半導體裝置及其制造方法
【專利摘要】本發明提供一種半導體裝置及其制造方法，該半導體裝置在制造半導體裝置時能夠防止樹脂材料從引線框的彼此相鄰的島部之間的間隙不必要地流出。半導體裝置具有：金屬制基板（12）；位于金屬制基板（12）上并進行熱硬化而成的電氣絕緣性的下層樹脂（15s）；位于下層樹脂（15s）上并進行熱硬化而成的上層樹脂（16s）；位于上層樹脂（16s）上，并具有彼此相鄰的島部（30a、30b）的引線框（18）；以及配置于島部（30）上的半導體元件（22）。在下層樹脂（15s）的熱硬化反應完成后，上層樹脂（16s）的熱硬化反應完成。而且，上層樹脂（16s）的一部分進入除去島部（30a、30b）的上層樹脂（16s）側的部分中彼此面對的相對邊部（32a、32b）而成的除去空間（S）內。
【專利說明】半導體裝置及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及對半導體元件模塑成型而成的半導體裝置及其制造方法。
【背景技術】
[0002]在金屬制基板上依次配置電氣絕緣性的樹脂層、引線框、半導體元件并模塑成型而成的半導體裝置正在被廣泛使用。在該半導體裝置中，在使用時半導體元件的發熱從金屬制基板釋放到外部。
[0003]以往，在制造這樣的半導體裝置時，在金屬制基板上層狀地配置熱硬化性的電氣絕緣性的樹脂材料配置，進而配置引線框，并對未硬化的樹脂材料進行加熱壓接而使其熱硬化，形成與金屬制基板一體化的樹脂層(例如，參照專利文獻I)。
[0004]專利文獻1:日本特開2004-165281號公報
[0005]然而，在引線框上形成有多個島部，以配置半導體元件等。而且，為了使半導體裝置小型化，大多數情況下島部以彼此相鄰的方式形成。
[0006]但是，當將引線框向樹脂材料上按壓并進行加熱壓接時，樹脂材料容易從相鄰的島部之間的間隙突出而上升。其結果是，在進行樹脂密封時，突出并上升的樹脂材料向周圍流出，可能會阻礙半導體元件與密封樹脂之間的密著性、或者引線框與密封樹脂之間的密接性。

【發明內容】

[0007]本發明正是鑒于上述課題而完成的，其課題在于提供一種半導體裝置及其制造方法，該半導體裝置能夠防止在制造半導體裝置時，樹脂材料從引線框的彼此相鄰的島部之間的間隙中不必要地從間隔空間的上端突出而向周圍流出。
[0008]為了解決上述課題，本發明的半導體裝置的特征在于，其具有:金屬制基板；電氣絕緣性的下層樹脂，其位于所述金屬制基板上，且通過進行熱硬化而成；上層樹脂，其位于所述下層樹脂上，且通過進行熱硬化而成；引線框，其位于所述上層樹脂上，且具有彼此相鄰的島部；以及半導體元件，其配置于所述島部上，在完成所述下層樹脂的熱硬化反應后，完成所述上層樹脂的熱硬化反應，所述島部的上層樹脂側的部分中彼此面對的相對邊部被設為除去了至少一部分的形狀，所述上層樹脂的一部分進入到通過該除去而形成的除去空間內。
[0009]此外，本發明的半導體裝置的制造方法是制造第I方面所述的半導體裝置的半導體裝置的制造方法，其特征在于包括:第I工序，制造在所述金屬制基板上形成所述下層樹脂和未硬化上層樹脂而成的中間體，其中，該未硬化上層樹脂形成于所述下層樹脂上，且該未硬化上層樹脂是所述上層樹脂的形成材料；以及第2工序，將搭載了所述半導體元件的所述引線框載置于所述中間體的所述未硬化上層樹脂上并進行按壓，由此使所述未硬化上層樹脂流入到所述除去空間內。
[0010]根據本發明，能夠提供一種半導體裝置及其制造方法，該半導體裝置能夠在制造半導體裝置時，防止樹脂材料從引線框的彼此相鄰的島部之間的間隙不必要地流出。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發明一個實施方式的半導體裝置的側面剖視圖。
[0012]圖2的(a)?(C)分別是本發明一個實施方式中說明半導體裝置的制造方法的每個工序的側面剖視圖。
[0013]圖3的(a)和(b)分別是本發明一個實施方式中說明半導體裝置的制造方法的每個工序的側面剖視圖。
[0014]圖4是示出本發明一個實施方式的半導體裝置的變形例的側面剖視圖。
[0015]圖5是示出本發明一個實施方式的半導體裝置的變形例的側面剖視圖。
[0016]圖6是示出本發明一個實施方式的半導體裝置的變形例的側面剖視圖。
[0017]圖7的(a)和(b)分別是說明比較例的半導體裝置的制造方法的每個工序的側面剖視圖。
[0018]標號說明
[0019]10:半導體裝置12:金屬制基板14:熱硬化性樹脂材15s:下層樹脂16f:未硬化上層樹脂16s:上層樹脂17:中間體18:引線框22:半導體元件30a、30b:島部32a、32b:相對邊部34:C面狀36:R面狀S:除去空間Q:間隔空間
【具體實施方式】
[0020]以下，參照附圖來說明本發明的實施方式。另外，附圖是示意性的圖，應該注意尺寸比等與實際不同。因此，應該參照以下的說明來判斷具體的尺寸比等。此外，在附圖相互間當然也包含彼此尺寸的關系和比率不同的部分。
[0021]此外，以下示出的實施方式是用于將該發明的技術思想具體化的例示，該發明的實施方式不將結構部件的材質、形狀、構造、配置等限定于下述內容。該發明的實施方式能夠在不脫離主旨的范圍內進行各種變更而實施。
[0022]圖1是本發明一個實施方式(以下稱作本實施方式)的半導體裝置10的側面剖視圖。圖2的(a)?(C)分別是半導體裝置10的每個制造工序的側面剖視圖，相當于各制造工序中的圖1的箭頭視圖11-1I的剖視圖。圖3的(a)和(b)分別是本發明一個實施方式中說明半導體裝置的制造方法的每個工序的側面剖視圖，相當于各制造工序中的圖1的箭頭視圖11-1I的剖視圖。在此，圖3的(a)是與圖2的(c)連續的工序，圖2和圖3示出一系列的工序。
[0023]本實施方式的半導體裝置10具有散熱性的金屬制基板12，以及位于金屬制基板12上的熱硬化性樹脂材14。熱硬化性樹脂材14由位于金屬制基板12上并進行熱硬化而成的電氣絕緣性的下層樹脂15s，以及位于下層樹脂15s上并進行熱硬化而成的上層樹脂16s構成。上層樹脂16s的熱硬化溫度(其溫度以上為進行熱硬化的溫度)比下層樹脂15s高。此外，在上層樹脂16s中，在進行熱硬化時產生粘接力，上層樹脂16s實現作為粘接層的作用。另外，為了方便說明，在本說明書中，關于熱硬化性樹脂材14，未硬化的、一部分硬化、全部硬化的熱硬化性樹脂材均作為熱硬化性樹脂材14進行說明。
[0024]在此，熱硬化性樹脂在由熱引起的硬化反應的初始階段中粘度連續地降低，在某個時期粘度成為最低，熱硬化性樹脂成為熔化狀態。當進一步持續加熱時，由于熱硬化反應而使粘度轉換為上升，當粘度達到最大，反應結束時，熱硬化完成。下層樹脂15s和上層樹脂16s是這樣熱硬化反應完成后的樹脂，未硬化下層樹脂(下層樹脂15s的形成材料，并且是進行熱硬化之前的樹脂)和未硬化上層樹脂16f是熱硬化反應未完成的階段的樹脂。此夕卜，到未硬化下層樹脂和未硬化上層樹脂16f的熱硬化反應完成為止的時間，根據進行熱硬化時的溫度的保持時間(溫度保持時間)的不同而變化，但在本實施方式中，對即便充足地延長使未硬化下層樹脂進行熱硬化的溫度的溫度保持時間，未硬化上層樹脂16f的熱硬化反應也不完成的例子進行說明。
[0025]半導體裝置10還具有上層樹脂16s上的引線框18、通過粘接材料20與引線框18上接合(安裝)的半導體元件22、以及以露出金屬制基板12的下表面側的方式覆蓋整體的模塑樹脂24。
[0026]在引線框18中形成有彼此相鄰的島部(芯片島(chip island)) 30a、30b。島部30a與島部30b之間的距離d在島部30a、30b的厚度t的0.6?2.0倍的范圍內。如果小于0.6倍，則在制造半導體裝置10時未硬化上層樹脂16f容易從后述的間隔空間Q的上端不必要地隆起。此外，如果大于2.0倍，則從提高半導體元件22的配置面積比(安裝效率)的方面考慮不優選。
[0027]然后，島部30a、30b的上層樹脂16s側的部分中彼此面對的相對邊部32a、32b被除去，上層樹脂16s的一部進入了通過該除去而形成的除去空間S內。在本實施方式中，將相對邊部32a、32b設為倒角為C面狀34的形狀。
[0028](制造方法)
[0029]以下，對半導體裝置10的制造方法進行說明。在本實施方式中，預先制造在金屬制基板12上形成下層樹脂15s和未硬化上層樹脂16s而成的中間體17，其中，該未硬化上層樹脂16s形成于下層樹脂15s上并且作為上層樹脂16s的形成材料。
[0030]為了制造中間體17，例如，首先，將由作為下層樹脂15s的形成材料的未硬化下層樹脂和作為上層樹脂16s的形成材料的未硬化上層樹脂16f構成的熱硬化性樹脂材14載置于金屬制基板12上。未硬化上層樹脂16f是進行熱硬化時產生粘接力的樹脂，并且使用能夠在未硬化下層樹脂的熱硬化反應完成時未完成熱硬化反應性質的樹脂。另外，通過增大未硬化上層樹脂16f的二氧化硅的含有量，能夠提高上層樹脂16s的熱傳導性，使半導體元件22中產生的熱容易釋放到金屬制基板12，從冷卻半導體元件22的方面考慮進行優選。
[0031]在載置熱硬化性樹脂材14后，在未硬化下層樹脂的熱硬化完成而形成下層樹脂15s，并且未硬化上層樹脂16f沒有完成熱硬化而成為軟化狀態的條件下，在金屬制基板12上載置熱硬化性樹脂材14而進行熱處理，由此得到中間體17。
[0032]在本實施方式中，首先，制造第2中間體37，該第2中間體37是通過粘接材料20等將半導體元件22與引線框18的島部30a、30b接合而成的。
[0033]然后，將預先制造的中間體17載置于按壓用位置，以使金屬制基板12位于下方偵牝在中間體17上載置第2中間體37 (參照圖2的(a))。
[0034]此外，如圖2的(b)所示，通過將引線框18從上方朝向下方進行按壓，未硬化上層樹脂16f (稍微硬化的情況下為半硬化狀態的樹脂)流入除去空間S。進而，如圖2的(c)和圖3的(a)所示，未硬化上層樹脂16f被按壓并上升至相鄰的島部30之間的間隔空間Q并填充間隔空間Q，并且，成為未硬化上層樹脂16f沒有從間隔空間Q不必要地隆起的狀態。在本實施方式中，為了成為這樣的狀態，引線框18和未硬化上層樹脂16f的各厚度、間隔空間Q的尺寸等是考慮未硬化上層樹脂16f的粘度等而決定的。
[0035]然后，以露出金屬制基板12的下面側的方式模塑成型，由此得到圖1和圖3的(b)所示的半導體裝置10。該模塑成型時，未硬化上層樹脂16f完全地熱硬化而成為上層樹脂16s。
[0036]如以上說明的那樣，在本實施方式中，在按壓載置于未硬化上層樹脂16f上的引線框18時，未硬化上層樹脂16f被收納在除去空間S內。S卩，除去空間S實現作為未硬化上層樹脂16f的退槽的作用，因此避免了從間隔空間Q的上端不必要地突出的樹脂材料向周圍流出而附著在引線框上。因此，能夠防止半導體元件22與模塑樹脂24之間的密著性被未硬化上層樹脂16f阻礙。而且在引線框18比上層樹脂16s越薄時，和相鄰的島部30a與島部30b之間的距離d (即間隔空間Q的寬度)越小時，該效果越特別地顯著。
[0037]此外，通過將相對邊部32a、32b設為C面狀34的倒角形狀來形成上述除去空間S，能夠容易地形成除去空間S。
[0038]此外，未硬化上層樹脂16f進入到間隔空間Q，其結果是，在模塑成型時成為間隔空間Q被上層樹脂16s填充的結構。因此，由于在間隔空間Q中不存在模塑樹脂24，因此，假設即便在半導體裝置10的使用中發生模塑樹脂24從半導體元件22剝落的情況，由于間隔空間Q中殘存有上層樹脂16s，因此也能夠確保與間隔空間Q的兩邊側相鄰的島部30a與島部30b之間的電氣絕緣性。
[0039]此外，未硬化上層樹脂16f在模塑成型前沒有完全地熱硬化，在后續硬化(postcure)時完全地熱硬化而成為上層樹脂16s。因此，與在模塑成型前完全地熱硬化的情況相t匕，能夠緩和在模塑成型時在上層樹脂16s中產生的內部應力，使上層樹脂16s與引線框18難以剝離。
[0040]當然能夠將半導體裝置10安裝于電路基板等來進行使用。此外，作為半導體裝置10也可以制造IPM (Intelligent Power Module:智能功率模塊)。
[0041]此外，在本實施方式中，對間隔空間Q被上層樹脂16s填充的例子(嚴密地講，如圖3的(b)所示，上層樹脂16s稍稍隆起的例子)進行了說明，但也可以是，不用未硬化上層樹脂16f填充間隔空間Q，或者到間隔空間Q的中途為止用上層樹脂16s填充，用模塑樹脂24填充間隔空間Q的一部分或者全部。由此，不需要嚴格地設定引線框18的按壓深度，引線框18的按壓作用變得簡單，縮短了制造時間。
[0042]此外，在本實施方式中，對將相對邊部32a、32b設為C面狀34的倒角形狀，通過基于倒角的除去部分而形成除去空間S的情況進行了說明，但只要能夠形成未硬化上層樹脂16f能夠流入的空間，則相對邊部32a、32b的形狀沒有特別的限定，例如，如圖4所示，也可以將相對邊部32a、32b設為R面狀36。
[0043]此外，如果設為C面狀34的部分的厚度pi (參照圖2和圖3)或設為R面狀36的部分的厚度P2 (參照圖4)是引線框18的厚度t的一半以上的厚度，則可顯著地起到防止未硬化上層樹脂從間隔空間Q的上端不必要地隆起的效果。
[0044]此外，也可以是，通過模塑成型時的成型壓力將未硬化上層樹脂16f壓入島部30a、30b的周圍，上層樹脂16s位于島部周圍的結構，進而可以是稍稍隆起的結構。由此，能夠進一步提高上層樹脂16s與半導體元件22之間的粘接力。此外，島部30a、30b的形狀沒有特別的限定，其他形狀的島部也能夠應用本實施方式。
[0045]此外，在本實施方式中，對在島部30a、30b的彼此面對的相對邊部中，除去上層樹脂16s側(圖3所示的島部30a、30b的下側)的角部而形成除去空間S的例子進行了說明，但如圖5所示，也可以是，在島部40a、40b的彼此面對的相對邊部中，將半導體元件22側(圖
3、圖5所示的島部40a、40b的上側)的角部倒角成C面狀44而形成除去空間S，使未硬化上層樹脂16f進入該除去空間S并進行熱硬化。此外，如圖6所示，也可以是，倒角成R面狀46而非C面狀44而形成除去空間S，使未硬化上層樹脂16f進入該除去空間S并進行熱硬化。
[0046]另外，在本實施方式中，對在使未硬化下層樹脂熱硬化的溫度中，即便充分地延長溫度保持時間，未硬化上層樹脂16f的熱硬化反應也不完成的例子進行了說明，但不限于此，只要能夠在未硬化下層樹脂的熱硬化反應完成時未硬化上層樹脂的熱硬化反應未完成，并在未硬化上層樹脂上載置引線框78進行按壓而使未硬化上層樹脂流入除去空間S，就能夠起到與本實施方式相同的效果。因此，即便在使用了當使未硬化下層樹脂熱硬化時，如果延長該溫度的保持時間則熱硬化反應會完成的性質的未硬化上層樹脂的情況下，只要能夠在未硬化下層樹脂的熱硬化反應的完成后且未硬化上層樹脂的熱硬化反應的完成前，在未硬化上層樹脂上載置引線框78并進行按壓而使未硬化上層樹脂16f流入除去空間S，就能夠與本實施方式同樣地，設為將使未硬化上層樹脂16f熱硬化而成的上層樹脂16s的一部分進入除去空間S的方式。
[0047]此外，在本實施方式中，對在引線框18的島部30a、30b上通過粘接材料20等將半導體元件22進行接合來制作第2中間體37的例子進行了說明，但是，也能夠在將半導體元件22與引線框18接合前，將引線框18載置于熱硬化性樹脂材14上，然后使半導體元件22與引線框18接合。
[0048](比較研究例)
[0049]圖7的(a)和(b)分別是比較例的半導體裝置的每個制造工序的側面剖視圖。在本比較例中，使用未在上層樹脂側的相對邊部形成除去空間S的以往的引線框78來代替引線框18。
[0050]在本比較例中，預先制作在金屬制基板12上形成下層樹脂15s和未硬化上層樹脂16s而成的中間體17，其中，該未硬化上層樹脂16s形成于下層樹脂15s上并作為上層樹脂16s的形成材料。然后，在引線框78的島部80a、80b上通過粘接材料20等將半導體元件22進行接合。
[0051]然后，如圖7的(a)所示，在金屬制基板12上的預定位置載置熱硬化性樹脂材14，進而在熱硬化性樹脂材14上載置接合了半導體元件22的引線框78。
[0052]進而，圖7的(b)所示，當按壓載置于未硬化上層樹脂16f上的引線框78時，未硬化上層樹脂16f進入通過相鄰的島部80a和島部80b而形成的間隔空間N并被推升。
[0053]此時，與上述實施方式不同，未硬化上層樹脂16f沒有退避的場所，因此，形成了未硬化上層樹脂16f從間隔空間N的上端不必要地隆起而成的隆起部82。其結果是，在通過模塑成型進行樹脂密封時，阻礙了半導體元件22與模塑樹脂24之間的密接性。
[0054]另一方面，在上述實施方式的半導體裝置10中，如上所述，上層樹脂16s的一部分進入在引線框18的上層樹脂側(紙面下側)的相對邊部32a、32b形成的除去空間S，因此，與間隔空間Q連通的除去空間S實現作為未硬化上層樹脂16f的退槽的作用。因此，避免了未硬化上層樹脂16f從間隔空間Q的上端不必要地流出。
[0055]如以上那樣，在本發明的半導體裝置及其制造方法中，通過除去引線框的上層樹脂側的相對邊部的至少一部分而得到的除去空間實現作為未硬化上層樹脂的退槽的作用，因此適合用作防止了未硬化上層樹脂從彼此相鄰的島部之間的間隔空間不必要地流出的半導體裝置及其制造方法。
【權利要求】
1.一種半導體裝置，其特征在于具有: 金屬制基板； 電氣絕緣性的下層樹脂，其位于所述金屬制基板上，且通過進行熱硬化而成； 上層樹脂，其位于所述下層樹脂上，且通過進行熱硬化而成； 引線框，其位于所述上層樹脂上，且具有彼此相鄰的島部；以及 半導體元件，其配置于所述島部上， 在完成了所述下層樹脂的熱硬化反應后，完成了所述上層樹脂的熱硬化反應， 所述島部的上層樹脂側的部分中彼此面對的相對邊部被設為除去了至少一部分的形狀，所述上層樹脂的一部分進入到通過該除去而形成的除去空間內。
2.根據權利要求1所述的半導體裝置，其特征在于，彼此相鄰的所述島部之間的距離在所述島部的厚度的0.6倍?2.0倍的范圍內。
3.根據權利要求1或2所述的半導體裝置，其特征在于，所述相對邊部被設為C面狀或R面狀。
4.根據權利要求1?3中的任意一項所述的半導體裝置，其特征在于，與所述除去空間的上側連通的所述島部之間的間隔空間被所述上層樹脂填充。
5.一種半導體裝置的制造方法，制造權利要求1所述的半導體裝置，該制造方法的特征在于包括: 第I工序，制造中間體，該中間體是在所述金屬制基板上形成所述下層樹脂和未硬化上層樹脂而成的，其中，該未硬化上層樹脂形成于所述下層樹脂上，且該未硬化上層樹脂是所述上層樹脂的形成材料；以及 第2工序，將搭載了所述半導體元件的所述引線框載置于所述中間體的所述未硬化上層樹脂上而進行按壓，由此使所述未硬化上層樹脂流入到所述除去空間內。
6.根據權利要求5所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于， 在所述第2工序后，在模塑成型時，使所述未硬化上層樹脂完全地熱硬化而成為所述上層樹脂。
【文檔編號】H01L21/56GK103794574SQ201310367326
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2013年8月21日 優先權日:2012年10月31日
【發明者】吉崎茂雄, 谷澤秀和, 田中敦彥, 小林涉, 酒井纮平 申請人:三墾電氣株式會社, 株式會社電裝