WO2021186657A1 - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置および半導体装置の製造方法 Download PDF

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吉松　直樹
信義 木本
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present disclosure relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device.
  • a semiconductor device in which a hole is formed from a mold resin to a die pad to allow the solder to pass through the die pad in order to release the solder that has expanded in volume when the solder that joins the semiconductor element and the lead frame is melted (for example,). See Patent Document 1).
  • an object of the present disclosure is to provide a technique capable of suppressing the occurrence of cracks in the mold resin and suppressing the intrusion of moisture from the outside.
  • the semiconductor device includes a heat spreader, a semiconductor element provided on the upper surface of the heat spreader, an insulating sheet provided on the lower surface of the heat spreader, and a lead frame joined to the upper surface of the semiconductor element via solder. And one end side of the lead frame, the semiconductor element, the heat spreader, and a mold resin for sealing the insulating sheet, and a hole portion from the upper surface of the mold resin to the joint surface with the semiconductor element in the lead frame. Is formed, and the pores are filled with a low young rate resin having a lower young rate than the mold resin.
  • the present disclosure when a semiconductor device is soldered to a cooler, even if the solder that joins the semiconductor element and the lead frame melts and expands in volume, the low Young rate resin filled in the pores softens and pores. By deforming in the direction of forming a space in the portion, excess solder corresponding to the volume expansion can be accommodated in the hole portion. As a result, it is possible to suppress an increase in the internal pressure of the mold resin, so that it is possible to suppress the occurrence of cracks in the mold resin.
  • the holes are filled with a low Young's modulus resin, it is possible to suppress the intrusion of moisture from the outside.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state in which the semiconductor device according to the first embodiment is mounted on a cooler by soldering. It is a top view of the semiconductor device which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is sectional drawing of the semiconductor device which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. It is sectional drawing of the semiconductor device which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Embodiment 4.
  • FIG. It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Embodiment 4.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a state in which the semiconductor device 100 according to the first embodiment is mounted on the cooler 50 by soldering.
  • FIG. 2 is a plan view of the semiconductor device 100.
  • the semiconductor device 100 is used in an inverter that controls a motor of an electric vehicle, a train, or the like, and a converter for regeneration.
  • the semiconductor device 100 is mounted on the upper surface of the cooler 50 via the solder 5 without using grease.
  • the semiconductor device 100 includes a heat spreader 1, a semiconductor element 6, an insulating sheet 2, a plurality of lead frames 8, a plurality of lead frames 9, and a mold resin 12.
  • the semiconductor element 6 is provided on the upper surface of the heat spreader 1 via the solder 7.
  • the insulating sheet 2 is attached to the lower surface of the heat spreader 1.
  • the insulating sheet 2 is composed of an insulating resin 3 and a copper foil 4 attached to the lower surface of the insulating resin 3.
  • One of the plurality of lead frames 8 is bonded to the upper surface of the semiconductor element 6 via the solder 10.
  • One of the plurality of lead frames 9 is connected to the semiconductor element 6 via the wire 11.
  • the mold resin 12 is made of, for example, an epoxy resin, and forms a package of the semiconductor device 100.
  • the mold resin 12 seals one end side of the lead frames 8 and 9, the semiconductor element 6, the heat spreader 1, and the insulating sheet 2. Specifically, the mold resin 12 seals a portion of the lead frames 8 and 9 excluding the outer leads 8a and 9a, a semiconductor element 6, a heat spreader 1, and a portion of the insulating sheet 2 excluding the lower surface. Therefore, the lower surface of the copper foil 4 of the insulating sheet 2 is exposed from the mold resin 12.
  • a hole 14 is formed from the upper surface of the mold resin 12 to the bonding surface with the semiconductor element 6 in the lead frame 8 to which the semiconductor element 6 is bonded.
  • the hole portion 14 is formed in a vertically oriented columnar shape, and the plan view contour of the hole portion 14 is smaller than the plan view contour of the solder 10 arranged on the joint surface of the semiconductor element 6.
  • the inside of the hole 14 is filled with a low Young's modulus resin 13 having a Young's modulus lower than that of the mold resin 12.
  • the low Young's modulus resin 13 is, for example, a silicone resin.
  • the semiconductor element 6 is bonded to the heat spreader 1 by solder 7.
  • the lead frames 8 and 9 are fixed with a jig so as to maintain a constant distance from the die-bonded semiconductor element 6, and molten solder is poured from the solder supply holes (not shown) of the lead frame 8.
  • the semiconductor element 6 and the lead frame 8 are joined by filling the gap between them.
  • the insulating sheet 2 is first placed on the bottom surface of the lower mold that constitutes the lower part of the mold.
  • a wire bond completed product which is an assembly of the heat spreader 1, the semiconductor element 6, and the lead frames 8 and 9, is arranged on the heat spreader 1.
  • the upper mold forming the upper part of the mold is closed.
  • the resin that is the base of the molten mold resin 12 is poured from the gate of the mold into the cavity of the mold to cure the resin in the mold, and then the mold is opened and the semiconductor device 100 is taken out. At this time, the interface between the insulating resin 3 and the heat spreader 1 of the insulating sheet 2 and the interface between the insulating resin 3 and the mold resin 12 are adhered by softening the insulating resin 3 of the insulating sheet 2.
  • the hole portion 14 is formed from the upper surface of the mold resin 12 to the joint surface with the semiconductor element 6 in the lead frame 8.
  • the pores 14 are filled with a low Young's modulus resin 13 such as a silicone resin, and the low Young's modulus resin 13 is cured.
  • a mechanical method such as punching or laser processing, or a chemical method such as etching is used.
  • the cooler 50 and the semiconductor device 100 also need to be at a temperature equal to or higher than the melting temperature of the solder 5 in order to make the solder 5 compatible. Then, the solder in the mold resin 12 also melts, and the volume of the solder expands.
  • the volume of the portion of the mold resin 12 where the solder exists is equal to the volume of the solder before melting, and a volume for releasing the melted solder is required in the mold resin 12.
  • a hard resin such as epoxy is generally used for the mold resin 12, and there is a problem that cracks occur in the mold resin 12 when the mold resin 12 is deformed due to an increase in internal pressure.
  • the heat spreader 1, the semiconductor element 6 provided on the upper surface of the heat spreader 1, the insulating sheet 2 provided on the lower surface of the heat spreader 1, and the solder 10 are interposed.
  • the lead frames 8 and 9 bonded to the upper surface of the semiconductor element 6 and the mold resin 12 for sealing one end side of the lead frames 8 and 9, the semiconductor element 6, the heat spreader 1, and the insulating sheet 2 are provided.
  • a hole 14 is formed from the upper surface of the 12 to the joint surface with the semiconductor element 6 in the lead frame 8, and the hole 14 is filled with a low Young rate resin 13 having a younger rate lower than that of the mold resin 12.
  • the semiconductor device 100 when the semiconductor device 100 is soldered to the cooler 50, even if the solder 10 that joins the semiconductor element 6 and the lead frame 8 melts and expands in volume, the low Young rate resin 13 filled in the holes 14 remains.
  • the surplus solder 10 due to the volume expansion can be accommodated in the hole portion 14.
  • the semiconductor device 100 can be used for a long period of time.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the semiconductor device 100A.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing the semiconductor device 100A.
  • the same components as those described in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the structure of the hole portion 14 is different from that of the semiconductor device 100 according to the first embodiment.
  • the hole portion 14 is composed of a resin side hole portion 14a and a solder supply hole 14b.
  • the bending process is not performed in the lead processing process.
  • the solder supply holes 14b are formed through the lead frame 8 so as to form a vertical circle in which molten solder is supplied to form the solder 10 between the lead frame 8 and the semiconductor element 6 in the frame joining process. It is a columnar hole.
  • the resin side hole portion 14a is formed from the upper surface of the mold resin 12 to the upper surface of the lead frame 8.
  • the resin side hole portion 14a is a vertically oriented columnar hole and communicates with the solder supply hole 14b.
  • the plan view contour of the resin side hole portion 14a is formed larger than the plan view contour of the solder supply hole 14b.
  • the low Young's modulus resin 13 is filled inside the hole 14, that is, inside the resin side hole 14a and the solder supply hole 14b.
  • a columnar pin 33 projecting downward is provided inside the upper mold 31 constituting the mold 30.
  • the pin 33 comes into contact with the periphery of the solder supply hole 14b in the lead frame 8.
  • the insulating sheet 2 is first arranged on the bottom surface of the lower mold 32 that constitutes the lower part of the mold 30.
  • a wire bond completed product which is an assembly of the heat spreader 1, the semiconductor element 6, and the lead frames 8 and 9, is arranged on the heat spreader 1.
  • the upper mold 31 forming the upper part of the mold 30 is closed.
  • the resin that is the base of the molded resin 12 melted from the gate of the mold 30 is poured into the cavity 30a of the mold 30 to cure the resin in the mold 30.
  • the pin 33 is in contact with the periphery of the solder supply hole 14b, even if the resin is injected into the cavity 30a, it does not enter the solder supply hole 14b.
  • the resin side hole portion 14a is formed at the position of the pin 33, the resin side hole portion 14a and the solder supply hole 14b communicate with each other to form the hole portion 14.
  • the mold 30 is opened and the semiconductor device 100A is taken out. At this time, the interface between the insulating resin 3 and the heat spreader 1 of the insulating sheet 2 and the interface between the insulating resin 3 and the mold resin 12 are adhered by softening the insulating resin 3 of the insulating sheet 2. Next, a lead processing step is performed.
  • the portion of the hole 14 formed in the lead frame 8 is a solder supply in which solder is supplied between the lead frame 8 and the semiconductor element 6. It is a hole 14b.
  • the solder supply hole 14b originally formed in the lead frame 8 can be used as a part of the hole portion 14 filled with the low Young's modulus resin 13.
  • the hole 14 can be formed more easily.
  • a step of arranging an insulating sheet 2, a heat spreader 1, a semiconductor element 6, and an assembly of lead frames 8 and 9 on the bottom surface of the lower mold 32 ( a) and the pin 33 provided in the upper mold 31 are brought into contact with the periphery of the solder supply hole 14b on the upper surface of the lead frame 8, and the mold 30 is in a state where the pin 33 closes the solder supply hole 14b.
  • the hole portion 14 is formed in the step (b) of molding the mold resin 12, it is not necessary to make a hole in the mold resin 12 after this step.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the semiconductor device 100B according to the third embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing the semiconductor device 100B.
  • the same components as those described in the first and second embodiments are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
  • the resin side hole portion 14a is not formed, and the low Young's modulus resin 13 is filled only in the solder supply hole 14b. Therefore, the low Young's modulus resin 13 is not exposed on the upper surface of the mold resin 12. In FIG. 5, no bending process is performed in the lead processing process.
  • the pin 33 is not provided inside the upper mold 31 constituting the mold 30.
  • the solder supply hole 14b is filled with the low Young's modulus resin 13 and the low Young's modulus resin 13 is cured before the molding step.
  • the semiconductor device 100B is via the heat spreader 1, the semiconductor element 6 provided on the upper surface of the heat spreader 1, the insulating sheet 2 provided on the lower surface of the heat spreader 1, and the solder 10.
  • a lead frame 8 and 9 bonded to the upper surface of the semiconductor element 6 and a mold resin 12 for sealing one end side of the lead frame 8 and 9, the semiconductor element 6, the heat spreader 1, and the insulating sheet 2 are provided.
  • a solder supply hole 14b for supplying solder is formed in the lead frame 8 and the semiconductor element 6, and the solder supply hole 14b is filled with a low Young rate resin 13 having a younger rate lower than that of the mold resin 12. There is. Next, a molding process and a lead processing process are performed.
  • the semiconductor device 100B is soldered to the cooler 50, even if the solder 10 that joins the semiconductor element 6 and the lead frame 8 melts and expands in volume, the low young rate resin 13 filled in the solder supply holes 14b Is softened and deformed in the direction of forming a space in the solder supply hole 14b, so that the excess solder 10 due to the volume expansion can be accommodated in the solder supply hole 14b.
  • the excess solder 10 due to the volume expansion can be accommodated in the solder supply hole 14b.
  • the interface between the mold resin 12 and the low Young's modulus resin 13 is not exposed on the upper surface of the mold resin 12, the invasion of moisture from the outside can be further suppressed. As a result, deterioration of withstand voltage and corrosion of the semiconductor element 6 can be suppressed.
  • the method for manufacturing the semiconductor device 100B according to the third embodiment is a step of arranging an insulating sheet 2, a heat spreader 1, a semiconductor element 6, and an assembly of lead frames 8 and 9 on the bottom surface of the lower mold 32 (d).
  • the cavity 30a is composed of the upper mold 31 and the lower mold 32 by performing the step (e) of injecting the low Young rate resin 13 into the solder supply hole 14b of the lead frame 8 and the mold tightening of the mold 30. It includes a step (f) of injecting a resin into the mold and molding the mold resin 12.
  • solder supply holes 14b it is not necessary to make holes in the mold resin 12 after the molding process, and the semiconductor device 100B can be easily manufactured.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the semiconductor device 100C according to the fourth embodiment.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing the semiconductor device 100C.
  • the same components as those described in the first to third embodiments are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the semiconductor device 100C includes a lid 20 with respect to the semiconductor device 100B according to the third embodiment. Further, the solder supply holes 14b are not filled with the low Young's modulus resin 13. In addition, in FIG. 7, bending processing is not performed in the lead processing process.
  • the lid 20 is made of a resin plate or a metal plate so as not to be deformed by the pressure of the mold resin 12, and is arranged around the solder supply hole 14b on the upper surface of the lead frame 8.
  • the lid 20 has a plan view contour larger than the plan view contour of the solder supply hole 14b so that the solder supply hole 14b can be closed.
  • the upper side of the solder supply hole 14b is closed by the lid 20, and the lower side of the solder supply hole 14b is closed by the solder 10. That is, a space is formed at a position where it comes into contact with the solder 10. Therefore, even if the solder 10 that joins the semiconductor element 6 and the lead frame 8 melts and expands in volume, the excess solder 10 that expands in volume can be accommodated in the solder supply hole 14b.
  • the insulating sheet 2 is first arranged on the bottom surface of the lower mold 32 that constitutes the lower part of the mold 30.
  • a wire bond completed product which is an assembly of the heat spreader 1, the semiconductor element 6, and the lead frames 8 and 9, is arranged on the heat spreader 1.
  • a lid 20 is arranged around the solder supply hole 14b on the upper surface of the lead frame 8, and a space surrounded by the lid 20, the solder supply hole 14b, and the solder 10 is formed.
  • the upper mold 31 forming the upper part of the mold 30 is closed.
  • the resin that is the base of the molded resin 12 melted from the gate of the mold 30 is poured into the cavity 30a of the mold 30 to cure the resin in the mold 30, and then the mold is opened and the semiconductor device 100 is opened. Taken out. At this time, the interface between the insulating resin 3 and the heat spreader 1 of the insulating sheet 2 and the interface between the insulating resin 3 and the mold resin 12 are adhered by softening the insulating resin 3 of the insulating sheet 2. Next, a lead processing step is performed.
  • the semiconductor device 100C according to the fourth embodiment is via the heat spreader 1, the semiconductor element 6 provided on the upper surface of the heat spreader 1, the insulating sheet 2 provided on the lower surface of the heat spreader 1, and the solder 10.
  • a lead frame 8 and 9 bonded to the upper surface of the semiconductor element 6 and a mold resin 12 for sealing one end side of the lead frame 8 and 9, the semiconductor element 6, the heat spreader 1, and the insulating sheet 2 are provided.
  • a solder supply hole 14b for supplying solder is formed in the lead frame 8 and the semiconductor element 6, and is arranged around the solder supply hole 14b on the upper surface of the lead frame 8 to close the solder supply hole 14b. 20 is further provided.
  • the semiconductor device 100C is soldered to the cooler 50, even if the solder 10 that joins the semiconductor element 6 and the lead frame 8 melts and expands in volume, the excess solder 10 that expands in volume is used as the solder supply hole. It can be accommodated in 14b. As a result, it is possible to suppress an increase in the internal pressure of the mold resin 12, and thus it is possible to suppress the occurrence of cracks in the mold resin 12.
  • the space capable of accommodating the solder 10 is not exposed on the upper surface of the mold resin 12, the invasion of moisture from the outside can be further suppressed. As a result, deterioration of withstand voltage and corrosion of the semiconductor element 6 can be further suppressed.
  • the method for manufacturing the semiconductor device 100C includes a step (g) of arranging an insulating sheet 2, a heat spreader 1, a semiconductor element 6, and an assembly of lead frames 8 and 9 on the bottom surface of the lower mold 32, and a lead frame.
  • a lid 20 is arranged around the solder supply hole 14b on the upper surfaces of 8 and 9, and the mold 30 is fastened with the lid 20 blocking the solder supply hole 14b, and the upper mold 31 and the lower mold 32 are formed.
  • a step (h) of injecting a resin into the cavity 30a composed of the mold resin 12 and molding the mold resin 12 is provided.
  • solder supply holes 14b it is not necessary to make holes in the mold resin 12 after the molding process. Further, since it is not necessary to fill the low Young's modulus resin 13, the semiconductor device 100C can be manufactured more easily.

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Abstract

モールド樹脂にクラックが生じることを抑制し、かつ、外部から湿気が侵入することを抑制可能な技術を提供することを目的とする。半導体装置（１００）は、ヒートスプレッダ（１）と、ヒートスプレッダ（１）の上面に設けられた半導体素子（６）と、ヒートスプレッダ（１）の下面に設けられた絶縁シート（２）と、はんだ（１０）を介して半導体素子（６）の上面に接合されたリードフレーム（８，９）と、リードフレーム（８，９）の一端側、半導体素子（６）、ヒートスプレッダ（１）、および絶縁シート（２）を封止するモールド樹脂（１２）とを備えている。モールド樹脂（１２）の上面からリードフレーム（８）における半導体素子（６）との接合面にかけて孔部（１４）が形成され、孔部（１４）にモールド樹脂（１２）よりもヤング率の低い低ヤング率樹脂（１３）が充填されている。

Description

半導体装置および半導体装置の製造方法
　本開示は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関するものである。
　樹脂モールドされた電力用半導体装置は冷却器に搭載される際、冷却器との接触面の隙間を埋めるように放熱用のグリースが充填される。半導体装置から発生する熱はグリースを介して冷却器に伝えられ、冷却器内で冷却水または空気に熱交換することで半導体装置が冷却される。
　半導体装置を電気自動車などのインバータに組み込むためには半導体装置の小型化が要求されるとともに、半導体素子の電力密度の上昇が必要となる。そのため、半導体装置には小型化と放熱性能の向上が求められる。そこで、放熱経路の中で熱を通しにくいグリースをはんだ等の金属に置き替えることで熱抵抗を改善するとともに、半導体素子の繰り返し動作に伴って発生するグリースのポンピングアウトに対する対策を行うことが考えられる。
　しかし、単にグリースをはんだに置き替えるだけでは他の問題が発生する。例えば、はんだ付けする際に半導体装置を高温にする必要があるため、半導体素子とリードフレームとを接合するはんだが溶融する。溶融したはんだは体積膨張するためモールド樹脂にクラックが生じ、はんだが噴出する可能性がある。
　半導体素子とリードフレームとを接合するはんだが溶融したときに体積膨張した分のはんだを逃がすために、モールド樹脂からダイパッドを貫通しはんだまで通じる孔を形成した半導体装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平５－２５９３４４号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の技術では、外部から湿気が孔を通じて侵入するため半導体素子の耐圧劣化および腐食などが懸念される。
　そこで、本開示は、モールド樹脂にクラックが生じることを抑制し、かつ、外部から湿気が侵入することを抑制可能な技術を提供することを目的とする。
　本開示に係る半導体装置は、ヒートスプレッダと、前記ヒートスプレッダの上面に設けられた半導体素子と、前記ヒートスプレッダの下面に設けられた絶縁シートと、はんだを介して前記半導体素子の上面に接合されたリードフレームと、前記リードフレームの一端側、前記半導体素子、前記ヒートスプレッダ、および前記絶縁シートを封止するモールド樹脂とを備え、前記モールド樹脂の上面から前記リードフレームにおける前記半導体素子との接合面にかけて孔部が形成され、前記孔部に前記モールド樹脂よりもヤング率の低い低ヤング率樹脂が充填されたものである。
　本開示によれば、半導体装置を冷却器にはんだ付けする際、半導体素子とリードフレームとを接合するはんだが溶融し体積膨張しても、孔部に充填された低ヤング率樹脂が軟化し孔部内に空間を形成する方向に変形することで、体積膨張した分の余剰のはんだを孔部に収容することができる。これにより、モールド樹脂の内圧上昇を抑制することができることから、モールド樹脂にクラックが生じることを抑制することができる。
　さらに、孔部に低ヤング率樹脂が充填されているため、外部からの湿気の侵入を抑制することができる。
　この開示の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
実施の形態１に係る半導体装置が冷却器にはんだ付けにより搭載された状態を示す断面図である。 実施の形態１に係る半導体装置の平面図である。 実施の形態２に係る半導体装置の断面図である。 実施の形態２に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。 実施の形態３に係る半導体装置の断面図である。 実施の形態３に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。 実施の形態４に係る半導体装置の断面図である。 実施の形態４に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
　＜実施の形態１＞
　実施の形態１について、図面を用いて以下に説明する。図１は、実施の形態１に係る半導体装置１００が冷却器５０にはんだ付けにより搭載された状態を示す断面図である。図２は、半導体装置１００の平面図である。
　図１と図２に示すように、半導体装置１００は、電気自動車および電車などのモータを制御するインバータ、および回生用のコンバータに使用される。半導体装置１００は、グリースを介さずに、はんだ５を介して冷却器５０の上面に搭載されている。
　半導体装置１００は、ヒートスプレッダ１、半導体素子６、絶縁シート２、複数のリードフレーム８、複数のリードフレーム９、およびモールド樹脂１２を備えている。
　半導体素子６は、ヒートスプレッダ１の上面にはんだ７を介して設けられている。絶縁シート２は、ヒートスプレッダ１の下面に貼り付けられている。絶縁シート２は、絶縁樹脂３と、絶縁樹脂３の下面に貼り付けられた銅箔４とで構成されている。
　複数のリードフレーム８のうちの１つは、半導体素子６の上面にはんだ１０を介して接合されている。複数のリードフレーム９のうちの１つは、ワイヤ１１を介して半導体素子６に接続されている。
　モールド樹脂１２は、例えばエポキシ樹脂からなり、半導体装置１００のパッケージを形成している。モールド樹脂１２は、リードフレーム８，９の一端側、半導体素子６、ヒートスプレッダ１、および絶縁シート２を封止している。具体的には、モールド樹脂１２は、リードフレーム８，９のアウターリード８ａ，９ａを除く部分、半導体素子６、ヒートスプレッダ１、および絶縁シート２の下面を除く部分を封止している。そのため、絶縁シート２の銅箔４の下面はモールド樹脂１２から露出している。
　モールド樹脂１２の上面から、半導体素子６が接合されたリードフレーム８における半導体素子６との接合面にかけて孔部１４が形成されている。孔部１４は縦向きの円柱状に形成されており、孔部１４の平面視輪郭は半導体素子６の接合面に配置されたはんだ１０の平面視輪郭よりも小さい。孔部１４の内部に、モールド樹脂１２よりもヤング率の低い低ヤング率樹脂１３が充填されている。低ヤング率樹脂１３は、例えばシリコーン樹脂である。
　次に、実施の形態１に係る半導体装置１００の製造方法について説明する。先ずダイボンド工程では、半導体素子６はヒートスプレッダ１にはんだ７により接合される。
　次にフレーム接合工程では、ダイボンドされた半導体素子６と一定間隔を保つようにリードフレーム８，９が治具で固定され、リードフレーム８のはんだ供給孔（図示省略）から溶融したはんだを流し込み、半導体素子６とリードフレーム８の間隔を埋めて接合される。
　次にワイヤボンド工程では、半導体素子６の信号ワイヤパッドとリードフレーム９とがワイヤ１１により接続される。
　次にモールド工程では、最初に金型の下部を構成する下金型の底面に絶縁シート２が配置される。その上にヒートスプレッダ１と半導体素子６とリードフレーム８，９の組立体であるワイヤボンド完了品が配置される。次に、金型の上部を構成する上金型が閉じられる。
　そして、金型のゲートから溶融したモールド樹脂１２の基となる樹脂を金型のキャビティに流し込んで金型内で樹脂を硬化させた後、金型が開かれて半導体装置１００が取り出される。このとき、絶縁シート２の絶縁樹脂３とヒートスプレッダ１の界面、および絶縁樹脂３とモールド樹脂１２の界面は絶縁シート２の絶縁樹脂３が軟化することで接着される。
　次にリード加工工程では、リード加工金型を使用して、リードフレーム８，９における不要なつなぎ部分が切断され、所定の形状に曲げ加工される。
　次に、モールド樹脂１２の上面からリードフレーム８における半導体素子６との接合面にかけて孔部１４が形成される。孔部１４に、シリコーン樹脂などの低ヤング率樹脂１３が充填され、低ヤング率樹脂１３が硬化される。なお、モールド樹脂１２およびリードフレーム８に孔部１４を形成する方法は、パンチングまたはレーザー加工等の機械的方法、またはエッチング等の化学的方法が用いられる。
　次に、半導体装置１００が冷却器５０の上面にはんだ付けされることで、グリースを介さず放熱することが可能となる。
　次に、実施の形態１に係る半導体装置１００の作用、効果について説明する。
　半導体装置１００が冷却器５０にはんだ付けされる際、はんだ５を馴染ませるために冷却器５０と半導体装置１００もはんだ５の溶融温度以上の温度にする必要がある。そうすると、モールド樹脂１２内にあるはんだも溶融し、はんだの体積が膨張する。
　モールド樹脂１２内におけるはんだが存在する部分の容積は溶融する前のはんだの体積に等しく、溶融したはんだを逃がす容積がモールド樹脂１２内に必要となる。モールド樹脂１２はエポキシなどの硬質の樹脂が使用されることが一般的であり、内圧上昇によりモールド樹脂１２が変形するとモールド樹脂１２にクラックが発生するなどの問題がある。
　これに対して、実施の形態１に係る半導体装置１００は、ヒートスプレッダ１と、ヒートスプレッダ１の上面に設けられた半導体素子６と、ヒートスプレッダ１の下面に設けられた絶縁シート２と、はんだ１０を介して半導体素子６の上面に接合されたリードフレーム８，９と、リードフレーム８，９の一端側、半導体素子６、ヒートスプレッダ１、および絶縁シート２を封止するモールド樹脂１２とを備え、モールド樹脂１２の上面からリードフレーム８における半導体素子６との接合面にかけて孔部１４が形成され、孔部１４にモールド樹脂１２よりもヤング率の低い低ヤング率樹脂１３が充填されている。
　したがって、半導体装置１００を冷却器５０にはんだ付けする際、半導体素子６とリードフレーム８とを接合するはんだ１０が溶融し体積膨張しても、孔部１４に充填された低ヤング率樹脂１３が軟化し孔部１４内に空間を形成する方向に変形することで、体積膨張した分の余剰のはんだ１０を孔部１４に収容することができる。これにより、モールド樹脂１２の内圧上昇を抑制することができることから、モールド樹脂１２にクラックが生じることを抑制することができる。
　さらに、孔部１４に低ヤング率樹脂１３が充填されているため、外部からの湿気の侵入を抑制することができる。これにより、半導体素子６の耐圧劣化および腐食を抑制することができる。以上より、半導体装置１００の長期使用が可能となる。
　＜実施の形態２＞
　次に、実施の形態２に係る半導体装置１００Ａについて説明する。図３は、半導体装置１００Ａの断面図である。図４は、半導体装置１００Ａの製造方法を示す断面図である。なお、実施の形態２において、実施の形態１で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。
　図３に示すように、実施の形態２では、実施の形態１に係る半導体装置１００に対して、孔部１４の構造が異なっている。孔部１４は、樹脂側孔部１４ａとはんだ供給孔１４ｂとで構成されている。なお、図３では、リード加工工程において曲げ加工が行われていない。
　はんだ供給孔１４ｂは、リードフレーム８に貫通状に形成され、フレーム接合工程においてリードフレーム８と半導体素子６との間に、はんだ１０を形成するために溶融したはんだが供給される縦向きの円柱状の孔である。樹脂側孔部１４ａは、モールド樹脂１２の上面からリードフレーム８の上面にかけて形成されている。樹脂側孔部１４ａは、縦向きの円柱状の孔であり、はんだ供給孔１４ｂと連通している。樹脂側孔部１４ａの平面視輪郭は、はんだ供給孔１４ｂの平面視輪郭よりも大きく形成されている。
　低ヤング率樹脂１３は、孔部１４の内部、すなわち、樹脂側孔部１４ａおよびはんだ供給孔１４ｂの内部に充填されている。
　次に、図４を用いて、半導体装置１００Ａの製造方法について説明する。ここでは、実施の形態１と異なる箇所のみ説明する。
　図４に示すように、金型３０を構成する上金型３１の内部に、下方に突出する円柱状のピン３３が設けられている。金型３０の型締めを行うとき、ピン３３は、リードフレーム８におけるはんだ供給孔１４ｂの周囲に当接するようになっている。
　ダイボンド工程、フレーム接合工程、およびワイヤボンド工程が完了した後、モールド工程では、最初に金型３０の下部を構成する下金型３２の底面に絶縁シート２が配置される。その上にヒートスプレッダ１と半導体素子６とリードフレーム８，９の組立体であるワイヤボンド完了品が配置される。次に、金型３０の上部を構成する上金型３１が閉じられる。
　そして、金型３０のゲートから溶融したモールド樹脂１２の基となる樹脂を金型３０のキャビティ３０ａに流し込んで金型３０内で樹脂を硬化させる。このとき、ピン３３ははんだ供給孔１４ｂの周囲に当接しているため、樹脂がキャビティ３０ａに注入されてもはんだ供給孔１４ｂに入り込まない。また、ピン３３の位置に樹脂側孔部１４ａが形成されるため、樹脂側孔部１４ａとはんだ供給孔１４ｂが連通し、孔部１４が形成される。
　金型３０が開かれて半導体装置１００Ａが取り出される。このとき、絶縁シート２の絶縁樹脂３とヒートスプレッダ１の界面、および絶縁樹脂３とモールド樹脂１２の界面は絶縁シート２の絶縁樹脂３が軟化することで接着される。次に、リード加工工程が行われる。
　以上のように、実施の形態２に係る半導体装置１００Ａでは、孔部１４のうちのリードフレーム８に形成された部分は、リードフレーム８と半導体素子６との間にはんだが供給されるはんだ供給孔１４ｂである。
　したがって、実施の形態１と同様の効果に加えて、元々リードフレーム８に形成されているはんだ供給孔１４ｂを、低ヤング率樹脂１３が充填される孔部１４の一部として使用することで、孔部１４をさらに容易に形成することができる。
　また、実施の形態２に係る半導体装置１００Ａの製造方法は、下金型３２の底面に、絶縁シート２、およびヒートスプレッダ１と半導体素子６とリードフレーム８，９の組立体とを配置する工程（ａ）と、上金型３１に設けられたピン３３をリードフレーム８の上面におけるはんだ供給孔１４ｂの周囲に当接させて、ピン３３がはんだ供給孔１４ｂを塞いだ状態で金型３０の型締めを行い、上金型３１と下金型３２とで構成されるキャビティ３０ａ内に樹脂を注入し、孔部１４を有するモールド樹脂１２を成形する工程（ｂ）と、孔部１４に低ヤング率樹脂１３を注入する工程（ｃ）とを備えている。
　したがって、モールド樹脂１２を成形する工程（ｂ）において、孔部１４が形成されるため、この工程後にモールド樹脂１２への孔開けが不要となる。
　＜実施の形態３＞
　次に、実施の形態３に係る半導体装置１００Ｂについて説明する。図５は、実施の形態３に係る半導体装置１００Ｂの断面図である。図６は、半導体装置１００Ｂの製造方法を示す断面図である。なお、実施の形態３において、実施の形態１，２で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。
　図５に示すように、実施の形態３では、樹脂側孔部１４ａが形成されておらず、はんだ供給孔１４ｂにのみ低ヤング率樹脂１３が充填されている。そのため、モールド樹脂１２の上面には低ヤング率樹脂１３が露出していない。なお、図５では、リード加工工程において曲げ加工が行われていない。
　次に、図６を用いて、半導体装置１００Ｂの製造方法について説明する。ここでは、実施の形態１，２と異なる箇所のみ説明する。
　図６に示すように、金型３０を構成する上金型３１の内部にピン３３が設けられていない。ダイボンド工程、フレーム接合工程、およびワイヤボンド工程が完了した後、モールド工程の前に、はんだ供給孔１４ｂに低ヤング率樹脂１３が充填され、低ヤング率樹脂１３が硬化される。
　以上のように、実施の形態３に係る半導体装置１００Ｂは、ヒートスプレッダ１と、ヒートスプレッダ１の上面に設けられた半導体素子６と、ヒートスプレッダ１の下面に設けられた絶縁シート２と、はんだ１０を介して半導体素子６の上面に接合されたリードフレーム８，９と、リードフレーム８，９の一端側、半導体素子６、ヒートスプレッダ１、および絶縁シート２を封止するモールド樹脂１２とを備え、リードフレーム８に、リードフレーム８と半導体素子６との間にはんだが供給されるはんだ供給孔１４ｂが形成され、はんだ供給孔１４ｂにモールド樹脂１２よりもヤング率の低い低ヤング率樹脂１３が充填されている。次に、モールド工程およびリード加工工程が行われる。
　したがって、半導体装置１００Ｂを冷却器５０にはんだ付けする際、半導体素子６とリードフレーム８とを接合するはんだ１０が溶融し体積膨張しても、はんだ供給孔１４ｂに充填された低ヤング率樹脂１３が軟化しはんだ供給孔１４ｂ内に空間を形成する方向に変形することで、体積膨張した分の余剰のはんだ１０をはんだ供給孔１４ｂに収容することができる。これにより、モールド樹脂１２の内圧上昇を抑制することができることから、モールド樹脂１２にクラックが生じることを抑制することができる。
　さらに、モールド樹脂１２と低ヤング率樹脂１３の界面がモールド樹脂１２の上面に露出しないため、外部からの湿気の侵入をさらに抑制することができる。これにより、半導体素子６の耐圧劣化および腐食を抑制することができる。
　実施の形態３に係る半導体装置１００Ｂの製造方法は、下金型３２の底面に、絶縁シート２、およびヒートスプレッダ１と半導体素子６とリードフレーム８，９の組立体とを配置する工程（ｄ）と、リードフレーム８のはんだ供給孔１４ｂに低ヤング率樹脂１３を注入する工程（ｅ）と、金型３０の型締めを行い、上金型３１と下金型３２とで構成されるキャビティ３０ａ内に樹脂を注入し、モールド樹脂１２を成形する工程（ｆ）とを備えている。
　したがって、はんだ供給孔１４ｂを利用することで、モールド工程後にモールド樹脂１２への孔開けが不要となり、半導体装置１００Ｂを容易に製造することができる。
　＜実施の形態４＞
　次に、実施の形態４に係る半導体装置１００Ｃについて説明する。図７は、実施の形態４に係る半導体装置１００Ｃの断面図である。図８は、半導体装置１００Ｃの製造方法を示す断面図である。なお、実施の形態４において、実施の形態１～３で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。
　図７に示すように、実施の形態４では、半導体装置１００Ｃは、実施の形態３に係る半導体装置１００Ｂに対して蓋２０を備えている。さらに、はんだ供給孔１４ｂには、低ヤング率樹脂１３が充填されていない。なお、図７では、リード加工工程において曲げ加工が行われていない。
　蓋２０は、モールド樹脂１２の圧力によって変形しないように樹脂板または金属板からなり、リードフレーム８の上面におけるはんだ供給孔１４ｂの周辺に配置されている。蓋２０は、はんだ供給孔１４ｂを塞ぐことが可能なように、はんだ供給孔１４ｂの平面視輪郭よりも大きな平面視輪郭を有している。はんだ供給孔１４ｂの上側は蓋２０で閉じられ、はんだ供給孔１４ｂの下側ははんだ１０で閉じられている。すなわち、はんだ１０に接触する位置に空間が形成されている。そのため、半導体素子６とリードフレーム８とを接合するはんだ１０が溶融し体積膨張しても、体積膨張した分の余剰のはんだ１０をはんだ供給孔１４ｂに収容することができる。
　次に、図８を用いて、半導体装置１００Ｃの製造方法について説明する。ここでは、実施の形態１～３と異なる箇所のみ説明する。
　ダイボンド工程、フレーム接合工程、およびワイヤボンド工程が完了した後、モールド工程では、最初に金型３０の下部を構成する下金型３２の底面に絶縁シート２が配置される。その上にヒートスプレッダ１と半導体素子６とリードフレーム８，９の組立体であるワイヤボンド完了品が配置される。リードフレーム８の上面におけるはんだ供給孔１４ｂの周囲に蓋２０が配置され、蓋２０とはんだ供給孔１４ｂとはんだ１０とで囲まれた空間が形成される。次に、金型３０の上部を構成する上金型３１が閉じられる。
　そして、金型３０のゲートから溶融したモールド樹脂１２の基となる樹脂を金型３０のキャビティ３０ａに流し込んで金型３０内で樹脂を硬化させた後、金型が開かれて半導体装置１００が取り出される。このとき、絶縁シート２の絶縁樹脂３とヒートスプレッダ１の界面、および絶縁樹脂３とモールド樹脂１２の界面は絶縁シート２の絶縁樹脂３が軟化することで接着される。次に、リード加工工程が行われる。
　以上のように、実施の形態４に係る半導体装置１００Ｃは、ヒートスプレッダ１と、ヒートスプレッダ１の上面に設けられた半導体素子６と、ヒートスプレッダ１の下面に設けられた絶縁シート２と、はんだ１０を介して半導体素子６の上面に接合されたリードフレーム８，９と、リードフレーム８，９の一端側、半導体素子６、ヒートスプレッダ１、および絶縁シート２を封止するモールド樹脂１２とを備え、リードフレーム８に、リードフレーム８と半導体素子６との間にはんだが供給されるはんだ供給孔１４ｂが形成され、リードフレーム８の上面におけるはんだ供給孔１４ｂの周囲に配置され、はんだ供給孔１４ｂを塞ぐ蓋２０をさらに備えている。
　したがって、半導体装置１００Ｃを冷却器５０にはんだ付けする際、半導体素子６とリードフレーム８とを接合するはんだ１０が溶融し体積膨張しても、体積膨張した分の余剰のはんだ１０をはんだ供給孔１４ｂに収容することができる。これにより、モールド樹脂１２の内圧上昇を抑制することができることから、モールド樹脂１２にクラックが生じることを抑制することができる。
　さらに、はんだ１０を収容することが可能な空間がモールド樹脂１２の上面に露出しないため、外部からの湿気の侵入をさらに抑制することができる。これにより、半導体素子６の耐圧劣化および腐食をさらに抑制することができる。
　また、半導体装置１００Ｃの製造方法は、下金型３２の底面に、絶縁シート２、およびヒートスプレッダ１と半導体素子６とリードフレーム８，９の組立体とを配置する工程（ｇ）と、リードフレーム８，９の上面におけるはんだ供給孔１４ｂの周囲に蓋２０を配置し、蓋２０がはんだ供給孔１４ｂを塞いだ状態で金型３０の型締めを行い、上金型３１と下金型３２とで構成されるキャビティ３０ａ内に樹脂を注入し、モールド樹脂１２を成形する工程（ｈ）とを備えている。
　したがって、はんだ供給孔１４ｂを利用することで、モールド工程後にモールド樹脂１２への孔開けが不要となる。さらに低ヤング率樹脂１３の充填が不要となるため、半導体装置１００Ｃをさらに容易に製造することができる。
　この開示は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、限定的なものではない。例示されていない無数の変形例が、想定され得るものと解される。
　なお、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
　１　ヒートスプレッダ、２　絶縁シート、６　半導体素子、８，９　リードフレーム、１０　はんだ、１２　モールド樹脂、１３　低ヤング率樹脂、１４　孔部、１４ｂ　はんだ供給孔、２０　蓋、３０　金型、３０ａ　キャビティ、３１　上金型、３２　下金型、３３　ピン、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ　半導体装置。

Claims (7)

  1. 　ヒートスプレッダと、
    　前記ヒートスプレッダの上面に設けられた半導体素子と、
    　前記ヒートスプレッダの下面に設けられた絶縁シートと、
    　はんだを介して前記半導体素子の上面に接合されたリードフレームと、
    　前記リードフレームの一端側、前記半導体素子、前記ヒートスプレッダ、および前記絶縁シートを封止するモールド樹脂と、を備え、
    　前記モールド樹脂の上面から前記リードフレームにおける前記半導体素子との接合面にかけて孔部が形成され、
    　前記孔部に前記モールド樹脂よりもヤング率の低い低ヤング率樹脂が充填された、半導体装置。
  2. 　前記孔部のうちの前記リードフレームに形成された部分は、前記リードフレームと前記半導体素子との間に前記はんだが供給されるはんだ供給孔である、請求項１に記載の半導体装置。
  3. 　ヒートスプレッダと、
    　前記ヒートスプレッダの上面に設けられた半導体素子と、
    　前記ヒートスプレッダの下面に設けられた絶縁シートと、
    　はんだを介して前記半導体素子の上面に接合されたリードフレームと、
    　前記リードフレームの一端側、前記半導体素子、前記ヒートスプレッダ、および前記絶縁シートを封止するモールド樹脂と、を備え、
    　前記リードフレームに、前記リードフレームと前記半導体素子との間に前記はんだが供給されるはんだ供給孔が形成され、
    　前記はんだ供給孔に前記モールド樹脂よりもヤング率の低い低ヤング率樹脂が充填された、半導体装置。
  4. 　ヒートスプレッダと、
    　前記ヒートスプレッダの上面に設けられた半導体素子と、
    　前記ヒートスプレッダの下面に設けられた絶縁シートと、
    　はんだを介して前記半導体素子の上面に接合されたリードフレームと、
    　前記リードフレームの一端側、前記半導体素子、前記ヒートスプレッダ、および前記絶縁シートを封止するモールド樹脂と、を備え、
    　前記リードフレームに、前記リードフレームと前記半導体素子との間に前記はんだが供給されるはんだ供給孔が形成され、
    　前記リードフレームの上面における前記はんだ供給孔の周囲に配置され、前記はんだ供給孔を塞ぐ蓋をさらに備えた、半導体装置。
  5. 　請求項２に記載の半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、
    　（ａ）下金型の底面に、前記絶縁シート、および前記ヒートスプレッダと前記半導体素子と前記リードフレームの組立体とを配置する工程と、
    　（ｂ）上金型に設けられたピンを前記リードフレームの上面における前記はんだ供給孔の周囲に当接させて、前記ピンが前記はんだ供給孔を塞いだ状態で金型の型締めを行い、前記上金型と前記下金型とで構成されるキャビティ内に樹脂を注入し、前記孔部を有する前記モールド樹脂を成形する工程と、
    　（ｃ）前記孔部に前記低ヤング率樹脂を注入する工程と、
    　を備えた、半導体装置の製造方法。
  6. 　請求項３に記載の半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、
    　（ｄ）下金型の底面に、前記絶縁シート、および前記ヒートスプレッダと前記半導体素子と前記リードフレームの組立体とを配置する工程と、
    　（ｅ）前記リードフレームの前記はんだ供給孔に前記低ヤング率樹脂を注入する工程と、
    　（ｆ）金型の型締めを行い、上金型と前記下金型とで構成されるキャビティ内に樹脂を注入し、前記モールド樹脂を成形する工程と、
    　を備えた、半導体装置の製造方法。
  7. 　請求項４に記載の半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、
    　（ｇ）下金型の底面に、前記絶縁シート、および前記ヒートスプレッダと前記半導体素子と前記リードフレームの組立体とを配置する工程と、
    　（ｈ）前記リードフレームの上面における前記はんだ供給孔の周囲とに前記蓋を配置し、前記蓋が前記はんだ供給孔を塞いだ状態で金型の型締めを行い、上金型と前記下金型とで構成されるキャビティ内に樹脂を注入し、前記モールド樹脂を成形する工程と、
    　を備えた、半導体装置の製造方法。
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