JP6992406B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本明細書が開示する技術は、半導体装置の製造方法に関する。

特許文献１に、半導体装置の製造方法が開示されている。この製造方法は、半導体素子と放熱板とが積層された積層体を金型内に配置するとともに、金型内に樹脂を注入することによって、積層体を樹脂で封止する工程を有する。放熱板には切り欠き部が設けられており、金型内に注入された樹脂に生じる気泡は、放熱板の切り欠き部から金型外に排出される。これによって、樹脂の内部に気泡が生じることが抑制される。

特開２０１６－１３４５９１号公報

上記の技術では、放熱板の放熱面（即ち、外部に露出する面）に切り欠き部が設けられるので、放熱板による半導体装置の放熱効果が著しく低下し得る。本明細書では、半導体装置の放熱性を著しく低下させることなく、半導体素子近傍に気泡が生じることを抑制するための技術を開示する。

本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、半導体素子と前記半導体素子に接合された導体部材を有する積層体を準備する工程と、積層体を金型内に配置するとともに、金型内に樹脂を注入することによって、積層体を前記樹脂で封止する工程と、を備える。導体部材には、積層体の積層方向に沿って延びる周側面に開口を有する穴又は溝が形成されている。封止する工程では、導体部材の穴又は溝の開口が、積層体を二方向から回り込んで合流する樹脂の合流予定箇所に位置するように、積層体を金型内に配置する。

積層体を配置した金型内へ樹脂を注入していくと、金型内を流動する樹脂は積層体を二方向から回り込んで合流する。その合流箇所において、樹脂の内部に気泡が形成されやすい。この点に関して、上記した製造方法では、導体部材に穴又は溝が形成されており、その穴又は溝の開口が樹脂の合流予定箇所に位置するように、積層体は金型内に配置される。これにより、樹脂の合流箇所において生じた気泡は、導体部材の穴又は溝に流入するか、導体部材の穴又は溝を通過した樹脂によって押し流される。これにより、半導体素子近傍に気泡が生じることを抑制することができる。また、上記の構成によると、前述したような放熱面に及ぶ切り欠き部を必ずしも必要としないので、半導体装置の放熱性を比較的に維持することができる。

半導体装置の断面図を示す。 金型に配置された積層体の上面図を示す。 封止する工程における導体部材の拡大図を示す。 第２実施例の封止する工程における導体部材の拡大図を示す。 第３～５実施例の導体部材の上面図を示す。 第６実施例の半導体装置の断面図を示す。 第７実施例の半導体装置の断面図を示す。

（第１実施例）
図面を参照して、実施例の半導体装置１０の説明をする。図１は、半導体装置１０の断面図である。半導体装置１０は、積層体１２と、モールド樹脂３６と、を備える。積層体１２は、モールド樹脂３６内に封止されている。モールド樹脂３６は、絶縁性を有する材料で構成されている。特に限定されないが、モールド樹脂３６を構成する材料は、例えば、エポキシ樹脂といった熱硬化性の樹脂材料である。積層体１２は、上面側放熱板２０と、導体部材２６ａと、半導体素子３０と、下面側放熱板３４と、が積層された構造を有する。

半導体素子３０は、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）、又はＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などのパワー半導体素子である。また半導体素子３０は、例えばシリコン（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、又は窒化ガリウム（ＧａＮ）といった各種の半導体材料を用いて構成される。また、図示省略しているが、半導体素子３０の上面及び下面には、例えばアルミニウム系又はその他の金属によって構成される上面電極及び下面電極が形成されている。

導体部材２６ａは、例えば銅、又はその他の金属といった導電性を有する材料を用いて構成されている。導体部材２６ａは、概して板形状あるいはブロック形状の部材であり、上面と、上面とは反対側に位置する下面と、積層体１２の積層方向に沿って延びる４つの側面を有する。導体部材２６ａは、モールド樹脂３６内に位置している。導体部材２６ａの上面は、上面側放熱板２０の下面と、はんだ層２２によって接合されている。また、導体部材２６ａの下面は、半導体素子３０の上面と、はんだ層２８によって接合されている。これにより、半導体素子３０は、導体部材２６ａを介して上面側放熱板２０に電気的、及び、熱的に接続されている。また、導体部材２６ａは、４つの角のそれぞれに開口を有する４個の穴２４ａを有する（図２参照）。穴２４ａは、開口から導体部材２６ａの中心付近まで延びており、導体部材２６ａを貫通していない。なお、半導体装置１０の放熱性を維持するために、穴２４ａは半導体素子３０から離れた位置に形成するのが好ましい。

上面側放熱板２０及び下面側放熱板３４は、例えば銅、又は、その他の金属といった導電性を有する材料を用いて構成されている。上面側放熱板２０は、概して板形状の部材である。上面側放熱板２０の下面は、モールド樹脂３６の内部において、導体部材２６ａの上面とはんだ層２２を介して接合されている。これにより、上面側放熱板２０は、導体部材２６ａを介して、半導体素子３０と電気的に接続されている。一方、上面側放熱板２０の上面は、モールド樹脂３６の外部に露出しており、放熱面として機能する。上面側放熱板２０は、導体部材２６ａを介して、半導体素子３０と熱的にも接続されており、半導体素子３０で発生した熱は上面側放熱板２０の上面から半導体装置１０外へと放熱される。

同様に、下面側放熱板３４もまた、概して板形状の部材である。下面側放熱板３４の上面は、モールド樹脂３６の内部において、半導体素子３０の下面とはんだ層３２を介して接合されている。これにより、下面側放熱板３４は、半導体素子３０と電気的に接続されている。一方、下面側放熱板３４の下面は、モールド樹脂３６の外部に露出しており、放熱面として機能する。下面側放熱板３４は、半導体素子３０と熱的にも接続されており、半導体素子３０で発生した熱は下面側放熱板３４の下面から半導体装置１０外へと放熱される。

続いて、図２及び図３を参照して、半導体装置１０の製造方法を説明する。なお、積層体１２を準備する工程は既知の方法により行われるため、その詳細な説明は省略する。そのため、以下では、積層体１２をモールド樹脂３６で封止する工程のみを説明する。

まず、積層体１２をモールド樹脂３６で封止する工程では、既知の方法で準備した積層体１２を金型６０内に配置する。図２は、金型６０に配置された積層体１２を上面視した図である。金型６０は、モールド樹脂３６を形成する樹脂を金型６０内に注入するためのゲート６２を備える。なお、理解の容易化のために、図２では、積層体１２が備える上面側放熱板２０と、はんだ層２２の図示を省略している。また、図２では、導体部材２６ａが有する４個の穴２４ａを破線で示している。一般的に、ゲート６２から金型６０内に樹脂を注入すると、樹脂は積層体１２を二方向から回り込んでゲート６２の反対側で合流する。本実施例では、少なくとも１個の穴２４ａの開口が、樹脂が合流すると予想される合流予定箇所に位置するように、積層体１２を金型６０内に配置する。樹脂の合流予定箇所は、積層体１２及び金型６０の具体的な構成や、樹脂の流動性等に応じて定まるものであり、実験やシミュレーションによって比較的に正確に予想することができる。

図３は、金型６０内に樹脂が注入されている状態における導体部材２６ａの拡大図を示す。理解の容易化のため、図３では、注入された樹脂にハッチングを付している。図３（ａ）に示すように、注入された樹脂は、導体部材２６ａを二方向から回り込んで合流する。一般的に、金型６０内を流れる樹脂では、金型６０又は積層体１２に直接接している部分と、金型６０又は積層体１２に直接接していない部分と、の間での流速差が生じる。即ち、金型６０又は積層体１２に直接接している部分における流速は、金型６０又は積層体１２との間の摩擦により、金型６０又は積層体１２に直接接していない部分の流速よりも遅くなる。このために、図３（ｂ）に示すように、樹脂が合流した後に、樹脂の合流箇所において気泡７０が生じ得る。本実施例では、金型６０内に樹脂が満たされた後に、金型６０内の圧力が一定（例えば数十ＭＰａ）に保圧される。この保圧の過程において、図３（ｃ）に示すように、気泡７０が穴２４ａ内に流入する。

上記のように、本実施例では、少なくとも１個の穴２４ａの開口が、樹脂が合流すると予想される合流予定箇所に位置するように、積層体１２を金型６０内に配置する。従って、変形例では、導体部材２６ａは、４個の穴２４ａを有しなくてもよく、少なくとも１個の穴２４ａを有すればよい。しかしながら、本実施例のように、導体部材２６ａが４個の穴２４ａを有する構成では、積層体１２を準備する工程において、導体部材２６ａを配置する向きに配慮する必要がない。従って、積層体１２を準備する工程における利便性が向上する。

（本実施例の効果）
本実施例では、導体部材２６ａに穴２４ａが形成されており、穴２４ａ開口が樹脂の合流予定箇所に位置するように、積層体１２は金型６０内に配置される。これにより、樹脂の合流箇所において生じた気泡７０は、樹脂の合流予定箇所に位置する穴２４ａに流入する。従って、半導体素子３０近傍に気泡が生じることを抑制することができる。また、本実施例では、穴２４ａは、放熱面として機能しない導体部材２６ａに形成される。従って、半導体装置１０の放熱性を比較的に維持することができる。

（第２実施例）
続いて、図４を参照して、第２実施例を説明する。第２実施例は、積層体１２が導体部材２６ａに代えて導体部材２６ｂを備える点が、第１実施例とは異なる。従って、以下では、第１実施例とは異なる点のみを説明し、その他の説明は省略する。図４は、本実施例の積層体１２が配置された金型６０内に樹脂が注入されている状態における導体部材２６ｂの拡大図を示す。図４に示すように、導体部材２６ｂは、一つの角から当該一つの角に対向する角まで貫通している２個の穴２４ｂを有する。なお、第２実施例においても、積層体１２を樹脂で封止する工程において、少なくとも１個の穴２４ｂの開口が、樹脂の合流予定箇所に位置するように、積層体１２が金型６０内に配置されている。

図４（ａ）では、注入された樹脂が、導体部材２６ｂを二方向から回り込んで合流する。また、導体部材２６ｂには、注入された樹脂が、ゲート６２に最も近い穴２４ｂの開口から流入する。次いで、図４（ｂ）では、樹脂が合流した後に、樹脂の合流箇所において気泡８０が生じ得る。導体部材２６ｂには、合流予定箇所に位置する穴２４ｂの開口以外の開口から注入された樹脂がさらに流入する。そして、図４（ｃ）では、金型６０内に樹脂が満たされた後に、金型６０内の圧力が一定（例えば数十ＭＰａ）に保圧される。この保圧の過程において生じる圧力勾配によって、樹脂が穴２４ｂを通過し、合流予定箇所に位置する穴２４ｂの開口から導体部材２６ｂ外に樹脂が流出する。この結果、流出した樹脂によって、気泡７０が半導体素子３０の近傍から押し流される。

（本実施例の効果）
本実施例では、樹脂の合流箇所において生じた気泡８０は、導体部材２６ｂの穴２４ｂを通過した樹脂によって押し流される。従って、半導体素子３０近傍に気泡が生じることを抑制することができる。また、穴２４ｂが導体部材２６ｂに形成されるので、半導体装置１０の放熱性を比較的に維持することができる。

（第３実施例）
続いて、図５を参照して、第３実施例を説明する。第３実施例では、積層体１２が導体部材２６ａに代えて導体部材２６ｃを備える点が、第１実施例とは異なる。図５（ａ）は、導体部材２６ｃの上面図を示す。導体部材２６ｃは、その一つの角の近傍に開口を有する１個の穴２４ｃを有する。理解の容易化のために、図５（ａ）では、導体部材２６ｃが有する穴２４ｃを破線で示している。本実施例では、積層体１２を樹脂で封止する工程において、穴２４ｃの開口が樹脂の合流予定箇所に位置するように、積層体１２を金型６０内に配置する。これにより、樹脂の合流箇所において生じた気泡７０は、合流予定箇所に位置する穴２４ｃに流入する。従って、本実施例においても、半導体素子３０近傍に気泡が生じることを抑制することができる。また、穴２４ｃが導体部材２６ｃに形成されるので、半導体装置１０の放熱性を比較的に維持することができる。

（第４実施例）
続いて、図５を参照して、第４実施例を説明する。第４実施例では、積層体１２が導体部材２６ａに代えて導体部材２６ｄを備える点が、第１実施例とは異なる。図５（ｂ）は、導体部材２６ｄの上面図を示す。導体部材２６ｄは、その４つの側面のそれぞれに開口を有する４個の穴２４ｄを有する。理解の容易化のために、図５（ｂ）では、導体部材２６ｄが有する穴２４ｄを破線で示している。第１実施例とは異なり、樹脂の合流予定箇所が、導体部材２６ｄの４つの側面のうちのいずれかの近傍である場合には、樹脂の合流箇所で生じた気泡が穴２４ａに十分に流入しない可能性がある。これに対し、本実施例では、導体部材２６ｄがその側面に開口を有する穴２４ｄを有するので、樹脂の合流箇所で生じた気泡が穴２４ｄに十分に流入する。従って、本実施例においても、半導体素子３０近傍に気泡が生じることを抑制することができる。また、穴２４ｄが導体部材２６ｄに形成されるので、半導体装置１０の放熱性を比較的に維持することができる。

（第５実施例）
続いて、図５を参照して、第５実施例を説明する。第５実施例では、積層体１２が導体部材２６ｂに代えて導体部材２６ｅを備える点が、第２実施例とは異なる。図５（ｃ）は、導体部材２６ｅの上面図を示す。導体部材２６ｅは、その１つの側面から当該一つの側面に対向する側面まで貫通している２個の穴２４ｅを有する。理解の容易化のために、図５（ｂ）では、導体部材２６ｅが有する穴２４ｅを破線で示している。第２実施例とは異なり、樹脂の合流予定箇所が、導体部材２６ｅの４つの側面のうちのいずれかの近傍である場合には、樹脂の合流箇所で生じた気泡が穴２４ｂに十分に流入しない可能性がある。これに対し、本実施例では、導体部材２６ｅがその側面に開口を有する穴２４ｅを有するので、樹脂の合流箇所で生じた気泡が穴２４ｅに十分に流入する。従って、本実施例においても、半導体素子３０近傍に気泡が生じることを抑制することができる。また、穴２４ｅが導体部材２６ｅに形成されるので、半導体装置１０の放熱性を比較的に維持することができる。

（第６実施例）
続いて、図６を参照して、第６実施例を説明する。第６実施例では、積層体１２が導体部材２６ａに代えて導体部材２６ｆを備える点が、第１実施例とは異なる。従って、以下では、第１実施例とは異なる点のみを説明し、その他の説明は省略する。図６は、本実施例の半導体装置１０の断面図を示す。導体部材２６ｆは、その上面に形成された溝２４ｆを有する。溝２４ｆは、導体部材２６ｆの側面に開口を有する。溝２４ｆは、導体部材２６ｆの上面に接しているはんだ層２２のはんだが溝２４ｆに流入しないよう、その表面に凹凸が形成されている。当該凹凸は、例えば、めっき剥ぎ、めっき処理、表面粗化等によって形成される。本実施例では、積層体１２を樹脂で封止する工程において、溝２４ｆの開口が樹脂の合流予定箇所に位置するように、積層体１２を金型６０内に配置する。これにより、樹脂の合流箇所において生じた気泡７０は、合流予定箇所に位置する溝２４ｆに流入する。従って、本実施例においても、半導体素子３０近傍に気泡が生じることを抑制することができる。また、溝２４ｆが導体部材２６ｆに形成されるので、半導体装置１０の放熱性を比較的に維持することができる。

（第７実施例）
続いて、図７を参照して、第７実施例を説明する。第７実施例では、積層体１２が上面側放熱板２０、導体部材２６ａに代えて上面側放熱板２１を備える点が、第１実施例とは異なる。従って、以下では、第１実施例とは異なる点のみを説明し、その他の説明は省略する。図７は、本実施例の半導体装置１０の断面図を示す。上面側放熱板２１は、その下面に凸部２１ａを有する。

凸部２１ａは、例えば銅、又はその他の金属といった導電性を有する材料を用いて、上面側放熱板２１と一体的に構成されている。凸部２１ａは、上面と、上面とは反対側に位置する下面と、積層体１２の積層方向に沿って延びる４つの側面を有する。凸部２１ａは、モールド樹脂３６内に位置している。凸部２１ａの上面は、上面側放熱板２１の下面に接合されている。また、凸部２１ａの下面は、半導体素子３０の上面と、はんだ層２８によって接合されている。これにより、半導体素子３０は、凸部２１ａを介して上面側放熱板２１に電気的、熱的に接続されている。また、凸部２１ａは、四つ角のそれぞれに開口を有する４個の穴２４ｇを有する。穴２４ｇは、開口から凸部２１ａの中心付近まで延びており、凸部２１ａを貫通していない。

本実施例では、積層体１２を樹脂で封止する工程において、少なくとも１個の穴２４ｇの開口が樹脂の合流予定箇所に位置するように、積層体１２を金型６０内に配置する。これにより、樹脂の合流箇所において生じた気泡７０は、合流予定箇所に位置する穴２４ｇに流入する。従って、本実施例においても、半導体素子３０近傍に気泡が生じることを抑制することができる。また、穴２４ｇが、上面側放熱板２１の放熱面とは異なる凸部２１ａに形成されるので、半導体装置１０の放熱性を比較的に維持することができる。

以上、いくつかの具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、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様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものである。

１０：半導体装置
１２：積層体
２０，２１：上面側放熱板
２１ａ：凸部
２２，２８，３２：はんだ層
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅ，２４ｇ：穴
２４ｆ：溝
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅ，２６ｆ，２６ｇ：導体部材
３０：半導体素子
３４：下面側放熱板
３６：モールド樹脂
６０：金型
６２：ゲート
７０，８０：気泡

Claims (1)

1. 半導体装置の製造方法であって、
   半導体素子と前記半導体素子に接合された導体部材を有する積層体を準備する工程と、
   前記積層体を金型内に配置するとともに、前記金型内に樹脂を注入することによって、前記積層体を前記樹脂で封止する工程と、を備え、
   前記導体部材には、前記積層体の積層方向に沿って延びる周側面に開口を有するとともに前記開口から前記導体部材の中心部分に向けて延びる穴が、封止後の前記樹脂から露出しない位置に形成されており、
   前記封止する工程では、前記導体部材の前記穴の前記開口が、前記積層体を二方向から回り込んで合流する前記樹脂の合流予定箇所に位置するように、前記積層体を前記金型内に配置する、製造方法。

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