TWI833340B - 引線框架整合基板、半導體裝置、引線框架整合基板之製造方法及半導體裝置之製造方法 - Google Patents
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Abstract
引線框架整合基板11包含：引線框架部12，其由引線框架之一部分構成，並具有構成基板圖案之基板圖案部14及引線端子部16；及絕緣基板18，其接合於基板圖案部14及引線端子部16。
Description
本發明關於一種引線框架整合基板、半導體裝置、引線框架整合基板之製造方法及半導體裝置之製造方法。
日本特開2012-15202號公報所揭露之半導體裝置係具備第一~第三引線、配置於第三引線上之半導體元件、連接半導體元件之源極電極與第一引線之第一金屬帶、連接半導體元件之閘極電極與第二引線之第二金屬帶、密封第一~第三引線之一部分、半導體元件、以及第一及第二金屬帶之密封樹脂，第一~第三引線之前端部被導出至密封樹脂之外部。
上述之半導體裝置由於不具備安裝半導體元件之絕緣基板，可讓半導體裝置小型化。然而，相比於具有絕緣基板之半導體裝置，有散熱性或絕緣性較差的問題。
本發明考量上述課題，其目的為得到一種可經由絕緣基板確保散熱性或絕緣性，並且可小型化之引線框架整合基板及半導體裝置與其等之製造方法。
本發明之一種引線框架整合基板，其包含：引線框架部，其由引線框架之一部分構成，並具有構成基板圖案之基板圖案部及引線端子部；及絕緣基板，其接合於前述基板圖案部及前述引線端子部。
本發明之一種半導體裝置，其包含：上述的引線框架整合基板；半導體元件，其配置於前述引線框架部之前述基板圖案部上；及密封樹脂，其密封前述引線框架整合基板及前述半導體元件。
本發明之一種引線框架整合基板之製造方法，其包含：疊合步驟，疊合具有熱固性之樹脂成為半硬化之樹脂層之B階段絕緣基板的前述樹脂層、及具有構成基板圖案之基板圖案部及引線端子部之引線框架部；及接合步驟，壓接並加熱前述疊合步驟後之前述B階段絕緣基板及前述引線框架部，並將前述樹脂層、與前述基板圖案部及前述引線端子部接合。
本發明之一種半導體裝置之製造方法，其包含：元件接合步驟，將半導體元件接合於具有構成基板圖案之基板圖案部及引線端子部之引線框架部的前述基板圖案部；模具內疊合步驟，在成型模具之腔體內，疊合具有熱固性之樹脂成為半硬化之樹脂層之B階段絕緣基板的前述樹脂層、及前述元件接合步驟後之前述引線框架部；及模具內接合步驟，利用前述成型模具進行轉注成型，成型密封前述B階段絕緣基板、前述半導體元件及前述引線框架部之密封樹脂，並且將前述B階段絕緣基板、與前述基板圖案部及前述引線端子部接合。
若經由本發明之引線框架整合基板，由引線框架之一部分構成之引線框架部具有構成基板圖案之基板圖案部及引線端子部。在基板圖案部及引線端子部接合絕緣基板。經由該絕緣基板可確保散熱性及絕緣性。再者，相比於將引線框架接合於形成在絕緣基板之基板圖案之構成，僅就用於接合之區域變為不需要的部分，即可讓絕緣基板小型化，因此可讓整體構成小型化。
若經由本發明之半導體裝置，將半導體元件配置於上述引線框架整合基板所具有之引線框架部之基板圖案部上，該引線框架整合基板及半導體元件經由密封樹脂密封。由於如上述可讓引線框架整合基板小型化，本發明之半導體裝置亦可小型化。
若經由本發明之引線框架整合基板之製造方法，在疊合步驟中，疊合具有熱固性之樹脂成為半硬化之樹脂層之B階段絕緣基板的樹脂層、及具有構成基板圖案之基板圖案部及引線端子部之引線框架部。在接合步驟中，壓接並加熱疊合步驟後之B階段絕緣基板及引線框架部，並將樹脂層、與基板圖案部及引線端子部接合。藉此，可製造上述之引線框架整合基板。
若經由本發明之半導體裝置之製造方法，在元件接合步驟中，將半導體元件接合於具有構成基板圖案之基板圖案部及引線端子部之引線框架部的前述基板圖案部。在模具內疊合步驟中，在成型模具之腔體內，疊合具有熱固性之樹脂成為半硬化之樹脂層之B階段絕緣基板的前述樹脂層、及元件接合步驟後之引線框架部。在模具內接合步驟中，利用前述成型模具進行轉注成型，成型密封B階段絕緣基板、半導體元件及引線框架部之密封樹脂，並且將B階段絕緣
基板、與基板圖案部及引線端子部接合。藉此，可製造上述之半導體裝置。
11:引線框架整合基板
12:引線框架部
14:基板圖案部
16:引線端子部
16A:汲極端子部
16B:源極端子部
16C:閘極端子部
16D:源極感測端子
16E:汲極感測端子部
16F:熱電組用端子部
16G:接地用端子
18:絕緣基板
20:樹脂層
F10:剖線
在以下附圖以及說明中闡述了本說明書中所描述之主題之一或多個實施例的細節。從說明、附圖和申請專利範圍，本說明書之主題的其他特徵、態樣與優點將顯得明瞭，其中：
[圖1]為表示第一實施例之半導體裝置之斜視圖。
[圖2]為表示第一實施例之半導體裝置之平面圖。
[圖3]為對應省略密封樹脂之圖1之斜視圖。
[圖4]為對應省略密封樹脂之圖2之斜視圖。
[圖5]為表示第一實施例之半導體裝置之製造中途之狀態之平面圖。
[圖6]為表示第一實施例之半導體裝置所具備之絕緣基板之平面圖。
[圖7]為表示沿圖6之F7-F7線之剖面之剖面圖。
[圖8]為表示第一實施例之半導體裝置所具備之引線框架部之平面圖。
[圖9]為表示第一實施例之引線框架整合基板之平面圖。
[圖10]為表示沿圖9之F10-F10線之剖面之剖面圖。
[圖11]為用於說明有關第一實施例之引線框架整合基板之製造方法中之接合步驟之剖面圖。
[圖12]為表示比較例之習知的半導體裝置之平面圖。
[圖13]為表示從圖12所示之構成省略密封樹脂之狀態之平面圖。
[圖14]為表示比較例之半導體裝置之製造中途之狀態之平面圖。
[圖15]為表示沿圖14之F15-F15線之剖面之剖面圖。
[圖16]為表示第二實施例之半導體裝置之製造方法中，絕緣基板被設置於成型模具之下模具之狀態之剖面圖。
[圖17]為用於說明有關第二實施例之半導體裝置之製造方法中之模具內接合步驟之剖面圖。
[圖18]為表示具備絕緣基板之位置偏差防止用之頂針之成型模具之下模具之剖面圖。
[圖19]為表示經由圖18所示之下模具、及設有壓針之成型模具之上模具，引線框架部被模壓至絕緣基板之狀態之剖面圖。
以下，參照圖1~圖11說明本發明之第一實施例之引線框架整合基板11、半導體裝置10、及引線框架整合基板之製造方法。尚，各圖中，為使圖面易於閱讀，有省略一部分之符號的情況。
如圖1~圖4所示，本實施例之半導體裝置10係具備由引線框架部12及絕緣基板18構成之引線框架整合基板11、半導體元件24、及密封引線框架整合基板11及半導體元件24之密封樹脂34。圖3及圖4表示從圖1及圖2所示之構成去除密封樹脂34之狀態。
引線框架部12係由圖5所示之引線框架LF之一部分構成，具有構成基板圖案之基板圖案部14及引線端子部16。引線框架LF係具有導電性之平板材(於此為銅板)施行經由蝕刻或模壓之沖壓所製造者，形成為矩形之平板狀。基板圖案部14係形成於引線框架LF之中央部，形成為左右並排之二個略矩形平板
狀。引線端子部16係以從基板圖案部14延伸至引線框架LF之外周側的方式來設置。引線端子部16在基板圖案部14的一方側具有從基板圖案部14之一方側延伸之二個汲極端子部16A。再者，引線端子部16在基板圖案部14的另一方側具有一個源極端子部16B、二個閘極端子部16C、從源極端子部16B之基端部側延伸之一個源極感測端子16D(半導體元件24之源極電極側之電流檢測用端子)、從基板圖案部14之另一方側延伸之二個汲極感測端子部16E(半導體元件24之汲極電極側之電流檢測用端子)、二個熱電組用端子部16F、及接地用端子16G(以必要之端子增加時可增加的方式，用於得到基板之接地之端子)。二個熱電組用端子部16F之基端部側以跨過二個熱電組用端子部16F的方式設有熱電阻S(參照圖4)。
絕緣基板18如圖6及圖7所示，由樹脂層20及金屬層22構成。樹脂層20與引線框架部12之基板圖案部14及引線端子部16接合。金屬層22由熱傳導性高之金屬(於此為銅箔)構成，與樹脂層20接合。在半導體裝置10中，金屬層22之下表面為從密封樹脂34露出於外部。
樹脂層20由熱固化之樹脂構成，經由該樹脂之熱固化引線框架部12與樹脂層20成為連接。作為熱固化之樹脂，例如利用環氧樹脂系之樹脂混合熱傳導性填料。作為熱傳導性填料，例如可例舉氧化鋁填料、氮化硼填料。
絕緣基板18如圖5所示，與引線框架LF之一部分即引線框架部12接合。其後，安裝二個半導體元件24(參照圖3及圖4)於引線框架部12之基板圖案部14上。半導體元件24例如為功率金氧半場效電晶體(Power Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)。半導體元件24具有形成於安裝至基板圖案部14之表面(絕緣基板18側之表面)之汲極電極、及形成於相對側之表面(與絕緣基板18相對側之表面)之源極電極26及閘極電極28。
如圖3及圖4所示，半導體元件24之汲極電極係藉由導電性接合材接合在基板圖案部14上。半導體元件24之源極電極26之上方配置有經由具有導電性之平板材(於此為銅板)來構成之導體板30。導體板30藉由導電性接合材接合於二個半導體元件24之源極電極26及源極端子部16B之端部側。二個半導體元件24之閘極電極28分別藉由連接部件32電性連接於閘極端子部16C之端部側。連接部件32係具有導電性之平板材(於此為銅板)沖壓成形來製造，藉由導電性接合材接合於閘極電極28及閘極端子部16C之端部側。作為導電性接合材可利用銲料、無鉛焊料、具有導電性及接著性之合金或金屬、或具有銀膏或銀奈米粒子之導電性接著劑等。
如上述，與引線框架LF接合之絕緣基板18上安裝半導體元件24等的狀態下，進行密封樹脂34之模製成型。其後，引線框架部12係從引線框架LF之其他部分被切斷來分離。引線框架部12之引線端子部16之汲極端子部16A、源極端子部16B、閘極端子部16C、源極感測端子16D、汲極感測端子部16E、熱電組用端子部16F及接地用端子16G係配置為基端部側被密封於密封樹脂34之內部，先端部側從密封樹脂34突出至外部(參照圖1及圖2)。汲極端子部16A及源極端子部16B之突出部分係沿密封樹脂34之側面延伸，更以與密封樹脂34之上表面對向的方式被彎曲為剖面略J字狀。藉此，完成如圖1及圖2所示之半導體裝置10。該半導體裝置10具備本實施例之引線框架整合基板11。
引線框架整合基板11係經由本實施例之引線框架整合基板之製造方法來製造。該製造方法具有疊合步驟及接合步驟。於疊合步驟，疊合B階段絕緣基板18及引線框架部12。B階段絕緣基板18係在如圖6及圖7所示之絕緣基板18中，樹脂層20之樹脂為半固化者。引線框架部12係如圖8所示，具有前述之基
板圖案部14及引線端子部16，如圖5所示之引線框架LF之一部分。在疊合步驟中，如圖9及圖10所示，將引線框架部12疊合於B階段絕緣基板18之樹脂層20。
在接合步驟中，壓接並加熱疊合步驟後之B階段絕緣基板18及引線框架部12，並將樹脂層20、與基板圖案部14及引線端子部16接合。在該接合步驟中，利用圖11所示之上側治具36及下側治具38。上側治具36組裝於沖壓機之上側頂板40，下側治具38組裝於沖壓機之下側頂板42。
上側治具36及下側治具38之間配置疊合步驟後之B階段絕緣基板18及引線框架部12，經由沖壓機將B階段絕緣基板18之樹脂層20與引線框架部12互相壓接。此時，上側治具36及下側治具38經由圖未表示之加熱器加熱。藉此，樹脂層20與引線框架部12被熱壓接，引線框架部12被連接至經由該熱壓接固化之樹脂層20。藉此，完成引線框架整合基板11。尚，在本實施例中，引線框架部12在從引線框架LF之其他部分分離前進行疊合步驟及接合步驟。其後，進行前述之密封樹脂34之模製成型。
上述構成之引線框架整合基板11中，由引線框架LF之一部分構成之引線框架部12具有構成基板圖案之基板圖案部14及引線端子部16。基板圖案部14及引線端子部16接合絕緣基板18。經由該絕緣基板18，可確保散熱性。更甚者，相比於將引線框架接合於形成在絕緣基板之基板圖案之習知構成，僅就用於接合之區域變為不需要的部分，即可讓絕緣基板18小型化，因此可讓整體構成小型化。其結果，包含引線框架整合基板11所構成之半導體裝置10之小型化變為可能。
關於上述功效，利用圖12~圖15所示之習知之半導體裝置50(比較例)來補充說明。尚，圖12~圖15中，與本實施例之半導體裝置10相同之構成利用
相同符號。該半導體裝置50相對於本實施例之絕緣基板18，具備具有絕緣性之直接覆銅(Direct Copper Bonding，DCB)基板52。該DCB基板52具備陶瓷基板54、形成於陶瓷基板54一方之表面之配線圖案56、形成於陶瓷基板54另一方之表面之散熱用之金屬層58。DCB基板52之配線圖案56及金屬層例如經由銅箔來構成。
如圖14及圖15所示，於DCB基板52之配線圖案56，為了輸出入配線，接合有由銅板構成之引線框架LF利用焊料等之導電性接合材。該引線框架LF與本實施例之引線框架LF相同地，於銅板施行經由蝕刻或模壓之沖壓所製造者，但不具有相當於基板圖案部14之部分。
又，於DCB基板52之配線圖案56上，與本實施例之半導體裝置10相同地，安裝有二個半導體元件24(參照圖13)。接著，與引線框架LF接合之DCB基板52上安裝有半導體元件24的狀態下，進行密封樹脂34之模製成型(參照圖14之虛線)。其後，除去引線框架LF之不要部分，經由彎曲汲極端子部16A及源極端子部16B至預設形狀，成為如圖12所示之完成品的狀態。
該半導體裝置50中，由於具有用於接合DCB基板52之配線圖案56與引線框架LF之接合區域JA1、JA2(參照圖13)，僅就該些接合區域JA1、JA2的部分，就比本實施例之半導體裝置10大型化。尤其是，對應於大電流(例如300A~600A)之規格，由於為了抑制引線端子部16之溫度上升接合區域JA1、JA2之面積會變大，半導體裝置50之封裝尺寸有變大的傾向。又，引線框架LF接合於DCB基板52之配線圖案56，由於配線圖案56與引線框架LF為積層之構成，配線圖案56之部分之銅材會變得浪費。
相對於此，本實施例之半導體裝置10中，不使用DCB基板52，由於熱壓接B階段絕緣基板18與具有基板圖案部14之引線框架部12，上述之接合區
域JA1、JA2變為不需要，可預期封裝之大幅小型化。又，本實施例之半導體裝置10中，不僅不需要相當於DCB基板52之配線圖案56之銅材，由於引線框架LF中因蝕刻或模壓之沖壓而捨棄之銅材作為基板圖案部14而可有效活用，銅材之浪費大幅的減少。其結果，可低成本化。再者，由於引線框架部12之基板圖案部14直接接合於絕緣基板18，可讓配線長度變短。其結果，可降低配線電組或寄生電感。
在本實施例中，絕緣基板18具有由熱固化之樹脂構成之樹脂層20，經由該樹脂之熱固化引線框架部12與樹脂層20連接(接合)。藉此，例如相比於引線框架部12與樹脂層20利用其他接著劑接著於樹脂層20之構成，製造步驟之簡單化變為可能。
再者，本實施例中，絕緣基板18具有接合於與引線框架12相對側之金屬層22。該金屬層22配置為從密封樹脂34露出。藉此，確保散熱性變為容易。
接著，說明有關本發明之第二實施例。尚，與第一實施例基本上相同之構成及作用，利用與第一實施例相同符號，並省略其說明。
圖16表示在第二實施例之半導體裝置之製造方法中，絕緣基板18被設置於成型模具60之下模具62之狀態的剖面圖。圖17表示第二實施例之半導體裝置之製造方法中之模具內接合步驟之狀況對應於圖16之剖面圖。
第二實施例之半導體裝置之製造方法中，製造與第一實施例之半導體裝置10相同之半導體裝置10。該製造方法具有元件接合步驟、模具內疊合步驟、及模具內接合步驟。元件接合步驟中，將半導體元件24或連接部件32(圖17中省略圖示)等接合於引線框架部12之基板圖案部14。
模具內疊合步驟中，如圖16所示，在成型模具60之下模具62之腔體內，將B階段絕緣基板18之樹脂層20與元件接合步驟後之引線框架部12疊合。該下模具62形成有位置偏移防止用之凹部62A，B階段絕緣基板18之下面側插入至該凹部62A。藉此，相對於下模具62，可防止B階段絕緣基板18之位置偏移。
模具內接合步驟中，如圖17所示，利用成型模具60之上模具64與下模具62進行轉注成型。藉此，B階段絕緣基板18、成型密封半導體元件24及引線框架部12之密封樹脂34，並接合B階段絕緣基板18與基板圖案部14及引線端子部16。換言之，模具內接合步驟中，經由成型樹脂之熱，加熱硬化B階段絕緣基板18之樹脂層20。接著，經由該樹脂層20之熱固化，引線框架部12與樹脂層20連接。
其後，將引線框架部12從引線框架LF之其他部分分離，經由於汲極端子部16A及源極端子部16B施行彎曲加工，完成半導體裝置10。本實施例中，相較於第一實施例，例如可削減製造工程之工量。除此之外，可得到基本上與第一實施例相同的功效。
尚，上述第二實施例中，下模具62中形成有位置偏移防止用之凹部62A之構成，但其非限制性。例如，如圖18所示之變形例，絕緣基板18之位置偏移防止用之頂針68設置於下模具62之構成亦可。該變形例中，如圖19所示，經由設於上模具64之壓針70，引線框架部12被壓至絕緣基板18，頂針68退回至下模具62內。其後，腔體66內充填成型樹脂。
又，上述各實施例中為絕緣基板18具有由熱固性之樹脂構成之樹脂層20，經由該樹脂之熱固化引線框架部12與樹脂層20接著之構成，但其非限制
性。例如，引線框架部12與樹脂層20利用其他之接著劑接著至樹脂層20之構成亦可。
又，上述各實施例中為利用具有熱固化之樹脂成為半固化之樹脂層20之B階段絕緣基板18，來製造引線框架整合基板11之構成，但其非限制性。例如，絕緣基板18替代樹脂層20具有熱傳導性絕緣片之構成亦可。
又，上述各實施例中為絕緣基板18具有金屬層22之構成，但其非限制性，絕緣基板18不具有金屬層22之構成亦可。又，金屬層之材料不限於銅，鋁或鈦、鎳等之熱傳導性高之材料亦可。
以上概述了數個實施例的部件、使得在本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以更理解本發明實施例的概念。在本發明所屬技術領域中具有通常知識者應該理解、可以使用本發明實施例作為基礎、來設計或修改其他製程和結構、以實現與在此所介紹的實施例相同的目的及/或達到相同的好處。在本發明所屬技術領域中具有通常知識者也應該理解、這些等效的結構並不背離本發明的精神和範圍、並且在不背離本發明的精神和範圍的情況下、在此可以做出各種改變、取代和其他選擇。因此、本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定為準。
11:引線框架整合基板
12:引線框架部
14:基板圖案部
16:引線端子部
16A:汲極端子部
16B:源極端子部
16C:閘極端子部
16D:源極感測端子
16E:汲極感測端子部
16F:熱電組用端子部
16G:接地用端子
18:絕緣基板
20:樹脂層
F10:剖線
Claims (7)
- 一種引線框架整合基板，其包含：引線框架部，其由引線框架之一部分構成，並具有構成基板圖案之基板圖案部及引線端子部；及絕緣基板，其接合於前述基板圖案部及前述引線端子部，前述絕緣基板係由一個樹脂層與一個金屬層構成，前述樹脂層係與前述基板圖案部及前述引線端子部接合，在前述基板圖案部上配置半導體元件的狀態下經由密封樹脂來密封，前述引線端子部的先端部側配置為從前述密封樹脂往外部突出。
- 如請求項1所載的引線框架整合基板，其中前述絕緣基板係具有由熱固性之樹脂構成之樹脂層，前述引線框架部係經由前述樹脂之熱固化與前述樹脂層連接。
- 如請求項1或2所載的引線框架整合基板，其中前述絕緣基板係具有接合在與前述引線框架部為相反側之金屬層。
- 一種半導體裝置，其包含：如請求項1或2所載的的引線框架整合基板；半導體元件，其配置於前述引線框架部之前述基板圖案部上；及密封樹脂，其密封前述引線框架整合基板及前述半導體元件。
- 一種半導體裝置，其包含：如請求項3所載的的引線框架整合基板；半導體元件，其配置於前述引線框架部之前述基板圖案部上；及密封樹脂，其密封前述引線框架整合基板及前述半導體元件。
- 一種引線框架整合基板之製造方法，其包含：疊合步驟，疊合具有熱固性之樹脂成為半硬化之樹脂層之B階段絕緣基板的前述樹脂層、及具有構成基板圖案之基板圖案部及引線端子部之引線框架部；及接合步驟，壓接並加熱前述疊合步驟後之前述B階段絕緣基板及前述引線框架部，並將前述樹脂層、與前述基板圖案部及前述引線端子部接合。
- 一種半導體裝置之製造方法，其包含：元件接合步驟，將半導體元件接合於具有構成基板圖案之基板圖案部及引線端子部之引線框架部的前述基板圖案部；模具內疊合步驟，在成型模具之腔體內，疊合具有熱固性之樹脂成為半硬化之樹脂層之B階段絕緣基板的前述樹脂層、及前述元件接合步驟後之前述引線框架部；及模具內接合步驟，利用前述成型模具進行轉注成型，成型密封前述B階段絕緣基板、前述半導體元件及前述引線框架部之密封樹脂，並且將前述B階段絕緣基板、與前述基板圖案部及前述引線端子部接合。
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