WO2012090594A1 - 半導体モジュール、モールド装置及びモールド成形方法 - Google Patents

半導体モジュール、モールド装置及びモールド成形方法 Download PDF

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electrode
semiconductor device
projection
molding
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修二 足立
文行 小見山
周司 小林
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日産自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor module capable of preventing leakage of a molding material, a molding apparatus for molding a molding object such as a semiconductor device with a molding member, and a molding method.
  • a slide member (30) moving in a direction (vertical direction) in which the mold object comes in contact with or separates from the mold object has a back member (31) and a swivel member (32), and the lower surface of the back member (31)
  • a device in which one convex portion (33) is provided substantially at the center of and the spring (34) is disposed around the convex portion (33) see JP2007-320102A.
  • the swivel member (32) can be tilted in any direction within a certain angle range with respect to the horizontal surface, with the convex portion (33) as a center. Therefore, even if the upper surface of the mold object is not horizontal but inclined, the swivel member (32) can be inclined following the upper surface of the mold object and can contact the mold object without any gap.
  • An object of the present invention is to provide a technique capable of preventing resin leakage even when there is inclination variation between both surfaces of a molding object.
  • the molding apparatus comprises a plurality of semiconductor devices, a first plate-like electrode coupled to one surface of the plurality of semiconductor devices, and a second plate-like electrode coupled to the other surface of the plurality of semiconductor devices. And a molding material for sealing the plurality of semiconductor elements between the first electrode and the second electrode.
  • a protrusion which extends toward the second electrode is provided at a peripheral portion of the first electrode, and the protrusion surrounds the molding material.
  • FIG. 1 is a schematic vertical sectional view of the semiconductor device of the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line Z-Z 'of the semiconductor device shown in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic sectional view of the molding apparatus of the first embodiment before and after molding.
  • FIG. 4 is a process chart showing a mold forming method of the semiconductor device having the inclination variation of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the molding apparatus of the second embodiment before and after molding.
  • FIG. 6 is a process chart showing a method of molding a semiconductor device with thickness variations according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic vertical sectional view of the semiconductor device of the third embodiment.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line Z-Z 'of FIG.
  • FIG. 9 is a schematic sectional view of the molding apparatus of the third embodiment before and after molding.
  • the present invention is applied to a molding apparatus that manufactures a semiconductor device (semiconductor module) by molding an electronic circuit including a power element and a semiconductor device having electrodes disposed on both sides thereof with a resin. is there.
  • FIG. 1 is a schematic vertical cross-sectional view of a semiconductor device 1 (semiconductor module) which is a molding object
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the semiconductor device 1 shown in FIG.
  • the enlarged view of YY part enclosed with the dashed-dotted line is shown below.
  • the electrodes 2 and 3 are disposed on the upper and lower surfaces of a power element 4 or 5 of a double-sided cooling structure, such as a transistor or PTO.
  • a power element 4 or 5 of a double-sided cooling structure such as a transistor or PTO.
  • the power elements 4 and 5 are sandwiched between the two electrodes 2 and 3.
  • the power elements 4 and 5 are provided with, for example, a plus terminal vertically upward and a minus terminal vertically downward.
  • the positive terminals of the power elements 4 and 5 are connected to electrodes (hereinafter referred to as “upper electrodes”) 2 located vertically above by solders 6 and 8.
  • the negative terminals of the power elements 4 and 5 are connected to electrodes (hereinafter referred to as “lower electrodes”) 3 that are vertically below by solders 7 and 9.
  • the upper electrode 2 is in the horizontal position, whereas the lower electrode 3 is lifted vertically upward on the left side.
  • the vertical thickness of the vertical upper surface 2a of the upper electrode 2 and the vertical lower surface 3a of the lower electrode 3 Is larger. That is, inclination variations occur on the upper and lower surfaces of the semiconductor device 1.
  • the two electrodes 2 and 3 are formed in a square flat plate shape having a predetermined area, as shown in FIG.
  • the entire semiconductor device 1 can be cooled via the electrodes 2 and 3.
  • the gap between the upper and lower two electrodes 2 and 3 is a narrow pitch of several hundred ⁇ m and may cause discharge between the side surfaces of the power elements 4 and 5 or between the upper and lower electrodes 2 and 3. It is necessary to interpose an insulator in the space (space) between the upper and lower two electrodes 2 and 3. Further, in the semiconductor device 1, the thickness in the vertical direction of the plurality of power elements 4 and 5 sandwiched between the two electrodes 2 and 3 is different. For this reason, in addition to the inclination variation due to the poor parallelism of the upper and lower two electrodes 2 and 3, the thickness variation in the upper and lower direction in the semiconductor device 1 total including the upper and lower two electrodes 2 and 3 occurs. There is a feature.
  • the gap (space) between the upper and lower two electrodes 2 and 3 is molded with a resin as an insulator, so that the present embodiment
  • the plastically deformable lining member 11 is provided to surround the periphery of the upper electrode 2.
  • the lining member 11 is mainly comprised from the frame part 12, the groove
  • a horizontal groove 14 is provided on the inner circumferential side surface 13 of the frame 12.
  • a notch 2a is provided on the upper side of the outer periphery of the upper electrode 2 to form a horizontally outwardly projecting portion 2b.
  • the frame 12 is supported by the peripheral edge of the upper electrode 2 by fitting the protrusion 2 b of the upper electrode 2 and the groove 14 of the frame 12.
  • the entire semiconductor device 1 including the upper electrode 2 is supported by the frame 12.
  • the lower surface 15 of the frame portion 12 is provided with a projection 16 which protrudes (extends) vertically downward.
  • the protrusions 16 also surround the periphery of the upper electrode 2 as shown in FIG.
  • any material may be used as the material of the lining member 11 including the projections 16 as long as it can be plastically deformed without cracking.
  • a thermosetting resin such as polyphenylene sulfide (PPS) may be employed. In the case of PPS resin, heating is not necessary for plastic deformation.
  • PPS resin polyphenylene sulfide
  • the projection 16 can be plastically deformed by applying a force in the clamping direction to the projection 16 of the lining member 11.
  • the entire lining member 11 does not have to be a material that can be plastically deformed, and it may be a material that can plastically deform at least the protrusion 16.
  • a material that can be elastically deformed can not be used for the protrusion 16. Even if the resin is injected into the gap of the semiconductor device 1 in a state where the projection 16 is elastically deformed, after the resin is cured, the projection 16 returns to the original state before the elastic deformation and the resin becomes a semiconductor It is because it peels from the apparatus 1.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the molding apparatus 21.
  • the left side shows the state before molding with resin for the semiconductor device 1 and the right side shows the state after molding with resin for the semiconductor device 1. There is.
  • FIG. 3 as well, an enlarged view of a Y portion surrounded by an alternate long and short dash line is shown below.
  • the molding apparatus 21 is comprised by the same rectangular parallelepiped lower mold 31 (2nd mold) and the upper mold 41 (1st mold).
  • a recess 33 is formed on the vertical upper surface 32 of the lower mold 31 provided vertically downward.
  • a recess 43 is also formed on the vertical lower surface 42 of the upper mold 41 provided vertically above.
  • the mold chamber 51 is configured by the two concave portions 33 and 43 facing each other.
  • the concave bottom surface 34 of the lower mold 31 and the concave top surface 44 of the upper mold 41 are formed in a horizontal plane.
  • the semiconductor device 1 is housed in the mold chamber 51 and the tip end of the projection 16 of the lining member 11 is in contact with the vertical upper surface 32 of the lower mold 31, the semiconductor device is made by the lining member 11.
  • the whole of 1 is suspended in the recess 33 of the lower mold 31. That is, the semiconductor device 1 is suspended in the recess 33 of the lower mold 31 by the lining member 11, in addition to the vertical length and the position of the protrusion 16 and the horizontal length of the recess 33 of the lower mold 31.
  • the length and depth, and the horizontal length and depth of the recess 43 of the upper mold 41 are determined. At this time, substantially no gap is formed between the lower end of the projection 16 and the vertical upper surface 32 of the lower mold 31.
  • the vertical direction length of the projection 16 is the same on the entire circumference, when the semiconductor device 1 having the inclination variation is stored in the recess 33 of the lower mold 31 in a suspended state, the left side of the lower electrode 3 is the right It lifts vertically upward than it does. Thus, the distance between the left side of the lower electrode 3 and the bottom surface 34 is larger than the distance between the right side of the lower electrode 3 and the bottom surface 34 in the vertical direction. As described above, the vertical length of the projection 16 and the lower mold 31 so that the lower electrode 3 does not abut on the bottom surface 34 of the recessed portion even if the semiconductor element 1 in which the inclination variation occurs is suspended. The depth of the recess 33 of the
  • the recess 43 of the upper die 41 In order to press the semiconductor device 1 stored in the recess 33 of the lower die 31 in the mold clamping direction (vertically downward in FIG. 3) by the upper die 41, the recess 43 of the upper die 41
  • the same rectangular flat copying plate 61 (plate material) and a spring 65 (elastic member) are disposed, and the copying plate 61 is suspended by the spring 65 so as to be substantially horizontal. That is, the upper end of the spring 65 is fixed to the recess upper surface 44 of the upper mold 41, and the lower end of the spring 65 is fixed to the vertical upper surface 62 of the copying plate 61.
  • a plurality of springs 65 are provided such that when the semiconductor device 1 is clamped, a clamping force from the upper mold 41 is applied to the copying plate 61 via the spring 65 so that an even force is applied.
  • the upper mold 41 is moved in a direction (upper and lower direction in FIG. 3) in which the upper mold 41 contacts and separates from the lower mold 31.
  • the copying plate 61 is disposed vertically above the semiconductor device 1 suspended by the lining member 11.
  • the semiconductor device 1 is clamped by moving the upper mold 41 vertically downward until the vertical lower surface 42 of the upper mold 41 abuts on the vertical upper surface 32 of the lower mold 31.
  • the projection 16 which receives the clamping force of the upper mold 41 is plastically deformed.
  • the projection 16 is contracted in the vertical direction and expanded in the horizontal direction to be in a state (after molding) shown on the right side of FIG.
  • the entire lower surface 3a of the lower electrode 3 abuts on the concave bottom surface 34 of the lower mold 31, and the lower electrode 3 settles in a parallel state. Since the lower electrode 3 is in a parallel state, the right side of the upper electrode 2 is lifted vertically upward from the left side, and the lower surface 63 of the copying plate 61 is in contact with the entire upper surface 2a of the upper electrode 2 in this state.
  • the first space 52 partitioned in this manner is provided with a mold resin supply passage (not shown) opened to the first space from the front side or the back side of the paper surface of FIG.
  • a mold resin supply passage (not shown) opened to the first space from the front side or the back side of the paper surface of FIG.
  • the resin 67 is formed in the gap between the lower surface 3a of the lower electrode 3 and the recessed bottom surface 34 of the lower mold 31. There is no leak.
  • the upper mold 41 is , A copying plate 61 (plate material) moving in the mold clamping direction and in contact with the vertical upper surface 2a (one surface of the object to be molded) of the upper electrode 2 of the semiconductor device 1, and a spring 65 pressing the copying plate 61 to the semiconductor device 1.
  • the semiconductor device 1 is provided with a protrusion 16 extending to the lower mold 31 at the peripheral edge of the vertical upper surface 2a (one surface of the object to be molded) of the upper electrode 2 of the semiconductor device 1. At the time of clamping, the projection 16 is made to plastically deform after coming into contact with the lower mold 31.
  • the inclination variation of the semiconductor device 1 is absorbed by plastic deformation of the protrusion 16 due to a load when clamping the semiconductor device 1 (mold object) having a space molded by resin. It is possible to block the path through which the resin 67 leaks. Thereby, the leakage of the resin 67 to the second space 53 located outside the first space 52 can be prevented.
  • the object to be molded is the semiconductor device 1 in which the flat electrodes 2 and 3 are provided on both sides of the power elements 4 and 5.
  • the peripheral portion of one surface of the mold object is the peripheral portion of the upper electrode 2 (one electrode), and when the clamping of the semiconductor device 1 is completed, the lower electrode 3 (the other electrode) and the lower mold 31 (the The second mold abuts. Thereby, it is possible to prevent the resin 67 from leaking into the gap between the lower surface 3 a of the lower electrode 3 and the concave bottom surface 34 of the lower die 31.
  • the line member 11 after plastic deformation does not affect the performance of the semiconductor device 1 even if it is left as it is in the semiconductor device 1, so the step of separating the lining member 11 after molding is unnecessary. As a result, the number of man-hours can be reduced compared to the conventional device.
  • FIG. 4 is a process chart showing a mold forming method of the semiconductor device 1 having inclination variation divided into five steps of work setting, mold clamping, resin injection / hardening, mold clamping release, and mold release.
  • the semiconductor device 1 as a work is housed in the mold chamber, and the protrusion 16 is set so as to abut on the vertical upper surface 32 of the lower mold 31. In the recess 33 of the lower mold 31, it is suspended. At this time, the protrusions 16 extend toward the lower mold 31.
  • the copying plate 61 is set vertically above the upper electrode 2.
  • the upper mold 41 is moved in the mold clamping direction (vertically downward in FIG. 4) until the vertical lower surface 42 of the upper mold 41 abuts on the vertical upper surface 32 of the lower mold 31.
  • the copying plate 61 pushes down the upper electrode 2 by this clamping and the entire lower surface of the copying plate 61 abuts on the vertical upper surface 2 a of the upper electrode 2, the right end of the lower electrode 3 is in the concave bottom surface 34 of the lower mold 31. Abut.
  • a uniform downward load is applied to the projection 16 via the copying plate 61. Under this load, the lower end of the projection 16 is lowered.
  • a vertically upward reaction force from the mold 31 is generated.
  • the magnitude of this reaction force is the same as the magnitude of the mold clamping force.
  • the projection 16 is plastically deformed in response to the reaction force. That is, the load distribution (reaction force distribution) biased to the protrusion 16 acts plastically by an amount corresponding to the inclination of the upper and lower electrodes 2 and 3.
  • the entire vertical lower surface 3a of the lower electrode 3 abuts on the concave bottom surface 34 of the lower mold 31, and the lower mold 31 and the upper electrode 2 of the semiconductor device 1 and
  • a first space 52 is defined in the mold chamber 51 by the lining member 11.
  • the resin 67 is injected and filled in the first space 52, and the resin 67 filled thereafter is thermally cured.
  • the upper mold 41 is moved in the mold clamping release direction (vertically upward in FIG. 4) in order to release the mold clamping of the semiconductor device 1.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the molding apparatus 21 of the second embodiment, in which the left side of the semiconductor device 1 is molded with resin and the right side is molded with resin of the semiconductor device 1. Indicates the state of Also in FIG. 5, an enlarged view of a Y portion surrounded by an alternate long and short dash line is shown below. The same parts as in FIG. 3 of the first embodiment are given the same reference numerals.
  • the second embodiment is directed to the semiconductor device 1 having the thickness variation.
  • “with thickness variation” means that the thickness in the vertical direction of the entire semiconductor device 1 including the upper electrode 2 and the lower electrode 3 varies among the semiconductor devices 1.
  • the vertical thickness between the vertical upper surface 2a left end of the upper electrode 2 and the vertical lower surface 3a left end of the lower electrode 3 and the vertical upper surface 2a right end of the upper electrode 2 and the vertical lower surface of the lower electrode 3 The vertical thickness between the right end and the right end 3a is the same. That is, since the vertical thickness between the upper surface of the upper electrode 2 and the lower surface of the lower electrode 3 is the same, the semiconductor device 1 shown in FIG. 5 has no inclination variation. However, the thickness in the vertical direction between the upper surface of the upper electrode 2 and the lower surface of the lower electrode 3 may vary depending on the individual semiconductor devices 1 (a thickness variation may occur).
  • the semiconductor device 1 is housed in the mold chamber 51 and the lower end of the protrusion 16 of the lining member 11 is the lower mold 31
  • the entire upper surface of the semiconductor device 1 is suspended in the recess 33 of the lower mold 31 by the lining member 11. That is, in addition to the vertical length and position of the protrusion 16 and the horizontal length of the recess 33 of the lower mold 31 so that the semiconductor device 1 is suspended by the lining member 11 in the recess 33 of the lower mold 31.
  • the depth, the horizontal length and the depth of the recess 43 of the upper mold 41 are determined. At this time, the gap between the lower end of the projection 16 and the vertical upper surface 32 of the lower mold 31 is substantially prevented.
  • the mold chamber 51 is divided into two because a gap does not substantially occur. That is, it is divided into two, a first space 52 surrounded by the lower mold 31, the upper electrode 2 of the semiconductor device 1 and the lining member 11, and a second space 53 outside the first space 52.
  • the thickness of the semiconductor device 1 is plastically deformed by the load at the time of clamping the semiconductor device 1 (molded object) having a space molded by resin. It is possible to shut off the path through which the resin 67 leaks while absorbing the thickness variation. Thereby, the leakage of the resin 67 to the second space 53 located outside the first space 52 can be prevented.
  • FIG. 6 is a process diagram showing the resin mold molding method of the semiconductor device 1 with thickness variation divided into five steps of work setting, mold clamping, resin injection / hardening, mold clamping release, and mold release. The same parts as in FIG. 4 are given the same reference numerals.
  • the semiconductor device 1 as a work is housed in the mold chamber, and the protrusion 16 is set so as to abut on the vertical upper surface 32 of the lower mold 31. In the recess 33 of the lower mold 31, it is suspended. At this time, the protrusions 16 extend toward the lower mold 31.
  • the copying plate 61 is set vertically above the upper electrode 2.
  • the upper mold 41 is moved in the mold clamping direction (vertically downward in FIG. 6) until the vertical lower surface 42 of the upper mold 41 abuts on the vertical front surface 32 of the lower mold 31.
  • the copying plate 61 pushes down the upper electrode 2 and the entire lower surface of the copying plate 61 abuts on the vertical upper surface 2a of the upper electrode 2 by this mold clamping, in the middle of the mold clamping process, the vertical lower surface 3a of the lower electrode 3 and the lower surface There is still a space between the mold 31 and the recess bottom 34. Further, when the upper mold 41 is moved in the mold clamping direction, a uniform downward load is applied to the projection 16 via the copying plate 61.
  • the resin 67 is injected and filled in the first space 52, and the resin 67 filled thereafter is thermally cured.
  • the upper mold 41 is moved in the mold clamping release direction (vertically upward in FIG. 6) in order to release the mold clamping of the semiconductor device 1.
  • FIG. 7 is a schematic vertical sectional view of the semiconductor device 1 according to the third embodiment
  • FIG. 8 is a sectional view taken along the line ZZ ′ of the semiconductor device 1 shown in FIG.
  • the enlarged view of Y part enclosed with the dashed-dotted line is shown below.
  • the same reference numerals as in FIGS. 1 and 2 of the first embodiment denote the same parts.
  • the semiconductor device 1 having the inclination variation is targeted.
  • 3rd Embodiment is not limited to the semiconductor device with inclination variation, it replaces with the semiconductor device with inclination variation in FIG. 9, and shows the semiconductor device 1 with thickness variation. ing.
  • the lower surface 15 of the frame portion of the lining member 11 is provided with a groove 17 adjacent to the inner peripheral side of the protrusion 16 and opening vertically downward.
  • the groove 17 also surrounds the periphery of the upper electrode 2 as also shown in FIG.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of the molding apparatus 21 of the third embodiment.
  • the left side shows the semiconductor device 1 before molding with resin, and the right side shows the semiconductor device 1 with resin. Shows the state after the Also in FIG. 9, an enlarged view of a Y portion surrounded by an alternate long and short dash line is shown below.
  • the same parts as those in FIG. 3 of the first embodiment are given the same reference numerals.
  • the method of plastic deformation of the projection 16 is different from that of the first embodiment when the semiconductor device 1 is molded. That is, since the groove 17 is provided adjacent to the inner circumferential side of the protrusion 16, when the semiconductor device 1 is clamped, as shown on the right side of FIG. It plastically deforms so as to stick out. Therefore, by filling the groove 17 with the resin 67 and curing it, the portion of the resin 67 filled in the groove 17 acts as an anchor. In general, the anchor obtains adhesion to the fixing member by striking the fixing member such as the ground vertically downward.
  • the portion of the resin 67 filled in the groove 17 corresponds to an anchor that is vertically pressed upward.
  • the groove 17 is provided adjacent to the inner peripheral side of the protrusion 16, a wedge (anchor) effect is generated in the resin 67 which is filled and hardened in the groove 17.
  • the adhesion between the resin 67 in the vertical direction (longitudinal direction) and the horizontal direction (horizontal direction) is improved.
  • the adhesion effect can be obtained.

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Abstract

　半導体モジュールは、複数の半導体素子と、複数の半導体素子の一面側に結合する平板状の第１電極と、複数の半導体素子の他面側に結合する平板状の第２電極と、第１電極と第２電極の間に複数の半導体素子を封止するモールド材とを備える。第１電極の周縁部に、第２電極に向かって延伸する突起部を設け、突起部は、モールド材を囲む。

Description

半導体モジュール、モールド装置及びモールド成形方法
　この発明は、モールド材の漏れを防止することができる半導体モジュール、半導体装置などのモールド対象物をモールド部材によってモールド成形するモールド装置及びモールド成形方法に関する。
　モールド室内で、モールド対象物に対して接離する方向（上下方向）に移動するスライド部材（３０）がバック部材（３１）とスイベル部材（３２）とを有し、バック部材（３１）の下面のほぼ中央に１つの凸部（３３）を設け、この凸部（３３）の周囲にバネ（３４）を配置している装置がある（ＪＰ２００７－３２０１０２Ａ参照）。この装置では、スイベル部材（３２）が凸部（３３）を中心として、水平面に対しある程度の角度範囲内でいずれの方向へも傾くことができる。このため、モールド対象物の上面が水平面でなく、傾いていても、スイベル部材（３２）は、モールド対象物の上面に倣って傾き、モールド対象物と隙間なく接触することができる。
　しかしながら、ＪＰ２００７－３２０１０２Ａの技術では、バック部材（３１）とスイベル部材（３２）の間にスイベル部材（３２）が傾くことを許容する隙間が存在するため、この隙間に樹脂が漏れるという問題点がある。
　本発明は、モールド対象物の両面の間に傾きバラツキがある場合でも、樹脂漏れを防止し得る技術を提供することを目的とする。
　本発明のモールド装置は、複数の半導体素子と、前記複数の半導体素子の一面側に結合する平板状の第１電極と、前記複数の半導体素子の他面側に結合する平板状の第２電極と、前記第１電極と前記第２電極の間に前記複数の半導体素子を封止するモールド材とを備える。記第１電極の周縁部に、前記第２電極に向かって延伸する突起部を設け、前記突起部は、前記モールド材を囲む。
　本発明の実施形態、本発明の利点については、添付された図面とともに以下に詳細に説明される。
図１は、第１実施形態の半導体装置の概略縦断面図である。 図２は、図１に示す半導体装置のＺ－Ｚ’線断面図である。 図３は、第１実施形態のモールド装置のモールド成型前とモールド成型後の各概略断面図である。 図４は、第１実施形態の傾きバラツキのある半導体装置のモールド成形方法を示す工程図である。 図５は、第２実施形態のモールド装置のモールド成型前とモールド成型後の各概略断面図である。 図６は、第２実施形態の厚さバラツキのある半導体装置のモールド成形方法を示す工程図である。 図７は、第３実施形態の半導体装置の概略縦断面図である。 図８は、図７のＺ－Ｚ’線断面図である。 図９は、第３実施形態のモールド装置のモールド成型前とモールド成型後の各概略断面図である。
　以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態は、パワー素子を含む電子回路と、その両面に電極が配置された半導体装置を樹脂によってモールド成形して、半導体装置（半導体モジュール）を製造するモールド装置に本発明を適用するものである。
　（第１実施形態）
　図１は、モールド対象物である半導体装置１（半導体モジュール）の概略縦断面図、図２は、図１に示す半導体装置１のＺ－Ｚ’線断面図である。なお、図１では、一点鎖線で囲ったＹＹ部の拡大図を下方に示している。
　図１に示すように、半導体装置１では、トランジスタやＰＴＯ等、両面冷却構造のパワー素子４、５の上下両面に、各電極２、３が配置されている。言い換えると、２つの電極２、３の間に、パワー素子４、５が挟まった構造になっている。
　パワー素子４、５には、鉛直上方に例えばプラス端子が、鉛直下方にマイナス端子が設けられている。パワー素子４、５のプラス端子は、鉛直上方にある電極（以下「上方電極」という。）２と、半田６、８で接続されている。また、パワー素子４、５のマイナス端子は、鉛直下方にある電極（以下「下方電極」という。）３と半田７、９で接続されている。
　図１において、半導体装置１では、上方電極２が水平位置にあるのに対して、下方電極３は、左側の方が鉛直上方に持ち上がっている。言い換えると、上方電極２の鉛直上面２ａ左端と下方電極３の鉛直下面３ａ左端との上下方向厚さより、上方電極２の鉛直上面２ａ右端と下方電極３の鉛直下面３ａ右端との上下方向厚さのほうが大きくなっている。つまり、半導体装置１の上下の両面には、傾きバラツキが生じている。
　パワー素子４、５を冷却するため、２つの電極２、３は、図２に示すように、所定の面積を有する四角の平板状に形成されている。この２つの電極２、３に、上下から冷却装置を接触させることで、電極２、３を介して、半導体装置１の全体を冷却することができる。
　上下２つの電極２、３の隙間（上下方向幅）は、数百μｍという狭いピッチであり、パワー素子４、５の側面もしくは上下の電極２、３間で放電を引き起こす可能性があるため、上下２つの電極２、３の隙間（空間）に絶縁物を介在させる必要がある。また、半導体装置１では、２つの電極２、３間に挟まれる複数のパワー素子４、５の上下方向の厚さが異なる。このため、上下２つの電極２、３の平行度が悪いことに起因する傾きバラツキの他、上下２つの電極２、３を含めた半導体装置１トータルでの上下方向の厚さバラツキが発生するという特徴がある。
　このように、傾きバラツキや厚さバラツキを有している半導体装置１であっても、上下２つの電極２、３の隙間（空間）に絶縁物としての樹脂によってモールド成形するため、本実施形態では、塑性変形し得るライニング部材１１を上方電極２の周縁を取り巻くように設けている。
　ライニング部材１１は、図１下方の拡大図に示すように、主に枠部１２、溝１４、突起部１６から構成されている。枠部１２の内周側面１３には、水平方向の溝１４を設けている。一方、上方電極２の外周上側には、切り欠き２ａを設けることによって、水平方向外側への突出部２ｂを形成している。このため、上方電極２の突出部２ｂと、枠部１２の溝１４とを嵌合することで、枠部１２が上方電極２の周縁に支持される。逆に言うと、枠部１２によって上方電極２を含めた半導体装置１の全体が支持されることとなる。
　枠部１２の下面１５には、鉛直下方に向けて突出（延伸）する突起部１６が設けられている。この突起部１６も、図２に示すように、上方電極２の周縁を取り囲んでいる。
　突起部１６を含めたライニング部材１１の材質としては、割れたりせずに、塑性変形し得るものであれば、どんな物質でも構わない。例えば、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）等の熱硬化性樹脂を採用すればよい。ＰＰＳ樹脂の場合、塑性変形させるためには加熱を必要としない。モールド装置のモールド室に半導体装置１を収納して型締めする際に、ライニング部材１１の突起部１６に型締め方向の力を加えることで、突起部１６を塑性変形させることができる。なお、ライニング部材１１の全体が塑性変形し得る物質である必要はなく、少なくとも突起部１６が塑性変形し得る物質であればよい。
　一方、突起部１６に弾性変形し得る物質を用いることはできない。突起部１６が弾性変形している状態で、半導体装置１の隙間に樹脂注入を行ったとしても、樹脂が硬化したあとに突起部１６が弾性変形する前の元の状態に戻り、樹脂が半導体装置１から剥離してしまうためである。
　図３は、モールド装置２１の概略断面図で、左側には半導体装置１に対し樹脂によってモールド成形する前の状態を、右側には半導体装置１に対し樹脂によってモールド成形した後の状態を示している。なお、図３でも、一点鎖線で囲ったＹ部の拡大図を下方に示している。
　モールド装置２１は、同じ直方体状の下金型３１（第２金型）と上金型４１（第１金型）とで構成される。鉛直下方に位置して設けられる下金型３１の鉛直上面３２には、凹部３３が形成されている。一方、鉛直上方に位置して設けられる上金型４１の鉛直下面４２にも凹部４３が形成されている。対向する２つの凹部３３、４３によって、モールド室５１が構成されている。下金型３１の凹部底面３４と上金型４１の凹部上面４４とは水平な平面で形成されている。
　図３の左側に示すように、モールド室５１に半導体装置１を収納し、ライニング部材１１の突起部１６先端を下金型３１の鉛直上面３２と当接させたとき、ライニング部材１１によって半導体装置１の全体が下金型３１の凹部３３内に宙づり状態となるようにする。つまり、半導体装置１がライニング部材１１によって、下金型３１の凹部３３内に宙吊り状態となるように、突起部１６の鉛直方向長さや位置のほか、下金型３１の凹部３３の水平方向長さ及び深さ、上金型４１の凹部４３の水平方向長さ及び深さを定めておく。このとき、突起部１６の下端と下金型３１の鉛直上面３２との間にほぼ隙間が生じないようにする。
　突起部１６の鉛直方向長さは全周で同じであるため、傾きバラツキが生じている半導体装置１を下金型３１の凹部３３内に宙づり状態で収納したとき、下方電極３の左側が右側よりも鉛直上方に持ち上がる。これによって、下方電極３の右側と凹部底面３４との上下方向の間隔より、下方電極３の左側と凹部底面３４との上下方向の間隔のほうが大きくなっている。このように、傾きバラツキが生じている半導体素子１が宙づり状態となっても、下方電極３が凹部底面３４に当接することがないように、突起部１６の鉛直方向長さ及び下金型３１の凹部３３の深さを定めておく。
　半導体装置１がライニング部材１１によって宙づり状態となっているとき、突起部１６の下端と下金型３１の鉛直上面３２との間に隙間がほぼ生じないようにしているので、モールド室５１が２つに区画される。すなわち、下金型３１、上方電極２及びライニング部材１１によって囲まれる空間５２と、その外側（図３では上側）の空間５３との２つに区画される。
　一方、下金型３１の凹部３３に収納した半導体装置１を上金型４１によって型締め方向（図３で鉛直下方）に押圧するため、上金型４１の凹部４３には、上方電極２と同じ四角の平板状の倣い板６１（板材）とバネ６５（弾性部材）とを配置し、バネ６５によって倣い板６１がほぼ水平となるように吊している。すなわち、バネ６５の上端は、上金型４１の凹部上面４４に固定され、バネ６５の下端は、倣い板６１の鉛直上面６２に固定されている。バネ６５は、半導体装置１を型締めする際に、上金型４１からの型締め力がバネ６５を介して倣い板６１に均等な力が加わるように、複数設けている。
　上金型４１は、下金型３１に対して接離する方向（図３で上下方向）に移動する。モールド成形時には、図３の左側に示すように、まずライニング部材１１によって宙づり状態となっている半導体装置１の鉛直上方に倣い板６１を配置する。次に、上金型４１の鉛直下面４２が下金型３１の鉛直上面３２に当接するまで上金型４１を鉛直下方に向けて移動することにより半導体装置１を型締めする。このとき、上金型４１の型締め力を受ける突起部１６は塑性変形する。このときの塑性変形によって、突起部１６は鉛直方向に縮まるとともに水平方向に拡大し、図３の右側に示す状態（成形後）となる。すなわち、下方電極３の下面３ａ全てが下金型３１の凹部底面３４に当接し、下方電極３が平行状態に落ち着いている。なお、下方電極３が平行状態となるため、上方電極２の右側が左側よりも鉛直上方に持ち上がり、この状態の上方電極２の上面２ａ全てに倣い板６１の下面６３が当接している。
　突起部１６が塑性変形した後も、突起部１６の下端と下金型３１の鉛直上面３２との間に隙間は生じていない。つまり、図３の右側に示す半導体装置１の型締め完了状態となっても、下金型３１、上方電極２及びライニング部材１１によって囲まれる空間（この空間を「第１空間」とする。）５２と、その外側の空間（この空間を「第２空間」とする。）５３との２つにモールド室５１が区画されている。なお、型締め前の宙づり状態では、突起部１６の下端と下金型３１の鉛直上面３２との間に隙間が多少あってもかまわないが、型締め完了時には、後述する理由により、突起部１６の下端と下金型３１の鉛直上面３２との間に隙間が生じないようにする必要がある。
　このようにして区画される第１空間５２には、図３の紙面手前あるいは紙面奥よりこの第１空間に開口する図示しないモールド樹脂供給通路を設けている。図３の右側に示す半導体装置１の型締め完了状態で、このモールド樹脂供給通路を介して第１空間５２内に圧力注入可能な樹脂（モールド樹脂）６７を供給すると、第１空間内、つまり２つの電極２、３の隙間（空間）に樹脂６７が充填される。この場合に、突起部１６の下端と下金型３１の鉛直上面３２との間に隙間があれば、その隙間が、樹脂６７が漏れる経路となり得る。しかし、本実施形態では、突起部１６が塑性変形した後も、突起部１６の下端と下金型３１の鉛直上面３２との間に隙間は生じていない。このため、第１空間５２内を水平方向外側に向かう樹脂６７は、塑性変形後の突起部１６によって阻止されるため、樹脂６７が第１空間５２の外側に位置する第２空間５３へと漏れることはない。
　また、下方電極３の下面３ａと下金型３１の凹部底面３４とは全体的に当接しているので、下方電極３の下面３ａと下金型３１の凹部底面３４との隙間に樹脂６７が漏れることはない。
　ここで、本実施形態の作用効果について説明する。
　本実施形態では、上金型４１（第１金型）と、下金型３１（第１金型と共にモールド室を構成する第２金型）とを備えるモールド装置２１において、上金型４１は、型締め方向に移動すると共に、半導体装置１の上方電極２の鉛直上面２ａ（モールド対象物の一面）に接触する倣い板６１（板材）と、倣い板６１を半導体装置１に押圧するバネ６５（弾性部材）とを有し、半導体装置１の上方電極２の鉛直上面２ａ（モールド対象物の一面）の周縁部に下金型３１に対して延伸する突起部１６を設け、半導体装置１を型締めする際、突起部１６が下金型３１に当接した後に塑性変形するようにしている。本実施形態によれば、樹脂によってモールド成形される空間を有する半導体装置１（モールド対象物）を型締めする際の荷重により突起部１６が塑性変形することで、半導体装置１の傾きバラツキを吸収しつつ、樹脂６７が漏れる経路を遮断することができる。これによって、第１空間５２の外側にある第２空間５３への樹脂６７の漏れを防止することができる。
　本実施形態によれば、モールド対象物は、パワー素子４、５の両側に平板状の電極２、３を設けた半導体装置１である。モールド対象物の一面の周縁部は、上方電極２（一方の電極）の周縁部であり、半導体装置１の型締めが完了したときに、下方電極３（他方の電極）と下金型３１（第２金型）とが当接している。これにより、下方電極３の下面３ａと下金型３１の凹部底面３４との隙間に樹脂６７が漏れることを防ぐことができる。
　樹脂漏れ防止と搬送の利便性のため、モールド対象物の周囲にリードフレームが設けられる従来装置（ＪＰ２００７－３２０１０２Ａの図１のＷ４参照）では、最後にリードフレームを切り離す必要がある。一方、本実施形態では、塑性変形後のラインニング部材１１は、半導体装置１にそのまま残しても半導体装置１の性能に影響しないので、モールド成形後に、ライニング部材１１を切り離す工程は不要である。これによって、従来装置より工数を減らすことができる。
　図４は、傾きバラツキのある半導体装置１のモールド成形方法を、ワークセット、型締め、樹脂注入・硬化、型締め開放、離型の５つの工程に分けて示す工程図である。
　まず、（１）に示すワークセット工程で、ワークとしての半導体装置１をモールド室内に収納し、突起部１６が下金型３１の鉛直上面３２と当接するようにセットして、半導体装置１が下金型３１の凹部３３内で宙づり状態となるようにする。このとき、突起部１６は、下金型３１に向かって延伸している。上方電極２の鉛直上方には、倣い板６１をセットする。
　（２）に示す型締め工程では、上金型４１の鉛直下面４２が下金型３１の鉛直上面３２に当接するまで上金型４１を型締め方向（図４で鉛直下方）に移動させる。この型締めにより、倣い板６１が上方電極２を押し下げ、倣い板６１の下面全体が上方電極２の鉛直上面２ａに当接した後に、下方電極３の右端が下金型３１の凹部底面３４に当接する。さらに、上金型４１を型締め方向に移動させると、突起部１６には、倣い板６１を介して鉛直下向きの均一な荷重がかかり、この荷重を受けて突起部１６の下端には、下金型３１からの鉛直上向きの反力が生じる。この反力の大きさは、型締め力の大きさと同じである。この反力を受けて突起部１６は、塑性変形してゆく。すなわち、上下電極２、３の傾きの分だけ、突起部１６に偏った荷重分布（反力分布）が作用して塑性変形する。これにより、（３）に示す型締め工程の完了時には、下方電極３の鉛直下面３ａ全体が下金型３１の凹部底面３４と当接する共に、下金型３１、半導体装置１の上方電極２及びライニング部材１１によって、モールド室５１内に第１空間５２が区画形成される。
　（４）に示す樹脂注入・硬化工程では、第１空間５２に樹脂６７を注入して充填し、その後に充填した樹脂６７を熱硬化させる。
　（５）に示す型締め開放工程では、樹脂６７の硬化後、半導体装置１の型締めを開放するため、上金型４１を型締め開放方向（図４で鉛直上方）に移動させる。
　（６）示す離型工程では、半導体装置１をモールド装置２１から取り出し（離型し）、モールド成形を終了する。
　（第２実施形態）
　図５は、第２実施形態のモールド装置２１の概略断面図で、左側には半導体装置１に対し樹脂によってモールド成形する前の状態を、右側には半導体装置１に対し樹脂によってモールド成形した後の状態を示している。なお、図５においても、一点鎖線で囲ったＹ部の拡大図を下方に示している。第１実施形態の図３と同一部分には同一番号を付している。
　第１実施形態では、傾きバラツキのある半導体装置１を対象としたのに対して、第２実施形態では、厚さバラツキのある半導体装置１を対象とする。ここで、「厚さバラツキのある」とは、上方電極２と下方電極３とを含めた半導体装置１全体の上下方向厚さが個々の半導体装置１によってバラツクことをいう。例えば、図５に示すように、上方電極２の鉛直上面２ａ左端と下方電極３の鉛直下面３ａ左端との間の上下方向厚さと、上方電極２の鉛直上面２ａ右端と下方電極３の鉛直下面３ａ右端との間の上下方向厚さとは同じである。つまり、上方電極２上面と下方電極３下面との間の上下方向厚さは同じであるので、図５に示す半導体装置１には、傾きバラツキは生じていない。しかしながら、上方電極２の上面と下方電極３の下面との間の上下方向厚さは、個々の半導体装置１によって大きかったり小さかったりとバラツク（厚さバラツキが生じる）ことがある。
　こうした厚さバラツキのある半導体装置１を対象とする場合にも、図５の左側に示すように、モールド室５１に半導体装置１を収納し、ライニング部材１１の突起部１６下端を下金型３１の鉛直上面３２と当接させて、ライニング部材１１によって半導体装置１の全体が下金型３１の凹部３３内で宙づり状態となるようにする。つまり、半導体装置１がライニング部材１１によって下金型３１の凹部３３内で宙づり状態となるように、突起部１６の鉛直方向長さや位置のほか、下金型３１の凹部３３の水平方向長さ及び深さ、上金型４１の凹部４３の水平方向長さ及び深さを定めておく。このとき、突起部１６の下端と下金型３１の鉛直上面３２との間に隙間がほぼ生じないようにする。
　厚さバラツキのある半導体装置１を対象とする場合にも、半導体装置１が突起部１６によって宙づり状態となっているとき、突起部１６の下端と下金型３１の鉛直上面３２との間に隙間がほぼ生じないようにしているので、モールド室５１が２つに区画される。すなわち、下金型３１、半導体装置１の上方電極２及びライニング部材１１によって囲まれる第１空間５２と、その外側の第２空間５３との２つに区画される。
　第２実施形態の作用効果は、第１実施形態と同様である。すなわち、第２実施形態によれば、樹脂によってモールド成形される空間を有する半導体装置１（モールド対象物）を型締めする際の荷重により突起部１６が塑性変形することで、半導体装置１の厚さバラツキを吸収しつつ、樹脂６７が漏れる経路を遮断することできる。これによって、第１空間５２の外側にある第２空間５３への樹脂６７の漏れを防止することができる。
　図６は、厚さバラツキのある半導体装置１の樹脂モールド成形方法を、ワークセット、型締め、樹脂注入・硬化、型締め開放、離型の５つの工程に分けて示す工程図である。図４と同一部分には同一番号を付している。
　まず、（１）に示すワークセット工程で、ワークとしての半導体装置１をモールド室内に収納し、突起部１６が下金型３１の鉛直上面３２と当接するようにセットして、半導体装置１が下金型３１の凹部３３内で宙づり状態となるようにする。このとき、突起部１６は、下金型３１に向かって延伸している。上方電極２の鉛直上方には、倣い板６１をセットする。
　（２）に示す型締め工程では、上金型４１の鉛直下面４２が下金型３１の鉛直正面３２に当接するまで上金型４１を型締め方向（図６で鉛直下方）に移動させる。この型締めにより、倣い板６１が上方電極２押し下げ、倣い板６１の下面全体が上方電極２の鉛直上面２ａに当接した後に、型締め工程の途中では、下方電極３の鉛直下面３ａと下金型３１の凹部底面３４との間にまだ空間が生じている。さらに、上金型４１を型締め方向に移動させると、突起部１６には、倣い板６１を介して鉛直下向きの均一な荷重がかかり、この荷重を受けて突起部１６の下端には、下金型３１からの鉛直上向きの反力が生じる。この反力の大きさは、型締め力の大きさと同じである。この反力を受けて突起部１６は、塑性変形してゆく。すなわち、突起部１６に均一な荷重分布（反力分布）が作用して塑性変形する。これにより、（３）に示す型締め工程の完了時には、下方電極３の鉛直下面３ａ全体が下金型３１の凹部底面３４と当接する共に、下金型３１、半導体装置１の上方電極２及びライニング部材１１によって、モールド室５１内に第１空間５２が区画形成される。
　（４）に示す樹脂注入・硬化工程では、第１空間５２に樹脂６７を注入して充填し、その後に充填した樹脂６７を熱硬化させる。
　（５）に示す型締め開放工程では、樹脂６７の硬化後、半導体装置１の型締めを開放するため、上金型４１を型締め開放方向（図６で鉛直上方）に移動させる。
　（６）示す離型工程では、半導体装置１をモールド装置２１から取り出し（離型し）、モールド成形を終了する。
　（第３実施形態）
　図７は、第３実施形態の半導体装置１の概略縦断面図、図８は、図７に示す半導体装置１のＺ－Ｚ’線断面図である。なお、図７では、一点鎖線で囲ったＹ部の拡大図を下方に示している。第１実施形態の図１、図２と同一部分には同一番号を付している。第３実施形態でも、第１実施形態と同様に、傾きバラツキのある半導体装置１を対象とする。なお、第３実施形態は、傾きバラツキのある半導体装置に限定されるものでないことを示すため、図９には、傾きバラツキのある半導体装置に代えて、厚さバラツキのある半導体装置１を示している。
　図７に示すように、第３実施形態では、ライニング部材１１の枠部下面１５に、突起部１６の内周側に隣接して鉛直下方に開口する溝１７が設けられている。この溝１７も、図８にも示すように、上方電極２の周縁を取り巻いている。
　図９は、第３実施形態のモールド装置２１の概略断面図で、左側には、半導体装置１に対し樹脂によってモールド成形する前の状態を、右側には、半導体装置１に対し樹脂によってモールド成形した後の状態を示している。なお、図９においても、一点鎖線で囲ったＹ部の拡大図を下方に示している。第１実施形態の図３と同一部分には、同一番号を付している。
　半導体装置１のモールド成形時に、突起部１６の塑性変形の仕方が第１実施形態とは相違する。すなわち、突起部１６の内周側に隣接して溝１７を設けているため、半導体装置１の型締め時には、図９の右側に示すように、突起部１６の溝１７のある側が溝１７内にせり出すようにして塑性変形する。このため、溝１７に樹脂６７を充填して硬化させることで、溝１７に充填された樹脂６７の部分がアンカーの働きをする。アンカーは、一般的には地面等の固定部材に鉛直下方に打ち付けることによって、固定部材との密着力を得るものである。ここでは、溝１７に充填された樹脂６７の部分が鉛直上方に向けて打ち付けているアンカーに相当する。
　このように、第３実施形態によれば、突起部１６の内周側に隣接して溝１７を設けているので、溝１７に充填されて硬化した樹脂６７にくさび（アンカー）効果が生じ、樹脂６７の鉛直方向（縦方向）および水平方向（横方向）の密着力が向上する。また、突起部１６を構成している材質と樹脂６７の接合が悪くても密着効果を出すことができる。
　以上、本発明を添付の図面を参照して詳細に説明したが、本発明はこのような具体的構成に限定されるものではなく、添付した請求の範囲の趣旨内における様々な変更及び同等の構成を含むものである。例えば、図３、図５、図９の天地をひっくり返した構成としてもかまわない。
　本願は、２０１０年１２月２７日に日本国特許庁に出願された特願２０１０－２９０２９５に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (5)

  1. 　複数の半導体素子（４，５）と、
    　前記複数の半導体素子（４，５）の一面側に結合する平板状の第１電極（２）と、
    　前記複数の半導体素子（４，５）の他面側に結合する平板状の第２電極（３）と、
    　前記第１電極（２）と前記第２電極（３）の間に前記複数の半導体素子を封止するモールド材（６７）とを備える半導体モジュールにおいて、
    　前記第１電極（２）の周縁部に、前記第２電極（３）に向かって延伸する突起部（１６）を設け、
    　前記突起部（１６）は、前記モールド材（６７）を囲む半導体モジュール。
  2. 　請求項１に記載の半導体モジュールにおいて、
    　前記突起部（１６）の内周側に隣接して溝（１７）を設けた半導体モジュール。
  3. 　複数の半導体素子（４，５）と、
    　前記複数の半導体素子（４，５）の一面側に結合する平板状の第１電極（２）と、
    　前記複数の半導体素子（４，５）の他面側に結合する平板状の第２電極（３）と、
    　前記第１電極（２）の周縁部に、前記第２電極（３）に向かって延伸する突起部（１６）と、
    をモールド成形することによって半導体モジュールを形成するモールド装置において、
    　第１開口部を有する第１金型（４１）と、
    　第２開口部を有し、前記第１金型（４１）の第１開口部とともにモールド室を構成する第２金型（３１）とを備え、
    　前記第１金型（４１）は、型締め方向に移動すると共に、前記第１電極（２）に接触する部材と、該部材を前記第１電極に押圧する弾性部材とを有し、
    　前記第２開口部は、前記突起部を当接させる当接部を有するモールド装置。
  4. 　請求項３に記載のモールド装置において、
    　前記突起部（１６）の内周側に隣接して溝（１７）を設けたモールド装置。
  5. 　複数の半導体素子（４，５）と、
    　前記複数の半導体素子（４，５）の一面側に結合する平板状の第１電極（２）と、
    　前記複数の半導体素子（４，５）の他面側に結合する平板状の第２電極（３）と、
    　前記第１電極（２）の周縁部に、前記第２電極（３）に向かって延伸する突起部（１６）と、
    からなるモールド対象物をモールド成形するモールド成形方法において、
    　前記モールド対象物を第１金型の開口部および第２金型の開口部によって構成されたモールド室に配置する工程と、
    　前記第１金型を型締め方向に移動させることにより、前記突起物を塑性変形させつつ、前記モールド対象物を型締めする工程と、
    　型締め完了後に、前記第２金型と前記第１電極と前記第２電極と前記突起部とにより仕切られた空間に樹脂を注入する工程と、
    　前記注入した樹脂を硬化させる工程と、
    　樹脂が硬化した後に前記型締めを開放して前記モールド対象物を離型する工程と、
    を含むモールド成形方法。
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