JP2021034527A

JP2021034527A - 半導体モジュールの製造方法

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Publication number: JP2021034527A
Application number: JP2019152355A
Authority: JP
Inventors: 智高萩; Satoshi Takahagi; 大我土井; Taiga Doi; 雄介三浦; Yusuke Miura; 智之平野; Tomoyuki Hirano; 研弥山浦; Kenya Yamaura
Original assignee: Denso Corp; Nagano Automation Co Ltd
Current assignee: Denso Corp; Nagano Automation Co Ltd
Priority date: 2019-08-22
Filing date: 2019-08-22
Publication date: 2021-03-01
Anticipated expiration: 2039-08-22
Also published as: JP7295532B2

Abstract

【課題】型を開くときに、キャビティの外部へのプライマの飛散を抑制する。【解決手段】半導体モジュールの製造方法であって、第１〜第４工程を有する。前記第１工程は、リードフレームと前記リードフレームに実装された半導体チップとを有する組立品をキャビティを有する型に設置する工程である。第１工程では、前記組立品の前記半導体チップを含む部分である第１部分が前記キャビティの内部に配置されるとともに前記組立品の第２部分が前記キャビティの外部に配置されるように前記型を閉じる。前記第２工程では、前記キャビティにプライマを充填して前記第１部分にプライマを塗布する。前記第３工程では、前記キャビティからプライマを排出する。前記第４工程では、前記キャビティの内部の圧力を負圧にした状態で前記型を開く。【選択図】図９

Description

本明細書に開示の技術は、半導体モジュールの製造方法に関する。

特許文献１には、リードフレームと半導体チップを有する組立品にプライマを塗布する技術が開示されている。プライマを塗布した後に、組立品を樹脂で封止する。プライマを用いることで、樹脂を組立品に強く接続することができる。

特開２０１６−１２２７１９号公報

型を用いてプライマを塗布する技術がある。この技術では、組立品の一部が型のキャビティ（空洞部）の内部に配置されるように組立品を型に設置し、キャビティにプライマを充填することで組立品の一部（すなわち、キャビティの内部に配置された部分）にプライマを塗布する。その後、キャビティからプライマを排出し、型を開いて組立品を取り出す。この技術では、型を開くときに、型に付着しているプライマがキャビティの外部に飛散し、組立品のプライマを塗布すべきでない部分（キャビティの外部に配置された部分）にプライマが付着する場合があった。本明細書では、型を開くときに、キャビティの外部へのプライマの飛散を抑制する技術を提案する。

本明細書が開示する半導体モジュールの製造方法は、第１〜第４工程を有する。前記第１工程は、リードフレームと前記リードフレームに実装された半導体チップとを有する組立品をキャビティを有する型に設置する工程である。第１工程では、前記組立品の前記半導体チップを含む部分である第１部分が前記キャビティの内部に配置されるとともに前記組立品の第２部分が前記キャビティの外部に配置されるように前記型を閉じる。前記第２工程では、前記キャビティにプライマを充填して前記第１部分にプライマを塗布する。前記第３工程では、前記キャビティからプライマを排出する。前記第４工程では、前記キャビティの内部の圧力を負圧にした状態で前記型を開く。

この製造方法では、組立品の第１部分がキャビティの内部に配置され、組立品の第２部分がキャビティの外部に配置された状態で、キャビティにプライマを充填する。これによって、第２部分にプライマを塗布することなく、第１部分にプライマを塗布する。その後、キャビティからプライマを排出し、型を開く。型を開くときに、型に付着しているプライマが飛散する。この製造方法では、キャビティの内部の圧力を負圧にした状態で型を開くため、型を開くときにキャビティの外部からキャビティの内部に向かって空気が流入する。このようにキャビティ内に空気が流入することで、型を開くときに飛散するプライマが、キャビティの外部に向かって飛散することを抑制することができる。このため、型を開くときに、組立品の第２部分にプライマが付着することを抑制することができる。

リードフレームの斜視図。半導体チップ実装後のリードフレームの斜視図。ワイヤーボンディング後のリードフレームの斜視図。電極板実装後のリードフレームの斜視図。開いた状態の金型の断面図。閉じた状態の金型の断面図。プライマを充填した状態の金型の断面図。プライマを排出した後の金型の断面図。金型を開く工程を示す断面図。金型を開くときの上型の移動速度を示すグラフ。プライマの飛散発生率を示すグラフ。樹脂成型後のリードフレームの斜視図。切削工程後のリードフレームの斜視図。半導体モジュールの斜視図。

実施形態の製造方法では、図１に示すリードフレーム１２から半導体モジュールを製造する。図１に示すように、リードフレーム１２は、２つの放熱板１４ａ、１４ｂと、放熱板１４ａ、１４ｂの周囲に配置された複数の端子１６を有している。端子１６には、大電流が流れるメイン端子１６ａと、小電流が流れる信号端子１６ｂが含まれる。各放熱板１４と各端子１６は、タイバー１５によって互いに接続されている。

まず、図２に示すように、放熱板１４ａ、１４ｂのそれぞれの上面に、半導体チップ１８ａ、１８ｂ、２０ａ、２０ｂを実装する。半導体チップ１８ａ、１８ｂは、ＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor）を内蔵する半導体チップである。半導体チップ２０ａ、２０ｂは、ダイオードを内蔵する半導体チップである。ここでは、半導体チップ１８ａ、２０ａの下面電極を、はんだによって、放熱板１４ａの上面に接続する。また、半導体チップ１８ｂ、２０ｂの下面電極を、はんだによって、放熱板１４ｂの上面に接続する。次に、図３に示すように、ワイヤーボンディングを行うことによって、ワイヤー２２を介して半導体チップ１８ａ、１８ｂを対応する信号端子１６ｂに接続する。次に、図４に示すように、半導体チップ１８ａ、２０ａ上に電極板２４ａを固定するとともに、半導体チップ１８ｂ、２０ｂ上に電極板２４ｂを固定する。ここでは、電極板２４ａの下面を、はんだによって、半導体チップ１８ａ、２０ａの上面電極に接続する。また、電極板２４ｂの下面を、はんだによって、半導体チップ１８ｂ、２０ｂの上面電極に接続する。以下では、図４に示す部品全体を、組立品３０という。

次に、組立品３０に対してプライマを塗布する。プライマを塗布する工程では、図５、６に示す金型１００を使用する。金型１００は、上型１０２と下型１０４を有している。上型１０２は、下型１０４に対して相対的に上下動することができる。例えば、下型１０４が固定されているとともに上型１０２が上下に移動する構成とすることができる。上型１０２は、キャビティ面１０２ａ、パッキン１０４ａ、及び、ゲート１０６ａを有している。下型１０４は、キャビティ面１０２ｂ、パッキン１０４ｂ、及び、ゲート１０６ｂを有している。上型１０２を下型１０４に向かって移動させると、図６に示すように金型１００が閉じる。金型１００が閉じた状態では、キャビティ面１０２ａ、１０２ｂによって囲まれたキャビティ１１０（空洞部）が形成される。また、この状態では、キャビティ１１０の外側に、空間１１２が形成される。ゲート１０６ａ、１０６ｂは、キャビティ１１０に繋がる流路である。パッキン１０４ａ、１０４ｂは、金型のシール面に配置されている。

プライマ塗布工程では、まず、図５に示すように金型１００を開いた状態で、金型１００の内部に組立品３０を設置する。より詳細には、下型１０４の上に組立品３０を載置する。このとき、組立品３０のうち、半導体チップ１８ａ、１８ｂ、２０ａ、２０ｂ、放熱板１４ａ、１４ｂ、及び、電極板２４ａ、２４ｂを含む部分（以下、第１部分３１という）がキャビティ面１０２ｂの上部に位置するように組立品３０を載置する。また、組立品３０のうち、各端子１６の先端部（放熱板１４ａ、１４ｂの反対側の端部）を含む部分（以下、第２部分３２という）がキャビティ面１０２ｂの外側（パッキン１０４ｂよりも外側）に位置するように載置する。このように組立品３０を設置した状態で、図６に示すように、金型１００を閉じる。すると、上型１０２のパッキン１０４ａが組立品３０に接触する。組立品３０は、パッキン１０４ａとパッキン１０４ｂによって挟まれて固定される。また、パッキン１０４ａとパッキン１０４ｂが組立品３０に接触することで、金型１００の内部が、キャビティ１１０と空間１１２に分割される。キャビティ１１０内に組立品３０の第１部分３１が配置され、空間１１２内に組立品３０の第２部分３２が配置された状態となる。

次に、図７に示すように、ゲート１０６ａ、１０６ｂからキャビティ１１０内にプライマ１２０を導入することで、組立品３０の第１部分３１の表面全体にプライマ１２０を塗布する。その後、図８に示すように、キャビティ１１０内のプライマ１２０をゲート１０６ａ、１０６ｂから外部に排出する。その結果、組立品３０の第１部分３１がプライマ１２０でコーティングされた状態となる。キャビティ１１０からプライマ１２０を排出したら、ゲート１０６ａ、１０６ｂからキャビティ１１０内のガスを吸気することによってキャビティ１１０内を減圧する。これによって、キャビティ１１０内が負圧（すなわち、大気圧よりも低い圧力）に保持される。キャビティ１１０の外部の空間１１２内の圧力は、大気圧と略等しい。したがって、キャビティ１１０内の圧力は、空間１１２内の圧力よりも低い。

次に、金型１００を開いて、組立品３０を金型１００から取り出す。このとき、キャビティ１１０内の圧力を負圧に維持した状態で、金型１００を開く。このため、図９の矢印１３０に示すように、金型１００を開くと同時に、パッキン１０４ａとパッキン１０４ｂの間を通って空間１１２からキャビティ１１０内へ空気が流入する。また、金型１００を開くときに、キャビティ面１０２ａ等に付着しているプライマが、金型１００のシール面（すなわち、パッキン１０４ａ）からその周辺に飛散する。このとき、空間１１２からキャビティ１１０内へ空気が流入しているので、飛散するプライマは、図９の参照番号１３２に示すように、キャビティ１１０側に向かって飛散する。これによって、プライマが、キャビティ１１０の外部（すなわち、組立品３０の第２部分３２）に向かって飛散することが抑制される。このため、第２部分３２（すなわち、端子１６ａ、１６ｂ）にプライマが付着することを抑制することができる。

また、金型１００を開くときには、サーボモータを用いて、図１０に示すように金型１００を開く速度Ｖ（すなわち、上型１０２の下型１０４に対する相対的に上昇させるときの上昇速度）を制御する。なお、図１０の横軸は時間を示しており、原点は金型１００を開く瞬間を示している。図１０に示すように、金型１００を開いた直後においては、低い加速度Ａ１で上型１０２の上昇速度Ｖを速度Ｖ１まで上昇させる。そして、金型１００を開いてから時間ｔ１が経過した後に、高い加速度Ａ２で上型１０２の上昇速度Ｖを速度Ｖ２まで上昇させる。このように金型１００を開いた直後の上型１０２の加速度を低くする（すなわち、金型１００をゆっくり開く）ことで、キャビティ１１０内へ空気がより速い速度で流入し易くなり、プライマの飛散抑制効果を高めることができる。図１１は、上述した方法で金型１００を開くときに、キャビティ１１０の外部へのプライマの飛散が発生する確率（飛散発生率）を示している。図１１は、金型１００を開くときの上型１０２の加速度Ａと飛散発生率との関係を示している。図１１に示すように、金型１００を開くときの上型１０２の加速度Ａを４００ｍｍ／ｓｅｃ^２以下とすることで、キャビティ１１０の外部へのプライマの飛散の発生をほぼ無くすことができる。このように、金型１００を開いた直後においては、上型１０２を低い加速度で移動させることで、キャビティ１１０の外部へのプライマの飛散の発生を効果的に抑制することができる。また、図１０に示すように、金型１００を開いてから一定時間ｔ１が経過した後は、高い加速度Ａ２で上型１０２を移動させることができる。一定時間ｔ１が経過した後は、高い加速度Ａ２で上型１０２を移動させても、プライマの飛散は発生しない。また、このように、金型１００を開いてから一定時間ｔ１が経過した後に高い加速度Ａ２で上型１０２を移動させることで、組立品３０を取り出す作業を効率化することができる。

組立品３０の第１部分３１にプライマを塗布したら、図１２に示すように、第１部分３１を覆うエポキシ樹脂層４０を射出成型によって形成する。第１部分３１にプライマが塗布されており、その第１部分３１を覆うようにエポキシ樹脂層４０が形成される。このため、エポキシ樹脂層４０は、プライマを介して第１部分３１に強固に接続される。

次に、図１３に示すように、エポキシ樹脂層４０の表層部を切削することによって、組立品３０の表面に電極板２４ａ、２４ｂを露出させる。

次に、図１４に示すように、組立品３０の第２部分３２（すなわち、エポキシ樹脂層４０に覆われていない部分）で、リードフレーム１２のタイバー１５をカットする。これによって、端子１６を互いから分離させる。

以上の工程によって、図１４に示す半導体モジュールが完成する。この製造方法では、プライマ塗布工程で金型１００を開くときに、組立品３０の第２部分３２に向かってプライマが飛散することが抑制される。したがって、各端子１６にプライマを付着させることなく、半導体モジュールを製造することができる。したがって、各端子１６で導通不良が生じることを防止することができる。

以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの１つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。

１２：リードフレーム
１４ａ、１４ｂ：放熱板
１５：タイバー
１６：端子
１８ａ、１８ｂ、２０ａ、２０ｂ：半導体チップ
２４ａ、２４ｂ：電極板
３０：組立品
３１：第１部分
３２：第２部分
４０：エポキシ樹脂層
１００：金型
１０２：上型
１０４：下型
１０４ａ、１０４ｂ：パッキン
１０６ａ、１０６ｂ：ゲート
１１０：キャビティ
１１２：空間
１２０：プライマ

Claims

半導体モジュールの製造方法であって、
リードフレームと前記リードフレームに実装された半導体チップとを有する組立品をキャビティを有する型に設置する工程であって、前記組立品の前記半導体チップを含む部分である第１部分が前記キャビティの内部に配置されるとともに前記組立品の第２部分が前記キャビティの外部に配置されるように前記型を閉じる工程と、
前記キャビティにプライマを充填して前記第１部分にプライマを塗布する工程と、
前記キャビティからプライマを排出する工程と、
前記キャビティの内部の圧力を負圧にした状態で前記型を開く工程、
を有する製造方法。