JPH02196451A - 内部モールド型絶縁分離半導体パッケージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、−数的には、半導体パッケージに関し、さら
に具体的には、内部モールド型絶縁分離半導体パッケー
ジに関する。

〔従来の技術゛〕

かなりの量の熱を消費することが要求されるいくつかの
半導体パッケージは露出されたヒートシング領域を具備
している。典型的には、半導体デバイスはリードフレー
ムのフラグ領域（ｆｌａｇａｒｅａ）上に実装されてい
る。フラグ領域はまた部分的に露出されたヒートシンク
としての働きをしている。しかしながら、このようなパ
ッケージ内に内蔵されるいくつかの半導体回路はヒート
シンクから電気的に絶縁分離されることが必要である。

いかなる露出されたヒートシンク部分からも半導体デバ
イスを電気的に絶縁分離することが必要ないくつかの場
合においては、ヒートシンク部分を含んだ全てのフラグ
領域（ｆｌａｇ　　ａｒｅａ）はフラグ領域の電気的な
絶縁分離を確実にするためにカプセル封止されていた。

この結果として、全体的なパッケージはその大きさが標
準的なパッケージよりも大きくなり、しかもヒートシン
クと外部熱交換器（ｅｘｔｅｒｎａｌ　　ｈｅａｔ　　
ｅｘｃｈａｎｇｅｒ）との間の充分な熱伝導性を維持し
続けるためにヒートシンク部分の周囲のカプセル封止材
料の厚さを充分に注意深く制御することが必要とされる
。電気的な絶縁分離を提供するための別の方法はフラグ
領域からヒートシンクを分離し、かつ従って、セラミッ
クのような絶縁物をフラグ領域とヒートシンクとの間に
配置することである。全体的な構造は、その結果、熱交
換器へ実装するために露出されたヒートシンクの部分を
残してカプセル封止される。

〔発明が解決しようとする課題〕

従って、本発明の目的の１つは、改善された内部モール
ド型絶縁分離半導体パッケージを提供することである。

本発明の別の目的の１つは、２段モールディングプロセ
スによって形成された内部モールド型絶縁分離半導体パ
ッケージを提供することである。

さらに別の本発明の目的の１つは、標準的なパッケージ
と正確に同じ外部パッケージ寸法を具備する内部モール
ド型絶縁分離半導体パッケージを提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の上記及び他の目的及び利点は２段モールディン
グプロセスによって与えられており、ここでは第１段目
のモールディングプロセスは、ダイフラグ（ｄｉｅ　　
ｆｌａｇ）とヒートシンクとの間に電気的絶縁分離層を
モールドすることである。第２段目のモールディングプ
ロセスは、その後露出されたヒートシンクの一部分を残
して全アセンブリ（組み立て部品）上を上からモールド
することであり、その片栗としての半導体パッケージは
、標準的なパッケージと同じ外部寸法を有することにな
る。

〔発明の概要〕

外部に露出されたヒートシンクから内部で絶縁分離され
たダイフラグ（ｄｉｅ　　ｆｌａｇ）を具備する半導体
パッケージが２段モールディングプロセスを用いること
によって提供されている。第１段目のモールディングプ
ロセスはダイフラグ領域とヒートシンク領域との間に所
定の厚さを有するモールディング材料の−様な層を提供
することである。第２段目のモールディングプロセスは
、その後パッケージのためのカプセル封止を与えること
であり、その結果として外部寸法を確立することである
。

〔実施例〕

第１図はヒートシンクフレームｌＯの一部分を図示して
いる。ヒートシンクフレーム１０は、典型的には、複数
の分離可能な要素（ｅ　１　ｅｍｅｎｔｓ）からなり立
っており、各要素はヒートシンク領域１１及び実装（マ
ウンティング）領域１２を具備している。実装領域１２
は実装用（マウンティング）孔１３を具備している。実
装孔１３はアセンブルされたパッケージを熱交換器へ取
り付は実装するために用いることができる。ヒートシン
ク領域部分１１は、第１段目のモールディングプロセス
においてモールディングゲートとして使用される中心孔
１４と１つもしくはそれ以上の取り付け（グリッピング
）孔１６を具備している。

第１段目のモールディングプロセスの期間中、モールデ
ィング材料は取り付は孔（開口部）１６内へ浸入してモ
ールディング材料のヒートシンク領域１１への取り付け
（グリッピング）フォース（力、ｆｏｒｃｅ）を増大さ
せるであろう。

第２図はヒートシングフレーム１０に既にかみ合わされ
た或いは取り付けられたリードフレーム２０を図示して
いる。リードフレーム２ｏは複数の分離可能なダイフラ
グ領域２１を具備している。

各々のダイフラグ領域２１は複数のピンもしくはり−ド
２２及び２４を具えている。第２図において図示された
ように、リード２２はダイフラグ領域２１と結合した外
側リード（ｏｕｔｓｉｄｅｌｅａｄ）であり、一方リー
ド２４はダイフラグ領域２１へ物理的に取り付は実装さ
れた中央リード（ｃｅｎｔｅｒ　　１ｅａｄ）である。

リード２２及び２４はタイバー（ｔｉｅ　　ｂａｒ）２
６によって一緒に保持されている。リード２２はダイフ
ラグ領域２１の近くのポンディングパッド領域２３にお
いてターミネート（ｔｅｒｍｉｎａｔｅ）（終端化）さ
れている。典型的にはダイフラグ領域２１は半導体デバ
イス用の実装面である。その結果、薄いワイヤが半導体
デバイスとポンディングパッド２３との間の電気的な接
続を取るために用いられている。

第３図は第１段目のモールディングプロセスにおいて用
いられ、ダイフラグ領域２１とヒートシンク領域１１と
を取り囲むモールドの一部分の断面構造図である。モー
ルドは第１の半分割部分３２と第２の或いは上部の半分
割部分３３を有している。第３図は、モールドゲートと
しての働きをする中心孔１４と１つの取り付け（グリッ
ピング）孔１６とを具備するヒートシンク領域１１の一
部分を示す拡大図である。完全性のためにさらにまた図
示されているのはヒートシンク領域１１の端（ｅ　ｄ　
ｇ　ｅ）の上に与えられている取り付け（グリッピング
）タブである。グリッピングタブ３５は第１段階のモー
ルディングプロセスにおいては何ら機能的な役割を演じ
てはいないが、第２段階のモールディングプロセスの期
間中に与えられるカプセル封入材料を保持する（ｇｒｉ
ｐ）働きをする。ヒートシンク領域１１上にはダイフラ
グ領域２１が存在しており、適当な取り付け（接着）材
料３１によって取り付けられた半導体デバイス３０を有
するように図示されている。取り付け（接着）材料３１
はエポキシ、ハンダ或いは他の同様の材料である。モー
ルドの上半分、第２の或いは上部の半分割部分３３はヒ
ートシンク領域１１にその周辺のまわりにおいて取囲む
ように接続しており、ダイフラグ領域２１上に接するフ
ット（足）３４をも具備している。フット（足）３４は
モールドの上半分、第２の或いは上部の半分割部分３３
の主基板とともにキャビティー３６を形成している。モ
ールドの下半分、第１の半分割部分３２はヒートシンク
領域１１を収容するのに適合する凹みを持っている。ヒ
ートシンク１１のモールドゲート用の中心孔１４はモー
ルドの下半分、第１の半分割部分内に配置された開口部
或いはランナー（ｒｕｎｎｅｒ）３７と整合配置されて
いる。

ランナー（ｒｕｎｎｅｒ）３７はモールディング或いは
カプセル封入材料をモールドゲート用の中心孔１４へ導
いている。モールディングコンパウンド（混合物）がモ
ールドゲート用の中心孔１４に侵入するにつれて、それ
はダイフラグ領域２１を足（フット）３４に対して強く
押しっけ、それによってダイフラグ領域２１とヒートシ
ンク１１との間の絶縁性距離が形成される。モールディ
ング混合物は゛ヒートシンク１１の上部表面に沿って進
行し、開口部としての取り付け（グリッピング）孔１６
へ侵入し、しかもキャビティー３６へ連続する。開口部
としての取り付け（グリッピング）孔１６へ侵入するモ
ールディング材料の部分はモールディング材料とヒート
シンク１１との間の結合力（ｇｒｉｐｐｉｎｇ　　ｆｏ
ｒｃｅ）を与える。モールディングコンパウンド（混合
物）はまたキャビティー３６へ侵入し、それによってダ
イフラグ領域２１のエツジ（ｅ　ｄ　ｇ　ｅ）を取囲み
ダイフラグ領域２１を取り囲む“ピクチャーフレーム（
額縁）″を形成している。足（フット）３４はダイフラ
グ領域２１の３つのエツジ（端）を取り囲み、一方リー
ド２２及び２４の近傍に配置されたダイフラグ領域２１
の第４番目のエツジ（端）はリードの近傍のサポートビ
ン（保持ピン）を用いるエツジかみ合わせ機構（ｅｄｇ
ｅ　　ｅｎｇａｇｅｍｅｎｔ）によって封止（シール）
されている。グイフラグ領域２１の支持（サポート）さ
れた第４番目のエツジ（端）は第３図の構成において形
成された絶縁分離層用の材料の注入に対して使用可能な
圧力を制限している。

望ましい実施例においては、ヒートシンク１１とダイフ
ラグ領域２１との間の電気的な絶縁分離層として用いら
れるモールディング材料はポリエーテルズルフオン（ｐ
ｏｌｙ　　ｅｔｈｅｒ　　５ｕＩｐｈｏｎｅ）（ＰＥＳ
）のような熱可塑性プラスチックとしての高分子芳香族
化合物である。１つのこのようなポリエーテルズルフォ
ン材料はＶｉ　ｃ　ｔ　ｒｅｘ’　　ＰＥＳ　（Ｖｉ　
ｃ　ｔ　ｒｅｘはインペリアルケミカルインダストリー
ズＰＬＣに与えられた登録商標である）であり、米国プ
ラウエア州つイルミントンのＩＣＩアドバンストマテリ
アルビジネスグループから市販されている。すべての高
温用工業用熱可塑性プラスチック材料は絶縁分離層をモ
ールディングするために適切に用いられうるであろう。

このような材料は浸出自在（ｂｌｅｅｄ　　ｆｒｅｅ）
のモールディングを提供し、その材料は急速に硬化する
ためモールド後のキュア（ｃｕｒｉｎｇ）は必要としな
い。フット（足）３４は、モールディングコンパウンド
（混合物）がヒートシンク１１から離れてダイフラグ領
域２１を持ち上げるか或いは押圧することができる距離
を確立するのに役立つため、ヒートシンク１１とグイフ
ラグ２１との間のモールディングコンパウンド（混合物
）の厚さを確定するのに役立つ。

モールディングコンパウンドの厚さは少なくとも５０μ
ｍの厚さであるべきであるが、安全係数を見込んで２５
０μｍの厚さまで厚くなっていてもよい。この厚さはヒ
ートシンク１１とダイフラグ領域２１との間の高電圧絶
縁分離を確定し、かつ望ましい要求値に見合うように調
整することができる。モールディングコンパウンドの熱
伝導性は熱可塑性プラスチック材料へフィラー（充填剤
）（ｆｉｌｔｅｒｓ）を添加することによって増大させ
ることができる。３０％まで充填剤は添加可能である。

第１段目のモールディングプロセスは第３図において図
示されるようにヒートシンク１１をダイフラグ領域２１
へ結合する。第２段目のモールディングプロセスは、グ
リッピングタブ（ｇｒｉｐｐｉｎｇ　　ｔａｂ）３５を
含むヒートシンク１１の側面をカプセル封止する１つの
オーバーモールディングプロセスステップであって、か
つまたダイフラグ領域２１と半導体デバイス３０とを取
り囲んでいる。ヒートシンク１１の底面は典型的には露
出されて残されたままである。第２番目のオーバーモー
ルディングプロセスステップ後のパッケージの寸法は工
業的に標準的なパッケージと全く同じ寸法である。図面
に示されているように、Ｔｏ−２２０型パツケージが図
示されている。しかしながら、この発明はＴｏ−２２０
，Ｔｏ−２１８及び同じ型のパッケージに対しても適用
可能である。Ｔｏ−２２０及びＴｏ−２１８はＪＥＤＥ
Ｃによって登録されており工業的な標準品である。第２
番目の段階としてのモールディングプロセスは、第１番
目のモールディングプロセスと共通のモールデイングプ
ラクテイス（実行）に従って実行されることが可能であ
ることから、図示されてはいない。しかしながら、第１
段目のモールディングプロセスに対して適用されたもの
と同様の熱可塑性プラスチック材料を第２段目のモール
ディングプロセスに対しても適用することは顕著な利点
が存在するということが充分に理解できるであろう。こ
のことによって結果として、材料を最大限有効に利用す
ることができるであろう。そして熱可塑性プラスチック
材料は高速硬化性であるからポストモールドキュアは必
要ない。

もしも半導体デバイス３０をダイフラグ領域２１へ接着
するために用いられるハンダもしくは接着材料３１がグ
イボンディング、ワイヤポンディング及びグイコート温
度に対する耐熱性があるならば、その時には、半導体デ
バイス３０をダイフラグ領域２１へ取り付ける以前に、
ヒートシンク領域１１をダイフラグ領域２１へ結合する
第１段目のモールディングプロセスを実行することが可
能である。もしもこのことが実行されるならば、その時
には、第１段目のモールディングプロセスにおいて用い
られるモールドの設計は、ダイフラグ領域２１のすべて
の４つのエツジ（ｅ　ｄ　ｇ　ｅ）の上を取り囲むであ
ろうから、簡単化可能である。

もしもヒートシンク領域ｌｌ内の取り付け（グリッピン
グ）孔１６が上面から底面までパンチで穴開けされるな
らば、結合力（ｇｒｉｐｐｉｎｇｐｏｗｅｒ）における
プラスとなる好都合な結果が生ずるであろう。このこと
は結果として底面におけるよりも上面においてより小さ
な開口部を有する取り付は孔１６を開口することになる
であろう。そして、ヒートシンク１１の底面へいかなる
すべての結果として生ずるパリ（ｂｕｒｒｓ）を追いや
ることにもなり、その結果としてヒートシンク領域１１
とダイフラグ領域２１との間のありうべき（ポテンシャ
ル）短絡を回避するであろう。

第４図は本発明を組み込んだ半導体パッケージの側面図
を図示している。マウンティング（実装）領域１２は第
２段目のモールディングプロセスによってモールドされ
たカプセＩν封止材料４０上を越えて延長してつき出し
ている。実装領域１２とは反対側の側面からつき出して
いるのはり一ド２２である。完成されたパッケージの全
体的なサイズ（大きさ）及び寸法は工業的に標準的なパ
ッケージのサイズ及び寸法と同じである。第４図におい
て図示されているように、リードフレーム２０の指示レ
ール（ｉｎｄｅｘｉｎｇ　　ｒａｉｌｓ）と同様に連結
棒（タイバー、ｔｉｅ　　ｂａｒ）２６も取り除かれて
いる。

今や、ダイフラグ領域がヒートシンク領域から電気的に
絶縁分離されている内部モールド型絶縁分離半導体パッ
ケージが提供されたということが充分に理解されるべき
であろう。絶縁分離距離は適切な電気的絶縁分離を与え
るような方法で維持されているが、熱伝導性を極度に劣
化させないように配慮されている。この結果、標準的な
パッケージと正確に同じパッケージ寸法で外部に露出さ
れたヒートシンクから内部的に絶縁分離されている半導
体パッケージが提供された。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明において利用されるヒートシンクフレ
ームを図示しており、 第２図は、第１図のヒートシンクフレームに取り付は実
装された本発明のリードフレームを図示しており、 第３図は、第２図のアセンブリ（ａ　ｓ　ｓ　ｅｍｂｌ
ｙ）を提供するために用いられたモールドの断面構造部
分の拡大図を図示しており、かつ第４図は本発明の半導
体パッケージの完成品の側面図である。 １０・・・ヒートシンクフレーム １１・・・ヒートシンク領域 １２・・・マウンティング（実装）領域１３・・・実装
用孔 １４・・・中心孔 １６・・・取り付け（グリッピング）孔２０・・・リー
ドフレーム ２１−・・ダイフラグ領域（ｄｉｅ　　ｆｌａｇ　　ａ
ｒｅａ） ２・・・ピンもしくはリード ３・・・ポンディングパッド領域 ４・・・ピンもしくはり−ド ６・・・タイバー（ｔｉｅ　　ｂａｒ）０・・・半導体
デバイス ト・・取り付け（接着）材料 ２・・・第１の半分割部分 ３・・・第２の或いは上部の半分割部分４・・・フット
（足） ５・・・取り付け（グリッピング）タブ６・・・キャビ
ティー ７・・・開口部或いはランナー（ｒｕｎｎｅｒ）０・・
・カプセル封止材料 特許出願人　モトローラ・インコーホレーテッド代　理
　人　弁理士　玉蟲　久五部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１及び第２の表面を具え、第１の表面から第２
   の表面へ向けて延長してつき出している孔を具備するヒ
   ートシンクと、 半導体ダイを受容するフラグ領域に隣接した複数のピン
   を具備するリードフレームと、 ヒートシンクの第１の表面へリードフレームのフラグ領
   域を固定的にしっかりと保持する薄い層から成り、ヒー
   トシンク内の孔を通して適用されているモールディング
   コンパウンドと、 リードフレームピンの一部分と、半導体ダイ及びヒート
   シンクの一部分をカプセル封止し、ここでヒートシンク
   の第２の表面は露出されているカプセル封入混合物とか
   ら構成されることを特徴とする内部モールド型絶縁分離
   半導体パッケージ。
2. （２）ダイフラグ領域をヒートシンクから電気的に絶縁
   分離する第１の段階のモールディングによって与えられ
   るモールディング混合物と、ダイフラグ領域と少なくと
   もヒートシンクの一部分とを取囲み、所定の外部寸法を
   具備する半導体パッケージを提供するカプセル封入材料
   とを含み、ヒートシンクから絶縁分離されたダイフラグ
   領域を具備することを特徴とする内部モード型絶縁分離
   半導体パッケージ。