JPH0745765A - 樹脂封止型半導体装置の樹脂封止法 - Google Patents

樹脂封止型半導体装置の樹脂封止法

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JPH0745765A
JPH0745765A JP5184270A JP18427093A JPH0745765A JP H0745765 A JPH0745765 A JP H0745765A JP 5184270 A JP5184270 A JP 5184270A JP 18427093 A JP18427093 A JP 18427093A JP H0745765 A JPH0745765 A JP H0745765A
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JP
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insulating substrate
metal insulating
mold
semiconductor device
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JP5184270A
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Atsushi Maruyama
篤 丸山
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Fuji Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W72/00Interconnections or connectors in packages
    • H10W72/50Bond wires
    • H10W72/531Shapes of wire connectors
    • H10W72/5363Shapes of wire connectors the connected ends being wedge-shaped

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  • Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Encapsulation Of And Coatings For Semiconductor Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】回路組立体の内部接続に使用した共晶ソルダが
再溶融するおそれのない低成形温度条件で樹脂封止が行
えるようにした生産性の高い樹脂封止型半導体装置の樹
脂封止法を提供する。 【構成】リードフレーム2の上に構成した半導体チップ
3を含む回路組立体を放熱用の金属絶縁基板1に搭載し
て共晶ソルダ7で半田接合するとともに、金属絶縁基板
の金属板底面を露呈させて回路組立体の周域を樹脂封止
してなる樹脂封止型半導体装置の樹脂封止法であって、
あらかじめ金属絶縁基板1の底面側に離型剤9を塗布し
ておき、この金属絶縁基板に搭載した回路組立体を射出
成形用金型8にインサートした上で、140℃〜180
℃の成形温度条件でキャビティに液状のエポキシ樹脂を
充填して封止樹脂層を成形する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電力用半導体デバイス
などを対象とした樹脂封止型半導体装置の樹脂封止法に
関する。
【0002】
【従来の技術】昨今では、半導体デバイスのダウンサイ
ジング化が進み、量産性,製造コスト面からパッケージ
を樹脂封止型とした電力用半導体デバイスが多く採用さ
れるようになっている。また、電力用半導体装置として
必要な放熱性と電気絶縁性を確保するために、リードフ
レームを用いて構成した回路組立体を金属絶縁基板(ヒ
ートシンクとなる金属板と接合した絶縁層の上に導体パ
ターンを形成した基板)上に搭載してリードフレームと
金属絶縁基板との間を低融点の共晶ソルダ(融点183
℃)を用いて接合するとともに、金属絶縁基板の金属板
底面を放熱面として露呈させたまま、回路組立体の周域
を樹脂封止してパッケージングした構造のものが知られ
ている。
【0003】次に、前記した樹脂封止型半導体装置の従
来における代表的な組立構造を図7に示す。図におい
て、1は金属板1a,絶縁層1b,導体パターン1cよ
りなる金属絶縁基板、2はリードフレーム、3はリード
フレーム2のダイパッド2aにマウントされた半導体チ
ップ、4はリードフレーム2の外部リード2bと半導体
チップ3との間を接続したボンディングワイヤ、5は金
属絶縁基板1の上に接着した樹脂ケース、6は樹脂ケー
ス5の内部に充填した封止樹脂である。なお、金属絶縁
基板1における絶縁層1bの厚さは、伝熱抵抗と電気的
な絶縁耐力とのトレードオフ特性に適合させて選定され
ている。
【0004】ここで、リードフレーム2は金属絶縁基板
1の導体パターン1c上に共晶ソルダ7を用いて半田接
合される。また、封止樹脂6はポッティング法により樹
脂ケース5の内部に充填される。この、ポッティング法
による成形温度条件は樹脂温度が130℃程度であり、
前記した共晶ソルダ7が再溶融するおそれはなく安全で
ある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記のよう
にポッティング法を採用して封止樹脂層6を成形した図
6の構造では、流動性のある樹脂の流出を防ぐために樹
脂ケース5が必要であるが、この樹脂ケース5は封止樹
脂層6が硬化した後は機能的に不要となるばかりか、樹
脂ケース5の存在により半導体装置の外形サイズが大形
化する。したがって、樹脂ケース5を用いずに樹脂封止
して半導体装置の外形寸法の小形化促進を図ることが望
まれている。
【0006】一方、樹脂ケースを使わない半導体装置の
樹脂封止法として、前記のポッティング法以外にトラン
スファ成形方法が知られているが、この成形方法ではタ
ブレット化した固形のエポキシ樹脂などを成形材料と
し、これを加熱により可塑化して金型のキャビティに充
填することから成形温度条件が180℃以上となる。こ
のために、前述のようにリードフレーム2と金属絶縁基
板1との間を共晶ソルダ(融点183℃)で半田接合し
たものでは、モールド成形時の加熱により半田が再溶融
するおそれがあり、このままでは実用に供し得ない。
【0007】本発明は上記の点にかんがみなされたもの
であり、頭記した樹脂封止型半導体装置を対象に前記課
題を解決し、リードフレームと金属絶縁基板との間の半
田接合部が再溶融するおそれのない低成形温度条件で樹
脂封止が行えるようにした生産性の高い樹脂封止型半導
体装置の樹脂封止法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明によ
り、金属絶縁基板に搭載した回路組立体を射出成形用金
型にインサートし、140℃〜180℃の成形温度条件
でキャビティ内に液状の熱硬化性樹脂を注入して封止樹
脂層を成形することにより達成される。また、前記方法
の実施に際して、金属絶縁基板の底面が樹脂で覆われる
のを防ぐための具体的な手段として次記の方法がある。
【0009】(1)金属絶縁基板の底面にあらかじめ離
型剤を塗布して封止樹脂層の成形を行う。 (2)金型のキャビティ底部に金属絶縁基板の底面周域
と当接し合うパッキンを配置して封止樹脂層の成形を行
う。 (3)金属絶縁基板の金属板の底面側にあらかじめ段付
き部を形成しておき、金型のキャビティには前記段付き
部と密接して嵌合し合う段付き凹所を形成して封止樹脂
層の成形を行う。
【0010】さらに、モールド形成に伴って封止樹脂層
の周域にバリが生じるのを防ぐ手段として、リードフレ
ームに対し、あらかじめ封止樹脂層成形領域の外周を包
囲するダムバーを形成して封止樹脂層の成形を行う方法
がある。
【0011】
【作用】上記の樹脂封止法によれば、成形温度条件を1
40〜180℃の範囲として液状の樹脂を用いて封止樹
脂層を射出成形するようにしたので、リードフレームと
金属絶縁基板との間を接合した低融点の共晶ソルダ(融
点183℃)を射出成形時に再溶融させたり、成形後の
冷却過程で封止樹脂層に内部応力,クラックが発生する
のを抑え、かつ金属絶縁基板の底面が樹脂で覆われるの
を防止しつつ、しかも一連の成形操作を通じて行う成形
プロセスで射出開始時点から短時間のうちに液状樹脂を
ゲル化することができる。これにより、製品の品質向上
と併せて成形サイクルタイムを短縮して生産性の向上化
が図れる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。なお、実施例の図中で図7に対応する同一部材に
は同じ符号が付してある。 実施例1:図1は半導体装置の組立体(半導体装置の各
部については図7を参照)を射出成形用金型8にインサ
ートして封止樹脂層を射出成形する際の工程図である。
ここで、金型8は上型8aと下型8bからなり、上型8
aにはキャビティ内にインサートされた金属絶縁基板1
を金型8の型締め状態で定位置に保持する押え片8cを
備え、下型8bには液状樹脂の形成材料をキャビティに
注入するゲート8dが開口している。
【0013】また、半導体装置の組立体は金型8にイン
サートする前に、あらかじめ金属絶縁基板1の放熱面と
して機能する底面全域に離型剤9(例えば、信越シリコ
ーン(株)の製品:スプレー型離型剤SEPA−COA
TII)を塗布しておく。この離型剤9は成形時に金属絶
縁基板1の放熱面に封止樹脂が付着するのを防ぐ役目を
果たす。
【0014】そして、図示状態で射出ノズルより金型8
のゲート8dを通じてキャビティ内に次記の成形材料を
所定の射出圧力で注入してモールド成形を行う。この場
合に、成形材料はあらかじめ主剤と硬化剤を適正比率で
混合した二液性の液状エポキシ樹脂(例えば、長瀬チバ
(株)の製品:XNR8205(主剤),XNH820
5(硬化剤))を用い、かつ成形温度条件を140〜1
80℃の範囲に設定した上で一連の成形操作を行って回
路組立体の周域を樹脂封止する。
【0015】ここで、成形温度条件の上限を180℃に
設定したのは、半導体装置の組立体で金属絶縁基板1と
リードフレーム2との間を接合した共晶ソルダ(融点1
83℃)がモールド成形時に再溶融したり、成形後に室
温まで冷却する過程で樹脂層に内部応力や、それに基づ
くクラックが発生するのを抑えるためである。また、成
形温度条件の下限を140℃に設定したのは、一連の成
形プロセスの中で金型に注入した液状エポキシ樹脂のゲ
ル化時間を速めるためであり、これにより液状樹脂の射
出開始から型開きまでの所要時間が短くて済むので、成
形サイクルタイムを短縮できる。なお、前記した液状エ
ポキシ樹脂は130℃の低温でも成形可能であるが、成
形温度を140℃以下に低めると液状エポキシ樹脂のゲ
ル化時間が大幅に増加するため、これに伴って成形サイ
クルの所要時間が長く掛かる。
【0016】次に、前記の射出成形工程を経て製作され
た樹脂封止型半導体装置を図4,図5に示す。図示構成
では、金属絶縁基板1の金属板1aの底面域(ヒートシ
ンクの放熱面)を除いてリードフレーム2の上に組立ら
れた半導体チップ4を含む回路組立体の周域が封止樹脂
層6により封止されている。なお、金属絶縁基板1の底
面は、モールド形成の際にあらかじめ図1で述べたよう
に離型剤9を塗布しておくことで樹脂が付着するのを防
ぐことができる。
【0017】実施例2:前記した実施例1では、金属絶
縁基板1の裏面に封止樹脂が付着するのを防ぐために離
型剤9を塗布したが、この実施例では離型剤を使用せず
に金属絶縁基板の底面に樹脂が付着するのを防ぐような
手段を講じている。すなわち、この実施例においては、
金型8の下型8aに対してそのキャビティの底部側に
は、金属絶縁基板1を載せる中央の台部8eを残してそ
の外側の凹所内周域にリング状のパッキン10を備えて
いる。このパッキン10は金型内にインサートされた金
属絶縁基板1の底面周縁部に密接して、金型8に注入し
た成形樹脂が金属絶縁基板1の底面側に回り込むのを阻
止する役目を果たすものであり、成形温度に十分耐える
耐熱性の高い材料(例えばシリコーン樹脂)で作られた
パッキンが使用される。これにより、金属絶縁基板1の
底面側には樹脂の回り込みがなくなるので、実施例1で
述べたような離型剤を塗布する必要がない。
【0018】実施例3:図3は金属絶縁基板の底面に樹
脂が付着するのを防ぐための応用実施例を示すものであ
る。この実施例においては、金属絶縁基板1の底面側に
あらかじめ段付き部1dを形成しておくとともに、一方
では金型8の下型8bの底部側に前記の段付き部1dが
止まり嵌めで嵌合し合う段付き凹所8fが形成されてい
る。
【0019】これにより、金型8にインサートされた金
属絶縁基板1は、その段付き部1dの周縁が下型8bの
凹所周縁に突き合わされるので、金型8に注入した樹脂
が金属絶縁基板1の底面側に回り込むことがない。つま
り、金型に形成した段付き凹所8fが実施例2で述べた
パッキン10と同じ役目を果たす。 実施例4:次に、樹脂封止成形の際に樹脂封止層の周域
にバリが生じるのを防ぐ手段を講じた実施例を図6で説
明する。
【0020】封止樹脂層6の成形材料である液状エポキ
シ樹脂は粘度が小さく、先記の各実施例で述べた金型8
に所定の射出圧力を加えて液状エポキシ樹脂を注入する
と、樹脂の一部が上型8aと下型8bとの合わせ面(パ
ーティング面)の隙間に押し出され、これが固化してバ
リを生成する。そこで、バリの生成を防ぐための手段と
して、図6ではリードフレーム2に対し、あらかじめ封
止樹脂層6の外形に合わせてその成形領域の外周を取り
囲むようにダムバー2cを形成しておき、このダムバー
を金型の合わせ面に挟み込んだ状態で成形を行う。これ
により、金型の合わせ面周域がダムバーにより閉塞され
るのでバリの生成を防ぐことができる。
【0021】このダムバー2cは、その内周縁が樹脂封
止層6の外形輪郭と合致するように形成するのが理想的
であるが、金型構造など制約から図示のようにダムバー
2cを樹脂封止層6の外周から離す必要のある場合に
は、ダムバー2cと封止樹脂層6との間の空所を埋める
ように、この部分に離型性のある材料で作られたシート
状のスペーサ(リードフレーム2と同じ厚さ)を当てが
い、これを金型の合わせ面に挟んで成形することでバリ
の発生が防げる。
【0022】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の樹脂封止法
によれば、トランスファ成形による樹脂封止法と同様に
射出成形用金型に回路組立体をインサートし、この金型
に液状の熱硬化性樹脂を注入して回路組立体の周域に封
止樹脂層を射出成形するようにしたので、ポッティング
法のような樹脂ケースが不要であり、これにより樹脂封
止型半導体装置のダウンサイジング化が促進できる。
【0023】また、この場合に射出成形の温度条件を1
40〜180℃の範囲に定めたことにより、回路組立体
の接合に用いた低融点の共晶ソルダが封止樹脂層の成形
の際に再溶融するおそれがなく、かつ成形後の冷却過程
でも封止樹脂層の内部応力,クラック発生を抑制できる
ほか、金型に注入した液状樹脂のゲル化時間を速めて成
形サイクルの所要時間の短縮化が図れるなど、品質の安
定した樹脂封止型半導体装置を生産性よく製造すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1に対応する半導体装置の封止
樹脂層の成形工程図。
【図2】本発明の実施例2に対応する半導体装置の封止
樹脂層の成形工程図。
【図3】本発明の実施例3に対応する半導体装置の封止
樹脂層の成形工程図。
【図4】封止樹脂層の成形工程を経て製作された樹脂封
止型半導体装置の構成断面図
【図5】図4の平面図
【図6】本発明の実施例4に採用するダムバー付きリー
ドフレームの平面図
【図7】ポッティング法により製作された従来における
樹脂封止型半導体装置の組立構成図
【符号の説明】
1 金属絶縁基板 1a 金属板 1d 段付き部 2 リードフレーム 3 半導体チップ 6 封止樹脂層 7 共晶ソルダ 8 射出成形用金型 8a 上型 8b 下型 8f 段付き凹所 9 離型剤 10 パッキン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 // B29L 31:34

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】リードフレームを用いて構成した回路組立
    体を金属絶縁基板に搭載してリードフレームと金属絶縁
    基板との間を低融点の共晶ソルダで半田接合し、かつ金
    属絶縁基板の放熱面となる底面を露呈させたまま回路組
    立体の周域を樹脂封止してなる樹脂封止型半導体装置の
    樹脂封止法であって、金属絶縁基板に搭載した回路組立
    体を射出成形用金型にインサートし、140℃〜180
    ℃の成形温度条件でキャビティに液状の熱硬化性樹脂を
    充填して封止樹脂層を成形することを特徴とする樹脂封
    止型半導体装置の樹脂封止法。
  2. 【請求項2】請求項1記載の樹脂封止法において、金属
    絶縁基板の底面にあらかじめ離型剤を塗布して封止樹脂
    層の成形を行うことを特徴とする樹脂封止型半導体装置
    の樹脂封止法。
  3. 【請求項3】請求項1記載の樹脂封止法において、金型
    のキャビティ底部に金属絶縁基板の底面周域と当接し合
    うパッキンを配置して封止樹脂層の成形を行うことを特
    徴とする樹脂封止型半導体装置の樹脂封止法。
  4. 【請求項4】請求項1記載の樹脂封止法において、金属
    絶縁基板の金属板の底面側にあらかじめ段付き部を形成
    しておき、金型のキャビティには前記段付き部と密接し
    て嵌合し合う段付き凹所を形成して封止樹脂層の成形を
    行うことを特徴とする樹脂封止型半導体装置の樹脂封止
    法。
  5. 【請求項5】請求項1記載の樹脂封止法において、リー
    ドフレームに対し、あらかじめ封止樹脂層成形領域の外
    周を包囲するダムバーを形成して封止樹脂層の成形を行
    うことを特徴とする樹脂封止型半導体装置の樹脂封止
    法。
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