JP2018082113A - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】事前に金型内に絶縁シートを配置する必要がないため、放熱性および絶縁性を向上させることができる半導体装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】半導体装置３００は、半導体素子１と、リードフレーム２と、モールド樹脂７と、ヒートシンク９と、絶縁シート１０とを備えている。リードフレーム２は、半導体素子１が実装された実装面２ａと、放熱面２ｂとを有する。モールド樹脂７は、半導体素子１を封止し、かつ放熱面２ｂを露出するようにリードフレーム２を封止する。ヒートシンク９は、モールド樹脂７から露出したリードフレーム２の放熱面２ｂに対向する。絶縁シート１０は、リードフレーム２の放熱面２ｂとヒートシンク９との間に配置されている。絶縁シート１０の外周端の少なくとも一部はモールド樹脂７との間に隙間をあけて配置されている。【選択図】図５

Description

本発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関し、特に、樹脂モールド型の半導体装置および半導体装置の製造方法に関するものである。

パワー用の半導体装置では、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Ｏxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）、ＩＣ（Integrated Circuit）チップ、ＬＳＩ（Large Scale Integration）チップなどの半導体素子が外部端子用リードフレームの上にダイボンドされる。その後に、ワイヤボンドされたワイヤ配線、もしくは、はんだ付けされた銅板または銅合金板の材料で作成されたインナーリードにより、半導体素子は外部端子と電気的に接続される。これにより、半導体素子はインナーリードを通じて外部との間で信号の入出力を行うことが可能となる。また、モールド樹脂封止工程により半導体素子およびリードフレームの表面を覆うように樹脂封止が行われる。これにより、モールドパッケージが成形される。パワー用の半導体装置では高い放熱性が要求されるため、モールドパッケージの放熱面側にヒートシンクが取り付けられる。

モールドパッケージとヒートシンクとを絶縁する方法としては、セラミック材をモールドパッケージとヒートシンクとの間に配置することにより絶縁性を確保する方法が一般的である。しかし近年では、セラミック材の代わりに、安価な樹脂材を用いる方法も考案されている。そのような方法として、モールド樹脂封止工程において、リードフレームの実装面側を低応力樹脂等で封止し、リードフレームの放熱面側のみに実装面側の低応力樹脂よりも熱伝導率の高い樹脂材を配置する方法がある。

たとえば、特開２０１５−２６８６６号公報（特許文献１）では、樹脂材として絶縁シートが用いられている。特許文献１では、金型内において絶縁シートにリードフレームが載せられた状態で金型内にモールド樹脂が注入される。また、特開２０１４−３６０４６号公報（特許文献２）では、樹脂材として顆粒状の樹脂をバルク状に成形した樹脂層が用いられている。特許文献２では、金型内において樹脂層にリードフレームが載せられた状態で金型内にモールド樹脂が充填される。

特開２０１５−２６８６６号公報 特開２０１４−３６０４６号公報

上記の特許文献１では、熱硬化性樹脂の絶縁シートが半硬化状態で金型内に配置された場合、事前に金型内に絶縁シートが配置されるため、金型内の熱を受けて絶縁シートの硬化反応が進む。したがって、絶縁シートへのリードフレームの配置が遅くなると、絶縁シートがリードフレームと密着するよりも早く硬化するおそれがある。このため、絶縁シートがリードフレームと密着せずにリードフレームから剥離するおそれがある。これにより、放熱性および絶縁性が低下するという問題がある。

また、上記の特許文献２では、熱硬化性の樹脂層が半硬化状態で金型内に配置された場合、事前に金型内に樹脂層が配置されるため、金型内の熱を受けて樹脂層の硬化反応が進む。したがって、樹脂層へのリードフレームの配置が遅くなると、樹脂層がリードフレームと密着するよりも早く硬化するおそれがある。このため、樹脂層がリードフレームと密着せずにリードフレームから剥離するおそれがある。これにより、放熱性および絶縁性が低下するという問題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、事前に金型内に絶縁シートを配置する必要がないため、放熱性および絶縁性を向上させることができる半導体装置およびその製造方法を提供することである。

本発明の半導体装置は、半導体素子と、リードフレームと、モールド樹脂と、ヒートシンクと、絶縁シートとを備えている。リードフレームは、半導体素子が実装された実装面と、実装面と反対側に位置する放熱面とを有する。モールド樹脂は、半導体素子を封止し、かつ放熱面を露出するようにリードフレームを封止する。ヒートシンクは、モールド樹脂から露出したリードフレームの放熱面に対向する。絶縁シートは、リードフレームの放熱面とヒートシンクとの間に配置されている。絶縁シートの外周端の少なくとも一部はモールド樹脂との間に隙間をあけて配置されている。

本発明の半導体装置によれば、絶縁シートの外周端の少なくとも一部はモールド樹脂との間に隙間をあけて配置されている。したがって、絶縁シートはモールド樹脂によって封止されていないため、事前に金型内に絶縁シートを配置する必要がない。このため、金型内において絶縁シートがリードフレームと密着するよりも早く硬化することにより絶縁シートがリードフレームと密着せずにリードフレームから剥離することを抑制できる。これにより、放熱性および絶縁性を向上させることができる。

本発明の実施の形態１に係るモールドパッケージの構成を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係るモールドパッケージを放熱面側から見た構成を概略的に示す平面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。 本発明の実施の形態１に係る絶縁ヒートシンクの構成を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体装置の構成を概略的に示す図１および図４と同じ断面位置における断面図である。 図５のＶＩ部分を示す拡大図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す図５と同じ断面位置における断面図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の別の方法の一工程を示す図５と同じ断面位置における断面図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体装置の変形例の構成を概略的に示す図５と同じ断面位置における断面図である。 本発明の実施の形態２に係るモールドパッケージの構成を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係るモールドパッケージを放熱面側から見た構成を概略的に示す平面図である。 図１０のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う断面図である。 本発明の実施の形態２に係る絶縁ヒートシンクの構成を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体装置の構成を概略的に示す図１２および図１３と同じ断面位置における断面図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体装置の構成を概略的に示す図１０と同じ断面位置における断面図である。 本発明の実施の形態３に係る絶縁ヒートシンクの構成を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態３に係る半導体装置の構成を概略的に示す図１６と同じ断面位置における断面図である。 本発明の実施の形態３に係る半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態３に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す図１６と同じ断面位置における断面図である。 本発明の実施の形態３に係る半導体装置の製造方法の図１９に示す工程の次工程を示す図１９と同じ断面位置における断面図である。 本発明の実施の形態３に係る半導体装置の製造方法の別の方法の一工程を示す図１６と同じ断面位置における断面図である。 本発明の実施の形態３に係る半導体装置の製造方法の別の方向の図２１に示す工程の次工程を示す図２１と同じ断面位置における断面図である。 本発明の実施の形態４に係る半導体装置の製造方法の一工程を示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１〜図６を参照して、本発明の実施の形態１に係る半導体装置３００について、図面に基づいて説明する。なお、各図において、図中、同一または相当部分には同一符号が付されている。本発明の実施の形態１に係る半導体装置３００は、モールドパッケージ１００と、絶縁ヒートシンク２００とを備えている。まず、本実施の形態１に係るモールドパッケージ１００について説明する。図１は、本実施の形態１に係る樹脂モールド型のモールドパッケージ１００の構成を示す断面図である。図２は、トランスファー成形工程後のモールドパッケージ１００を放熱面側から見た平面図である。

図１に示されるように、本実施の形態１に係るモールドパッケージ１００は、半導体素子１と、リードフレーム２と、接合部材３と、外部端子４と、ワイヤ５と、インナーリード６と、モールド樹脂７とを主に含んでいる。図１において、リードフレーム２の上側の面（以下、実装面２ａと称す）には、例えばＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＣチップ、ＬＳＩチップ等の半導体素子１が、例えばはんだ、銀等の接合部材３を介して実装されている。リードフレーム２は、半導体素子１が実装された実装面２ａと、実装面２ａと反対側に位置する放熱面２ｂとを有する。リードフレーム２は、例えば銅板または銅合金板であり、その表面を、例えば金、銀、ニッケル、スズ等の金属めっき（図示省略）で被膜されている。

半導体素子１は、ワイヤボンディングで接続されたワイヤ５、もしくは、例えば銅板や銅合金板の材料で作製されたインナーリード６を介して外部端子４と電気的に接続されている。これにより、半導体素子１は外部との間で信号の入出力を行うことが可能となる。ワイヤ５とインナーリード６とは互いに置き換えが可能である。ワイヤ５は、例えば金、銀、アルミ、銅等からなる。ワイヤ５の線径は例えば２０μｍ以上５００μｍ以下である。

リードフレーム２は、その実装面２ａをモールド樹脂７により封止されている。モールド樹脂７は、半導体素子１を封止し、かつ放熱面２ｂを露出するようにリードフレーム２を封止する。また、本実施の形態１では、リードフレーム２の離間された二つの領域の間（以下、ダイパッド間８と称す）には、モールド樹脂７が配置されている。モールド樹脂７は例えば熱硬化性のエポキシ樹脂等である。モールド樹脂７として、一般的な集積回路のモールド樹脂である低応力樹脂が用いられる。この低応力樹脂は、熱硬化性樹脂の中の半導体素子の発熱などによる温度変化によってパッケージ内部にかかる応力が小さくなるように熱膨張係数を調整した樹脂である。この低応力樹脂は、熱膨張係数を調整する前の熱硬化樹脂よりも添加物の混合によって低応力となっている。

なお、本実施の形態１において、モールド樹脂７を成形した後に発生するゲートブレイク跡７ｂの位置は、図２に示す位置に限定されるものではない。また、ゲートブレイク跡７ｂの数は１つに限らず複数存在しても良い。

さらに、図１および図２に示されるように、モールド樹脂７は、リードフレーム２の放熱面２ｂよりも実装面２ａと反対側に突出し、かつ放熱部材１１の周囲を取り囲む枠状突起部（スカート部）７ａを含んでいる。リードフレーム２の放熱面２ｂの外周端部に、モールド樹脂７により成形された枠状突起部７ａが設けられている。枠状突起部７ａは、放熱面２ｂに対して垂直方向の厚さが例えば０．３ｍｍ以上２ｍｍ以下の枠状突起である。このような枠状突起部７ａが設けられることにより、電圧がかかるリードフレーム２の外周端部の強度を確保することができる。

図３は本実施の形態における樹脂モールド型のモールドパッケージ１００の図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。なお、本実施の形態１では、枠状突起部７ａの各辺と直交する方向に切断した断面形状は、長方形である。この枠状突起部７ａの断面形状は、正方形、台形または半円形であってもよい。

また、本実施の形態１では、図２に示すように、モールドパッケージ１００は長方形の形状に構成されている。この長方形のモールドパッケージ１００において、モールド樹脂７により成形された枠状突起部７ａは、長方形の長辺側と短辺側の４辺全てに位置している。なお、枠状突起部７ａは４辺全てに位置していなくてもよい。また、枠状突起部７ａの４辺の接続の有無も図２に示される状態に限らない。

続いて、絶縁ヒートシンク２００について説明する。図４は本実施の形態における絶縁ヒートシンク２００の断面図である。絶縁ヒートシンク２００は、ヒートシンク９と、絶縁シート１０とを含んでいる。ヒートシンク９は、モールド樹脂７から露出したリードフレーム２の放熱面２ｂに対向する。ヒートシンク９は、対向面９ａと、凸部９ｂと、側方張出部９ｃとを含んでいる。対向面９ａはヒートシンク９のリードフレーム２に対向する凸部９ｂは枠状突起部７ａの内周側に挿入されている。側方張出部９ｃは凸部９ｂから外方に張り出している。側方張出部９ｃは枠状突起部７ａと枠状突起部７ａが突出する方向に対向する。つまり、ヒートシンク９と枠状突起部７ａとの干渉を防止するため、ヒートシンク９の枠状突起部７ａと対向する面は凹形状となっている。

絶縁シート１０は、リードフレーム２の放熱面２ｂとヒートシンク９との間に配置されている。具体的には、ヒートシンク９のモールドパッケージ側に絶縁シート１０が配置されている。つまり、絶縁シート１０は、ヒートシンク９のリードフレーム２に対向する対向面９ａに配置されている。絶縁シート１０の外周端の少なくとも一部はモールド樹脂７との間に隙間をあけて配置されている。絶縁シート１０の外周端の全てがモールド樹脂７との間に隙間をあけて配置されていてもよい。また、絶縁シート１０の外周端の一部がモールド樹脂７との間に隙間をあけて配置されていてもよい。絶縁シート１０の外周端の少なくとも一部はモールド樹脂７から離れている。絶縁シート１０は、モールド樹脂７の成形でモールドパッケージ１００に組み込まれておらず、モールド樹脂７の外部に配置されている。この点が本実施の形態の特徴のひとつである。つまり、絶縁シート１０はモールド樹脂７に密着していない。

絶縁シート１０は樹脂のみからなっている。絶縁シート１０には、モールド樹脂７よりも熱伝導率が高い高放熱樹脂が用いられている。絶縁シート１０の熱伝導率は、例えば３Ｗ／ｍ・Ｋ以上１２Ｗ／ｍ・Ｋ以下である。絶縁シート１０は例えば熱硬化性のエポキシ樹脂等である。絶縁シート１０は、半硬化状態でシート状に成形されたものである。

ヒートシンク９に絶縁シート１０が設置された状態で熱が加えられることで絶縁シート１０が硬化することにより、絶縁シート１０とヒートシンク９とが接合することができる。硬化後の絶縁シート１０は厚さが例えば０．０２ｍｍ以上０．３ｍｍ以下の薄肉成形部となる。加熱時にプレス工程も加えることで絶縁シートの成形性および密着性を向上させることもできる。また、絶縁シート１０の線膨張係数をヒートシンク９の線膨張係数に近づけることで、絶縁シート１０とヒートシンク９との接合面に発生する熱応力を低下させることができる。これにより絶縁シート１０のヒートシンク９からの剥離を抑制することができる。このため放熱性および絶縁性が高い絶縁シート１０とヒートシンク９との接合を実現することができる。

図５は本実施の形態１に係る樹脂モールド型の半導体装置３００の構成を示す断面図である。モールドパッケージ１００と絶縁ヒートシンク２００とがグリース等の放熱部材１１を介して接続されている。このようにモールドパッケージ１００と絶縁ヒートシンク２００とが熱的に接続されることで絶縁シート１０を用いた放熱性が高い半導体装置３００が得られる。

放熱部材１１はリードフレーム２の放熱面２ｂと絶縁シート１０との間に配置されている。具体的には、放熱部材１１は、モールドパッケージ１００のリードフレーム２の放熱面２ｂおよび絶縁ヒートシンク２００の絶縁シート１０のモールドパッケージ側の面の少なくともいずれか印刷または塗布されている。モールドパッケージ１００のリードフレーム２の放熱面２ｂと絶縁ヒートシンク２００の絶縁シート１０のモールドパッケージ側の面とが互いに対向するように配置された状態で、モールドパッケージ１００および絶縁ヒートシンク２００の少なくともいずれかが加圧されることによりモールドパッケージ１００および絶縁ヒートシンク２００が互いに密着している。放熱部材１１は例えばグリースである。放熱部材１１はモールドパッケージ１００と絶縁ヒートシンク２００とを接着する接着剤としての機能を有している。

また、モールドパッケージ１００と絶縁ヒートシンク２００とを直接接合することなく、変形可能な放熱部材１１を間に設置することで、モールドパッケージ１００と絶縁ヒートシンク２００のそれぞれで発生した応力が伝搬することなく半導体装置３００の応力を緩和することができる。これにより、加圧時の変形を防ぐことができる。

図６は図５の符号ＩＶで示される部分の拡大図である。仮に放熱部材１１がない場合、リードフレーム２とヒートシンク９との間の沿面距離は、絶縁シート１０の厚みＬ２となる。図６に示されるように放熱部材１１がある場合、リードフレーム２とヒートシンク９との間の沿面距離は、放熱部材１１の厚みＬ１と、絶縁シート１０の厚みＬ２と、モールドパッケージ１００と絶縁ヒートシンク２００の隙間Ｌ３の合計となる。したがって、本実施の形態の構成では、放熱部材１１がない場合よりも、リードフレーム２とヒートシンク９との間の沿面距離を長くする効果もある。

また、放熱部材１１は変形可能である。本実施の形態の構成では、枠状突起部７ａによってモールドパッケージ１００と絶縁ヒートシンク２００の間から放熱部材１１が流出することを防ぐ効果もある。

次に、図３、図４、図７を参照して、本実施の形態１の半導体装置３００の製造方法について説明する。

図３に示されるように、半導体素子１と、半導体素子１が実装面２ａに実装されたリードフレーム２とが、実装面２ａと反対側に位置する放熱面２ｂを露出するようにモールド樹脂７で封止される。この段階でモールド樹脂７は硬化する。

図４に示されるように、ヒートシンク９に載置された絶縁シート１０を加熱することによりヒートシンク９に絶縁シート１０が接合される。

図７に示されるように、リードフレーム２の放熱面２ｂとヒートシンク９に接合された絶縁シート１０との間に放熱部材１１を配置して、モールド樹脂７およびヒートシンク９の少なくともいずれかを加圧することにより、絶縁シート１０および放熱部材１１を介してリードフレーム２の放熱面２ｂとヒートシンク９とが接合される。

また、図８を参照して、リードフレーム２の放熱面２ｂとヒートシンク９とを接合する工程において、モールド樹脂７とヒートシンク９とを固定する固定部材２１，２２を介してモールド樹脂７およびヒートシンク９が加圧されてもよい。つまり、モールドパッケージ１００および絶縁ヒートシンク２００が固定された固定部材２１，２２が加圧もしくはネジ等で固定されてもよい。これによっても本実施の形態１の半導体装置３００を得ることができる。

次に、本実施の形態１の作用効果について説明する。
本実施の形態１の半導体装置３００によれば、絶縁シート１０の外周端の少なくとも一部はモールド樹脂７との間に隙間をあけて配置されている。したがって、絶縁シート１０はモールド樹脂７によって封止されていないため、事前に金型内に絶縁シート１０を配置する必要がない。事前に金型内に熱硬化性の絶縁シート１０が半硬化状態で配置された場合には、金型内の熱を受けて絶縁シート１０の硬化反応が進むため、絶縁シート１０にリードフレーム２が置かれるのが遅くなると、リードフレーム２の放熱面２ｂの微細な凹凸に絶縁シート１０が嵌まり込めなくなる。そのため、絶縁シート１０がリードフレーム２と密着せずにリードフレーム２から剥離するおそれがある。本実施の形態１の半導体装置３００では、事前に金型内に絶縁シート１０を配置する必要がないため、金型内において絶縁シート１０がリードフレーム２と密着するよりも早く硬化することにより絶縁シート１０がリードフレーム２と密着せずにリードフレーム２から剥離することを抑制できる。これにより、放熱性および絶縁性を向上させることができる。

本実施の形態の１の半導体装置３００によれば、リードフレーム２の放熱面２ｂと絶縁シート１０との間にグリース等の放熱部材１１が配置されることで、放熱部材１１による高い放熱性を得ることができる。

本実施の形態１の半導体装置３００によれば、絶縁シート１０は樹脂のみからなっている。絶縁シート１０が銅箔等を含んでいないため、絶縁シート１０が銅箔等を介さずにヒートシンク９に直接接合される。したがって、絶縁シート１０の界面の数を減らすことにより絶縁シート１０の剥離のおそれを抑制することができる。よって、初期の熱抵抗の向上または長期劣化により界面が剥離することにより放熱性が悪化することを抑制することができる。また、絶縁シート１０が樹脂および銅箔等から構成されている場合よりもコストを低減することができる。

本実施の形態１の半導体装置３００によれば、ヒートシンク９の凸部９ｂは放熱部材１１の周囲を取り囲む枠状突起部７ａの内周側に挿入されており、側方張出部９ｃは枠状突起部７ａと枠状突起部７ａが突出する方向に対向する。このため、放熱部材１１がヒートシンク９の外側に流出することを抑制することができる。これにより、放熱性および絶縁性の長期信頼性を向上させることができる。

本実施の形態１の半導体装置３００の製造方法によれば、リードフレーム２の放熱面２ｂとヒートシンク９に接合された絶縁シート１０との間に放熱部材１１を配置して、モールド樹脂７およびヒートシンク９の少なくともいずれかを加圧することにより、絶縁シート１０および放熱部材１１を介してリードフレーム２の放熱面２ｂとヒートシンク９とが接合される。したがって、絶縁シート１０はモールド樹脂７によって封止されていないため、事前に金型内に絶縁シート１０を配置する必要がない。このため、金型内において絶縁シート１０がリードフレーム２と密着するよりも早く硬化することにより絶縁シート１０がリードフレーム２と密着せずにリードフレーム２から剥離することを抑制できる。これにより、放熱性および絶縁性を向上させることができる。

また、事前に金型内に絶縁シート１０を配置する必要がないため、絶縁シート１０およびモールド樹脂７の硬化反応を制御することが容易となる。したがって、成形管理が簡便となる。

本実施の形態１の半導体装置３００の製造方法によれば、リードフレーム２の放熱面２ｂとヒートシンク９とを接合する工程において、モールド樹脂７とヒートシンク９とを固定する固定部材２１，２２を介してモールド樹脂７およびヒートシンク９が加圧されてもよい。これにより、モールド樹脂７に対するヒートシンク９の位置決めを容易にすることができる。

次に、本実施の形態１の各種変形例について説明する。本実施の形態１の各種変形例は、特に説明しない限り、上記の本実施の形態１と同様の構成を備えている。

図９は本実施の形態１の変形例に係る樹脂モールド型の半導体装置３００の構成を示す断面図である。この本実施の形態１の変形例においては、絶縁シート１０は、ヒートシンク９のリードフレーム２に対向する対向面９ａと、ヒートシンク９の対向面９ａに接続された側面９ｄとに配置されている。

この本実施の形態１の変形例によれば、ヒートシンク９のモールドパッケージ側に配置された対向面９ａと、側面９ｄとに絶縁シート１０を配置することで、絶縁性を向上させることができる。また、ヒートシンク９からの絶縁シート１０の剥離を抑制することができる。これにより、絶縁性および放熱性の長期信頼性を向上させることができる。

また、本実施の形態１では、リードフレーム２の表面は、金、銀、ニッケル、スズ等の金属めっきで被膜されている。しかしながら、リードフレーム２の表面は被膜されていなくてもよい。また、本実施の形態１では、厚さが均一のリードフレーム２が用いられたが、部分的に厚さが異なるリードフレーム２が用いられても良い。

また、本実施の形態１では、リードフレーム２の実装面２ａと反対側の面が放熱面２ｂとされている。しかしながら、実装面２ａも放熱面２ｂと同様の放熱性を有するようにしても良い。例えばモールド樹脂７に、絶縁シート１０と熱伝導率が同等のものが用いられても良い。具体的には、熱伝導率が３Ｗ／ｍ・Ｋ以上１２Ｗ／ｍ・Ｋ以下の高放熱樹脂が用いられても良い。発熱部品である半導体素子１の周りを高放熱樹脂で封止することにより、半導体素子１の全周囲から放熱されるため、放熱性が向上する。

実施の形態２．
以下、特に説明しない限り、実施の形態２では、実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

図１０は、本実施の形態２に係る樹脂モールド型のモールドパッケージ１００の構成を示す断面図である。図１１は、トランスファー成形工程後のモールドパッケージ１００を放熱面側から見た平面図である。

図１０および図１１に示されるように、リードフレーム２の放熱面２ｂには、実施の形態１の枠状突起部７ａは設けられていない。本実施の形態２においては、モールドパッケージ１００の放熱面側は平坦な構造である。放熱面側の突起構造がないため、放熱面積が増加する。また、突起構造（凸形状）がないことから、金型構造が簡素化されるため、金型の製造コストが下がる効果もある。リードフレーム２とモールド樹脂７との密着性を向上させるため、リードフレーム２の実装面２ａにレーザー処理等の表面粗化処置が行われてもよい。

モールド樹脂７は、リードフレーム２の放熱面２ｂよりも実装面側に配置されている。モールド樹脂７は、リードフレーム２の放熱面２ｂに対して平坦でなくとも、リードフレーム２の放熱面２ｂからヒートシンク９側にはみ出さなければよい。

図１２は本実施の形態２における樹脂モールド型のモールドパッケージの図１０におけるＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う断面図である。図１３は本実施の形態２における絶縁ヒートシンク２００の断面図である。ヒートシンク９のモールドパッケージ側には絶縁シート１０が配置されている。ここでは、モールドパッケージ１００が平坦であるため対向するヒートシンク９の対向面９ａも平坦となっている。

図１４は本実施の形態２における樹脂モールド型の半導体装置３００の構成を示す断面図である。モールドパッケージ１００と絶縁ヒートシンク２００とをグリース等の放熱部材１１を介して熱的に接続することで絶縁シート１０を用いた放熱性が高い半導体装置３００が得られる。またモールドパッケージ１００の放熱面側が平坦なため、絶縁ヒートシンク２００のモールドパッケージ側の面積をモールドパッケージ１００よりも大きくすることができる。このため、放熱性の優れた半導体装置３００を得ることができる。

図１５は本実施の形態に係る樹脂モールド型の半導体装置の構成を示す断面図である。外部端子４よりも外側までの範囲のヒートシンク９を絶縁シート１０で覆うことで、外部端子４とヒートシンク９との距離を広げることなくモールドパッケージ１００とヒートシンク９を絶縁することができる。外部端子４よりもヒートシンク９の方が内側に位置する場合はヒートシンク９のモールドパッケージ側と側面を絶縁シート１０で覆うことでモールドパッケージ１００とヒートシンク９を絶縁することができる。図１３では放熱部材１１は外部端子４よりも広い範囲に位置しているがリードフレーム２の放熱面を覆っていれば外部端子４よりも狭い範囲でもよい。

本実施の形態１の半導体装置３００によれば、モールド樹脂７は、リードフレーム２の放熱面２ｂよりも実装面側に配置されているため、ヒートシンク９のモールドパッケージ側の面積を大きくすることができる。これにより、ヒートシンク９の放熱面積を大きくすることができる。

実施の形態３．
以下、特に説明しない限り、実施の形態３では、実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

図１６は本実施の形態における絶縁ヒートシンク２００の断面図である。ヒートシンク９は、突出部９ｅを含んでいる。突出部９ｅは、リードフレーム２の放熱面２ｂとヒートシンク９とが対向する方向においてリードフレーム２側に突出している。突出部９ｅは、モールド樹脂７および放熱部材１１の周囲を取り囲んでいる。ヒートシンク９のモールドパッケージ側の面の中央には凹形状が設けられている。ヒートシンク９のモールドパッケージ側には絶縁シート１０が配置されている。なお、図１６では絶縁シート１０がヒートシンク９のモールドパッケージ側の全面に配置されている。しかしながら、絶縁シート１０は、ヒートシンク９の凹形状の底面のみに配置されていてもよく、また凹形状の底面および側面の立ち上がり部のみに配置されていてもよい。

図１７は本実施の形態３に係る樹脂モールド型の半導体装置３００の構成を示す断面図である。モールドパッケージ１００と絶縁ヒートシンク２００とをグリース等の放熱部材１１を介して熱的に接続することで絶縁シート１０を用いた放熱性が高い半導体装置３００が得られる。ヒートシンク９がモールドパッケージ１００の側面にも存在するため、モールドパッケージ１００と絶縁ヒートシンク２００の間に存在する変形可能なグリース等の放熱部材１１がヒートシンク９の凹形状内に留まることができる。これにより、放熱部材１１の流出を防ぐ効果がある。

図１８は本実施の形態に係る樹脂モールド型の半導体装置３００の構成を示す断面図である。外部端子４よりも外側までの範囲のヒートシンク９の凹形状の底面を絶縁シート１０で覆うことで、外部端子４とヒートシンク９の距離を広げることなくモールドパッケージ１００とヒートシンク９とを絶縁することができる。またヒートシンク９の凹形状のモールドパッケージ側の側面を絶縁シートで覆うことで外部端子４とヒートシンク９との距離を広げることなくモールドパッケージ１００とヒートシンク９とを絶縁することができる。

図１９および図２０は図１４等に示される本実施の形態３の絶縁ヒートシンク２００の成形方法の一例を示す断面図である。図１９に示されるように金型１２ａにヒートシンク９が配置され、ヒートシンク９の凹形状の底面に絶縁シート１０が投入される。図２０に示されるように金型１２ｂの凸部で絶縁シート１０が押し流されることでヒートシンク９に絶縁シート１０を接合することができる。絶縁シート１０は金型１２ｂで押し流されるため、最終出来栄え厚みよりも厚い絶縁シート１０が用いられる必要がある。

図２１および図２２は本実施の形態３の絶縁ヒートシンク２００の成形方法の別の一例を示す断面図である。図２１に示されるように金型１２ａにヒートシンク９が配置され、ヒートシンク９の凸部上面に絶縁シート１０が投入される。図２２に示されるように金型１２ｂの凸部で絶縁シート１０が押し流されることでヒートシンク９に絶縁シート１０を接合することができる。図２１に示される例の場合、図１９に示される例よりも金型１２ａ内に投入される絶縁シート１０の面積が広くなることから、絶縁シート１０の流動範囲を狭くすることができる。これにより、絶縁シート１０の流動性が比較的低くても成形することができる。

本実施の形態３の半導体装置３００によれば、突出部９ｅは、リードフレーム２の放熱面２ｂとヒートシンク９とが対向する方向においてリードフレーム２側に突出し、モールド樹脂７および放熱部材１１の周囲を取り囲んでいる。このため、放熱部材１１がヒートシンク９の外側に流出することを抑制することができる。これにより、放熱性および絶縁性の長期信頼性を向上させることができる。

実施の形態４．
以下、特に説明しない限り、実施の形態４では、実施の形態１〜３と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

本実施の形態４の半導体装置３００の製造方法においては、ヒートシンク９と絶縁シート１０との接合面が粗化されている。図２３は、ヒートシンク９の絶縁シート１０を接合する面にレーサ処理を施す工程を示す斜視図である。図２３に示されるように、ヒートシンク９に絶縁シート１０を接合する前に、ヒートシンク９の絶縁シート１０を接合する面に凹部９ｆを形成するようにレーザー処理が施される。レーザー照射装置３０から照射されるレーザー光３１によって凹部９ｆが形成される。凹部９ｆは溝であってもよい。具体的には、絶縁シート１０がヒートシンク９に配置される前に、例えば表面粗さがＲａ０．０６〜０．２以上となるようにレーザー加工が施されてもよい。

また、レーザー加工に限らず、表面粗さを増す工法であれば同様の効果が得られる。また、ヒートシンク加工時の表面粗さ、もしくは、鋳造時の金型表面粗さがＲｚ２０以上となるように表面粗さを増す加工を施しておくことで、同様の効果が得られる。

本実施の形態４の半導体装置３００の製造方法によれば、ヒートシンク９の絶縁シート１０を接合する面に凹部９ｆを形成するようにレーザー処理が施されることで、ヒートシンク９と絶縁シート１０との密着性を向上させることができる。これにより、放熱性が優れ、信頼性が向上した半導体装置３００が得られる。

なお、上記の本発明の実施の形態１〜３は適宜組み合わせることができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 半導体素子、２ リードフレーム、２ａ 実装面、２ｂ 放熱面、３ 接合部材、４ 外部端子、５ ワイヤ、６ インナーリード、７ モールド樹脂、７ａ 枠状突起部、９ ヒートシンク、９ａ 対向面、９ｂ 凸部、９ｃ 側方張出部、９ｄ 側面、９ｅ 突出部、９ｆ 凹部、１０ 絶縁シート、１１ 放熱部材、１２ａ，１２ｂ 金型、２１，２２ 固定部材、３０ レーザー照射装置、３１ レーザー光、１００ モールドパッケージ、２００ 絶縁ヒートシンク、３００ 半導体装置。

Claims (10)

1. 半導体素子と、
   前記半導体素子が実装された実装面と、前記実装面と反対側に位置する放熱面とを有するリードフレームと、
   前記半導体素子を封止し、かつ前記放熱面を露出するように前記リードフレームを封止するモールド樹脂と、
   前記モールド樹脂から露出した前記リードフレームの前記放熱面に対向するヒートシンクと、
   前記リードフレームの前記放熱面と前記ヒートシンクとの間に配置された絶縁シートとを備え、
   前記絶縁シートの外周端の少なくとも一部は前記モールド樹脂との間に隙間をあけて配置されている、半導体装置。
2. 前記リードフレームの前記放熱面と前記絶縁シートとの間に配置された放熱部材をさらに備えた、請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記絶縁シートは樹脂のみからなる、請求項１または２に記載の半導体装置。
4. 前記モールド樹脂は、前記リードフレームの前記放熱面よりも前記実装面と反対側に突出し、かつ前記放熱部材の周囲を取り囲む枠状突起部を含み、
   前記ヒートシンクは、前記枠状突起部の内周側に挿入された凸部と、前記凸部から外方に張り出しかつ前記枠状突起部と前記枠状突起部が突出する方向に対向する側方張出部を含む、請求項２に記載の半導体装置。
5. 前記モールド樹脂は、前記リードフレームの前記放熱面よりも前記実装面側に配置されている、請求項２に記載の半導体装置。
6. 前記ヒートシンクは、前記リードフレームの前記放熱面と前記ヒートシンクとが対向する方向において前記リードフレーム側に突出し、かつ前記モールド樹脂および前記放熱部材の周囲を取り囲む突出部を含む、請求項５に記載の半導体装置。
7. 前記絶縁シートは、前記ヒートシンクの前記リードフレームに対向する対向面と、前記ヒートシンクの前記対向面に接続された側面とに配置されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体装置。
8. 半導体素子と、前記半導体素子が実装面に実装されたリードフレームとを、前記実装面と反対側に位置する放熱面を露出するようにモールド樹脂で封止する工程と、
   ヒートシンクに載置された絶縁シートを加熱することにより前記ヒートシンクに前記絶縁シートを接合する工程と、
   前記リードフレームの前記放熱面と前記ヒートシンクに接合された前記絶縁シートとの間に放熱部材を配置して、前記モールド樹脂および前記ヒートシンクの少なくともいずれかを加圧することにより、前記絶縁シートおよび前記放熱部材を介して前記リードフレームの前記放熱面と前記ヒートシンクとを接合する工程とを備えた、半導体装置の製造方法。
9. 前記ヒートシンクに前記絶縁シートを接合する工程の前に、
   前記ヒートシンクの前記絶縁シートを接合する面に凹部を形成するようにレーザー処理を施す工程をさらに備えた、請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
10. 前記リードフレームの前記放熱面と前記ヒートシンクとを接合する工程において、前記モールド樹脂と前記ヒートシンクとを固定する固定部材を介して前記モールド樹脂および前記ヒートシンクを加圧する、請求項８または９に記載の半導体装置の製造方法。
    

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