半導体装置およびその製造方法
【課題】封止樹脂の成形性と放熱性を高いレベルで両立させた半導体装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】半導体装置１０は、アイランド１２と、アイランド１２の上面に実装された半導体素子２０と、外部接続端子として機能するリード１４と、これらを一体的に被覆して機械的に支持する封止樹脂１５とを主要に備えた構成となっている。更に、封止樹脂１５は、半導体素子２０等を直に樹脂封止する第１封止樹脂１６と、この第１封止樹脂１６を更に封止する第２封止樹脂１８から構成される。
【解決手段】半導体装置１０は、アイランド１２と、アイランド１２の上面に実装された半導体素子２０と、外部接続端子として機能するリード１４と、これらを一体的に被覆して機械的に支持する封止樹脂１５とを主要に備えた構成となっている。更に、封止樹脂１５は、半導体素子２０等を直に樹脂封止する第１封止樹脂１６と、この第１封止樹脂１６を更に封止する第２封止樹脂１８から構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置およびその製造方法に関し、特に、半導体素子が樹脂封止されるリードフレーム型の半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電源回路等を構成する半導体素子を樹脂封止した半導体装置が開発されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図６を参照して、この種の半導体装置１００の構成を説明する。図６（Ａ）は半導体装置１００の平面図であり、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＢ−Ｂ’線に於ける断面図である。
【０００４】
図６（Ａ）および図６（Ｂ）を参照して、半導体装置１００は、半導体素子１０４と、半導体素子１０４が実装されるアイランド１０２と、半導体素子１０４と接続されて一部が外部に導出するリード１１０と、これらを一体に被覆して封止する封止樹脂１０８とを備えた構成と成っている。
【０００５】
半導体素子１０３は、例えばディスクリートのＭＯＳＦＥＴであり、裏面のドレイン電極がアイランド１０２に接続され、表面のゲート電極が金属細線１０６を介してリード１１０Ａと接続され、表面のソース電極が金属細線１０６を経由してリード１１０Ｃと接続されている。
【０００６】
また、封止樹脂１０８の側面からは、リード１１０Ａ〜１１０Ｃが導出しており、これらのリードを実装基板に挿入することにより、半導体装置１００は差込実装される。
【０００７】
半導体素子１０４として大電流のスイッチングを行うパワー素子が採用されると、半導体素子１０４から多量の熱が放出される。この熱による半導体装置１００の過熱を防止するために、図６（Ｂ）に示す封止樹脂１０８の裏面はヒートシンクに当接される。
【０００８】
上記した構成の製造方法は次の通りである。先ず、図６（Ａ）に示すアイランド１０２およびリード１１０を備えるリードフレームを用意する。そして、アイランド１０２に半導体素子１０４を固着した後に、半導体素子１０４の上面の電極とリード１１０Ａ、１１０Ｃとを金属細線１０６を経由して接続する。その後に、モールド金型を使用したトランスファーモールドにより、アイランド１０２、半導体素子１０４、金属細線１０６を樹脂封止する。
【０００９】
一方、物性が異なる複数の樹脂材料で半導体素子を樹脂封止する技術も開発されている（例えば特許文献２参照）。この文献の図１およびその説明箇所を参照すると、超高周波半導体素子１をシリコーン樹脂４で樹脂封止し、更にこのシリコーン樹脂４をエポキシ樹脂５により樹脂封止している。これにより、高周波特性および信頼性の双方が向上されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−３２０００９号公報
【特許文献２】特昭５２−１１７０６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記した特許文献１に開示された半導体装置では、封止樹脂１０８の成形性を良好に保ちつつ装置全体の放熱性を向上させることが困難であった。具体的には、図６（Ｂ）を参照して、半導体素子１０４が動作中に発する熱を良好に外部に放出させるためには、アイランド１０２を被覆する封止樹脂１０８の厚みを薄くすることが有効である。更にまた、封止樹脂１０８に含有されるフィラーの割合を増加させると、封止樹脂１０８の熱抵抗が低減されるので、装置全体の放熱性を向上させることができる。しかしながら、このようにすると、トランスファーモールドにより封止樹脂１０８を形成する工程にて、アイランド１０２の下方の領域が狭くなってしまう。この結果、アイランド１０２の下方に封止樹脂１０８が充填されずにボイドが発生する恐れがある。
【００１２】
また、上記した特許文献２に開示された発明では、半導体素子を樹脂封止するシリコーン樹脂４はポッティングにより形成されている。従って、シリコーン樹脂４が一定の定まった形状を備えていないので、封止樹脂全体としての信頼性が確保されず、更に外側のエポキシ樹脂５の成形性が悪化する恐れも有った。
【００１３】
本発明は上述した問題を鑑みて成されたものである。本発明の主な目的は、封止樹脂の成形性と放熱性を高いレベルで両立させた半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の半導体装置は、アイランドと、リードと、前記アイランドの主面に実装されて前記リードと接続された半導体素子と、前記アイランドと前記半導体素子とを被覆する第１封止樹脂と、前記アイランドの下面を被覆する部分の前記第１封止樹脂を露出させた状態で、前記第１封止樹脂を被覆する第２封止樹脂と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明の半導体装置の製造方法は、上面に半導体素子が固着されたアイランドを第１金型に収納し、前記第１金型に第１樹脂封止を注入することにより、前記半導体素子および前記アイランドを第１封止樹脂により被覆する第１工程と、前記第１封止樹脂により被覆された状態の前記アイランドを第２金型に収納し、前記第２金型に第２封止樹脂を注入することにより、前記アイランドの下面を被覆する部分の前記第１封止樹脂を露出させた状態で、前記第１封止樹脂を前記第２封止樹脂で被覆する第２工程と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、半導体素子およびアイランドの下面を、放熱性に優れた第１封止樹脂により被覆し、更に第１封止樹脂の裏面が露出されるように第２封止樹脂を形成している。このようにすることで、放熱性に優れた第１封止樹脂を経由して良好に熱が外部に放出され、耐湿性等に優れた第２封止樹脂により装置全体の信頼性が確保される。
【００１７】
更に、製法上に於いては、トランスファーモールドにより形成される第１封止樹脂でアイランドを樹脂封止した後に、この第１封止樹脂を再び第２封止樹脂によりトランスファーモールドで樹脂封止している。これにより、装置全体を一度にモールドする場合と比較して、アイランド１２の下方に優先的に第１封止樹脂を充填させ、ボイドの発生を抑止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の半導体装置を示す図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は断面図である。
【図２】本発明の半導体装置が適用される半導体モジュールを示す断面図である。
【図３】本発明の半導体装置の製造方法を示す平面図である。
【図４】本発明の半導体装置の製造方法を示す図であり、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は本工程を経た後のアイランドを示す平面図である。
【図５】本発明の半導体装置の製造方法を示す図であり、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は本工程を経た後のアイランドを示す平面図である。
【図６】背景技術の半導体装置を示す図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１を参照して、本実施の形態に係る半導体装置１０の構成を説明する。図１（Ａ）は半導体装置１０を示す平面図であり、図１（Ｂ）は図（Ａ）のＢ−Ｂ’線に於ける断面図である。
【００２０】
図１（Ａ）および図１（Ｂ）を参照して、半導体装置１０は、アイランド１２と、アイランド１２の上面に実装された半導体素子２０と、外部接続端子として機能するリード１４と、これらを一体的に被覆して機械的に支持する封止樹脂１５とを主要に備えた構成となっている。本形態では、封止樹脂１５は、半導体素子２０等を直に樹脂封止する第１封止樹脂１６と、この第１封止樹脂１６を更に封止する第２封止樹脂１８とから構成される。
【００２１】
アイランド１２は、厚みが０．６ｍｍ程度の銅等の金属から成る導電材料を、エッチング加工やパンチング加工により所定形状に成形したものである。アイランド１２は、例えば縦×横＝１２．０ｍｍ×１４．０ｍｍ程度の矩形である。
【００２２】
図１（Ａ）を参照して、アイランド１２の紙面上に於ける下側の側辺の中央部からは、外部に連続してリード１４Ｂが延在している。また、図１（Ｂ）を参照すると、アイランド１２を外部と絶縁させるために、アイランド１２の下面は第１封止樹脂１６により被覆されている。また、アイランド１２の裏面を被覆する第１封止樹脂１６の厚み（Ｌ１）は例えば０．４ｍｍ以上１．０ｍｍ以下と非常に薄いので、半導体素子２０が動作することにより発生する熱は、アイランド１２および第１封止樹脂１６を経由して良好に外部に放出される。この厚みＬ１を０．４ｍｍ未満とすると樹脂封止時に微小なボイド（ピンホール）が出現して耐圧性が劣化する恐れがあり、厚みＬ１を１．０ｍｍよりも長くすると放熱性が低下する恐れがある。
【００２３】
リード１４は、内蔵された半導体素子２０と電気的に接続され、一部が外部に露出して外部接続端子として機能している。具体的には、図１（Ａ）を参照して、リード１４は、リード１４Ａ−１４Ｃから成る。リード１４Ａ、１４Ｃは、金属細線３４を経由して半導体素子２０の上面に形成された電極と接続される。一方、中央のリード１４Ｂは、アイランド１２と一体的に連続している。リード１４Ｂは中間部が曲折加工されており、両端に位置するリード１４Ａ、１４Ｃは、曲折加工されていない平坦な形状である。そして、リード１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃの外部に導出する部分は、同一平面上に位置している。また、リード１４Ａ〜１４Ｃを実装基板等の実装面に挿入することにより、半導体装置１０は差込実装される。
【００２４】
半導体素子２０は裏面に主電極を備えた半導体素子であり、具体的には、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が採用される。本実施の形態では、半導体素子２０としては、例えば１Ａ以上の大電流のスイッチングを行うパワー系の半導体素子（パワー素子）が採用される。
【００２５】
一例として、ＭＯＳＦＥＴが半導体素子２０として採用されると、下面のドレイン電極が導電性固着材を介してアイランド１２の上面に接続され、上面のゲート電極は金属細線３４を経由してリード１４Ａと接続され、上面のソース電極は金属細線３４を経由してリード１４Ｃと接続される。そして、半導体素子２０は、リード１４Ａから供給される制御信号に基づいて、リード１４Ｂおよびリード１４Ｃを通過する大電流のスイッチング動作を行う。
【００２６】
本形態では、アイランド１２および半導体素子２０を単一の樹脂材料により樹脂封止するのではなく、２種類の樹脂（第１封止樹脂１６および第２封止樹脂１８）により樹脂封止している。具体的には、第１封止樹脂１６によりアイランド１２および半導体素子２０を被覆し、更にこの第１封止樹脂１６を第２封止樹脂１８で樹脂封止している。
【００２７】
第１封止樹脂１６は、下面も含めたアイランド、金属細線３４およびリード１４Ａ−１４Ｃの内側の端部を被覆している。ここで、アイランド１２は中間部分に段差が形成されており、紙面上でその段差よりも左側の領域に半導体素子２０が実装され、この部分のアイランド１２の下面は全面的に第１封止樹脂１６で被覆される。一方、段差部よりも右側の領域は相対的に上方に配置され、この部分は部分的に第１封止樹脂１６により被覆され、一部は第２封止樹脂１８により被覆される。
【００２８】
更に、第１封止樹脂１６は、フィラーが添加された樹脂材料から成る。ここで、樹脂材料としては、エポキシ樹脂、ビフェニル系またはクレノボ系の樹脂等の熱硬化性樹脂が採用される。フィラーとしてはシリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）またはこれらの混合物が採用される。第１封止樹脂１６にフィラーが含まれる割合は、例えば、８０重量％以上８５重量％以下である。この割合を８０重量％以上とすることにより、第１封止樹脂１６の熱抵抗を低減して、半導体素子２０が動作時に発生する熱を第１封止樹脂１６を経由して良好に外部に放出できる。また、この割合を８５重量％以下とすることにより、樹脂封止時に於ける第１封止樹脂１６の流動性を確保して、第１封止樹脂１６をアイランド１２の下方に良好に充填させることができる。第１封止樹脂に採用されるフィラーとしては、アルミナまたはシリカが採用可能であるが、アルミナを採用することにより放熱性が向上する。また、フィラーの形状としては、破砕した形状、溶融した形状またはこれらを混合したものが採用される。
【００２９】
更にまた、第１封止樹脂１６の外形形状は、上面、下面および側面を備えた六面体形状（直方体形状）が好適である。具体的には、本形態の第１封止樹脂１６はファラーの含有率が高いので、モールド金型の内壁形状を複雑にすると、端部まで封止樹脂が充填されない恐れがある。本形態では、このようなことを防止するために、第１封止樹脂１６の射出成形に用いるモールド金型の内壁形状を簡素化した結果、第１封止樹脂１６の外形形状が直方体形状を呈している。
【００３０】
第２封止樹脂１８は、第１封止樹脂１６の表面およびリード１４を被覆している。具体的には、第２封止樹脂１８は、第１封止樹脂１６の側面および上面を被覆している。一方、第１封止樹脂１６の下面は第２封止樹脂１８により被覆されることなく、外部に露出している。これにより、半導体素子２０が実装されるアイランド１２の下面は、熱抵抗の低い第１封止樹脂１６のみにより被覆されるので、放熱性が向上される。また、第１封止樹脂１６の下面と、第２封止樹脂１８の下面とは、同一平面上に配置されている。
【００３１】
更に、第２封止樹脂１８は、第１封止樹脂１６の側面から導出するリード１４の付け根の部分も被覆している。耐湿性等の信頼性に優れる第２封止樹脂１８によりリード１４を被覆することで、装置全体の信頼性が被覆される。
【００３２】
また、第２封止樹脂１８は、第１封止樹脂１６と同様に、フィラーが添加された熱硬化性樹脂から成るが、含有されるフィラーの種類が異なる。第２封止樹脂１８に含まれるフィラーとしては、シリカまたはアルミが採用可能であるが、安価なシリカを採用することでコストが低減される。第２封止樹脂１８のフィラーの含有率は８０重量％以上８５重量％以下であり、第１封止樹脂１６と同等で良い。更に、第２封止樹脂１８に含まれるフィラーの形状も第１封止樹脂１６と同様で良い。ここで、第１封止樹脂１６および第２封止樹脂に含まれるフィラーが、共にシリカとアルミナとの混合物から成る場合、第１封止樹脂１６にアルミナが含まれる割合を第２封止樹脂１８よりも多くしても良い。
【００３３】
第２封止樹脂１８の外形形状は、第１封止樹脂１６と比較すると複雑な形状を呈している。図１（Ｂ）を参照すると、第２封止樹脂１８の上面には段差領域が形成されており、また、第１封止樹脂１６の左下下部は一部切り欠いている。
【００３４】
図２の断面図を参照して、次に、上記した構成の半導体装置１０が組み込まれた半導体モジュール１０Ａの構成を説明する。
【００３５】
この図に示す半導体モジュール１０Ａは、半導体装置１０と、半導体装置１０の下面に当接するヒートシンク２６とを備えている。
【００３６】
ヒートシンク２６は、銅やアルミニウム等の金属から成り、半導体装置１０と面的に接触するために上面は平坦面であり、放熱性を向上させるために下部は異形形状とされている。尚、ヒートシンク２６に替えて、金属から構成されるセットの筐体を放熱手段として採用することも可能である。
【００３７】
本形態では、放熱性に優れる第１封止樹脂１６が半導体装置１０の下面に露出し、ヒートシンク２６の上面に当接している。従って、半導体素子２０が動作時に発生する熱は、アイランド１２、第１封止樹脂１６を経由して良好にヒートシンク２６に伝導した後に外部に放出される。
【００３８】
図３から図６を参照して、次に、上記した構成の半導体装置の製造方法を説明する。
【００３９】
先ず、図３の平面図を参照して、所定形状のリードフレーム５０を用意する。リードフレーム５０は、エッチング加工またはプレス加工により形成され、１つの半導体装置となるユニットが複数個連結された状態となっている。ここでは、ユニット５６Ａ−５６Ｄの４つのユニットが示され、個々のユニットは、アイランド１２と、アイランドに一端が接近するリード１４Ａ、１４Ｃと、アイランド１２から一体的に連続するリード１４Ｂとから構成されている。また、各ユニットのリードの中間部と端部は、タイバー５８により連結されている。
【００４０】
更に、各ユニットには半導体素子が接続されている。ユニット５６Ａを参照すると、アイランド１２の上面に半導体素子２０が実装されている。半導体素子２０としては、バイポーラ・トランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等のディスクリートのトランジスタが採用される。半導体素子２０の裏面電極は、半田等の導電性の固着材を用いた接続または共晶結合により、アイランド１２の上面に接続される。半導体素子２０の上面の電極は、金属細線３４を経由してリード１４Ａおよびリード１４Ｃに接続される。
【００４１】
次に各ユニットを樹脂封止するが、本形態では、放熱性に優れた第１封止樹脂により半導体素子２０およびアイランド１２を樹脂封止した後に、高信頼性の第２封止樹脂で第１封止樹脂を樹脂封止している。
【００４２】
図４を参照して、１回目の樹脂封止の工程を説明する。図４（Ａ）は本工程で用いるモールド金型６０の断面図であり、図４（Ｂ）は本工程が終了した後のアイランド１２を示す平面図である。
【００４３】
図４（Ａ）を参照して、本工程では、モールド用の金型４０（第１金型）を用いて封止樹脂を射出成形するトランスファーモールドを行っている。具体的には、モールド金型４０は、上金型４２および下金型４４から成り、両者を当接することにより形成されるキャビティ４６の内部に、アイランド１２、半導体素子２０および金属細線３４が収納される。そして、キャビティ４６の側面に設けたゲートから、液状または半固形状の封止樹脂をキャビティ４６の内部に注入する。注入された第１封止樹脂１６により、アイランド１２の下面、側面および上面、半導体素子２０、金属細線３４、リード１４Ａ−１４Ｃの先端部分が被覆される。本形態では、紙面上右側（即ち、リード１４が導出する方向に対向する方向から）に、樹脂注入用のゲートが設けられ、このゲートからキャビティ４６に第１封止樹脂１６が注入される。この図では、第１封止樹脂１６が注入される方向を、矢印で示している。ここで、本工程で用いる第１封止樹脂１６の組成は図１を参照して説明した通りである。
【００４４】
本工程では、キャビティ４６の内部に於けるアイランド１２の位置は、リード１４およびアイランド１２を金型４０で挟持することで固定されている。具体的には、紙面上にて左側にアイランド１２から導出されるリード１４Ｂを、上金型４２および下金型４４で挟持している。そして、アイランド１２の紙面上に於ける右側の端部を、上金型４２および下金型４４で挟持している。これにより、キャビティ４６の内部に於けるアイランド１２の位置が固定されるので、第１封止樹脂１６をキャビティ４６に高圧で注入しても、この圧力によりアイランド１２が移動して、アイランド１２の下面を被覆する第１封止樹脂１６が厚くなることがない。
【００４５】
本形態では、キャビティ４６の内部における、アイランド１２の上方の領域の大きさと、アイランド１２の下方の領域の大きさの差を小さくしている。これにより、アイランド１２の下方の領域にボイドが発生することを抑止している。具体的には、アイランド１２の上面と上金型４２の上側内壁とが離間する距離Ｌ２は１．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であり、アイランド１２の下面と下金型４４の下側内壁とが離間する距離Ｌ３は０．４ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。この距離Ｌ２は、後の工程で用いる図５（Ａ）に示す金型６０を用いた場合と比較して短い。即ち、図５（Ａ）に示す金型６０を用いた場合と比較すると、本工程では、キャビティ４６の内部に於ける、アイランド１２の上面の領域が小さくなる。
【００４６】
キャビティ４６に於けるアイランド１２の上方の領域が、アイランド１２の下方の領域に比較して極めて大きいと、注入された第１封止樹脂１６はアイランド１２の上方に優先的に流動し、アイランド１２の下方には十分に充填されずにボイドが発生する恐れがある。本形態では、キャビティ４６に於けるアイランド１２の上方の領域が比較的狭い。従って、キャビティ４６に注入された液状の第１封止樹脂１６は、アイランド１２の上方の領域に充填されると共に、アイランド１２の下方の領域にも十分に充填される。これにより、アイランド１２の下方の領域にも第１封止樹脂１６が良好に充填されてボイドの発生が防止される。
【００４７】
更に本形態では、キャビティ４６の内壁形状を直方体形状等の六面体形状としている。即ち、キャビティ４６の内壁の形状は、図１に示す半導体装置１０の第２封止樹脂１８の外形形状よりも面数が少ない形状である。これにより、金型４０の内壁の端部まで第１封止樹脂１６が行き渡り、ボイドの出現が防止される。
【００４８】
更にまた、本形態では、トランスファーモールドで形成された第１封止樹脂１６を、後の工程で再びトランスファーモールドにより第２封止樹脂１８で樹脂封止している。従って、トランスファーモールドにより正確な外形形状とされた第１封止樹脂１６を樹脂封止するので、金型６０の内部に於ける第１封止樹脂１６の位置を正確に規定できる。これにより、第２封止樹脂１８の厚みや量を正確に制御することが可能となる。
【００４９】
上述したように、本工程で用いられる第１封止樹脂はアルミナ等のフィラーが高充填されており流動性が低い。しかしながら、上記のような金型４０を用いることにより、アイランド１２の下方の狭い領域に、第１封止樹脂１６を十分に行き渡らせる事ができる。
【００５０】
キャビティ４６に第１封止樹脂１６を注入した後は、第１封止樹脂１６を十分に加熱硬化させて、上金型４２と下金型４４とを離型した後に、第１封止樹脂１６により樹脂封止されたアイランド１２を取り出す。
【００５１】
図４（Ｂ）を参照して、上記工程により、アイランド１２、半導体素子２０、金属細線３４およびリード１４Ａ−１４Ｃの先端部分が第１封止樹脂１６により樹脂封止される。一方、アイランド１２の紙面上における下方の先端部分は、第１封止樹脂１６により封止されずに外部に露出している。これは、図４（Ａ）に示したように、樹脂封止の工程にて金型４０で挟持されており、キャビティ４６に収納されてないからである。外部に突出する部分のアイランド１２は、そのままの状態で次工程に搬送されてもよいし、次工程に先行して適当な長さに切断されても良い。
【００５２】
図５を参照して、次に、上記工程で成形した第１封止樹脂１６を、第２封止樹脂１８で更にトランスファーモールドで被覆する。図５（Ａ）は本工程を示す断面図であり、図５（Ｂ）は本工程を経た後のアイランド１２を示す平面図である。
【００５３】
図５（Ａ）を参照して、先ず、第１封止樹脂１６で封止された状態のアイランド１２を金型６０（第２金型）に収納する。本工程で使用する金型６０は、先工程で用いた金型４０（図４（Ａ）参照）とは形状が異なる。本工程の金型６０は、上金型６２および下金型６４から成り、両者を当接することでキャビティ６６が形成される。キャビティ６６の内壁の形状は、図１に示す第２封止樹脂１８の形状と同様である。従って、上金型６２および下金型６４の内壁には、製造される半導体装置１０のパッケージ外径形状に即した段差部が設けられている。即ち、本工程で用いる金型６０の内壁の形状は、先工程で用いた金型４０（図４（Ａ）参照）の内壁形状よりも複雑な形状を呈している。
【００５４】
第１封止樹脂１６をキャビティ６６に収納した後は、金型６０に設けたゲートから、液状または半固形状の第２封止樹脂１８をキャビティ６６に注入する。本工程でも、ゲートはキャビティ６６の右側端部に設けられており、このゲートから注入される第２封止樹脂１８を矢印で示している。注入された第２封止樹脂１８により、第１封止樹脂１６の側面および上面、リード１４Ａ−１４Ｃの付け根の部分が被覆される。一方、第１封止樹脂１６の下面は、第２封止樹脂１８により被覆されずに外部に露出した状態となる。
【００５５】
また、紙面上で第１封止樹脂１６の右側側面から導出しているアイランド１２の端部も、第２封止樹脂１８により被覆される。第２封止樹脂１８がキャビティ６６に注入された後は、加熱硬化を行い、上金型６２および下金型６４を離型した後に、第２封止樹脂１８を金型６０から外部に取り出す。ここで、本工程で用いる第２封止樹脂１８の組成は図１を参照して説明した通りである。
【００５６】
本工程では、キャビティ６６に収納された第１封止樹脂１６の下面は、下金型６４の内壁に接触している。そして、この状態で、第１封止樹脂１６の上面は、上金型６２の内壁から下方に突出する押圧部６８により下方に押圧されている。押圧部６８で第１封止樹脂１６の上面が下方に押圧されることにより、第１封止樹脂１６の下面が下金型６４の内壁に面的に接触し、両者の境界に第２封止樹脂１８が侵入することが防止される。更には、押圧部６８の押圧力により、第１封止樹脂１６の位置が固定され、キャビティ６６に第２封止樹脂１８を高圧で注入しても、キャビティ６６内部における第１封止樹脂１６の移動が防止される。
【００５７】
この押圧部６８は、下金型６４の内壁に固定された状態でも良いし、上下方向に可動するものでも良い。押圧部６８が固定の場合は、形成される第２封止樹脂１８の上面に押圧部６８の形状に即した凹状部が形成される。一方、押圧部６８が可動式の場合は、第２封止樹脂１８の充填と共に押圧部６８が上方に移動する。この結果、本工程を経た後の第２封止樹脂１８の上面が平坦面となり、第１封止樹脂１６の上面が全面的に第２封止樹脂１８により被覆されて外部に露出しない。
【００５８】
更に、上記したように、第１封止樹脂１６の外形形状は、立方体等の六面体形状であり、比較的単純な構成である。従って、キャビティ６６に注入された第２封止樹脂１８は第１封止樹脂１６の側面および上面に沿って良好に流動するので、第１封止樹脂１６と第２封止樹脂１８との間にもボイドは発生しない。
【００５９】
図５（Ｂ）を参照して、上記した２回目の樹脂封止を行った結果、第１封止樹脂１６の側面が第２封止樹脂１８により被覆され、第２封止樹脂１８の側面からリード１４Ａ−１４Ｃが導出する構造が得られる。
【００６０】
上記した樹脂封止が終了した後は、メッキ膜によりリードを被覆する工程、各ユニットをリードフレーム５０から分離する工程（図３参照）、各ユニットの電気的特性を測定する工程、等を経て、図１に構造を示すような半導体装置が製造される。また、図２に示す半導体モジュールを製造する場合は、半導体装置の主面をヒートシンクに当接させて両者を熱的に結合させる。
【符号の説明】
【００６１】
１０ 半導体装置
１０Ａ 半導体モジュール
１２ アイランド
１４，１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃリード
１５ 封止樹脂
１６ 第１封止樹脂
１８ 第２封止樹脂
２０ 半導体素子
２６ ヒートシンク
３４ 金属細線
４０ 金型
４２ 上金型
４４ 下金型
４６ キャビティ
５０ リードフレーム
５４ ブロック
５６、５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃ、５６Ｄ ユニット
５８ タイバー
６０ 金型
６２ 上金型
６４ 下金型
６６ キャビティ
６８ 押圧部
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置およびその製造方法に関し、特に、半導体素子が樹脂封止されるリードフレーム型の半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電源回路等を構成する半導体素子を樹脂封止した半導体装置が開発されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図６を参照して、この種の半導体装置１００の構成を説明する。図６（Ａ）は半導体装置１００の平面図であり、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＢ−Ｂ’線に於ける断面図である。
【０００４】
図６（Ａ）および図６（Ｂ）を参照して、半導体装置１００は、半導体素子１０４と、半導体素子１０４が実装されるアイランド１０２と、半導体素子１０４と接続されて一部が外部に導出するリード１１０と、これらを一体に被覆して封止する封止樹脂１０８とを備えた構成と成っている。
【０００５】
半導体素子１０３は、例えばディスクリートのＭＯＳＦＥＴであり、裏面のドレイン電極がアイランド１０２に接続され、表面のゲート電極が金属細線１０６を介してリード１１０Ａと接続され、表面のソース電極が金属細線１０６を経由してリード１１０Ｃと接続されている。
【０００６】
また、封止樹脂１０８の側面からは、リード１１０Ａ〜１１０Ｃが導出しており、これらのリードを実装基板に挿入することにより、半導体装置１００は差込実装される。
【０００７】
半導体素子１０４として大電流のスイッチングを行うパワー素子が採用されると、半導体素子１０４から多量の熱が放出される。この熱による半導体装置１００の過熱を防止するために、図６（Ｂ）に示す封止樹脂１０８の裏面はヒートシンクに当接される。
【０００８】
上記した構成の製造方法は次の通りである。先ず、図６（Ａ）に示すアイランド１０２およびリード１１０を備えるリードフレームを用意する。そして、アイランド１０２に半導体素子１０４を固着した後に、半導体素子１０４の上面の電極とリード１１０Ａ、１１０Ｃとを金属細線１０６を経由して接続する。その後に、モールド金型を使用したトランスファーモールドにより、アイランド１０２、半導体素子１０４、金属細線１０６を樹脂封止する。
【０００９】
一方、物性が異なる複数の樹脂材料で半導体素子を樹脂封止する技術も開発されている（例えば特許文献２参照）。この文献の図１およびその説明箇所を参照すると、超高周波半導体素子１をシリコーン樹脂４で樹脂封止し、更にこのシリコーン樹脂４をエポキシ樹脂５により樹脂封止している。これにより、高周波特性および信頼性の双方が向上されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−３２０００９号公報
【特許文献２】特昭５２−１１７０６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記した特許文献１に開示された半導体装置では、封止樹脂１０８の成形性を良好に保ちつつ装置全体の放熱性を向上させることが困難であった。具体的には、図６（Ｂ）を参照して、半導体素子１０４が動作中に発する熱を良好に外部に放出させるためには、アイランド１０２を被覆する封止樹脂１０８の厚みを薄くすることが有効である。更にまた、封止樹脂１０８に含有されるフィラーの割合を増加させると、封止樹脂１０８の熱抵抗が低減されるので、装置全体の放熱性を向上させることができる。しかしながら、このようにすると、トランスファーモールドにより封止樹脂１０８を形成する工程にて、アイランド１０２の下方の領域が狭くなってしまう。この結果、アイランド１０２の下方に封止樹脂１０８が充填されずにボイドが発生する恐れがある。
【００１２】
また、上記した特許文献２に開示された発明では、半導体素子を樹脂封止するシリコーン樹脂４はポッティングにより形成されている。従って、シリコーン樹脂４が一定の定まった形状を備えていないので、封止樹脂全体としての信頼性が確保されず、更に外側のエポキシ樹脂５の成形性が悪化する恐れも有った。
【００１３】
本発明は上述した問題を鑑みて成されたものである。本発明の主な目的は、封止樹脂の成形性と放熱性を高いレベルで両立させた半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の半導体装置は、アイランドと、リードと、前記アイランドの主面に実装されて前記リードと接続された半導体素子と、前記アイランドと前記半導体素子とを被覆する第１封止樹脂と、前記アイランドの下面を被覆する部分の前記第１封止樹脂を露出させた状態で、前記第１封止樹脂を被覆する第２封止樹脂と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明の半導体装置の製造方法は、上面に半導体素子が固着されたアイランドを第１金型に収納し、前記第１金型に第１樹脂封止を注入することにより、前記半導体素子および前記アイランドを第１封止樹脂により被覆する第１工程と、前記第１封止樹脂により被覆された状態の前記アイランドを第２金型に収納し、前記第２金型に第２封止樹脂を注入することにより、前記アイランドの下面を被覆する部分の前記第１封止樹脂を露出させた状態で、前記第１封止樹脂を前記第２封止樹脂で被覆する第２工程と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、半導体素子およびアイランドの下面を、放熱性に優れた第１封止樹脂により被覆し、更に第１封止樹脂の裏面が露出されるように第２封止樹脂を形成している。このようにすることで、放熱性に優れた第１封止樹脂を経由して良好に熱が外部に放出され、耐湿性等に優れた第２封止樹脂により装置全体の信頼性が確保される。
【００１７】
更に、製法上に於いては、トランスファーモールドにより形成される第１封止樹脂でアイランドを樹脂封止した後に、この第１封止樹脂を再び第２封止樹脂によりトランスファーモールドで樹脂封止している。これにより、装置全体を一度にモールドする場合と比較して、アイランド１２の下方に優先的に第１封止樹脂を充填させ、ボイドの発生を抑止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の半導体装置を示す図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は断面図である。
【図２】本発明の半導体装置が適用される半導体モジュールを示す断面図である。
【図３】本発明の半導体装置の製造方法を示す平面図である。
【図４】本発明の半導体装置の製造方法を示す図であり、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は本工程を経た後のアイランドを示す平面図である。
【図５】本発明の半導体装置の製造方法を示す図であり、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は本工程を経た後のアイランドを示す平面図である。
【図６】背景技術の半導体装置を示す図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１を参照して、本実施の形態に係る半導体装置１０の構成を説明する。図１（Ａ）は半導体装置１０を示す平面図であり、図１（Ｂ）は図（Ａ）のＢ−Ｂ’線に於ける断面図である。
【００２０】
図１（Ａ）および図１（Ｂ）を参照して、半導体装置１０は、アイランド１２と、アイランド１２の上面に実装された半導体素子２０と、外部接続端子として機能するリード１４と、これらを一体的に被覆して機械的に支持する封止樹脂１５とを主要に備えた構成となっている。本形態では、封止樹脂１５は、半導体素子２０等を直に樹脂封止する第１封止樹脂１６と、この第１封止樹脂１６を更に封止する第２封止樹脂１８とから構成される。
【００２１】
アイランド１２は、厚みが０．６ｍｍ程度の銅等の金属から成る導電材料を、エッチング加工やパンチング加工により所定形状に成形したものである。アイランド１２は、例えば縦×横＝１２．０ｍｍ×１４．０ｍｍ程度の矩形である。
【００２２】
図１（Ａ）を参照して、アイランド１２の紙面上に於ける下側の側辺の中央部からは、外部に連続してリード１４Ｂが延在している。また、図１（Ｂ）を参照すると、アイランド１２を外部と絶縁させるために、アイランド１２の下面は第１封止樹脂１６により被覆されている。また、アイランド１２の裏面を被覆する第１封止樹脂１６の厚み（Ｌ１）は例えば０．４ｍｍ以上１．０ｍｍ以下と非常に薄いので、半導体素子２０が動作することにより発生する熱は、アイランド１２および第１封止樹脂１６を経由して良好に外部に放出される。この厚みＬ１を０．４ｍｍ未満とすると樹脂封止時に微小なボイド（ピンホール）が出現して耐圧性が劣化する恐れがあり、厚みＬ１を１．０ｍｍよりも長くすると放熱性が低下する恐れがある。
【００２３】
リード１４は、内蔵された半導体素子２０と電気的に接続され、一部が外部に露出して外部接続端子として機能している。具体的には、図１（Ａ）を参照して、リード１４は、リード１４Ａ−１４Ｃから成る。リード１４Ａ、１４Ｃは、金属細線３４を経由して半導体素子２０の上面に形成された電極と接続される。一方、中央のリード１４Ｂは、アイランド１２と一体的に連続している。リード１４Ｂは中間部が曲折加工されており、両端に位置するリード１４Ａ、１４Ｃは、曲折加工されていない平坦な形状である。そして、リード１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃの外部に導出する部分は、同一平面上に位置している。また、リード１４Ａ〜１４Ｃを実装基板等の実装面に挿入することにより、半導体装置１０は差込実装される。
【００２４】
半導体素子２０は裏面に主電極を備えた半導体素子であり、具体的には、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が採用される。本実施の形態では、半導体素子２０としては、例えば１Ａ以上の大電流のスイッチングを行うパワー系の半導体素子（パワー素子）が採用される。
【００２５】
一例として、ＭＯＳＦＥＴが半導体素子２０として採用されると、下面のドレイン電極が導電性固着材を介してアイランド１２の上面に接続され、上面のゲート電極は金属細線３４を経由してリード１４Ａと接続され、上面のソース電極は金属細線３４を経由してリード１４Ｃと接続される。そして、半導体素子２０は、リード１４Ａから供給される制御信号に基づいて、リード１４Ｂおよびリード１４Ｃを通過する大電流のスイッチング動作を行う。
【００２６】
本形態では、アイランド１２および半導体素子２０を単一の樹脂材料により樹脂封止するのではなく、２種類の樹脂（第１封止樹脂１６および第２封止樹脂１８）により樹脂封止している。具体的には、第１封止樹脂１６によりアイランド１２および半導体素子２０を被覆し、更にこの第１封止樹脂１６を第２封止樹脂１８で樹脂封止している。
【００２７】
第１封止樹脂１６は、下面も含めたアイランド、金属細線３４およびリード１４Ａ−１４Ｃの内側の端部を被覆している。ここで、アイランド１２は中間部分に段差が形成されており、紙面上でその段差よりも左側の領域に半導体素子２０が実装され、この部分のアイランド１２の下面は全面的に第１封止樹脂１６で被覆される。一方、段差部よりも右側の領域は相対的に上方に配置され、この部分は部分的に第１封止樹脂１６により被覆され、一部は第２封止樹脂１８により被覆される。
【００２８】
更に、第１封止樹脂１６は、フィラーが添加された樹脂材料から成る。ここで、樹脂材料としては、エポキシ樹脂、ビフェニル系またはクレノボ系の樹脂等の熱硬化性樹脂が採用される。フィラーとしてはシリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）またはこれらの混合物が採用される。第１封止樹脂１６にフィラーが含まれる割合は、例えば、８０重量％以上８５重量％以下である。この割合を８０重量％以上とすることにより、第１封止樹脂１６の熱抵抗を低減して、半導体素子２０が動作時に発生する熱を第１封止樹脂１６を経由して良好に外部に放出できる。また、この割合を８５重量％以下とすることにより、樹脂封止時に於ける第１封止樹脂１６の流動性を確保して、第１封止樹脂１６をアイランド１２の下方に良好に充填させることができる。第１封止樹脂に採用されるフィラーとしては、アルミナまたはシリカが採用可能であるが、アルミナを採用することにより放熱性が向上する。また、フィラーの形状としては、破砕した形状、溶融した形状またはこれらを混合したものが採用される。
【００２９】
更にまた、第１封止樹脂１６の外形形状は、上面、下面および側面を備えた六面体形状（直方体形状）が好適である。具体的には、本形態の第１封止樹脂１６はファラーの含有率が高いので、モールド金型の内壁形状を複雑にすると、端部まで封止樹脂が充填されない恐れがある。本形態では、このようなことを防止するために、第１封止樹脂１６の射出成形に用いるモールド金型の内壁形状を簡素化した結果、第１封止樹脂１６の外形形状が直方体形状を呈している。
【００３０】
第２封止樹脂１８は、第１封止樹脂１６の表面およびリード１４を被覆している。具体的には、第２封止樹脂１８は、第１封止樹脂１６の側面および上面を被覆している。一方、第１封止樹脂１６の下面は第２封止樹脂１８により被覆されることなく、外部に露出している。これにより、半導体素子２０が実装されるアイランド１２の下面は、熱抵抗の低い第１封止樹脂１６のみにより被覆されるので、放熱性が向上される。また、第１封止樹脂１６の下面と、第２封止樹脂１８の下面とは、同一平面上に配置されている。
【００３１】
更に、第２封止樹脂１８は、第１封止樹脂１６の側面から導出するリード１４の付け根の部分も被覆している。耐湿性等の信頼性に優れる第２封止樹脂１８によりリード１４を被覆することで、装置全体の信頼性が被覆される。
【００３２】
また、第２封止樹脂１８は、第１封止樹脂１６と同様に、フィラーが添加された熱硬化性樹脂から成るが、含有されるフィラーの種類が異なる。第２封止樹脂１８に含まれるフィラーとしては、シリカまたはアルミが採用可能であるが、安価なシリカを採用することでコストが低減される。第２封止樹脂１８のフィラーの含有率は８０重量％以上８５重量％以下であり、第１封止樹脂１６と同等で良い。更に、第２封止樹脂１８に含まれるフィラーの形状も第１封止樹脂１６と同様で良い。ここで、第１封止樹脂１６および第２封止樹脂に含まれるフィラーが、共にシリカとアルミナとの混合物から成る場合、第１封止樹脂１６にアルミナが含まれる割合を第２封止樹脂１８よりも多くしても良い。
【００３３】
第２封止樹脂１８の外形形状は、第１封止樹脂１６と比較すると複雑な形状を呈している。図１（Ｂ）を参照すると、第２封止樹脂１８の上面には段差領域が形成されており、また、第１封止樹脂１６の左下下部は一部切り欠いている。
【００３４】
図２の断面図を参照して、次に、上記した構成の半導体装置１０が組み込まれた半導体モジュール１０Ａの構成を説明する。
【００３５】
この図に示す半導体モジュール１０Ａは、半導体装置１０と、半導体装置１０の下面に当接するヒートシンク２６とを備えている。
【００３６】
ヒートシンク２６は、銅やアルミニウム等の金属から成り、半導体装置１０と面的に接触するために上面は平坦面であり、放熱性を向上させるために下部は異形形状とされている。尚、ヒートシンク２６に替えて、金属から構成されるセットの筐体を放熱手段として採用することも可能である。
【００３７】
本形態では、放熱性に優れる第１封止樹脂１６が半導体装置１０の下面に露出し、ヒートシンク２６の上面に当接している。従って、半導体素子２０が動作時に発生する熱は、アイランド１２、第１封止樹脂１６を経由して良好にヒートシンク２６に伝導した後に外部に放出される。
【００３８】
図３から図６を参照して、次に、上記した構成の半導体装置の製造方法を説明する。
【００３９】
先ず、図３の平面図を参照して、所定形状のリードフレーム５０を用意する。リードフレーム５０は、エッチング加工またはプレス加工により形成され、１つの半導体装置となるユニットが複数個連結された状態となっている。ここでは、ユニット５６Ａ−５６Ｄの４つのユニットが示され、個々のユニットは、アイランド１２と、アイランドに一端が接近するリード１４Ａ、１４Ｃと、アイランド１２から一体的に連続するリード１４Ｂとから構成されている。また、各ユニットのリードの中間部と端部は、タイバー５８により連結されている。
【００４０】
更に、各ユニットには半導体素子が接続されている。ユニット５６Ａを参照すると、アイランド１２の上面に半導体素子２０が実装されている。半導体素子２０としては、バイポーラ・トランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等のディスクリートのトランジスタが採用される。半導体素子２０の裏面電極は、半田等の導電性の固着材を用いた接続または共晶結合により、アイランド１２の上面に接続される。半導体素子２０の上面の電極は、金属細線３４を経由してリード１４Ａおよびリード１４Ｃに接続される。
【００４１】
次に各ユニットを樹脂封止するが、本形態では、放熱性に優れた第１封止樹脂により半導体素子２０およびアイランド１２を樹脂封止した後に、高信頼性の第２封止樹脂で第１封止樹脂を樹脂封止している。
【００４２】
図４を参照して、１回目の樹脂封止の工程を説明する。図４（Ａ）は本工程で用いるモールド金型６０の断面図であり、図４（Ｂ）は本工程が終了した後のアイランド１２を示す平面図である。
【００４３】
図４（Ａ）を参照して、本工程では、モールド用の金型４０（第１金型）を用いて封止樹脂を射出成形するトランスファーモールドを行っている。具体的には、モールド金型４０は、上金型４２および下金型４４から成り、両者を当接することにより形成されるキャビティ４６の内部に、アイランド１２、半導体素子２０および金属細線３４が収納される。そして、キャビティ４６の側面に設けたゲートから、液状または半固形状の封止樹脂をキャビティ４６の内部に注入する。注入された第１封止樹脂１６により、アイランド１２の下面、側面および上面、半導体素子２０、金属細線３４、リード１４Ａ−１４Ｃの先端部分が被覆される。本形態では、紙面上右側（即ち、リード１４が導出する方向に対向する方向から）に、樹脂注入用のゲートが設けられ、このゲートからキャビティ４６に第１封止樹脂１６が注入される。この図では、第１封止樹脂１６が注入される方向を、矢印で示している。ここで、本工程で用いる第１封止樹脂１６の組成は図１を参照して説明した通りである。
【００４４】
本工程では、キャビティ４６の内部に於けるアイランド１２の位置は、リード１４およびアイランド１２を金型４０で挟持することで固定されている。具体的には、紙面上にて左側にアイランド１２から導出されるリード１４Ｂを、上金型４２および下金型４４で挟持している。そして、アイランド１２の紙面上に於ける右側の端部を、上金型４２および下金型４４で挟持している。これにより、キャビティ４６の内部に於けるアイランド１２の位置が固定されるので、第１封止樹脂１６をキャビティ４６に高圧で注入しても、この圧力によりアイランド１２が移動して、アイランド１２の下面を被覆する第１封止樹脂１６が厚くなることがない。
【００４５】
本形態では、キャビティ４６の内部における、アイランド１２の上方の領域の大きさと、アイランド１２の下方の領域の大きさの差を小さくしている。これにより、アイランド１２の下方の領域にボイドが発生することを抑止している。具体的には、アイランド１２の上面と上金型４２の上側内壁とが離間する距離Ｌ２は１．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であり、アイランド１２の下面と下金型４４の下側内壁とが離間する距離Ｌ３は０．４ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。この距離Ｌ２は、後の工程で用いる図５（Ａ）に示す金型６０を用いた場合と比較して短い。即ち、図５（Ａ）に示す金型６０を用いた場合と比較すると、本工程では、キャビティ４６の内部に於ける、アイランド１２の上面の領域が小さくなる。
【００４６】
キャビティ４６に於けるアイランド１２の上方の領域が、アイランド１２の下方の領域に比較して極めて大きいと、注入された第１封止樹脂１６はアイランド１２の上方に優先的に流動し、アイランド１２の下方には十分に充填されずにボイドが発生する恐れがある。本形態では、キャビティ４６に於けるアイランド１２の上方の領域が比較的狭い。従って、キャビティ４６に注入された液状の第１封止樹脂１６は、アイランド１２の上方の領域に充填されると共に、アイランド１２の下方の領域にも十分に充填される。これにより、アイランド１２の下方の領域にも第１封止樹脂１６が良好に充填されてボイドの発生が防止される。
【００４７】
更に本形態では、キャビティ４６の内壁形状を直方体形状等の六面体形状としている。即ち、キャビティ４６の内壁の形状は、図１に示す半導体装置１０の第２封止樹脂１８の外形形状よりも面数が少ない形状である。これにより、金型４０の内壁の端部まで第１封止樹脂１６が行き渡り、ボイドの出現が防止される。
【００４８】
更にまた、本形態では、トランスファーモールドで形成された第１封止樹脂１６を、後の工程で再びトランスファーモールドにより第２封止樹脂１８で樹脂封止している。従って、トランスファーモールドにより正確な外形形状とされた第１封止樹脂１６を樹脂封止するので、金型６０の内部に於ける第１封止樹脂１６の位置を正確に規定できる。これにより、第２封止樹脂１８の厚みや量を正確に制御することが可能となる。
【００４９】
上述したように、本工程で用いられる第１封止樹脂はアルミナ等のフィラーが高充填されており流動性が低い。しかしながら、上記のような金型４０を用いることにより、アイランド１２の下方の狭い領域に、第１封止樹脂１６を十分に行き渡らせる事ができる。
【００５０】
キャビティ４６に第１封止樹脂１６を注入した後は、第１封止樹脂１６を十分に加熱硬化させて、上金型４２と下金型４４とを離型した後に、第１封止樹脂１６により樹脂封止されたアイランド１２を取り出す。
【００５１】
図４（Ｂ）を参照して、上記工程により、アイランド１２、半導体素子２０、金属細線３４およびリード１４Ａ−１４Ｃの先端部分が第１封止樹脂１６により樹脂封止される。一方、アイランド１２の紙面上における下方の先端部分は、第１封止樹脂１６により封止されずに外部に露出している。これは、図４（Ａ）に示したように、樹脂封止の工程にて金型４０で挟持されており、キャビティ４６に収納されてないからである。外部に突出する部分のアイランド１２は、そのままの状態で次工程に搬送されてもよいし、次工程に先行して適当な長さに切断されても良い。
【００５２】
図５を参照して、次に、上記工程で成形した第１封止樹脂１６を、第２封止樹脂１８で更にトランスファーモールドで被覆する。図５（Ａ）は本工程を示す断面図であり、図５（Ｂ）は本工程を経た後のアイランド１２を示す平面図である。
【００５３】
図５（Ａ）を参照して、先ず、第１封止樹脂１６で封止された状態のアイランド１２を金型６０（第２金型）に収納する。本工程で使用する金型６０は、先工程で用いた金型４０（図４（Ａ）参照）とは形状が異なる。本工程の金型６０は、上金型６２および下金型６４から成り、両者を当接することでキャビティ６６が形成される。キャビティ６６の内壁の形状は、図１に示す第２封止樹脂１８の形状と同様である。従って、上金型６２および下金型６４の内壁には、製造される半導体装置１０のパッケージ外径形状に即した段差部が設けられている。即ち、本工程で用いる金型６０の内壁の形状は、先工程で用いた金型４０（図４（Ａ）参照）の内壁形状よりも複雑な形状を呈している。
【００５４】
第１封止樹脂１６をキャビティ６６に収納した後は、金型６０に設けたゲートから、液状または半固形状の第２封止樹脂１８をキャビティ６６に注入する。本工程でも、ゲートはキャビティ６６の右側端部に設けられており、このゲートから注入される第２封止樹脂１８を矢印で示している。注入された第２封止樹脂１８により、第１封止樹脂１６の側面および上面、リード１４Ａ−１４Ｃの付け根の部分が被覆される。一方、第１封止樹脂１６の下面は、第２封止樹脂１８により被覆されずに外部に露出した状態となる。
【００５５】
また、紙面上で第１封止樹脂１６の右側側面から導出しているアイランド１２の端部も、第２封止樹脂１８により被覆される。第２封止樹脂１８がキャビティ６６に注入された後は、加熱硬化を行い、上金型６２および下金型６４を離型した後に、第２封止樹脂１８を金型６０から外部に取り出す。ここで、本工程で用いる第２封止樹脂１８の組成は図１を参照して説明した通りである。
【００５６】
本工程では、キャビティ６６に収納された第１封止樹脂１６の下面は、下金型６４の内壁に接触している。そして、この状態で、第１封止樹脂１６の上面は、上金型６２の内壁から下方に突出する押圧部６８により下方に押圧されている。押圧部６８で第１封止樹脂１６の上面が下方に押圧されることにより、第１封止樹脂１６の下面が下金型６４の内壁に面的に接触し、両者の境界に第２封止樹脂１８が侵入することが防止される。更には、押圧部６８の押圧力により、第１封止樹脂１６の位置が固定され、キャビティ６６に第２封止樹脂１８を高圧で注入しても、キャビティ６６内部における第１封止樹脂１６の移動が防止される。
【００５７】
この押圧部６８は、下金型６４の内壁に固定された状態でも良いし、上下方向に可動するものでも良い。押圧部６８が固定の場合は、形成される第２封止樹脂１８の上面に押圧部６８の形状に即した凹状部が形成される。一方、押圧部６８が可動式の場合は、第２封止樹脂１８の充填と共に押圧部６８が上方に移動する。この結果、本工程を経た後の第２封止樹脂１８の上面が平坦面となり、第１封止樹脂１６の上面が全面的に第２封止樹脂１８により被覆されて外部に露出しない。
【００５８】
更に、上記したように、第１封止樹脂１６の外形形状は、立方体等の六面体形状であり、比較的単純な構成である。従って、キャビティ６６に注入された第２封止樹脂１８は第１封止樹脂１６の側面および上面に沿って良好に流動するので、第１封止樹脂１６と第２封止樹脂１８との間にもボイドは発生しない。
【００５９】
図５（Ｂ）を参照して、上記した２回目の樹脂封止を行った結果、第１封止樹脂１６の側面が第２封止樹脂１８により被覆され、第２封止樹脂１８の側面からリード１４Ａ−１４Ｃが導出する構造が得られる。
【００６０】
上記した樹脂封止が終了した後は、メッキ膜によりリードを被覆する工程、各ユニットをリードフレーム５０から分離する工程（図３参照）、各ユニットの電気的特性を測定する工程、等を経て、図１に構造を示すような半導体装置が製造される。また、図２に示す半導体モジュールを製造する場合は、半導体装置の主面をヒートシンクに当接させて両者を熱的に結合させる。
【符号の説明】
【００６１】
１０ 半導体装置
１０Ａ 半導体モジュール
１２ アイランド
１４，１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃリード
１５ 封止樹脂
１６ 第１封止樹脂
１８ 第２封止樹脂
２０ 半導体素子
２６ ヒートシンク
３４ 金属細線
４０ 金型
４２ 上金型
４４ 下金型
４６ キャビティ
５０ リードフレーム
５４ ブロック
５６、５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃ、５６Ｄ ユニット
５８ タイバー
６０ 金型
６２ 上金型
６４ 下金型
６６ キャビティ
６８ 押圧部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アイランドと、
リードと、
前記アイランドの主面に実装されて前記リードと接続された半導体素子と、
前記アイランドと前記半導体素子とを被覆する第１封止樹脂と、
前記アイランドの下面を被覆する部分の前記第１封止樹脂を露出させた状態で、前記第１封止樹脂を被覆する第２封止樹脂と、
を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１封止樹脂の外形形状は、上面、前記上面に対向する下面および、前記上面と前記下面とをつなぐ４つの側面を有する六面体形状であり、
前記第１封止樹脂の前記下面は前記第２封止樹脂により被覆されずに露出し、
延期第１封止樹脂の前記上面および前記側面は前記第２封止樹脂により被覆されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記半導体素子と前記リードとを接続する金属細線を前記第１封止樹脂により被覆することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１封止樹脂にはアルミナが含まれ、前記第２封止樹脂にはシリカが含まれることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の半導体装置。
【請求項５】
上面に半導体素子が固着されたアイランドを第１金型に収納し、前記第１金型に第１樹脂封止を注入することにより、前記半導体素子および前記アイランドを第１封止樹脂により被覆する第１工程と、
前記第１封止樹脂により被覆された状態の前記アイランドを第２金型に収納し、前記第２金型に第２封止樹脂を注入することにより、前記アイランドの下面を被覆する部分の前記第１封止樹脂を露出させた状態で、前記第１封止樹脂を前記第２封止樹脂で被覆する第２工程と、を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第１封止樹脂の外形形状は、上面、前記上面に対向する下面および、前記上面と前記下面とをつなぐ４つの側面を有する六面体形状であり、
前記第２工程では、前記第１封止樹脂の前記下面を前記第２金型の内壁に当接させた状態で、前記第１封止樹脂の前記上面および前記側面を前記第２封止樹脂で被覆することを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第１工程では、前記アイランドの端部を前記第１金型で挟持することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記第２工程では、前記第１封止樹脂の主面を押圧することで、前記第２金型の内部における前記第１封止樹脂の位置を固定することを特徴とする請求項５から請求項７の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記第１工程で、前記第１金型の上方内壁と前記アイランドの上面とが離間する距離は、
前記第２工程で、前記第２金型の上方内壁と前記アイランドの上面とが離間する距離よりも短いことを特徴とする請求項５から請求項８の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１】
アイランドと、
リードと、
前記アイランドの主面に実装されて前記リードと接続された半導体素子と、
前記アイランドと前記半導体素子とを被覆する第１封止樹脂と、
前記アイランドの下面を被覆する部分の前記第１封止樹脂を露出させた状態で、前記第１封止樹脂を被覆する第２封止樹脂と、
を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１封止樹脂の外形形状は、上面、前記上面に対向する下面および、前記上面と前記下面とをつなぐ４つの側面を有する六面体形状であり、
前記第１封止樹脂の前記下面は前記第２封止樹脂により被覆されずに露出し、
延期第１封止樹脂の前記上面および前記側面は前記第２封止樹脂により被覆されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記半導体素子と前記リードとを接続する金属細線を前記第１封止樹脂により被覆することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１封止樹脂にはアルミナが含まれ、前記第２封止樹脂にはシリカが含まれることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の半導体装置。
【請求項５】
上面に半導体素子が固着されたアイランドを第１金型に収納し、前記第１金型に第１樹脂封止を注入することにより、前記半導体素子および前記アイランドを第１封止樹脂により被覆する第１工程と、
前記第１封止樹脂により被覆された状態の前記アイランドを第２金型に収納し、前記第２金型に第２封止樹脂を注入することにより、前記アイランドの下面を被覆する部分の前記第１封止樹脂を露出させた状態で、前記第１封止樹脂を前記第２封止樹脂で被覆する第２工程と、を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第１封止樹脂の外形形状は、上面、前記上面に対向する下面および、前記上面と前記下面とをつなぐ４つの側面を有する六面体形状であり、
前記第２工程では、前記第１封止樹脂の前記下面を前記第２金型の内壁に当接させた状態で、前記第１封止樹脂の前記上面および前記側面を前記第２封止樹脂で被覆することを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第１工程では、前記アイランドの端部を前記第１金型で挟持することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記第２工程では、前記第１封止樹脂の主面を押圧することで、前記第２金型の内部における前記第１封止樹脂の位置を固定することを特徴とする請求項５から請求項７の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記第１工程で、前記第１金型の上方内壁と前記アイランドの上面とが離間する距離は、
前記第２工程で、前記第２金型の上方内壁と前記アイランドの上面とが離間する距離よりも短いことを特徴とする請求項５から請求項８の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−４８４８（Ｐ２０１３−４８４８Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３６２１１（Ｐ２０１１−１３６２１１）
【出願日】平成２３年６月２０日（２０１１．６．２０）
【出願人】（３０００５７２３０）セミコンダクター・コンポーネンツ・インダストリーズ・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー (119)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２０日（２０１１．６．２０）
【出願人】（３０００５７２３０）セミコンダクター・コンポーネンツ・インダストリーズ・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー (119)
【Ｆターム（参考）】
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