JP4225246B2 - 電子装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ヒートシンクの上面に電子素子を搭載し、電子素子の周囲にリードフレームを設け、ヒートシンクの下面が露出するように装置のほぼ全体をモールド樹脂によって封止してなる電子装置、およびそのような電子装置の製造方法に関する。

この種の電子装置は、具体的には次のようにして製造される。ヒートシンクの上面に電子素子を搭載し、電子素子の周囲にリードフレームを設けてリードフレームと電子素子とを接続する。

それとともに、ヒートシンクとリードフレームの吊りリードとを接合する。こうして、ヒートシンク、電子素子およびリードフレームが一体化した一体化部材を、金型の下型に設置し、上型を合致させる。それにより、上記の一体化部材が金型のキャビティ内に設置される。

そして、当該キャビティ内にモールド樹脂を充填することにより、ヒートシンクの下面が露出するように、ヒートシンク、電子素子およびリードフレームをモールド樹脂によって封止する。こうして電子装置ができあがる。

図３は、上記した従来の製造方法における金型２００を用いたモールド樹脂の封止工程を具体的に示す図であり、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は（ａ）の上面図である。なお、図３（ｂ）において、上型２２０については、その一部すなわち押さえ部２２０ａのみを示してある。

図３に示されるように、金型２００は、上型２２０と下型２１０とを合致させることにより、その内部に、モールド樹脂の形状に対応したキャビティ２３０が形成されるものである。

このキャビティ２３０内には、ヒートシンク１０の上面に電子素子２０を搭載し、その周囲にリードフレーム３０を設けるとともにヒートシンク１０とリードフレーム３０の吊りリード３２とを接合してなる一体化部材１０１が、設置されている。

このヒートシンク１０と吊りリード３２との接合部１１は、かしめや溶接などにより行われているが、ヒートシンク１０がリードフレーム３０と一体に成形されていることにより、接合部１１が構成されていてもよい。

また、樹脂成形後において、電子装置の放熱性を高めるべく、ヒートシンク１０の下面がモールド樹脂から露出するようにしている。

ヒートシンク１０の下面をモールド樹脂から露出させるため、キャビティ２３０内においては、金型２００の上型２２０に押さえ部２２０ａを設け、この押さえ部２２０ａによってヒートシンク１０の上面の一部を押さえることにより、ヒートシンク１０の下面を金型２００の下型２１０に押しつけた状態としている。

そして、この状態でキャビティ２３０内へモールド樹脂を注入することにより、ヒートシンク１０の下面への樹脂の回り込みを抑制し、樹脂成形後において、ヒートシンク１０の下面がモールド樹脂から露出するようにしている。

ところで、このような従来の製造方法では、ヒートシンク１０の上面の一部、すなわちヒートシンク１０における電子素子２０の搭載面の一部を、金型２００の押さえ部２２０ａで押さえていた。

そのため、従来では、ヒートシンク１０の搭載面において上記押さえ部２２０ａにて押さえられる部分が、デッドスペースとなり、電子素子２０の搭載スペースが制約されてしまう。そして、このことは、高密度実装化の妨げとなり、装置の大型化やコストアップなどにつながる。

ちなみに、ヒートシンク１０において電子素子２０の搭載スペースとは無関係であるヒートシンク１０と吊りリード３２との接合部１１を、押さえることも考えられるが、その場合、当該押さえ力による接合部のずれなどによるヒートシンク１０とリードフレーム３０との位置ずれ等が生じる恐れがある。そのため、従来では、ヒートシンク１０の上面の一部を押さえるようにしていた。

一方で、ヒートシンクをダイパッド裏面に取り付けた樹脂封止型半導体装置の樹脂封止方法において、金型の下型に吸引孔を設け、ダイパッドの裏面を吸引固着しながら樹脂封止を行うことによりダイパッドの裏面の樹脂バリを防止するようにしたものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
特開５−５５２８０号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の方法によれば、素子の搭載面に金型の押さえ部が無いため、デッドスペースが生じないが、吸引装置を備えた製造装置が要求されるため、大型化、コストアップの問題が生じる。

そこで、本発明は上記問題に鑑み、ヒートシンクの上面に電子素子を搭載し、電子素子の周囲にリードフレームを設け、ヒートシンクの下面が露出するように装置のほぼ全体をモールド樹脂によって封止してなる電子装置において、ヒートシンクの下面をモールド樹脂から適切に露出させつつ、ヒートシンクの上面におけるデッドスペースを小さくすることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、ヒートシンク（１０）の上面に電子素子（２０）を搭載し、電子素子（２０）の周囲にリードフレーム（３０）を設けるとともにヒートシンク（１０）とリードフレーム（３０）の吊りリード（３２）とを接合した後、ヒートシンク（１０）の下面が露出するように、ヒートシンク（１０）、電子素子（２０）およびリードフレーム（３０）を金型（２００）を用いてモールド樹脂（４０）によって封止するようにした電子装置の製造方法において、モールド樹脂（４０）の封止工程では、金型（２００）の上型（２２０）によって吊りリード（３２）のみを押さえることにより、ヒートシンク（１０）の下面を金型（２００）の下型（２１０）に押しつけた状態で、金型（２００）のキャビティ（２３０）内へモールド樹脂（４０）を注入することを特徴としている。

この製造方法によれば、モールド樹脂（４０）の封止工程において、金型（２００）の上型（２２０）によって吊りリード（３２）のみを押さえることにより、ヒートシンク（１０）の下面を金型（２００）の下型（２１０）に押しつけるようにしているため、ヒートシンク（１０）の上面すなわち電子素子（２０）の搭載面には、デッドスペースが生じない。

また、本発明によれば、樹脂封止を行うワークを金型（２００）内に固定するために、上記した吸引装置などの特別な装置が不要であるため、コストアップはほとんど生じることはない。

したがって、本発明によれば、ヒートシンク（１０）の下面をモールド樹脂（４０）から適切に露出させつつ、ヒートシンク（１０）の上面におけるデッドスペースを小さくすることができる。

ここで、請求項１に記載の電子装置の製造方法においては、上型（２２０）により吊りリード（３２）を押さえる部分は、上型（２２０）の一部が下型（２１０）よりもキャビティ（２３０）内へ突出した突出部（２２１）として構成されているものにできる。

また、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載の電子装置の製造方法においては、ヒートシンク（１０）と吊りリード（３２）との接合は、かしめにより行われているものにできる。

つまり、本発明によっても、ヒートシンク（１０）の下面をモールド樹脂（４０）から適切に露出させつつ、ヒートシンク（１０）の上面におけるデッドスペースを小さくすることができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

図１は、本発明の実施形態に係る電子装置１００の概略構成を示す図であり、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は（ａ）の上面図である。なお、これら図１（ａ）、（ｂ）では、ボンディングワイヤは省略してあり、また、図１（ｂ）においては、モールド樹脂４０の外形は破線にて示されている。

限定するものではないが、本実施形態の電子装置１００は、自動車のパワーウィンドウの駆動モータを駆動するためのＨＩＣ（ハイブリッドＩＣ、混成集積回路）などに適用することができる。

［装置構成等］
この電子装置１００において、ヒートシンク１０は、たとえば放熱性に優れたＣｕ（銅）や鉄系金属からなるものであり、たとえばプレス加工や切削加工などにより形成された板状のものである。

ヒートシンク１０の上面には電子素子２０が搭載されている。図１（ｂ）では、７個の電子素子２０が搭載されている。これら電子素子２０は、特に限定するものではないが、発熱素子や温度制約素子などの半導体チップ、あるいはその他の表面実装部品などからなるものである。

ここで、発熱素子は、大きな使用電流のもとで発熱する電子素子であって、温度制約素子よりも大きい電流が流れ且つ大きい発熱を行うものである。具体的には、発熱素子としては、パワーＭＯＳ素子やＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）素子などのパワー素子や、抵抗体などを挙げることができる。

また、温度制約素子は、その使用温度に制約がある電子素子であり、具体的には、温度制約素子としては、マイコンあるいは制御ＩＣなどを挙げることができる。これら発熱素子および温度制約素子は、たとえば、シリコン半導体などの半導体基板（半導体チップ）に対して半導体プロセスを用いて、トランジスタや抵抗などの素子や配線を形成してなるものである。

これら電子素子２０は、電気絶縁性を有し且つ熱伝導性に優れた樹脂などからなる接着剤やはんだ、あるいは銀ペーストなどのダイボンド材などにより、ヒートシンク１０の上面に固定されている。

なお、これら電子素子２０は、直接ヒートシンク１０の上面に搭載されたものでなくてもよく、たとえば、配線基板の上に電子素子２０を実装し、この配線基板をヒートシンク１０の上面に搭載した形態を採用してもよい。

この場合、配線基板としては、特に限定するものではないが、たとえば、単層または複数の層が積層されたセラミック配線基板またはプリント配線基板などを採用することができる。

また、図１（ｂ）に示されるように、電子素子２０の周囲には、リードフレーム３０（後述の図２参照）のリード部３１が複数本設けられている。このリードフレーム３０は、たとえばＣｕや４２アロイなどから形成されたものである。

そして、図示しないが、リードフレーム３０のリード部３１と電子素子２０との間、場合によっては、個々の電子素子２０同士の間は、モールド樹脂４０の内部にて、Ａｕ（金）やＡｌ（アルミニウム）などからなるボンディングワイヤ等によって電気的に接続されている。

また、ヒートシンク１０とリードフレーム３０の吊りリード３２とが、接合部１１にて接合されている。

ここでは、ヒートシンク１０の上面にて吊りリード３２をかしめることにより接合部１１が形成されている。具体的には、ヒートシンク１０の上面に形成された突起に吊りリード３２の穴を嵌合させ、上記突起をかしめて潰すなどの方法により、かしめ固定が行われる。

そして、図１に示されるように、電子素子２０、上記の図示しないボンディングワイヤ、各リード部３１における上記ボンディングワイヤとの接続部すなわちインナーリード、吊りリード３２、および、ヒートシンク１０は、上記モールド樹脂４０によって包み込まれるように封止されている。

ここで、各リード部３１の一部すなわちアウターリードは、モールド樹脂４０から突出しており、この突出部にて外部の配線部材などと接続されるようになっている。また、ヒートシンク１０における上面すなわち素子搭載面とは反対側の下面は、モールド樹脂４０から露出している。

なお、モールド樹脂４０は、通常の半導体パッケージに用いられるエポキシ系樹脂などのモールド材料からなり、後述する成形型としての金型２００を用いたトランスファーモールド法により成形されるものである。

このような電子装置１００において、本実施形態では、モールド樹脂４０について、次のような独自の構成を採用している。

すなわち、図１に示されるように、モールド樹脂４０の端部のうち吊りリード３２の周囲に位置する部位では、吊りリード３２の直上に位置する部分が、吊りリード３２の直下に位置する部分よりも引っ込んだ引っ込み部４１として構成されている。

この引っ込み部４１の引っ込み寸法ｄ（図１（ａ）参照）は、限定するものではないが、たとえば、吊りリード３２の板厚（たとえば０．数ｍｍ程度）と同程度もしくはそれ以上であり、好ましくは、１ｍｍ程度以内とすることができる。

また、この電子装置１００は、図示しない基材上に搭載される。この基材は、たとえば、上記したパワーウィンドウを駆動するためのモータが収納された金属などからなるケースや、プリント基板などからなるものである。

具体的には、半導体装置１００は、ヒートシンク１０の下面と上記基材との間に、電気絶縁性を有し且つ熱伝導性に優れたグリスなどを介在させて、基材に接した形で搭載される。そして、半導体装置１００の熱は、ヒートシンク１０を介して基材に放熱されるようになっている。

［製法等］
次に、この電子装置１００の製造方法について述べる。

図２は、本製造方法におけるモールド樹脂の封止工程を説明するための図である。図２において（ａ）は、金型２００内にワークとしての一体化部材１０１を設置した状態を示す概略断面図、（ｂ）は、（ａ）の上面図である。

なお、これら図２（ａ）、（ｂ）では、ボンディングワイヤは省略してあり、図２（ｂ）では、金型２００のうちの下型２１０の全体および上型２２０の一部すなわち押さえ部としての突出部２２１を示してある。

まず、ヒートシンク１０の上面に電子素子２０を搭載し、電子素子２０の周囲にリードフレーム３０を設けるとともにヒートシンク１０とリードフレーム２０の吊りリード３２とをかしめなどにより接合する。また、電子素子２０とリードフレームのリード部３１とを上記した図示しないボンディングワイヤなどにより電気的に接続する。

こうして、ヒートシンク１０、電子素子２０およびリードフレーム３０が一体化した一体化部材１０１を、金型２００に設置する。図２に示されるように、金型２００は、下型２１０と上型２２０とを合致させることにより、その内部に、モールド樹脂４０の形状に対応したキャビティ２３０が形成されるものである。

具体的には、上記一体化部材１０１を金型２００の下型２１０に設置し、上型２２０を合致させる。それにより、上記一体化部材１０１が金型２００のキャビティ２３０内に設置される。この状態が図２に示される。

次に、モールド樹脂４０の封止工程では、金型２００の上型２２０によって吊りリード３２のみを押さえることにより、ヒートシンク１０を金型２００の下型２１０に押しつけるようにする。

ここで、本実施形態では、図２に示されるように、上型２２０により吊りリード３２を押さえる部分すなわち押さえ部２２１は、上型２２０の一部が下型２１０よりもキャビティ２３０内へ突出した突出部２２１として構成されている。

このような突出部２２１の突出寸法ｄ（図２（ａ）参照）は、上記図１（ａ）に示される引っ込み部４１の引っ込み寸法ｄに相当するものであり、たとえば、吊りリード３２の板厚（たとえば０．数ｍｍ程度）と同程度もしくはそれ以上であり、好ましくは、１ｍｍ程度以内とすることができる。

そして、一体化部材１０１を金型２００内に設置した状態では、この突出部２２１が上方から吊りリード３２を押さえるが、このとき、吊りリード３２の下部は支えが無いため、吊りリード３２は若干たわみ、吊りリード３２ひいては一体化部材１０１は下方に押さえつけられる。

そのため、一体化部材１０１におけるヒートシンク１０の下面は、金型２００の下型２１０に押しつけられて密着する。そして、この状態で、キャビティ２３０内に溶融状態にあるモールド樹脂４０を注入して充填することにより、ヒートシンク１０の下面が露出するように、一体化部材１０１がモールド樹脂４０によって封止される。

その後は、モールド樹脂４０を冷却して固化させ、モールド樹脂４０によって封止された一体化部材１０１を金型２００から取り出す。こうして、上記電子装置１００ができあがる。

［効果等］
ところで、本実施形態によれば、ヒートシンク１０の上面に電子素子２０を搭載し、電子素子２０の周囲にリードフレーム３０を設けるとともにヒートシンク１０とリードフレーム３０の吊りリード３２とを接合した後、ヒートシンク１０の下面が露出するように、ヒートシンク１０、電子素子２０およびリードフレーム３０を金型２００を用いてモールド樹脂４０によって封止するようにした電子装置１００の製造方法において、次のような点を特徴とする製造方法が提供される。

すなわち、本実施形態の製造方法では、モールド樹脂４０の封止工程では、金型２００の上型２２０によって吊りリード３２のみを押さえることにより、ヒートシンク１０の下面を金型２００の下型２１０に押しつけた状態で、金型２００のキャビティ２３０内へモールド樹脂４０を注入することを特徴としている。

このような特徴点を有する本実施形態の製造方法によれば、モールド樹脂４０の封止工程において、金型２００の上型２２０によって吊りリード３２のみを押さえることにより、ヒートシンク１０の下面を金型２００の下型２１０に押しつけるようにしているため、ヒートシンク１０の上面すなわち電子素子２０の搭載面には、上記したようなデッドスペースが生じない。

また、本実施形態の製造方法によれば、樹脂封止を行うワークを金型２００内に固定するために、上記したような吸引装置などの特別な装置が不要であるため、コストアップはほとんど生じることはない。

したがって、本実施形態の製造方法によれば、ヒートシンク１０の下面をモールド樹脂４０から適切に露出させつつ、ヒートシンク１０の上面におけるデッドスペースを小さくすることができる。

その結果、本実施形態によれば、ヒートシンク１０の素子搭載面の面積を大きくすることなく、従来よりも多くの電子素子２０を搭載することができる。つまり、本実施形態によれば、装置を大型化することなく、より高密度な実装が可能となり、コストダウンなどに寄与する。

たとえば、従来では、図３（ｂ）に示されるように、４個の電子素子２０がヒートシンク１０に搭載されているが、本実施形態では、図２（ｂ）に示されるように、上記デッドスペースが無くなった分、ヒートシンク１０のサイズは変わらなくても素子搭載面積が増加し、７個の電子素子２０が搭載可能となっている。

また、本実施形態の製造方法では、吊りリード３２のみを押さえるようにしているため、ヒートシンク１０とリードフレーム３０との位置ずれなどが生じる恐れは無くなることも利点である。

ここで、上述したように、本実施形態の製造方法においては、上型２２０により吊りリード３２を押さえる部分は、上型２２０の一部が下型２１０よりもキャビティ２３０内へ突出した突出部２２１として構成されているものとしている。

そして、この突出部２２１の突出寸法ｄ（図２（ａ）参照）を吊りリード３２の板厚（たとえば０．数ｍｍ程度）と同程度以上１ｍｍ程度以内と小さくすることにより、上記図１（ａ）に示される引っ込み部４１の引っ込み寸法ｄも同程度に小さいものになる。

そのため、できあがった電子装置１００において、モールド樹脂４０の外形が従来と比べて大きく変わることなく、モールド樹脂４０による防水性や、モールド樹脂４０による位置決めの機能を損なうことがないという利点もある。

また、上述したように、本実施形態の製造方法においては、ヒートシンク１０と吊りリード３２との接合は、かしめにより行われているものにできるが、それ以外にも、溶接、はんだ付けなどを採用してもよい。さらには、ヒートシンク１０がリードフレーム３０と一体に成形されているものであってもよい。

また、本実施形態によれば、ヒートシンク１０と、ヒートシンク１０の上面に搭載された電子素子２０と、電子素子２０の周囲に設けられたリードフレーム３０と、ヒートシンク１０と接合されたリードフレーム３０の吊りリード３２と、ヒートシンク１０の下面が露出するように、ヒートシンク１０、電子素子２０およびリードフレーム３０を封止するモールド樹脂４０とを備える電子装置１００において、モールド樹脂４０の端部のうち吊りリード３２の周囲に位置する部位では、吊りリード３２の直上に位置する部分が、吊りリード３２の直下に位置する部分よりも引っ込んでいることを特徴とする電子装置１００が提供される。

本実施形態の電子装置１００は、上記したように本実施形態の製造方法によって適切に製造されうるものであり、その効果は、上述したとおりである。

つまり、本電子装置１００によっても、ヒートシンク１０の下面をモールド樹脂４０から適切に露出させつつ、ヒートシンク１０の上面におけるデッドスペースを小さくすることができる。

（他の実施形態）
なお、ヒートシンク１０としては、上記した各図に示した形状に限定されるものではない。たとえば、ヒートシンク１０の形状は、上記図１では平面が略十字形状をなしているが、矩形状をなすものであってもよい。

また、ヒートシンク１０と吊りリード３２との接合部１１の位置や数も適宜設計変更が可能である。たとえば、上記図１では、ヒートシンク１０の対向する両端部に１個ずつ合計２個の接合部１１を設け、押さえ部２２１も２点設けたが、当該端部に２個ずつ合計４個の接合部を設け、押さえ部も４点設けてもよい。

また、接合部１１の位置についても、ヒートシンク１０の各辺にそれぞれ設けてもよい。それにより、接合部および押さえ部の数も６点、８点、…、と任意の数とすることができる。また、例えば接合部は４点あるが押さえ部は２点と、必ずしも接合部と押さえ部の数が等しくなくてもよい。

また、上記実施形態では、本発明の電子装置を、パワーウィンドウの駆動モータを駆動するＨＩＣに適用したものとして主として説明したが、本発明の電子装置の用途は、これに限定されるものではないことはもちろんである。

以上、述べてきたように、本発明は、ヒートシンクの上面に電子素子を搭載し、電子素子の周囲にリードフレームを設け、ヒートシンクとリードフレームの吊りリードとを接合した後、ヒートシンクの下面が露出するように金型を用いてモールド樹脂の封止を行うようにした電子装置の製造方法において、モールド樹脂の封止工程では、金型の上型によって吊りリードのみを押さえることにより、ヒートシンクの下面を金型の下型に押しつけるようにした製造方法、および、それにより製造される電子装置を主要部とするものであり、これら製造方法および電子装置におけるその他の部分については適宜設計変更が可能である。

本発明の実施形態に係る電子装置の概略構成を示す図であり、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は（ａ）の上面図である。 上記実施形態に係る電子装置の製造方法におけるモールド樹脂の封止工程を説明するための図であり、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は（ａ）の上面図である。 従来の電子装置の製造方法におけるモールド樹脂の封止工程を説明するための図であり、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は（ａ）の上面図である。

符号の説明

１０…ヒートシンク、１１…ヒートシンクと吊りリードとの接合部、
２０…電子素子、３０…リードフレーム、３１…リードフレームのリード部、
３２…リードフレームの吊りリード、４０…モールド樹脂、４１…引っ込み部、
２００…金型、２１０…金型の下型、２２０…金型の上型、
２２１…押さえ部としての突出部、２３０…金型のキャビティ。

Claims (2)

1. ヒートシンク（１０）の上面に電子素子（２０）を搭載し、
   前記電子素子（２０）の周囲にリードフレーム（３０）を設けるとともに前記ヒートシンク（１０）と前記リードフレーム（３０）の吊りリード（３２）とを接合した後、
   前記ヒートシンク（１０）の下面が露出するように、前記ヒートシンク（１０）、前記電子素子（２０）および前記リードフレーム（３０）を金型（２００）を用いてモールド樹脂（４０）によって封止するようにした電子装置の製造方法において、
   前記上型（２２０）により前記吊りリード（３２）を押さえる部分は、前記上型（２２０）の一部が前記下型（２１０）よりも前記キャビティ（２３０）内へ突出した突出部（２２１）として構成されており、
   前記モールド樹脂（４０）の封止工程では、前記金型（２００）の上型（２２０）の前記突出部（２２１）によって前記吊りリード（３２）のみを押さえることにより、前記ヒートシンク（１０）の下面を前記金型（２００）の下型（２１０）に押しつけた状態で、前記金型（２００）のキャビティ（２３０）内へ前記モールド樹脂（４０）を注入することを特徴とする電子装置の製造方法。
2. 前記ヒートシンク（１０）と前記吊りリード（３２）との接合は、かしめにより行われていることを特徴とする請求項１に記載の電子装置の製造方法。

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