半导体装置及其制造方法.pdf

本发明“半导体装置及其制造方法”旨在提供可用简易的方法将金属端子固定在树脂管壳上，高精度且稳定地进行所要的引线接合的半导体装置及其制造方法。所述半导体装置设有树脂管壳、搭载在该树脂管壳内部的半导体芯片、具有相对的引线接合面和接触面的金属端子以及将该引线接合面与该半导体芯片连接的导线。其特征在于：该接触面通过熔接固定而被面接合在该树脂管壳内部。

1.  一种半导体装置，其特征在于，
设有：树脂管壳；
被搭载于所述树脂管壳内部的半导体芯片；
具有相对的引线接合面和接触面的金属端子；以及
连接所述引线接合面与所述半导体芯片的导线，
所述接触面通过熔接固定而面接合于所述树脂管壳内部。

2.  如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，
所述金属端子具有凹部，
所述树脂管壳的树脂填入所述凹部。

3.  如权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，
在与所述树脂管壳相接触的所有部分上，所述金属端子被熔接固定于所述树脂管壳。

4.  一种半导体装置的制造方法，其特征在于包括如下工序：
将金属端子安装在树脂管壳内部的预定位置上；
将被安装的所述金属端子以感应加热方式加热至所述树脂管壳的熔点以上，并将所述金属端子在与所述树脂管壳相接触的部分熔接固定于所述树脂管壳；
在所述树脂管壳内部搭载半导体芯片；以及
通过引线接合将被熔接固定的所述金属端子与所述半导体芯片连接。

5.  如权利要求4所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
使用具有相对的引线接合面和接触面的金属端子作为所述金属端子，
在所述引线接合面上进行所述引线接合，
将交变磁场发生装置放入所述树脂管壳内部，通过所述交变磁场发生装置的感应加热，将所述接触面熔接固定于所述树脂管壳内部的底部。

6.  如权利要求4或5所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
用形成有凹部的金属端子作为所述金属端子，
将所述金属端子熔接固定于所述树脂管壳时，使所述树脂管壳的树脂填入所述凹部。

半导体装置及其制造方法
技术领域
[0001]
本发明涉及进行引线接合并将置入树脂管壳的金属端子与半导体芯片连接的半导体装置及其制造方法，特别涉及引线接合时将金属端子牢固地固定于树脂管壳的半导体装置及其制造方法。
背景技术
[0002]
在功率器件半导体装置等的半导体装置中，模压形成要成为其壳体的树脂管壳后，将金属端子插入(或安装)到树脂管壳的预定位置是普遍的做法。如此在树脂管壳形成后将金属端子插入到树脂管壳上的方法被称为外插(outserting)。
[0003]
被外插的金属端子与搭载在树脂管壳内的半导体芯片通过引线接合来连接。这里，为了高精度且具有充分接合强度地进行引线接合，要求金属端子相对于树脂管壳固定的位置没有偏移。因此，上述的树脂管壳设有通过设置与金属端子嵌合的部分等来限制金属端子的移动的构造。
[0004]
参照图10、11来说明一例限制(固定)被外插的金属端子的移动的方法。如图10所示，设有引线接合面108的金属端子100沿箭头方向插入至树脂管壳102内。该插入通过将金属端子100穿过树脂管壳102具有的突起部104和相邻的突起部104之间来进行。金属端子100插入终止后，如图11所示，金属端子100就嵌合在突起部104内。另外，引线接合面108夹于引线接合面固定部106而固定。再者，关于固定端子框架等的其它方法，在专利文献1-6中有记载。
[0005]
[专利文献1]特开昭59-008399号公报
[专利文献2]特开昭62-158389号公报
[专利文献3]特开2002-231217号公报
[专利文献4]特开昭60-223143号公报
[专利文献5]特开2002-291135号公报
[专利文献6]特开平01-243383号公报
发明内容
[0006]
如前面所述，为了高质量进行引线接合，需要相对于树脂管壳固定金属端子。但是，如图11中说明的那样，仅在树脂管壳预定位置上插入金属端子来固定还不充分。即，如记载于作为图11的12-12剖面的图12所示，由于处于突起部104与金属端子100之间的间隙A、B、C等，金属端子100的固定并不充分，另外，如图11的平面图的图13所示，引线接合面固定部106与引线接合面108的间隙D也是金属端子100固定不充分的原因。这里，考虑到有一定的制造偏差存在，不能回避上述的间隙A、B、C、D的发生。
[0007]
因此，如与图12相同位置的平面图的图14所示，往往涂敷粘接剂110来增强金属端子100与树脂管壳102(含突起部104)的固定。但是，粘接剂涂敷的工作量大，并且粘接剂的硬化需要时间。因而，制造工序变得复杂化，存在着生产节拍时间长期化的问题。另外，由于粘接剂附着在引线接合面或焊锡的接合面上等，还存在着使产品成品率降低的问题。
[0008]
作为金属端子的另一固定方法，如图15所示，考虑了使用高温金属112来熔融金属端子周边的树脂。于是，完成金属端子100与树脂管壳102的熔接固定。但是，在这样的熔接固定中，由于仅是金属端子100的一部分与树脂管壳102接合，存在着所谓固定不充分的问题。而且，为了在更宽广的部分进行金属端子100与树脂102的熔接固定，如果提升高温金属112的温度，则树脂管壳102在更宽的范围熔融，也有引起强度降低或变形的问题。另外，附着在金属端子100等上的树脂会附着到引线接合面或焊锡等的接合面上，会使成品率降低。
[0009]
本发明为解决上述课题构思而成，其目的在于提供这样的半导体装置及其制造方法，其中：金属端子无缺陷地以简易的方法牢固地与树脂管壳接合，金属端子与半导体芯片通过引线接合而连接。
[0010]
本发明的半导体装置的特征在于，设有树脂管壳、搭载于该树脂管壳内部的半导体芯片、具有相对的引线接合面与接触面的金属端子以及将该引线接合面与该半导体芯片连接的导线。而且，该接触面通过熔接固定而面接合在该树脂管壳内部。
[0011]
本发明的半导体装置的制造方法的特征在于，包括如下工序：将金属端子安装在树脂管壳内部的预定位置上；将所安装的该金属端子通过感应加热方式加热至该树脂管壳的熔点以上，在与该树脂管壳接触的部分将该金属端子熔接固定在该树脂管壳上；在该树脂管壳内部搭载半导体芯片；通过引线接合将该半导体芯片与被熔接固定的该金属端子连接。
[0012]
按照本发明，可以用简易的方法将金属端子熔接固定在树脂管壳上，能够进行高精度且导线充分与金属端子接合的引线接合。
附图说明
[0034]
图1是实施例1的半导体装置的透视图。
图2是图1的平面图。
图3是图1的3-3剖面。
图4是说明实施例1的半导体装置的制造方法的流程图。
图5说明图4的步骤30。
图6说明图4的步骤32、34。
图7说明具有凹部的金属端子。
图8说明将图7所示的金属端子插入并感应加热后的结构。
图9是图8的9-9剖面。
图10说明金属端子的外插。
图11说明被外插的金属端子。
图12说明嵌合部的金属端子与树脂管壳之间的间隙。
图13说明引线接合部的金属端子与树脂管壳之间的间隙。
图14说明用粘接剂将金属端子与树脂管壳粘接的状态。
图15说明将高温金属接触树脂管壳来进行金属端子固定。
标记说明
[0035]
10 金属端子
12 树脂管壳
20 半导体芯片
22 引线接合面
24、25 熔接固定部
40 交变磁场发生装置
52 凹部
具体实施方式
[0013]
实施例1
本实施例涉及将被外插在树脂管壳上的金属端子与半导体芯片的进行引线接合的半导体装置及其制造方法。下面，参照图1来说明本实施例的结构。本实施例的半导体装置设有树脂管壳12。树脂管壳12构成半导体装置的壳体，其内壁侧的侧面上设有突起部14。突起部14是从树脂管壳12的侧面突出的粗头形状。树脂管壳12还设有引线接合面固定部16。引线接合面固定部16是配置成可形成用以固定后述的金属端子的引线接合面的沟槽的凸部。
[0014]
在设有上述结构的树脂管壳12上固定金属端子10。金属端子10设有作为要用引线接合来连接导线的面即引线接合面22。金属端子10设有如下3个部分：向树脂管壳12的外部伸出的外部连接部；嵌合在突起部14上的嵌合部；以及包含引线接合面22的引线接合部。
[0015]
在引线接合面22上，连接导线18的一端。导线18的另一端与搭载在树脂管壳12的内部的半导体芯片20的预定位置连接。按照这样的结构，半导体芯片20可经由导线18和金属端子10与外部装置导通。
[0016]
图2是图1的平面图。根据图2可知，金属端子10与树脂管壳12在其接触面上形成熔接固定部24。所谓熔接固定部24是通过树脂管壳12的树脂的熔融将金属端子10的嵌合部分与树脂管壳12熔接固定的部分。
[0017]
图3是图1的3-3剖面。在图3中示出：金属端子10中的引线接合部；以及在与包含引线接合面固定部16的树脂管壳12的接触面上形成的熔接固定部25。与熔接固定部24一样，熔接固定部25将金属端子10的引线接合部与树脂管壳12熔接固定。本实施例的半导体装置具有上述的结构。下面，参照图4所示的流程图，就本实施例的半导体装置的制造方法进行说明。
[0018]
首先，按照步骤30，在树脂管壳上插入金属端子。用图5来说明步骤30。如图5所示，在模压成形的树脂管壳12上沿箭头方向插入金属端子10。再者，带有与图1相同的标记的部分与图1相同(在图1以外的全部图中也相同)。进行按步骤30的处理，金属端子10的嵌合部就嵌合到树脂管壳12的突起部14上。另外，金属端子10的引线接合部用引线接合面固定部16来固定。
[0019]
接着，进入步骤32的处理。在步骤32中，向树脂管壳12的内部配置交变磁场发生装置。用图6就步骤32进行说明。交变磁场发生装置40设有导线部分。通过在导线部分上流过交流电流，可以在周围产生磁场。具体地说，交变磁场发生装置40使其一部分呈长方形地配置导线部分(以下称为长方形部分)。交变磁场发生装置40的长方形部分，以不与金属端子接触为限且以使其尽可能接近树脂管壳12的内壁的要求来确定长方形的尺寸。
[0020]
然后，进入步骤34的处理。在步骤34的处理中，使设置在树脂管壳12内的上述长方形部分发生磁场。由于该磁场的时间变化，在金属端子10上发生电磁感应的效果及电流(涡流)。在本实施例中，交变磁场发生装置40使用300[KHz]左右的频率，在金属端子10上感应500-600[A]左右的电流。通过施加该电流约10秒钟，金属端子被加热至300[℃]左右的高温。金属端子10达到300[℃]左右时，树脂管壳12就成为熔融状态。即，在金属端子10与树脂管壳12的接触面上，树脂管壳12成为熔融状态。再者，在金属端子10与树脂管壳12之间，即使有图12、13所示的间隙A、B、C、D，由于两者的距离十分接近，均被树脂管壳12熔合。
[0021]
接着，在步骤36中，将交变磁场发生装置40从树脂管壳12内部取出。
[0022]
然后，进入步骤38的工序处理。在步骤38中，将半导体芯片搭载在树脂管壳12内部的底部。半导体芯片如图1所示的半导体芯片20那样配置，但对此并无特别的限定，能进行后述的引线接合即可。
[0023]
接着，进入步骤40的工序处理。在步骤40中，如图1所示，引线接合面22和半导体芯片20通过引线接合而连接。
[0024]
在用引线接合进行金属端子与半导体芯片的连接时，在金属端子上边施加热、超声波、负荷，边进行引线连接。在通过引线接合进行连接时对金属端子适当地施加超声波振动，以形成充分的合金部分来达到将导线连接的条件。但是，外插金属端子时，金属端子相对于树脂管壳的固定多半是不充分的。因此，由于引线接合装置的毛细状的前端部与金属端子之间的调整而移动等原因，超声波振动往往不能适当地施加到金属端子上。作为其结果，存在金属端子与导线不能接合或接合强度不充分的问题。
[0025]
依据本实施例，可以解决上述问题。在本实施例中，如图2、3所说明，在金属端子与树脂管壳的接合面上形成熔接固定部，在多个面上将两者熔接固定。因而，构成为在金属端子与树脂管壳的接触部位进行面接合，金属端子被牢固地固定在树脂管壳上。因此，在引线接合时，不会造成金属端子不稳定，可以高精度实现充分形成合金部分的引线接合。再有，在进行如图15那样由加热树脂的方法产生的连接时金属端子的接合强度是30-40[N]，而在采用本实施例的方法进行的连接时是80-100[N]，可确认金属端子被牢固地固定在树脂管壳上。
[0026]
另外，如图4的流程图所示，本实施例的特征在于，用感应加热来加热金属端子自身。由于进行感应加热，能够通过非接触方式来加热金属端子，金属端子固定位置的控制性良好。例如，如果将高温金属直接接触金属端子来加热金属端子，则由于接触到高温金属，金属端子的位置会偏离预定位置。但是如本实施例以非接触方式加热金属端子，则金属端子的位置不会偏移。
[0027]
再者，由于金属端子的感应加热用配置在树脂管壳内部的交变磁场发生装置来进行，可以使金属端子与交变磁场发生装置的距离接近。因而，可以高效地加热金属端子。特别是，与交变磁场发生装置配置在树脂管壳外部的情况相比，本例的交变磁场发生装置可在与金属端子的引线接合部接近的状态下进行感应加热。因此，能够在作为与引线接合部的引线接合面相对的面的接触面上得到良好的面接合。由于上述的接触面用熔接固定进行面接合，在金属端子上适当地施加由引线接合产生的超声波振动，可以稳定进行引线接合强度改善的高精度的引线接合。
[0028]
与采用粘接剂的金属端子的固定相比，采用本实施例的方法的金属端子的固定工序较为简易，也不用担心由粘接材料的飞溅引起的缺陷发生。另外，与将高温金属接触树脂管壳来熔融树脂管壳的情况相比，本实施例的方法的连接效率高。即，将高温金属接触树脂管壳来熔融树脂管壳，会熔融到对金属端子与树脂管壳的接合无贡献的部分的树脂管壳，存在使树脂管壳的强度下降或变形的可能性。另一方面，本实施例的半导体装置的制造方法，对金属端子与树脂管壳的熔接固定无贡献的树脂管壳的部分不会被熔融，因此效率高。
[0029]
为了更加提高金属端子与树脂管壳的固定，也可以将金属端子做成图7所示的形状。图7所示的金属端子50在设有外部连接部、嵌合部、引线接合部60这一点上与上述的金属端子10相同，其特征是在嵌合部上设有凹部52。设有凹部52的金属端子50沿图7的箭头方向插入。其后的工序与图4所示的流程图相同。
[0030]
图8表示金属端子50被插入至树脂管壳102并感应加热后的外观。图9表示图8的9-9剖面。如图9所示，由于感应加热，在凹部52中形成沿凹部52的形状的熔接固定部53。因此，与无凹部的情况相比，由于熔接固定的面增加，能够加强金属端子的固定。
[0031]
如此，本发明能够在金属端子面接合于树脂管壳、金属端子与树脂管壳被牢固固定的状态下进行引线接合。因而，引线接合的精度高，而且，由于能够将导线充分固定在金属端子上，可以实现半导体装置的长寿命化、省能化，并能够提高成品率。再者，由于用感应加热来将金属端子与树脂管壳接合，可简化生产工序。另外，由于如此制造的半导体装置不使用粘接剂等材料，废弃时的分解性、分类性及破碎容易性等方面均优良。
[0032]
在本实施例中，交变磁场发生装置设有长方形部分，作为将长方形部分配置在树脂管壳内部来使磁场发生，但本发明不受此限。即，本发明是用感应加热进行金属端子的固定的装置，通过将交变磁场的发生源置入树脂管壳内部来进行感应加热，可以提高效率。因而，若将交变磁场的发生源设于外部也能充分感应加热，就不需要配置在内部，不管是内部配置或外部配置，即使不具有长方形部分，也并不失却本发明的效果。
[0033]
另外，图4说明的半导体芯片搭载工序(步骤38)只要在步骤40说明的引线接合工序之前即可，可以在任何时候进行。