JP2014146751A

JP2014146751A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2014146751A
Application number: JP2013015620A
Authority: JP
Inventors: Takahisa Sueyoshi; 嵩修末吉; Yuji Umezaki; 勇二梅崎; Satoshi Kondo; 聡近藤; Kaku Iwazawa; 核岩澤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-01-30
Filing date: 2013-01-30
Publication date: 2014-08-14
Anticipated expiration: 2033-01-30
Also published as: JP5895861B2

Abstract

【課題】ワイヤボンド性を安定化させ、かつ放熱性を向上させることができる半導体装置の製造方法を得る。
【解決手段】スイッチング素子４をリードフレーム５の第１の領域５ａにダイボンドし、スイッチング素子４を駆動する駆動素子６をリードフレーム５の第２の領域５ｂにダイボンドする。リードフレーム５をヒータープレート２上に載せて、リードフレーム５の第２の領域５ｂと駆動素子６を加熱しながら、駆動素子６にＡｕワイヤ９をボンディングする。駆動素子６にＡｕワイヤ９をボンディングした後に、リードフレーム５の第１の領域５ａの裏面に絶縁シート１０を貼り付ける。リードフレーム５をヒータープレート２上に載せる際に、ヒータープレート２の上面に設けられた凹部８の上にリードフレーム５の第１の領域５ａを配置する。
【選択図】図２

Description

本発明は、スイッチング素子とそれを駆動する駆動素子をリードフレームにダイボンドし、駆動素子にワイヤをボンディングする半導体装置の製造方法に関する。

ワイヤボンド工程において、ワイヤボンド性の安定化のため、ワイヤボンドされるチップとリードフレームをヒータープレート上で加熱する。そして、ワイヤとして金線を用いる場合、金自体は酸化し難いため、空気中でボンディングを行う。このため、ＪＡＭなどで半導体装置がワイヤボンド装置上に停滞した際に、リードフレームの裏面が過熱されて酸化される場合があった。これに対して、リードフレームの裏面に不活性ガスを吹き付けて、リードフレームの裏面の酸化を防止する従来技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−０２６４９３号公報

従来技術では、ワイヤボンドを行う部分においてリードフレームの裏面を冷却する。しかし、駆動素子をダイボンドした部分にワイヤボンドを行う場合、ワイヤボンド性の安定化のため、その部分を加熱する必要がある。従って、駆動素子のワイヤボンドには従来技術を適用できない。

また、駆動素子をダイボンドした部分を加熱する際にスイッチング素子をダイボンドした部分も加熱され、リードフレームの裏面が酸化される。スイッチング素子をダイボンドした部分においてリードフレームの裏面に絶縁シートが貼り付けられるが、酸化膜が密着力を低下させてしまう。この結果、半導体装置の動作時に熱が十分に放熱されなくなる。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的はワイヤボンド性を安定化させ、かつ放熱性を向上させることができる半導体装置の製造方法を得るものである。

本発明に係る半導体装置の製造方法は、スイッチング素子をリードフレームの第１の領域にダイボンドし、前記スイッチング素子を駆動する駆動素子を前記リードフレームの第２の領域にダイボンドする工程と、前記リードフレームをヒータープレート上に載せて、前記リードフレームの前記第２の領域と前記駆動素子を加熱しながら、前記駆動素子にワイヤをボンディングする工程と、前記駆動素子に前記ワイヤをボンディングした後に、前記リードフレームの前記第１の領域の裏面に絶縁シートを貼り付ける工程とを備え、前記リードフレームを前記ヒータープレート上に載せる際に、前記ヒータープレートの上面に設けられた凹部の上に前記リードフレームの前記第１の領域を配置することを特徴とする。

本発明により、ワイヤボンド性を安定化させ、かつ放熱性を向上させることができる。

本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造工程を示す平面図である。本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。本発明の実施の形態２に係るボンディング装置を示す平面図である。本発明の実施の形態２に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。本発明の実施の形態３に係る酸化抑制部を示す平面図である。本発明の実施の形態３に係る酸化抑制部を示す断面図である。

本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造工程を示す平面図である。図２及び図３は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。

まず、図１及び図２に示すように、ボンディング装置として、熱源であるヒーターブロック１上に、製品毎に設計した中間治具であるヒータープレート２を機械的に取付け、その上方にキャピラリ３を配置する。

スイッチング素子４をリードフレーム５の第１の領域５ａにダイボンドし、スイッチング素子４を駆動する駆動素子６をリードフレーム５の第２の領域５ｂにダイボンドする。駆動素子６をリードフレーム５の出力端子５ｃにＡｌワイヤ７で接続する。このリードフレーム５をヒータープレート２上に載せる。この際に、ヒータープレート２の上面に設けられた凹部８の上にリードフレーム５の第１の領域５ａを配置する。

リードフレーム５の第２の領域５ｂと駆動素子６を１９５〜２４０℃まで加熱しながら、キャピラリ３により駆動素子６にＡｕワイヤ９をボンディングし、駆動素子６をリードフレーム５の入力端子５ｄにＡｕワイヤ９で接続する。

次に、図３に示すようにリードフレーム５の第１の領域５ａの裏面に樹脂からなる絶縁シート１０を貼り付ける。その後に、スイッチング素子４、駆動素子６、Ａｌワイヤ７、Ａｕワイヤ９を樹脂１１で封止する。

本実施の形態では、リードフレーム５をヒータープレート２上に載せてリードフレーム５の第２の領域５ｂと駆動素子６を加熱しながら駆動素子６にＡｕワイヤ９をボンディングするため、駆動素子６に対するワイヤボンド性を安定化させることができる。なお、ワイヤボンド性を安定化させるためには、リードフレーム５の第１の領域５ａとスイッチング素子４の加熱は不要である。

また、ヒータープレート２の凹部８の上にリードフレーム５の第１の領域５ａを配置するため、リードフレーム５の第１の領域５ａがヒータープレート２に接触しない。従って、リードフレーム５の第１の領域５ａの裏面が過熱により酸化されるのを防ぐことができる。これにより、リードフレーム５の第１の領域５ａと絶縁シート１０との密着性を向上できるため、放熱性を向上させることができる。なお、リードフレーム５の第２の領域５ｂの酸化は問題にはならないので、第１の領域５ａの酸化を防ぐだけでよい。

また、従来は、リードフレームの酸化程度を目視検査で酸化状態の限度見本により良品・不良品を選別し、次工程に阻害をもたらす不良品をリジェクトしていた。これに対して、本実施の形態では、酸化状態の外観目視検査を省くことができるため、人件費を省くことができ、製品原価を低減することができる。

また、半導体装置の品種毎にヒータープレート２を取り替えればよく、品種毎に高価なワイヤボンド装置を使い分ける必要はない。従って、新製品開発時のコストを低減することができる。さらに、ヒータープレート２の作成は約２週間程度で済むため、開発速度を向上することもできる。

また、ヒーターブロック１の材料としてセラミック等の耐熱性の材料を用いれば、ヒーターブロック１からリードフレーム５への放射熱伝導を抑制することができる。また、駆動素子６にワイヤをボンディングすることに限らず、駆動素子６に加熱接合を行うプロセスにも本発明を適用することができる。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２に係るボンディング装置を示す平面図である。ヒータープレート２の凹部８に、酸化抑制部としてパイプ１２を配置している。パイプ１２の周囲にブロック１３を取り付けている。ブロック１３の材料はセラミック等であるが、熱伝導率が高いカーボンでもよい。

図５は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。パイプ１２内に冷却媒体１４を流動させてリードフレーム５の第１の領域５ａを冷却する。さらに、冷却媒体１４として窒素ガスを用いた場合、ＪＡＭ停滞時などの必要時にパイプ１２の孔から冷却媒体１４をリードフレーム５の第１の領域５ａの裏面に吹き付ける。これにより、効率的にリードフレーム５の第１の領域５ａを冷却することができる。

また、冷却媒体１４として窒素ガスを用いれば酸化抑制部の構成を簡略化できる。冷却媒体として純水を用いれば、リードフレーム５の第１の領域５ａを更に効率的に冷却することができる。

なお、パイプ１２をユニット化して必要に応じて取外しを行うことで、多品種に対応可能な汎用性を持たせることができる。

実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３に係る酸化抑制部を示す平面図である。図７は、本発明の実施の形態３に係る酸化抑制部を示す断面図である。ブロック１３とリードフレーム５との間に環状のシリコンゴム１５を取り付けている。そして、ブロック１３、シリコンゴム１５、及びリードフレーム５の第１の領域５ａで囲まれた空間内に冷却媒体１４を保持する。

これにより、固いブロック１３とリードフレーム５との直接的な接触を防ぐことができるため、リードフレーム５の裏面への傷を防止することができる。また、ブロック１３、シリコンゴム１５、及びリードフレーム５の第１の領域５ａで囲まれた空間内に冷却媒体１４を保持することにより、更に酸化抑制の効果を向上させることができる。

なお、スイッチング素子４は、珪素によって形成されたものに限らず、珪素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体によって形成されたものでもよい。ワイドバンドギャップ半導体は、例えば、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、又はダイヤモンドである。このようなワイドバンドギャップ半導体によって形成された素子は、耐電圧性や許容電流密度が高いため、小型化できる。この小型化された素子を用いることで、この素子を組み込んだ半導体装置も小型化できる。また、素子の耐熱性が高いため、ヒートシンクの放熱フィンを小型化でき、水冷部を空冷化できるので、半導体装置を更に小型化できる。また、素子の電力損失が低く高効率であるため、半導体装置を高効率化できる。

２ヒータープレート、４スイッチング素子、５リードフレーム、５ａ第１の領域、５ｂ第２の領域、６駆動素子、８凹部、９Ａｕワイヤ（ワイヤ）、１０絶縁シート、１２パイプ、１３ブロック、１５シリコンゴム（弾性部材）

Claims

スイッチング素子をリードフレームの第１の領域にダイボンドし、前記スイッチング素子を駆動する駆動素子を前記リードフレームの第２の領域にダイボンドする工程と、
前記リードフレームをヒータープレート上に載せて、前記リードフレームの前記第２の領域と前記駆動素子を加熱しながら、前記駆動素子にワイヤをボンディングする工程と、
前記駆動素子に前記ワイヤをボンディングした後に、前記リードフレームの前記第１の領域の裏面に絶縁シートを貼り付ける工程とを備え、
前記リードフレームを前記ヒータープレート上に載せる際に、前記ヒータープレートの上面に設けられた凹部の上に前記リードフレームの前記第１の領域を配置することを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記ヒータープレートの前記凹部にパイプを配置し、前記パイプ内に冷却媒体を流動させて前記リードフレームの前記第１の領域を冷却することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
前記パイプの孔から前記冷却媒体を前記リードフレームの前記第１の領域の裏面に吹き付けることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
前記パイプの周囲にブロックを取り付け、
前記ブロックと前記リードフレームとの間に環状の弾性部材を取り付け、
前記ブロック、前記弾性部材、及び前記リードフレームの前記第１の領域で囲まれた空間内に前記冷却媒体を保持することを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。