差部と、前記第１段差部に固定される端子と、他方の主面側の内周に環状に配置される第２段差部と、前記第１段差部と前記第２段差部との間に設けられた内壁とを有する枠体を準備する工程と、回路基板を準備する工程と、前記枠体を、前記一方の主面を下向きに向けて、前記第２段差部に第１接着樹脂を塗布する工程と、前記第２段差部に前記回路基板を嵌合する工程と、前記枠体を、前記一方の主面を上向きに向けて、前記内壁及び前記端子に第２接着樹脂を塗布する工程と、を有している。
また、この発明の別の一態様では、半導体装置の製造方法は、一方の主面側の内周に環状に配置される第１段差部と、前記第１段差部に固定される端子と、他方の主面側の内周に環状に配置される第２段差部と、前記第１段差部と前記第２段差部との間に設けられた内壁と、前記第１段差部と前記第２段差部とを貫通する貫通孔とを有する枠体を準備する工程と、回路基板を準備する工程と、前記枠体を、前記一方の主面を下向きに向けて、前記第２段差部に接着樹脂を塗布し、該接着樹脂を前記貫通孔に充填する工程と、前記第２段差部に前記回路基板を嵌合する工程と、を有している。
この発明において、端子と枠体を接着樹脂で固定することで、強固なワイヤボンディングが行うことができ、量産性に優れた低コストで小型の半導体装置及びその製造方法を提供することができる。
本発明の上記及び他の目的、特徴及び利点は本発明の例として好ましい実施の形態を表す添付の図面と関連した以下の説明により明らかになるであろう。
第１実施例に係る半導体装置の要部構成図（その１）である。 第１実施例に係る半導体装置の要部構成図（その２）である。 第１実施例に係る半導体装置の要部構成図（その３）である。 第１実施例に係る半導体装置の要部構成図（その４）である。 第２実施例に係る半導体装置の要部構成図である。 第３実施例に係る半導体装置の要部構成図である。 第４実施例に係る半導体装置の要部構成図である。 第５実施例に係る半導体装置の要部構成図である。 第６実施例に係る半導体装置の要部構成図である。 第７実施例に係る半導体装置の要部構成図である。 第８実施例に係る半導体装置の要部構成図である。 第９実施例に係る半導体装置の要部構成図である。 第１０実施例に係る半導体装置の要部構成図である。 第１１実施例に係る半導体装置の要部構成図である。 第１２実施例に係る半導体装置の要部構成図である。 第１３実施例に係る半導体装置の製造方法であり、工程順に示した要部製造工程断面図（その１）である。 第１３実施例に係る半導体装置の製造方法であり、工程順に示した要部製造工程断面図（その２）である。 第１３実施例に係る半導体装置の製造方法であり、工程順に示した要部製造工程断面図（その３）である。 第１４実施例に係る半導体装置の製造方法であり、工程順に示した要部製造工程断面図（その１）である。 第１４実施例に係る半導体装置の製造方法であり、工程順に示した要部製造工程断面図（その２）である。 第１４実施例に係る半導体装置の製造方法であり、工程順に示した要部製造工程断面図（その３）である。 第１５実施例に係る半導体装置の製造方法であり、工程順に示した要部製造工程断面図（その１）である。 第１５実施例に係る半導体装置の製造方法であり、工程順に示した要部製造工程断面図（その２）である。 第１５実施例に係る半導体装置の製造方法であり、工程順に示した要部製造工程断面図（その３）である。 第１３実施例、第１４実施例及び第１５実施例で用いられる接着樹脂を塗布する塗布装置の模式的な構成図である。 パワー半導体モジュールの模式的な構成図である。 図２６のＢ部拡大図で、枠体と端子のみを示した図である。
実施の形態を以下の実施例で説明する。
（実施例１）
図１〜図４は、第１実施例に係る半導体装置の要部構成図である。
この半導体装置１００は、枠体７と、端子１５と、回路基板１２と、接着樹脂８を備える。枠体７は、例えば、ＰＰＳ樹脂で形成され、半導体装置１００の樹脂ケースに相当する。また、枠体７は、一方の主面（図では上面）の側の内周に環状に配置される第１段差部２１と、他方の主面（図では下面）の側の内周に環状に配置される第２段差部９と、第１段差部２１と第２段差部９の間に設けられた内壁７ｄとを有する。
端子１５は、枠体７を貫通し、第１段差部２１のおもて面２１ａからおもて面４ａが露出して埋設されている。また、端子１５は、枠体７の内壁７ｄから先端が例えば１ｍｍ程度突出した、突出部１５ｅを有している。
回路基板１２は、枠体７の第２段差部９に嵌合されている。回路基板１２は、アルミニウムなどの金属板１２ｃと、この金属板１２ｃを被覆したエポキシ樹脂などの絶縁板１２ｂと、この絶縁板１２ｂの表面に形成された回路板１２ａとで構成される。また、回路基板１２として、ＤＣＢ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｏｐｐｅｒ Ｂｏｎｄｉｎｇ）基板などを用いる場合もある。
接着樹脂８は、回路基板１２と枠体７の第２段差部９を接着するとともに、枠体７の内壁７ｄ及び端子１５に接するように配置されている。
また、半導体装置１００は、半導体チップ１１と、ワイヤ１３と、封止材１４を有する。半導体チップ１１は、回路基板１２の回路板１２ａにはんだ付けされている。ワイヤ１３は、アルミや銅などで構成され、半導体チップ１１と端子１５とを電気的に接続している。封止材１４は、枠体７内に充填され、半導体装置１００の内部を封止している。また、枠体７には、取り付け孔２２が設けられている。
本実施形態においては、端子１５の突出部１５ｅの裏面１５ｂと、枠体７の内壁７ｄに接着樹脂８が接することで、端子１５と枠体７が接着樹脂８でしっかり固定される。そのため、端子１５に超音波振動による強固なワイヤボンディングを行うことができる。
また、特に、図４は、端子が第１段差部の埋設箇所から浮き上がった場合を示している。図４に示すように、第１段差部２１に埋設された端子１５が熱膨張差により埋設部から浮き上がって隙間２６が生じた場合でも、接着樹脂８がその隙間２６に入り込み固化することができる。そのために、端子１５と第１段差部２１（枠体７）は接着樹脂８を用いてしっかり固定され、超音波ボンディング装置２５を用いて強固なワイヤボンディングを行うことができる。具体的には、ボンディング強度をシェア強度で表した場合、シェア強度は１００ｇ（＝０．１×９．８Ｎ）以上あり、十分な信頼性を確保できる。このシェア強度は、端子１５面と平行する力をボンディング接合部に加え接合面が剥離しない条件であり、接着樹脂８が無い場合に比べて、１４０％以上向上した。尚、図中の矢印で示した振動は超音波振動の方向を示す。
また、回路基板１２を固着するための接着樹脂８で、端子１５と枠体７とを固定できるので、追加の工程は不要であり、低コストで端子１５を第１段差部２１にしっかり固定できる。
また、端子１５の固定箇所を特許文献１のように広くする必要がなく、半導体装置１００の小型化を図ることができる。
接着樹脂８は、振動を吸収可能な弾性係数を有する材質で、液状で粘度の小さな常温処理ができる熱硬化性樹脂がよい。接着樹脂８は、例えば、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂もしくはシリコーン系樹脂がよい。
尚、接着樹脂８の塗布に当たって、真空引きを行いながら塗布することで、隙間２６への接着樹脂８の充填を良好に行うことができる。
（実施例２）
図５は、第２実施例に係る半導体装置の要部構成図である。なお、図５は、第１実施例の図２に相当する図である。
図５に示す半導体装置２００と、図２の半導体装置１００との違いは、接着樹脂８が端子１５の突出部１５ｅの端面１５ｃにも接している点である。第１実施例に比べて、端子１５の突出部１５ｅが裏面１５ｂだけでなく、端面１５ｃにおいても枠体７と接着されているため、端子１５をさらにしっかり固定することができる。
尚、接着樹脂８は、端子１５のおもて面１５ａであっても、ボンディング箇所３５以外の箇所であれば乗り上げても構わない。
（実施例３）
図６は、第３実施例に係る半導体装置の要部構成図である。なお、図６は、第２実施例の図５に相当する図である。
図６に示す半導体装置３００と、図５の半導体装置２００との違いは、端子１５の突出部１５ｅがなく、枠体７の内壁７ｄと端子１５の端面１５ｆが略面一（例えば０．１ｍｍ以下の段差）となっている点である。この場合も、端子１５の端面１５ｆと枠体７の内壁７ｄが、接着樹脂８を用いてしっかり固定されているため、超音波振動による強固なワイヤボンディングを行うことができる。
（実施例４）
図７は、第４実施例に係る半導体装置の要部構成図である。なお図７は、第３実施例の図６に相当する図である。
図７に示す半導体装置４００と、図６の半導体装置３００との違いは、端子１５の裏面１５ｂ下の第１段差部２１に空隙２７を設けて、空隙２７にも接着樹脂８を充填して端子１５を固定した点である。空隙２７の高さＨは０．２ｍｍ〜１ｍｍ程度がよい。この場合も、端子１５と第１段差部２１との固定が強固になり、超音波ボンディングが良好に行われる。また、空隙２７を半導体装置１００、２００または３００に配置すると、さらに、端子１５と第１段差部２１との固定が強固になる。
（実施例５）
図８は、第５実施例に係る半導体装置の要部構成図である。なお図８は、第４実施例の図７に相当する図である。
図８に示す半導体装置５００と、図６の半導体装置３００との違いは、第２段差部９と第１段差部２１の間に貫通孔２８を設けて、その貫通孔２８に接着樹脂８を充填して、端子１５と接合樹脂８を接するようにして、端子１５を固定した点である。この場合も、端子１５と第１段差部２１との固定が強固になり、超音波ボンディングが良好に行われる。
（実施例６）
図９は、第６実施例に係る半導体装置の要部構成図である。なお、図９は、第５実施例の図８に相当する図である。
図９に示す半導体装置６００と、図８の半導体装置５００との違いは、端子１５の端面１５ｆ及び枠体７の内壁７ｄにも、接着樹脂８を接するようにした点である。この場合、端子１５と第１段差部２１との固定は、貫通孔２８と端面１５ｆの２か所で行われるので、半導体装置５００に比べて一層強固になり、超音波ボンディングが良好に行われる。
（実施例７）
図１０は、第７実施例に係る半導体装置の要部構成図である。なお、図１０は、第５実施例の図８に相当する図である。
図１０に示す半導体装置７００と、図８の半導体装置５００との違いは、貫通孔２９の幅を端子１５の幅より広げた点である。この場合は、端子１５の側面１５ｄにも接着樹脂８が接するため、半導体装置５００よりさらに端子１５と第１段差部２１との固定が強固にできる。
（実施例８）
図１１は、第８実施例に係る半導体装置の要部構成図である。なお、図１１は、第７実施例の図１０に相当する図である。
図１１に示す半導体装置８００と、図１０の半導体装置７００との違いは、端子１５の端面１５ｆ及び枠体７の内壁７ｄにも接着樹脂８を接するようにした点である。この場合、端子１５と第１段差部２１との固定は、貫通孔２９と端面１５ｆの２か所で行われるので、半導体装置７００に比べて一層強固になり、超音波ボンディングが良好に行われる。
（実施例９）
図１２は、第９実施例に係る半導体装置の要部構成図である。なお、図１２は、第１実施例の図２に相当する図である。
図１２に示す半導体装置９００と、図２の半導体装置１００との違いは、枠体７の第１段差部２１に止め部３０を設けた点である。なお、止め部３０は枠体７と一体成型で形成されてもよいし、別の材質で個別に形成して接着剤で取り付けても構わない。
この止め部３０を用いて、端子１５を枠体７の一方の主面側から他方の主面側に押圧することで、端子１５と第１段差部２１との固定をさらに強固にすることができる。
また、半導体装置２００〜８００にこの止め部３０を設けることで、さらに強固な超音波ボンディングを行うことができる。
（実施例１０）
図１３は、第１０実施例に係る半導体装置の要部構成図である。なお、図１３は、第３実施例の図６に相当する図である。
図１３に示す半導体装置１０００と、図６の半導体装置３００との違いは、端子１５の端面１５ｆと枠体７の内壁７ｄを固定する接着樹脂と、回路基板１２と第２段差部９を固定する接着樹脂が異なる点である。回路基板１２と第２段差部９の固定には、第１接着樹脂１８が用いられ、端子１５の端面１５ｆと枠体７の内壁７ｄの固定には、第２接着樹脂１９が用いられる。この場合も、半導体装置３００の場合と同様に、端子１５と第１段差部２１との固定を強固にすることができて、超音波ボンディングが良好に行われる。
（実施例１１）
図１４は、第１１実施例に係る半導体装置の要部構成図である。なお、図１４は、第１０実施例の図１３に相当する図である。
図１４に示す半導体装置１１００と、図１３の半導体装置１０００との違いは、端子１５の側面１５ｄに接する第１段差部２１に空隙３３が設けられ、空隙３３に第２接着樹脂１９を充填して、端子１５の側面１５ｄで第１段差部２１を固定した点である。この場合も、端子１５と第１段差部２１との固定が強固になり、超音波ボンディングが良好に行われる。
また、半導体装置１０００のように、端子１５の端面１５ｆ及び枠体７の内壁７ｄに接着樹脂を塗布することで、さらに固定を強固にできる。
（実施例１２）
図１５は、第１２実施例に係る半導体装置の要部構成図である。なお、図１５は、第５実施例の図８に相当する図である。
図１５に示す半導体装置１２００と、図８の半導体装置５００との違いは、端子１５の側面１５ｄに接する第１段差部２１に空隙３１が設けられ、空隙３１に第２接着樹脂１９を充填して、端子１５の側面１５ｄで第１段差部２１を固定した点である。この場合も、端子１５と第１段差部２１との固定がさらに強固になり、超音波ボンディングが良好に行われる。
（実施例１３）
図１６〜図１８は、第１３実施例に係る半導体装置の製造方法であり、工程順に示した要部製造工程断面図である。なお、この第１３実施例は図１に示す半導体装置１００の製造方法である。
図１６（ａ）に示すように、下部金型１と上部金型２で構成される金型３を準備する。
次に、図１６（ｂ）に示すように、下部金型１に、例えば、Ｃｕのリードフレーム４を配置する。
次に、図１６（ｃ）に示すように、下部金型１上に上部金型２を配置する。このとき、リードフレーム４のおもて面４ａと上部金型２の下面２ａは密着するようにする。続いて、注入口５からモールド樹脂６である、例えば、ＰＰＳ樹脂を金型３内部へ注入し、金型３内部の空間３ａをモールド樹脂６で充満させる。
次に、図１７（ｄ）に示すように、金型３を昇温して、モールド樹脂６を硬化させる。この硬化により枠体７が形成され、さらに枠体７とリードフレーム４は一体成型されて、リードフレーム４は枠体７を貫通して枠体７に固着する。
次に、図１７（ｅ）に示すように、下部金型１と上部金型２を離して一体成型された枠体７とリードフレーム４を金型３から取り外す。これでリードフレーム４付き樹脂ケースができ上がる。なお、上記工程と並行して、回路基板１２を準備する。
次に、図１７（ｆ）に示すように、枠体７の裏面７ｂを上にして、液状の接着樹脂８を第２段差部９へ図２５に示すデスペンサー１０を用いて塗布する。尚、図中の４ｂはリードフレームの裏面、４ｃはリードフレームの先端の突出部４ｅの端面である。また、７ａは枠体のおもて面である。
次に、図１８（ｇ）に示すように、半導体チップ１１が固着された回路基板１２を上下逆にして、半導体チップ１１が固着した面を下向きにして、回路基板１２の金属板１２ｃを第２段差部９へ嵌合する。このとき、第２段差部９に塗布された液状の接着樹脂８はリードフレーム４の先端の突出部４ｅの裏面４ｂまで広がって行き、裏面４ｂと枠体７の開口部７ｃの内壁７ｄは液状の接着樹脂８が塗布される。このとき、接着樹脂８がリードフレーム４の先端の突出部４ｅのおもて面４ａに回り込んでも構わない。但し、回り込む箇所はボンディング箇所３５から外れていればよい。続いて、全体を昇温して、液状の接着樹脂８を硬化させる。この硬化により、回路基板１２とリードフレーム４の先端の突出部４ｅの裏面４ｂは接着樹脂８を介して枠体７にしっかり固定される。液状の接着樹脂８の硬化には、例えば、リフロー炉を用いるとよい。
次に、図１８（ｈ）に示すように、全体を再度ひっくり返して、半導体チップ１１を上側にし、超音波ボンディングによりワイヤ１３を半導体チップ１１、リードフレーム４及び回路基板１２の回路板１２ａにそれぞれ固着する。
次に、図１８（ｉ）に示すように、枠体７内に封止材１４を充填する。続いて、リードフレーム４の不要部分を切断した後、折り曲げて端子１５を形成する。このようにして、半導体装置１００ができ上がる。
接着樹脂８は、粘度が例えば１０Ｐａ・ｓｅｃ〜５０Ｐａ・ｓｅｃ程度、好ましくは１６Ｐａ・ｓｅｃ〜３０Ｐａ・ｓｅｃ程度のエポキシ系樹脂であり、デスペンサー１０を用いて塗布される。この接着樹脂８は、液状で粘度の小さな常温処理ができる熱硬化性樹脂がよく、ポリイミド系樹脂やポリアミド系樹脂などでも構わない。
また、接着樹脂８の重量や接着樹脂８の排出圧力を精密に管理することで、回路基板１２を第２段差部９に嵌合したときに流れ出る接着樹脂８を第２段差部９からリードフレーム４の先端の突出部４ｅの裏面４ｂに亘って正確に塗布することができる。しかし、前記したように、接着樹脂８は多少はおもて面４ａに回りこんでも構わない。
また、リードフレーム４の先端の突出部４ｅの長さＬは例えば０．２ｍｍ〜１ｍｍ程度であると接着性の観点からよい。
また、枠体７とリードフレーム４の一体成型において、埋設されたリードフレーム４の裏面４ｂが熱膨張係数の違いにより、図４に示すように、例えば７０μｍ程度浮き上がる場合がある。しかし、この場合も粘度の低い接着樹脂８は隙間２６に浸透して行き、良好な固着が得られる。
図５の半導体装置２００に示すように、接着樹脂８をリードフレーム４の突出部４ｅの端面４ｃにも塗布するとさらに接着強度は大きくなる。この場合は、接着樹脂８はリードフレーム４の突出部４ｅの端面４ｃまで塗布されるように、接着樹脂８の重量と排出圧力を調節する必要がある。
（実施例１４）
図１９〜図２１は、第１４実施例に係る半導体装置の製造方法であり、工程順に示した要部製造工程断面図である。なお、この第１４実施例は、図１３に示す半導体装置１０００の製造方法である。
図１９（ａ）の工程〜図２０（ｅ）の工程までは第１３実施例の図１６（ａ）の工程〜図１７（ｅ）の工程までと同じである。なお、これらの工程と並行して、回路基板１２を準備する。
次に、図２０（ｆ）に示すように、枠体７の裏面７ｂを上にして、液状の第１接着樹脂１８を第２段差部９へ図２５に示すデスペンサー１０を用いて塗布する。この第１接着樹脂１８の量は前記の図１７（ｆ）のときの接着樹脂８の量より少なくする。
次に、図２０（ｇ）に示すように、半導体チップ１１が固着した回路基板１２を上下逆にして、半導体チップ１１が固着した面を下向きにして、回路基板１２の回路板１２ａを第２段差部９へ嵌合する。このとき、第１接着樹脂１８の量が少ないため、枠体７の開口部７ｃの内壁７ｄには第１接着樹脂１８が流れて行かないようにする。続いて、全体を昇温して、第１接着樹脂１８を硬化させる。この硬化により、回路基板１２は第１接着樹脂１８を介して枠体７にしっかり硬化される。
次に、図２１（ｈ）に示すように、全体を上下逆にして、リードフレーム４の先端の側端部４ｆと枠体７の開口部７ｃの内壁７ｄに第２接着樹脂１９を塗布する。このとき、第２接着樹脂１９がリードフレーム４の先端のおもて面４ａに塗布されても構わない。このおもて面４ａに塗布された第２接着樹脂１９は、硬化した後、リードフレーム４の先端のおもて面４ａに乗り上げた状態になる。但し、回り込む箇所はボンディング箇所３５から外れていればよい。この第２接着樹脂１９の塗布にも図２５に示すデスペンサー１０が用いられる。但し、前記とは別のデスペンサーを用いる。続いて、第２接着樹脂１９を硬化させる。これにより、リードフレーム４と枠体７は第２接着樹脂１９を介してしっかり硬化される。
次に、図２１（ｉ）に示すように、超音波ボンディングによりワイヤ１３を半導体チップ１１、リードフレーム４及び回路板１２ａにそれぞれ固着する。
次に、図２１（ｊ）に示すように、枠体７内に封止材１４を充填する。続いて、リードフレーム４の不要部分を切断した後、折り曲げて端子１５を形成する。このようにして、半導体装置１０００ができ上がる。
第１接着樹脂１８と第２接着樹脂１９は同じ材質の樹脂でも異なった材質の樹脂でもよい。これらの樹脂としては、例えば、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂もしくはシリコーン系樹脂を用いるとよい。
また、異なった樹脂を用いる場合には、例えば、第１接着樹脂１８にエポキシ系樹脂を用い、第２接着樹脂１９にはポリイミド系樹脂を用いる。これらの接着樹脂１８，１９の硬化には、例えば、リフロー炉を用いるとよい。
（実施例１５）
図２２〜図２４は、第１５実施例に係る半導体装置の製造方法であり、工程順に示した要部製造工程断面図である。なお、この第１５実施例は、図８に示す半導体装置５００の製造方法である。
図２２（ａ）に示すように、下部金型１と上部金型２で構成される金型３を準備する。
次に、図２２（ｂ）に示すように、下部金型１に、例えば、Ｃｕのリードフレーム４を配置する。この下部金型１には枠体７の第１段差部２１から第２段差部９に向かって貫通孔２８が形成されるように突起部２８ａが設けられている。
次に、図２２（ｃ）に示すように、下部金型１上に上部金型２を配置する。このとき、リードフレーム４のおもて面４ａと上部金型２の下面２ａは密着するようにする。続いて、注入口５から、モールド樹脂６である、例えば、ＰＰＳ樹脂を金型３内部へ注入し、金型３内部の空間３ｂをモールド樹脂６で充満させる。
次に、図２３（ｄ）に示すように、金型３を昇温して、モールド樹脂６を硬化させる。この硬化により貫通孔２８が形成された枠体７が形成され、さらに枠体７とリードフレーム４は一体成型されて、リードフレーム４は枠体７を貫通して枠体７に固着する。
次に、図２３（ｅ）に示すように、下部金型１と上部金型２を離して一体成型された枠体７とリードフレーム４を金型３から取り外す。これでリードフレーム４付き樹脂ケースができ上がる。なお、上記工程と並行して、回路基板１２を準備する。
次に、図２３（ｆ）に示すように、枠体７の裏面７ｂを上にして、液状の接着樹脂８を第２段差部９へ図２５に示すデスペンサー１０を用いて貫通孔２８が充填されるように塗布する。
次に、図２４（ｇ）に示すように、半導体チップ１１が固着された回路基板１２を上下逆にして、半導体チップ１１が固着した面を下向きにして、回路基板１２の金属板１２ｃを第２段差部９へ嵌合する。続いて、全体を昇温して、液状の接着樹脂８を硬化させる。これにより、回路基板１２は第２段差部９に接着樹脂８を介してしっかり硬化され、リードフレーム４の裏面１５ｂは貫通孔２８に充填された接着樹脂８を介して枠体７にしっかり硬化される。液状の接着樹脂８の硬化には、例えば、リフロー炉を用いるとよい。
続く工程は前記の図１８（ｈ）と図１８（ｉ）とに示す工程と同じである。このようにして、半導体装置５００ができ上がる。
図２５は、第１３実施例、第１４実施例及び第１５実施例で用いられる接着樹脂を塗布する塗布装置の模式的な構成図である。接着樹脂の符号１８，１９にもこの装置は適用できる。
この塗布装置１５０は、枠体７の開口部７ｃの内壁７ｄに接着樹脂８を塗布する装置であり、Ｘ軸、Ｘ軸に移動できる支持台４１と、デスペンサー１０と、Ｚ軸に移動できるデスペンサー１０の取り付け支柱４２とを備える。デスペンサー１０から接着樹脂８を排出させ、樹脂の排出量、排出圧力を制御する排出制御部４３を備える。回路基板１２を吸着する吸着部４４と、Ｚ軸に移動できる吸着部取り付け支柱４５と、吸着部４４の吸気を制御する吸着制御部４６とを備える。支持台４１を移動させる移動部４７と、移動部４７に指令を出す移動制御部４８とを備える。図中の括弧の番号は工程順を示す。
図２５を用いて、枠体７の開口部７ｃの内壁７ｄに接着樹脂８を塗布する工程を説明する。
まず、（１）の工程において、支持台４１に半導体チップ１１を下にした回路基板１２を載置する。
次に、（２）の工程において、移動制御部４８からの指令で移動部４７をＸ方向、Ｙ方向に移動させて支持台４１を移動させ、回路基板１２を吸着部４４直下に位置させる。続いて、吸着部４４を下降させ回路基板１２に接触させる。続いて、吸着制御部４６により、吸引して回路基板１２の金属板１２ｃを吸着部４４に密着させる。
次に、（３）の工程において、支持台４１に枠体７のおもて面７ａ側を下にして載置する。（１）の工程で枠体７も載置した場合はこの工程は省略される。
次に、（４）の工程において、移動制御部４８からの指令で移動部４７をＸ方向、Ｙ方向に移動させて支持台４１を移動させ、枠体７の第２段差部９をデスペンサー１０直下に位置させる。
次に、（５）の工程において、デスペンサー１０を枠体７の第２段差部９の近くまで下降させて、枠体７の第２段差部９に排出制御部４３で制御された適量の接着樹脂８を塗布する。
次に、（６）の工程において、移動制御部４８からの指令で移動部４７をＸ方向、Ｙ方向に移動させて支持台４１を移動させ、枠体７を回路基板１２の直下に位置させる。
次に、（７）の工程において、回路基板１２を下降させて、枠体７の第２段差部９に回路基板１２を嵌合させる。このとき、第２段差部９に塗布された接着樹脂８は圧縮されて図１８で示すようにリードフレーム４の先端の突出部４ｅの裏面４ｂまで流れてゆく。このとき端面４ｃまで流れるようにしてもよい。このとき接着樹脂８の塗布量が管理されているため、リードフレーム４の突出部４ｅの端面４ｃやおもて面４ａまでは流れて行かないようにする。
（１）〜（７）の一連の工程を自動で行うことで量産性を向上させることができて、低コスト化を図ることができる。
（５）の工程において、枠体７の開口部７ｃの内壁７ｄへの接着樹脂８の排出は、排出制御部４３により、接着樹脂８の排出量や排出速度が適正に制御されて、枠体７の第２段差部９に適正重量の接着樹脂８がデスペンサー１０により排出される。デスペンサー１０から排出された接着樹脂８は支持台４１を移動させることで、均一に枠体７の第２段差部９に塗布される。この枠体７の第２段差部９の周囲長が、例えば７５ｍｍ程度ある場合には、接着樹脂８の適正重量を例えば、１００ｍｇ程度、排出圧力は例えば、１．５×９．８Ｎ程度にすると適正に塗布することができる。
尚、図示しないが、２種類の材質の接着樹脂１８，１９を用いる場合には、第１接着樹脂１８の硬化は塗布された状態から支持台４１を搬送ベルトに移行させ、リフロー炉を通して第１接着樹脂１８を硬化させる。続いて、支持台４１を搬送ベルトから第２塗布装置のある場所へ移動させ、枠体７をひっくり返して、第２接着樹脂１９を塗布した後、別の搬送ベルトに移行させ、別のリフロー炉を通して硬化させる。この一連の作業を自動で行うことで、接着樹脂１８，１９の塗布と硬化を速やかに行うことができて、量産性を向上させることができて、低コスト化を図ることができる。
上記については単に本発明の原理を示すものである。さらに、多数の変形、変更が当業者にとって可能であり、本発明は上記に示し、説明した正確な構成及び応用例に限定されるものではなく、対応するすべての変形例及び均等物は、添付の請求項及びその均等物による本発明の範囲とみなされる。
１ 下部金型
２ 上部金型
３ 金型
４ リードフレーム
４ａ，７ａ，１５ａ，２１ａ おもて面
４ｂ，７ｂ，１５ｂ 裏面
４ｃ，１５ｃ，１５ｆ 端面
４ｅ，１５ｅ 突出部
５ 注入口
６ モールド樹脂
７ 枠体
７ｃ 開口部
７ｄ 内壁
８ 接着樹脂
９ 第２段差部
１０ デスペンサー
１１ 半導体チップ
１２ 回路基板
１２ａ 回路板
１２ｂ 絶縁膜
１２ｃ 金属板
１３ ワイヤ
１４ 封止材
１５ 端子
１５ｄ 側面
１８ 第１接着樹脂
１９ 第２接着樹脂
２１ 第１段差部
２２ 取り付け孔
２５ 超音波ボンディング装置
２６ 隙間
２７，３３ 空隙
２８，２９ 貫通孔
２８ａ 突起部
３５ ボンディング箇所
４１ 支持台
４２ 取り付け支柱
４３ 排出制御部
４４ 吸着部
４５ 吸着部取り付け支柱
４６ 吸着制御部
４７ 移動部
４８ 移動制御部
１００〜１２００ 半導体装置
１５０ 塗布装置
図８に示す半導体装置５００と、図６の半導体装置３００との違いは、第２段差部９と第１段差部２１の間に貫通孔２８を設けて、その貫通孔２８に接着樹脂８を充填して、端子１５と接着樹脂８を接するようにして、端子１５を固定した点である。この場合も、端子１５と第１段差部２１との固定が強固になり、超音波ボンディングが良好に行われる。
（実施例６）
図９は、第６実施例に係る半導体装置の要部構成図である。なお、図９は、第５実施例の図８に相当する図である。
図１５に示す半導体装置１２００と、図８の半導体装置５００との違いは、端子１５の側面１５ｄに接する第１段差部２１に空隙３３が設けられ、空隙３３に第２接着樹脂１９を充填して、端子１５の側面１５ｄで第１段差部２１を固定した点である。この場合も、端子１５と第１段差部２１との固定がさらに強固になり、超音波ボンディングが良好に行われる。
（実施例１３）
図１６〜図１８は、第１３実施例に係る半導体装置の製造方法であり、工程順に示した要部製造工程断面図である。なお、この第１３実施例は図１に示す半導体装置１００の製造方法である。
次に、図２０（ｇ）に示すように、半導体チップ１１が固着した回路基板１２を上下逆にして、半導体チップ１１が固着した面を下向きにして、回路基板１２の回路板１２ａを第２段差部９へ嵌合する。このとき、第１接着樹脂１８の量が少ないため、枠体７の開口部７ｃの内壁７ｄには第１接着樹脂１８が流れて行かないようにする。続いて、全体を昇温して、第１接着樹脂１８を硬化させる。この硬化により、回路基板１２は第１接着樹脂１８を介して枠体７にしっかり固着される。
次に、図２１（ｈ）に示すように、全体を上下逆にして、リードフレーム４の先端の側端部４ｆと枠体７の開口部７ｃの内壁７ｄに第２接着樹脂１９を塗布する。このとき、第２接着樹脂１９がリードフレーム４の先端のおもて面４ａに塗布されても構わない。このおもて面４ａに塗布された第２接着樹脂１９は、硬化した後、リードフレーム４の先端のおもて面４ａに乗り上げた状態になる。但し、回り込む箇所はボンディング箇所３５から外れていればよい。この第２接着樹脂１９の塗布にも図２５に示すデスペンサー１０が用いられる。但し、前記とは別のデスペンサーを用いてもよい。続いて、第２接着樹脂１９を硬化させる。これにより、リードフレーム４と枠体７は第２接着樹脂１９を介してしっかり固着される。
次に、図２４（ｇ）に示すように、半導体チップ１１が固着された回路基板１２を上下逆にして、半導体チップ１１が固着した面を下向きにして、回路基板１２の金属板１２ｃを第２段差部９へ嵌合する。続いて、全体を昇温して、液状の接着樹脂８を硬化させる。これにより、回路基板１２は第２段差部９に接着樹脂８を介してしっかり硬化され、リードフレーム４の裏面４ｂは貫通孔２８に充填された接着樹脂８を介して枠体７にしっかり固着される。液状の接着樹脂８の硬化には、例えば、リフロー炉を用いるとよい。
また、この発明の別の一態様では、半導体装置の製造方法は、一方の主面側の内周に環状に配置される第１段差部と、前記第１段差部に固定される端子と、他方の主面側の内周に環状に配置される第２段差部と、前記第１段差部と前記第２段差部との間に設けられた内壁と、前記第１段差部と前記第２段差部とを貫通して、前記端子に接する貫通孔とを有する枠体を準備する工程と、回路基板を準備する工程と、前記枠体を、前記一方の主面を下向きに向けて、前記第２段差部に接着樹脂を塗布し、該接着樹脂を前記貫通孔に充填して、前記端子を前記接着樹脂で固定する工程と、前記第２段差部に前記回路基板を嵌合する工程と、を有している。

Claims (19)

  1. 一方の主面側の内周に環状に配置される第１段差部と、他方の主面側の内周に環状に配置される第２段差部と、前記第１段差部と前記第２段差部との間に設けられた内壁とを有する枠体と、
    前記第１段差部から外部に導出された端子と、
    前記第２段差部に嵌合された回路基板と、
    前記第２段差部と前記回路基板とを接着し、前記内壁及び前記端子に接している接着樹脂と、
    を備える半導体装置。
  2. 前記端子が、前記第１段差部側の先端部に、前記内壁から突出した突出部を有し、
    前記接着樹脂が前記突出部の前記内壁側の面に接している、
    請求項１記載の半導体装置。
  3. 前記接着樹脂が前記端子の前記突出部側の端面に接している、
    請求項２記載の半導体装置。
  4. 前記端子の前記第１段差部側の先端部が前記内壁と略面一に配置され、
    前記接着樹脂は、前記先端部に接している、
    請求項１記載の半導体装置。
  5. 前記接着樹脂は、前記第１段差部面と前記第１段差部面上の前記端子との間を接着している、
    請求項４記載の半導体装置。
  6. 一方の主面側の内周に環状に配置される第１段差部と、他方の主面側の内周に環状に配置される第２段差部と、前記第１段差部と前記第２段差部との間に設けられた内壁と、前記第１段差部と前記第２段差部とを貫通する貫通孔とを有する枠体と、
    前記第１段差部から外部に導出された端子と、
    前記第２段差部に嵌合された回路基板と、
    前記第２段差部と前記回路基板とを接着し、前記貫通孔に充填されて前記端子に接している接着樹脂と、
    を備える半導体装置。
  7. 前記端子の前記第１段差部側の先端部が前記内壁と略面一に配置され、
    前記接着樹脂は前記内壁と前記先端部とに接している、
    請求項６記載の半導体装置。
  8. 前記貫通孔はその幅が、前記端子の幅よりも広い、
    請求項６または７記載の半導体装置。
  9. 前記枠体は、前記第１段差部に、前記端子を前記一方の主面側から前記他方の主面側に押圧する止め部を有する、
    請求項１または２記載の半導体装置。
  10. 前記止め部は前記枠体と一体に形成されている、
    請求項９記載の半導体装置。
  11. 前記接着樹脂は、
    前記第２段差部と前記回路基板とを接着する第１接着樹脂と、
    前記内壁及び前記端子に接している第２接着樹脂と、
    を含む請求項４記載の半導体装置。
  12. 一方の主面側の内周に環状に配置される第１段差部と、他方の主面側の内周に環状に配置される第２段差部と、前記第１段差部と前記第２段差部との間に設けられた内壁とを有する枠体と、
    前記第１段差部から外部に導出された端子と、
    前記第２段差部に嵌合された回路基板と、
    前記第２段差部と前記回路基板とを接着する第１接着樹脂と、
    を備え、
    前記枠体は、前記第１段差部内の前記端子の側部に空隙を備え、
    前記空隙に第２接着樹脂が配置されている半導体装置。
  13. 前記接着樹脂が、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂もしくはシリコーン系樹脂のいずれかである、
    請求項１記載の半導体装置。
  14. 一方の主面側の内周に環状に配置される第１段差部と、前記第１段差部に固定される端子と、他方の主面側の内周に環状に配置される第２段差部と、前記第１段差部と前記第２段差部との間に設けられた内壁とを有する枠体を準備する工程と、
    回路基板を準備する工程と、
    前記枠体を、前記一方の主面を下向きに向けて、前記第２段差部に接着樹脂を塗布する工程と、
    前記第２段差部に前記回路基板を嵌合することで前記接着樹脂を押し出し、前記接着樹脂を前記内壁及び前記端子に塗布する工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。
  15. 前記端子の前記第１段差部側の先端部に前記内壁から突出した突出部を設け、
    押し出された前記接着樹脂を前記突出部の前記内壁側の面に塗布する、
    請求項１４記載の半導体装置の製造方法。
  16. 一方の主面側の内周に環状に配置される第１段差部と、前記第１段差部に固定される端子と、他方の主面側の内周に環状に配置される第２段差部と、前記第１段差部と前記第２段差部との間に設けられた内壁とを有する枠体を準備する工程と、
    回路基板を準備する工程と、
    前記枠体を、前記一方の主面を下向きに向けて、前記第２段差部に第１接着樹脂を塗布する工程と、
    前記第２段差部に前記回路基板を嵌合する工程と、
    前記枠体を、前記一方の主面を上向きに向けて、前記内壁及び前記端子に第２接着樹脂を塗布する工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。
  17. 一方の主面側の内周に環状に配置される第１段差部と、前記第１段差部に固定される端子と、他方の主面側の内周に環状に配置される第２段差部と、前記第１段差部と前記第２段差部との間に設けられた内壁と、前記第１段差部と前記第２段差部とを貫通する貫通孔とを有する枠体を準備する工程と、
    回路基板を準備する工程と、
    前記枠体を、前記一方の主面を下向きに向けて、前記第２段差部に接着樹脂を塗布し、該接着樹脂を前記貫通孔に充填する工程と、
    前記第２段差部に前記回路基板を嵌合する工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。
  18. 前記接着樹脂が、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂もしくはシリコーン系樹脂のいずれかである、
    請求項１４または１７記載の半導体装置の製造方法。
  19. 前記第１接着樹脂及び前記第２接着樹脂が、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂もしくはシリコーン系樹脂のいずれかである、
    請求項１６記載の半導体装置の製造方法。
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