JP2509607B2 - 樹脂封止型半導体装置 - Google Patents

樹脂封止型半導体装置

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JP2509607B2 JP6571587A JP6571587A JP2509607B2 JP 2509607 B2 JP2509607 B2 JP 2509607B2 JP 6571587 A JP6571587 A JP 6571587A JP 6571587 A JP6571587 A JP 6571587A JP 2509607 B2 JP2509607 B2 JP 2509607B2
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Description

【発明の詳細な説明】 <発明の目的> (産業上の利用分野) 本発明は樹脂封止型半導体装置の改良に関わるもの
で、特にトランジスタアレイ、SCRアレイなどのパワー
モジュールやパワートランジスタならびにパワーSSORな
どの高出力半導体装置に適用する二重モールドを施した
樹脂封止型半導体の改良に好適する。
(従来の技術) 最近の半導体装置は、単一の半導体素子から成るもの
以外に、複数の半導体素子ならびに付属回路部品を一体
としたモジュールタイプが多用されており、その放熱性
を改善するにリードフレームにマウントした半導体素子
と共に、放熱フインもトランスファ成形する方法が採用
されている。
このようなモジュール製品では、複数の半導体素子を
マウントできる寸法の大きいリードフレームを用いるた
めに樹脂封止成形工程中に湾曲して、放熱フインとリー
ドフレームのベッド部間距離が異常に狭くなったり拡げ
られることがある。
このために、樹脂封止(トランスファモールド)工程
を複数回に分けて実施する方法が採用されているため
に、リードフレームのベッドと放熱フイン間の距離を所
望の値に維持できるので、放熱性の改善に役立つことが
多い。
二重モールドを行った製品の断面を示す第11図により
説明すると、この構造を得るには第1の樹脂封止を終え
た成形品Aを、リードフレームのベッド部20裏面と放熱
フイン21を僅かな距離を保って配置後、第1の樹脂封止
部22と同様なエポキシ樹脂によって封止成形を行って第
2の樹脂封止部23を設ける。この二重モールド方式の結
果、ベッド部20にダイボンディングした半導体素子24な
らびにリードフレームのリード端子25を架橋する金属細
線26等が埋設すると共に、放熱フイン21の一面は封止樹
脂に連続した状態となり、共に表面を形成する。
(発明が解決しようとする問題点) 二重モールド方式を適用した樹脂封止型半導体装置
は、前述のように放熱フインと半導体素子をダイボンデ
ィングしたリードフレームのベッド部間を僅かな距離に
成形し、更にこの隙間に封止樹脂を充填するので熱放熱
性に優れた特徴を持っている。これに反して、前記隙間
には封止樹脂が入り難いので、エアボイドが発生し易
い。又両封止部の境界に機械的衝撃が与えられると、亀
裂やエアギャップが入り易い難点があり、これが基で放
熱特性が劣化する。
本発明は上記欠点を除去する新規な樹脂封止型半導体
装置を提供する。
(問題点を解決するための手段) 二重モールド方式を適用した樹脂封止型半導体装置に
おける板状の放熱フインと、リードフレームのベッド部
即ち導電性金属板間を充填する第2の樹脂封止部のエア
ギャップ等を解消するために、極めて狭い隙間につなが
る板状の放熱フインと第1の樹脂封止部間の距離と前記
導電性金属板にマウントした半導体素子と電気的な接続
を図るべく固着した金属細線にはリード端子を連結し、
これに対応する第1の樹脂封止部と板状の放熱フイン間
の距離を準次増大する手法を採用した。又、板状の放熱
フインとリードフレームのベッド部即ち導電性金属板間
の隙間に充填する第2の樹脂封止部に発生するエアギャ
ップ等を解消するために、半導体素子、リード端子及び
金属細線を埋設する第1の樹脂封止部の中、放熱フイン
と反対側に位置し前記導電性金属板に対応する表面をほ
ぼ十字形に露出し、その周りに形成する段部に第2の樹
脂封止部を充填して第1の樹脂封止部を締付けて、エア
ギャップを解消する。
(作用) 極めて狭い隙間に充填する溶融樹脂の通路を順次縮小
するように配慮しているので、入り易く従ってエアボイ
ドの発生を防止して、樹脂封止型半導体装置に必要な絶
縁性と熱放散性を確保する。
十字形を構成する辺の一方は、封止樹脂成形工程にお
ける溶融樹脂のダムとして機能し、更に金型に配置した
被封止対象内では段部の設置により隙間に充填すべき溶
融樹脂に流れができて脱気が確実となり、結果的にエア
ボイドの排除ひいては樹脂封止型半導体装置の信頼性を
向上する。
(実施例) 本発明に関わる実施例を第1図〜第10図を参照して説
明する。本実施例は、6個の半導体素子で構成する回路
(第5図参照)を持つ樹脂封止型半導体装置であり、各
半導体素子をマウントするリードフレームの複雑な構造
を図2図の上面図に示す。
ベッド部即ち導電性金属板1…にマウントされる各半
導体素子2…によるパターンは、複雑であると共に高密
度であることが良く分る。一方リードフレームは第2図
などに示すように導電性金属板1と内部リード端子3な
らびに後述するように金属細線5をボンディングする外
部リード端子4の3部分の高さを変えるように折曲げ
て、導電性金属板1…を最低の位置にする。即ち、導電
性金属板1…をいわゆるDepressタイプの構造とする。
第1図に明らかなように、半導体素子2…に設けるパ
ッド2′と外部リード端子4間には通常のボンディング
法によって金属細線5を架橋して電気的に接続し、これ
をエンキャップ剤6によって被覆後公知のエポキシ樹脂
によるトランスファモールド工程を施して第1の樹脂封
止部7を設ける。この結果半導体素子2、内外部リード
端子3、4は、金属細線5とエンキャップ剤6が埋設さ
れるものの、導電性金属板1の裏面は、第1の樹脂封止
部7表面に露出する。
更に露出した導電性金属板1に対して僅かの距離を保
って、板状の放熱フイン8を樹脂モールド用金型内に設
けて、第2の樹脂封止部9を設置する。この場合、{板
状の放熱フイン8と導電性金属板1の距離C1<内部リー
ド3に対応する第1の樹脂封止部7と板状の放熱フイン
8間の距離C2<外部リード4に対応する第1の樹脂封止
部7と板状の放熱フイン8間の距離C3}として溶融樹脂
が流易いよう配慮している。
C2の距離を維持するには、板状の放熱フイン8の所定
の位置即ち内部リード端子3に対向する位置にプレス加
工で凹部10を設置するか、第9図に明らかなように第1
の樹脂封止部7の厚さを小さくしても良い。なおトラン
スファモールド工程におけるゲート位置はC3方向に設け
て前記のように溶融樹脂の流れを改善して最も狭いC1
おける通過を良好にする。
更に溶融樹脂の流れに配慮した例が第3図、第6図〜
第9図であり、結果的には第2の樹脂封止部9が第1の
樹脂封止部7を締付けて、板状の放熱フイン8と導電性
金属板1間のエアギャップを防止する。
第4図は、第2の樹脂封止部9の形成ならびにCut工
程を終えた樹脂封止型半導体装置の上面図であり、第1
の樹脂封止部7と第2の樹脂封止部9が連続状態にな
り、共に表面を構成している。しかし、第1の樹脂封止
部7の外側には7a〜7dから成る段部を設置している。
第3図イは、第1の樹脂封止部7形成後不要部分を除
去した成形品の平面図であり、これをA−A線で切断し
た図が第3図ロである。
この段部7a〜7dは第2の樹脂封止部9との密着を良く
するために、半導体素子の外側言い換えると導電性金属
板1…の中間位置に形成される。その成形には、段部7a
〜7dに相当する上型キャビティの成形型を使用し、かつ
導電性金属板1…の表面を下型キャビティの表面に密着
配置してトランスファモールド工程を実施して得られ
る。
第6図〜第8図は第4図に示したB−B、C−C、D
−Dの各線に沿って切断した製品の断面図であり、第1
の樹脂封止部7の段部7a〜7dに対応してエポキシ樹脂で
構成する第2の樹脂封止部9a(図では9aのみ記載)が充
填され、第7図に示す段部テーパ7eは第2の樹脂封止部
9に対してUnder Cutの逆テーパであり、好ましくは5
゜、より好ましくは10゜以上に設置する。
この段部は半導体素子2の外側をほぼ囲んで設けられ
ているので、C1の距離を持つ導電性金属板1と板状の放
熱フイン8間に充填する第2の樹脂封止部9の密着性が
改善されて、第1の樹脂封止部7を締付ける効果を発揮
する。
又第2の樹脂封止部9に露出する第1の樹脂封止部7
は各導電性金属板1にほぼ対向しており、しかも各導電
性金属板1…間換言すると、内外部リード端子が存在す
る位置に対向する部分を多少延長して上面から見るほぼ
十字形に形成され、これを連続すると第4図の上面図が
得られる。
尚第4図に示すように第1の樹脂封止部7が露出する
面積は第1の樹脂封止部7の投影面積の約50%が好まし
く、密着力を強めるために少くするとC1距離を所望の寸
法に収めることができずボイドが抜けず絶縁不良をもた
らす。これは第2の樹脂封止部9成形時にC1距離を持っ
た隙間が後から充填されてここでの樹脂圧が小さくなる
上に、ボイドを差込み易いためである。
第9図は以上の工程を終えた樹脂封止型半導体装置の
他の部分を示す断面図である。
<発明の効果> 二重モールド方式を採用した樹脂封止型半導体装置で
は、板状放熱フイン8と第1の樹脂封止部7間に第2の
樹脂封止部9が充填され易くてエアボイドが派生し難
い。従って、半導体装置の耐絶縁性が安定して高耐圧素
子が得られる効果があり、しかもリード端子の自由度み
従来より増大する。
又厚さ2mmの板状放熱フイン8を使用して外形寸法が7
7(幅)×27(高)×7(厚)mmの第4図に示す樹脂封
止型半導体装置を試料としてC1を0.34mmとすると、ピー
ク値としてAC7Kvを1分でクイラでき、0.3mmではAC4.9K
vを1分でクリアした。
又、厚さが2mmの板状の放熱フイン8を利用し、外形
寸法が77(幅)×27(高)×7(厚)mmの樹脂封止型半
導体装置を第2図に示すリードフレームを利用して前記
の方法で製造し、各半導体素子2…それぞれにおける熱
抵抗Rthの分布を測定し、機械的衝撃として75cmの鉄板
上に5回落下させる試験、ならびにアルミ製放熱板に8K
g・cm、12Kg・cm、30Kg・cmで締付トルク試験を実施し
てから熱抵抗分布を求めた。
その結果は第10図に示す通りであるが、試験後の熱抵
抗値は初期値と殆ど変らず、機械的衝撃及び締付けに対
して極めて安定した値を示している。又同じ試料により
絶縁耐圧と、C1距離を持つ隙間の関係を調査したとこ
ろ、絶縁耐圧はAC4.9Kv×1分印加(ACピーク値)をク
リアし、隙間寸法を断面観察により確認したところ、狙
い値に対して0.3±0.04と極めて安定した値を示した。
尚縦軸にRth(j−c)値単位℃/Wを、横軸に半導体素
子の位置を採り、初期値と試験値を区別して示した。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る樹脂封止型半導体装置の要部を示
す断面図、第2図はリードフレームの平面図、第3図イ
は第1の樹脂封止工程後の状態を示す上面図、第3図ロ
は第3図イをA−A線に沿って切断した断面図、第4図
は本発明に係る樹脂封止型半導体装置の上面図、第5図
は本発明に係る樹脂封止型半導体装置の回路図、第6図
〜第8図は第4図をB−B線、C−C線、D−D線に沿
って切断した断面図、第9図は本発明に係る樹脂封止型
半導体装置の他の要部を示す断面図、第10図は本発明に
係る樹脂封止型半導体装置の特性を明らかにする図、第
11図は従来の樹脂封止型半導体装置の断面図である。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】導電性金属板表面にマウントする半導体素
    子と,この周囲に配置する遊端を持つリード端子と,こ
    のリード端子と前記半導体素子間を架橋する金属細線
    と,この金属細線及び前記半導体素子を埋設し前記導電
    性金属板の裏面を露出して封止成形する第1の樹脂封止
    部と,前記導電性金属板の裏面と僅かの距離を維持して
    対向配置する板状の放熱フインと,この僅かな距離を埋
    め前記板状の放熱フインの裏面を露出し前記第1の樹脂
    封止部を含めて封止成形する第2の樹脂封止部をもつ樹
    脂封止型半導体装置において,前記板状の放熱フインと
    導電性金属板裏面間の距離を最小とし,前記放熱フイン
    と第1の樹脂封止部間の距離、前記金属細線を接続する
    前記リード端子に対応する第1の樹脂封止部と前記放熱
    フイン間の距離を順次増大することを特徴とする樹脂封
    止型半導体装置
  2. 【請求項2】導電性金属板表面にマウントする半導体素
    子と,この周囲に配置する遊端を持つリード端子と,こ
    のリード端子と前記半導体素子間を架橋する金属細線
    と,この金属細線及び前記半導体素子を埋設し前記導電
    性金属板の裏面を露出して封止成形する第1の樹脂封止
    部と,前記導電性金属板の裏面と僅かの距離を維持して
    対向配置する板状の放熱フインと,この僅かな距離を埋
    め前記板状の放熱フインの裏面を露出し前記第1の樹脂
    封止部を含めて封止成形する第2の樹脂封止部をもつ樹
    脂封止型半導体装置において,前記板状の放熱フインと
    導電性金属板裏面間の距離を最小とし、前記放熱フイン
    と第1の樹脂封止部間の距離,前記金属細線を接続する
    前記リード端子に対応する第1の樹脂封止部と前記放熱
    フイン間の距離を順次増大すると共に,前記放熱フイン
    と反対側に位置し前記第1の樹脂封止部表面部分をほぼ
    十字形に露出し,その周りに形成する段部にも前記第2
    の樹脂封止部部分を充填することを特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載の樹脂封止型半導体装置
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