CN102479727A - 半导体装置的制造方法以及半导体装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够使用不需要按压销的模具，进一步提高散热性的半导体装置的制造方法以及半导体装置。本发明的半导体装置的制造方法的特征在于，包括如下步骤：准备组装中间体，该组装中间体在具有引线端子的金属板的一个面上载置功率元件，并具有绝缘树脂层，该绝缘树脂层固定安装在金属板的另一个面与金属层的上表面之间、具有通过加热而热膨胀的特性；以将组装中间体的金属层的下表面与树脂封装模具中的下模具凹部的底面相对地进行配置；通过下模具凹部和上模具凹部形成塑模树脂填充空间；对绝缘树脂层加热，使绝缘树脂层的厚度增加，向下模具凹部的底面按压金属层；以及将塑模树脂填充到塑模树脂填充空间内。

Description

半导体装置的制造方法以及半导体装置
技术领域
本发明涉及半导体装置的制造方法以及半导体装置，特别涉及搭载了功率元件的具有高散热结构的半导体装置的制造方法以及半导体装置。
背景技术
不管是家电用产品还是产业用产品，在组装到空调机的压缩机、洗衣机的滚桶、泵等上的电机的驱动控制中，使用了高压三相电机驱动用半导体装置。另外，在混合动力汽车、电动汽车等的电机驱动控制中也进行了使用。这种半导体装置具有将高压侧(H-side)驱动电路以及低压侧(L-side)驱动电路作为1组电路，集成化了与三相相应、即3个电路的结构。高压侧驱动电路具有***在电源电压与电机侧输出之间的高压侧开关元件及其驱动用集成电路。低压侧驱动电路具有***在电机侧输出与基准电源之间的低压侧开关元件及其驱动用集成电路。一般而言，双方的驱动用集成电路是作为一个半导体芯片而被集成化的。结果，在半导体装置中，具有共计6个开关元件和共计3个驱动用集成电路。对于高压侧的开关元件、低压侧的开关元件，分别使用相同极性的晶体管，双方的晶体管电气地串联连接而构成半桥电路。另外，在树脂封装体中安装有金属制的散热板。如上所述的半导体装置也称为智能功率模块(IPM)。
近年来，该半导体装置中存在要求高电压化、要求高散热性的问题。如下述专利文献1所示，作为具有高散热结构的半导体装置，其结构具有：功率元件，其通过焊料等的粘接剂设置在框架的下垫板上；引线端子，其一端设置在框架上；金属箔，其通过树脂片设置在框架的下表面；以及塑模树脂，其覆盖除了引线端子的至少另一端和金属层下表面的至少一部分以外的部分。
作为该对策之一，作为现有技术公知有如下所述的半导体装置：在树脂封装用模具上具备按压销，将下垫板固定在模具内面来进行树脂成型(例如，参照专利文献1、图4)。由此，能够良好地固定下垫板和接合在金属箔的树脂片。
【专利文献1】日本特开2005-123495号公报
功率模块被进一步要求在高温环境下使用。此时，由于高效率地放出在半导体装置内产生的热，需要强化内部构造物和散热板的密接度，使散热板表面露出。
但是，在现有技术中存在如下所述的问题，即由于需要按压销，因此树脂封装模具变得复杂。另外，还存在想要提高散热性的问题。
发明内容
因此，本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于，提供一种能够使用不需要按压销的模具，进一步提高散热性的半导体装置的制造方法以及半导体装置。
为了解决上述问题，本发明具有如下所述的结构。本发明的半导体装置的制造方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：准备组装中间体，该组装中间体在具有引线端子的金属板的一个面上载置功率元件，并具有绝缘树脂层，该绝缘树脂层固定安装在金属板的另一个面与金属层的上表面之间、且具有通过加热而热膨胀的特性；以将组装中间体的金属层的下表面、与具有下模具和上模具的树脂封装模具中的下模具凹部的底面相对地进行配置，且在下模具的下模具引线夹持部的上表面配置引线端子的方式，在下模具凹部配置组装中间体；通过下模具引线夹持部和上模具引线夹持部夹持引线端子，且通过下模具凹部和上模具凹部形成塑模树脂填充空间；对绝缘树脂层加热，使绝缘树脂层的厚度增加，向下模具凹部的底面按压金属层；以及将所加热的塑模树脂填充到通过下模具和上模具形成的塑模树脂填充空间内。另外，其特征在于，组装中间体的引线端子和金属板是异形条引线架。另外，其特征在于，绝缘树脂层是绝缘树脂和粘接层的层叠结构。另外，本发明的半导体装置的特征在于，该半导体装置是通过上述的任意一种制造方法来制造的。
本发明起到如下所述的效果：由于增加绝缘树脂层的厚度，因此提供能够在按压金属层的同时进行树脂成型，能够用不需要按压销的模具来制造的半导体装置的制造方法以及半导体装置。另外，起到如下所述的效果：由于使用金属板，进而将金属层压附到封装模具，增加散热性，能够抑制金属层的树脂毛边的产生，因此能够提供一种能够提高散热性的半导体装置的制造方法以及半导体装置。
附图说明
图1是本发明的实施例1的半导体装置的制造步骤剖面图。
图2是本发明的实施例1的半导体装置的剖面图。
图3是本发明的实施例2的半导体装置的剖面图。
图4是本发明的实施例3的半导体装置的剖面图。
符号说明
1：中间组装体；2：引线端子；3：金属板；4：功率元件；5：绝缘树脂层；6：金属层；7：异形条引线架；8：粘接层；9：绝缘树脂；11、12、13：半导体装置；21：上模具；22：下模具；23：上模具凹部；24：下模具凹部；25：上模具引线夹持部；26：下模具引线夹持部；27：树脂封装模具；28：塑模树脂填充空间；29：塑模树脂。
具体实施方式
以下，详细说明本发明的实施方式。在以下附图的记载中，对于相同或类似的部分，用相同或类似的符号来表示。但是，附图是示意的图，尺寸关系的比例等并非是现实的。因此，应参照以下的说明来判断具体的尺寸等。另外，当然即使是在附图之间，也包含相互的尺寸关系或比例不同的部分。
【实施例1】
以下，参照附图说明本发明的实施例1的半导体装置11的制造方法。图1是表示本发明的实施例1的半导体装置1的制造步骤的制造步骤剖面图。(A)是中间组装体的准备步骤，(B)是中间组装体的配置步骤，(C)是形成塑模树脂填充空间的步骤以及向下模具凹部的底面按压金属层的步骤，(D)是填充到塑模树脂填充空间的步骤。
首先，如图1(A)所示，中间组装体准备步骤是实施例1的半导体装置11的塑模树脂封装前形态的中间组装体1。
中间组装体1由引线端子2、金属板3、功率元件4、绝缘树脂层5以及金属层6构成。
引线端子2作为半导体装置的电气的输入输出部来使用。例如，利用冲压加工或化学蚀刻加工，材质多使用铜或层合金。另外，通过焊料等接合在金属板3的电路面上。
金属板3是铝基板，在一个面上，在铝板上实施了绝缘处理，在绝缘面上形成了电路图案。在该电路图案上载置有引线端子2、功率元件4。或者金属板3也可以使用铜基板。
功率元件4是开关元件的晶体管等，通过焊料等而接合在金属板3的电路面上。例如，通过芯片焊接装置来进行接合制造。另外，功率元件4和引线端子2通过焊线装置而配线，且电气地结合。
绝缘树脂层5固定安装在金属板3的与电路图案面相对的面与金属层6之间。另外，使用具有向绝缘树脂层5加热而使绝缘树脂层5的厚度增加的特性的绝缘树脂层。例如，绝缘树脂层5的材质是基于加热的高膨胀性绝缘粘接剂。该线膨胀系数优选为12ppm以上。
金属层6是具有板形状的散热板。金属层6的一个面通过绝缘树脂层5固定安装在金属板3上。另外，另一个面在经过塑模树脂的树脂封装之后，成为露出面。例如，材质可以使用铜或铜合金。
接着，如图1(B)所示，中间组装体配置步骤是将实施例1的中间组装体1配置在树脂成型模具27的状态。
树脂封装模具27是金属部件，由上模具21、下模具22、上模具凹部23、下模具凹部24、上模具引线夹持部25、下模具引线夹持部26构成。
上模具21是树脂封装模具27的成对部分的上部分，对上模具凹部23进行加工具有上模具引线夹持部25。
下模具22是树脂封装模具27的成对部分的下部分，对下模具凹部24进行加工而具有下模具引线夹持部26。
上模具凹部23是掘入到上模具21的加工空间，也称为上模具腔。在该空间中填充有塑模树脂，形成半导体装置的外形形状。
下模具凹部24是掘入到下模具22的加工空间，也称为下模具腔。在该下模具凹部24上配置中间组装体1。此时，使中间组装体1的金属层6的另一个面接触到下模具凹部24的底面。与上模具凹部23同样，在该空间中填充有塑模树脂，形成半导体装置的外形形状。
上模具引线夹持部25是上模具21的下侧面，加工为平坦形状的面。用该面来按压引线端子2的上表面。
下模具引线夹持部26是下模具22的上侧面，实施被成为坝块的加工(省略图示)，能够配置中间组装体1的引线端子2。
接着，如图1(C)所示，形成塑模树脂填充空间28的步骤以及朝向下模具的凹部的底面按压金属层的步骤，是实施例1的在树脂封装模具27上填充树脂之前的状态。
此处，是上模具21下降，用上模具引线夹持部25和下模具引线夹持部26来夹入了引线端子2的状态。通过上模具凹部23和下模具凹部24形成填充塑模树脂的塑模树脂填充空间28。另外，上模具21、下模具22通过筒形加热器来加热，通过引线端子2、金属板4，另外在下模具凹部24的凹部下表面接触有金属箔6。由这些，也向绝缘树脂层5传递热。例如，将模具的温度设定为190℃。
由此，绝缘树脂层5被加热，厚度通过热膨胀而增加，向上表面方向压附金属板3，进而将金属层6压附在下表面方向的下模具凹部24的底面。
接着，如图1(D)所示，填充到塑模树脂填充空间的步骤中间组装体配置步骤，是在实施例1的树脂封装模具27中填充了塑模树脂29的状态。
塑模树脂29成为形成半导体装置的树脂封装体。在通过上模具凹部23和下模具凹部24形成的空间中填充溶融的塑模树脂29。例如，通过传递模装置，填充环氧树脂而成型。
之后，从树脂封装模具27取出结合了中间组装体1和塑模树脂29的产品。由此，完成用塑模树脂29对本发明的实施例1的中间组装体1进行了树脂封装的、图2所示的半导体装置11。
接着，说明上述的实施例1的半导体装置11的制造方法以及半导体装置11的效果。
如上所述，实施例1的半导体装置11的制造方法，在树脂成型时，引线端子2被一对上模具21和下模具22夹持，且通过树脂成型时的加热，利用热膨胀增加绝缘树脂层5的厚度。进而，向下模具凹部24的底面按压金属层6。由此，在树脂成型模具27中，不需要压附部件的销结构，能够以简单结构的模具来制造半导体装置。
另外，由于使用金属板3，因此提高散热性，能够提高散热性。进而，在中间组装体1配置在下模具22的下模具凹部24的阶段中，即使在金属层6与下模具凹部24的底面之间存在间隙，也能够使金属层6的下底面强固地密接在下模具凹部24的底面，在树脂成型之后，抑制在金属层6露出的部分产生树脂毛边，能够提高散热性。
【实施例2】
另外，作为实施例2，代替金属板3和引线端子2，也可以如图3所示，使用异形条引线架7。由于其他的制造方法与实施例1相同，因此省略。
在实施例2中，也能够得到与实施例1相同的效果。进而，由于能够一体形成金属板和引线端子，因此能够省略金属板和引线端子的接合作业。
通过以上的实施例1、实施例2，本发明的半导体装置的制造方法，使绝缘树脂层的厚度增加，因此能够在按压金属层的同时进行树脂成型，能够用不需要按压销的模具来制造。另外，由于使用金属板，进而将金属层压附到封装模具，增加散热性，能够抑制金属层的树脂毛边的产生，因此能够提高散热性。
如上所述，虽然记载了本发明的实施方式，但是不应理解为，构成该公开的一部分的描述及附图限定该发明。本领域技术人员应该从该公开中想到各种代替实施方式、实施例以及应用技术。
例如，作为实施例3，如图4所示，也可以是在绝缘树脂9与在绝缘树脂9的一个面以及另一个面上附上粘接层8的层叠结构。例如，绝缘树脂9和粘接层8的材质是基于加热的高膨胀材料。
另外，绝缘树脂层5、金属层6的大小也可以与金属板3相同。
另外，金属层6的原材料也可以是铝或铝合金。
另外，也可以组合实施例2和实施例3。

Claims (4)

1.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，该制造方法包括如下步骤：
准备组装中间体，该组装中间体在具有引线端子的金属板的一个面上载置功率元件，并具有绝缘树脂层，该绝缘树脂层固定安装在所述金属板的另一个面与金属层的上表面之间、且具有通过加热而热膨胀的特性；
按照如下方式在具有下模具和上模具的树脂封装模具中的下模具凹部内配置所述组装中间体：将所述组装中间体的所述金属层的下表面与所述下模具凹部的底面相对地进行配置，且在所述下模具的下模具引线夹持部的上表面配置所述引线端子；
通过所述下模具引线夹持部和所述上模具引线夹持部夹持所述引线端子，且通过所述下模具凹部和所述上模具凹部形成塑模树脂填充空间；
对所述绝缘树脂层进行加热，使所述绝缘树脂层的厚度增加，向所述下模具凹部的底面按压所述金属层；以及
将所加热的塑模树脂填充到通过所述下模具和所述上模具形成的所述塑模树脂填充空间内。
2.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
所述组装中间体的所述引线端子和所述金属板是异形条引线架。
3.根据权利要求1或2所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
所述绝缘树脂层是绝缘树脂与粘接层的层叠结构。
4.一种半导体装置，其特征在于，该半导体装置是通过权利要求1至权利要求3中的任意一项所述的制造方法来制造的。
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