JP2002368165A - 樹脂封止型半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヒートシンクと、このヒートシンクの一面側
に固定された半導体チップと、ヒートシンクの他面側を
露出させつつヒートシンク及び半導体チップを包み込む
ように封止する封止用樹脂とを備える樹脂封止型半導体
装置において、封止用樹脂とヒートシンクとの密着性を
向上させる 【解決手段】 ヒートシンクの一面１ａ側に固定された
半導体チップ２は、リード４とワイヤ５により接続され
ており、封止用樹脂６は、ヒートシンク１の他面１ｂ側
を露出させつつ、ヒートシンク１、半導体チップ２、ワ
イヤ５、リード４の一部を包み込むように封止してお
り、ヒートシンク１における封止用樹脂６と接する接触
面は、サンドブラスト処理やレーザ照射により粗化処理
されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ヒートシンクと、
このヒートシンクの一面側に固定された半導体素子と、
ヒートシンクの他面側を露出させつつヒートシンク及び
半導体素子を包み込むように封止する封止用樹脂とを備
える樹脂封止型半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の半導体装置の一般的な断
面構成について、図１を参照して説明する。Ｃｕ等の放
熱性に優れた材料よりなるヒートシンク１の一面１ａに
は、接着剤や半田等の接続部材３を介して半導体チップ
（半導体素子）２が固定されている。

【０００３】半導体チップ２は、リード４にボンディン
グワイヤ５を介して電気的に接続され、そして、ヒート
シンク１の他面１ｂ側を露出させつつヒートシンク１及
び半導体チップ２、更には半導体チップ２とワイヤ５の
電気的接続部が、エポキシ樹脂等よりなる封止用樹脂６
によって包み込むように封止されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の樹脂封止型半導体装置においては、冷熱サイクルが
加わったとき等、ヒートシンク１と封止用樹脂６との間
で、両者の線膨張係数の差により過大な応力が発生し、
その応力により、ヒートシンク１と封止用樹脂６との間
に剥離が生じ、ひいては封止用樹脂６にクラックが発生
する、という問題がある。

【０００５】そこで、本発明は上記問題に鑑み、封止用
樹脂とヒートシンクとの密着性を向上させることを目的
とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、ヒートシンク（１）
と、このヒートシンクの一面（１ａ）側に固定された半
導体素子（２）と、ヒートシンクの他面（１ｂ）側を露
出させつつヒートシンク及び半導体素子を包み込むよう
に封止する封止用樹脂（６）とを備える樹脂封止型半導
体装置において、ヒートシンクにおける封止用樹脂と接
する接触面が、封止用樹脂との密着性を高めるべく粗化
処理されていることを特徴とする。

【０００７】それによれば、ヒートシンクにおける封止
用樹脂と接する接触面が、粗化処理によって従来よりも
凹凸度合の大きな面となるため、ヒートシンクと封止用
樹脂との密着性を向上させることができる。

【０００８】また、請求項２に記載の発明では、ヒート
シンク（１）における封止用樹脂（６）と接する接触面
の全てが、封止用樹脂との密着性を高めるべく粗化処理
されていることを特徴とする。それにより、ヒートシン
クと封止用樹脂との密着性を更に向上させることができ
る。

【０００９】ここで、上記粗化処理は、請求項３に記載
の発明のように、被処理面にサンドブラスト処理を行っ
たり、請求項４に記載の発明のように、レーザ照射を行
ったりすることで行うことができる。

【００１０】また、上記粗化処理としては、請求項５に
記載の発明のように、ヒートシンク（１）が型（Ｋ１）
を用いたプレス加工により形成されるものである場合、
型としてその内面を粗化したものを用いてプレス加工を
行うものでも良い。

【００１１】さらに、上記粗化処理は、請求項６に記載
の発明のように、ヒートシンク（１）が金属よりなる場
合、被処理面を熱処理して金属を酸化させたものであっ
ても良い。

【００１２】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一
例である。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る樹
脂封止型半導体装置Ｓ１の概略断面図である。なお、本
実施形態の半導体装置Ｓ１は、その概略形状は上述した
一般的な半導体装置と同様であるが、ヒートシンク１に
おける封止用樹脂６と接する接触面が、封止用樹脂６と
の密着性を高めるべく粗化処理されていることが、従来
とは異なるものである。

【００１４】図１において、１は、銅等の熱伝導性に優
れた金属等よりなる板状のヒートシンクである。ヒート
シンク１の一面１ａには、半導体チップ（半導体素子）
２が、接着剤や半田等の接続部材３を介して固定されて
いる。半導体チップ２は、銅等よりなるリード４に、金
（Ａｕ）やアルミ（Ａｌ）等よりなるボンディングワイ
ヤ５を介して電気的に接続されている。

【００１５】そして、ヒートシンク１の他面１ｂ側を露
出させつつヒートシンク１及び半導体チップ２、ワイヤ
５、及びワイヤ５に接続されたリード４の一部（インナ
ーリード）が、エポキシ樹脂等よりなる封止用樹脂６に
よって包み込むように封止されている。

【００１６】また、ヒートシンク１においては、図１に
示す様に、半導体チップ２が固定されている側の一面１
ａと封止用樹脂６からの露出面である他面１ｂとの間の
側面１ｃに、突起部（コイニング）１ｄが形成されてお
り、この突起部１ｄが封止用樹脂６に食い込んだ形とな
っているため、ヒートシンク１と封止用樹脂６との密着
性を向上させている。

【００１７】このようなヒートシンク１は、図２（ａ）
に示す様に、金属板材をプレス加工して断面矩形のヒー
トシンク素材１ｅを形成した後、この素材１ｅの他面１
ｂ側から、型Ｋ１を用いてプレスを行い、ヒートシンク
素材１ｅの端部を変形させることにより、図２（ｂ）に
示す様に、突起部１ｄが形成された形状として作ること
ができる。

【００１８】なお、図２（ａ）では、型Ｋ１の内面Ｋ１
１は、ギザギザの荒れた面となっているが、これは、後
述する粗化処理を行うために荒らされたものであり、そ
の荒れ度合をデフォルメして図示してある。

【００１９】ここにおいて、本実施形態では、ヒートシ
ンク１における封止用樹脂６と接する接触面が、封止用
樹脂６との密着性を高めるべく粗化処理されていること
を主たる特徴としている。

【００２０】上記粗化処理の具体的な方法について述べ
る。まず、図３は、サンドブラストやレーザ照射による
粗化処理方法を示す説明図である。図３（ａ）に示す様
に、サンドブラストやレーザ照射のノズルＫ２の向きを
変えることにより、プレス加工されたヒートシンク１に
おける一面１ａおよび側面１ｃに研磨材やレーザを当
て、被処理面を粗くすることができる。

【００２１】また、図３（ｂ）に示す様に、ヒートシン
ク１の側面１ｃを処理するときには、上記ノズルＫ２の
絞りを、一面１ａの処理時に比べてゆるめ、放射状に噴
射（照射）することで、ノズルＫ２の向きを変えずに、
側面１ｃを粗くすることができる。

【００２２】また、図３（ｃ）に示す様に、レーザ照射
においてヒートシンク１の側面１ｃを処理するときに
は、ノズルＫ２と側面１ｃとの間に、ミラーＫ３を介在
させ、このミラーＫ３によるレーザの屈折を利用して、
側面１ｃを粗くするようにしても良い。ここで、サンド
ブラストにおいては、例えばアルミナ等の研磨材を用
い、また、レーザ照射においては、被処理面を溶かして
荒らすためにＹＡＧレーザ等を用いることができる。

【００２３】また、具体的な粗化処理方法としては、上
記図２に示す型Ｋ１を用いてプレス加工時に同時に行う
ことも可能である。つまり、図２（ａ）に示す様に、型
Ｋ１として、その内面Ｋ１１が粗化されたものを用いれ
ば、プレス加工にてヒートシンクを形成するのと同時に
粗化処理も行うことができる。

【００２４】更には、図４に示す様に、銅等の金属より
なるヒートシンク１の一面１ａに半導体チップ２を接続
部材３を介して固定した後、ヒートシンク１を高温環境
下（例えば２００℃程度）にさらして、ヒートシンク１
の表面に金属酸化膜（酸化銅等）１ｆを形成しても良
い。それによっても、金属酸化膜１ｆの形成により、金
属素地の場合に比べてヒートシンク１の表面と樹脂との
密着性が向上する。なお、Ｃｕを酸化させる方法として
は、酸化雰囲気中でレーザー加熱等を実施する方法もあ
る。

【００２５】上記した樹脂封止型半導体装置Ｓ１は、モ
ールド用の成形型（図示せず）内に、ヒートシンク１に
半導体チップ２が固定され且つ半導体チップ２とリード
４とがワイヤ５にて接続されたワークを、配置した後、
上記成形型内に封止用樹脂６を注入し、硬化させること
で、製造することができる。そして、この装置Ｓ１は、
ヒートシンク１の他面１ｂにて、半田や導電性接着剤等
を介して回路基板（図示せず）等へ実装されるところ
で、例えば、ヒートシンク１として銅、封止用樹脂６と
してエポキシ樹脂を用いた場合、半導体チップ（シリコ
ン）２の線膨張係数は３ｐｐｍ／℃程度、封止用樹脂６
の線膨張係数は８ｐｐｍ／℃程度、ヒートシンク１の線
膨張係数は１７ｐｐｍ／℃程度である。

【００２６】このようなヒートシンク１と封止用樹脂６
との間で、両者の線膨張係数の差により過大な応力が発
生し、その応力により、ヒートシンク１と封止用樹脂６
との間に剥離が生じる可能性がある。

【００２７】本発明者等は、図５に示す様なモデルを考
えて、封止用樹脂６の剥離（図５中のハッチング部）が
生じた場合における応力解析を行った。図５において
（ａ）は剥離がない場合、（ｂ）はヒートシンク１の一
面１ａにて剥離した場合、（ｃ）は（ｂ）に加えて更に
ヒートシンク１の側面１ｃまで剥離した場合を示す。

【００２８】解析の結果、ヒートシンク１の一面１ａと
側面１ｃとのなす角部Ａおよび突起部１ｄの先端角部Ｂ
の両角部Ａ、Ｂにおける応力は、（ａ）ではＡ＝９５．
４ＭＰａ、Ｂ＝６１．７ＭＰａであったのに対し、
（ｂ）では特に角部Ａにて３０２．２ＭＰａ、（ｃ）で
は特に角部Ｂにて２４５ＭＰａと大幅に応力が大きくな
った。このように、剥離によって過大な応力集中が発生
し、応力集中部位では、クラック等が発生する恐れもあ
る。

【００２９】その点、本実施形態によれば、ヒートシン
ク１における封止用樹脂６と接する接触面が、上記した
粗化処理によって従来よりも凹凸度合の大きな面となる
ため、ヒートシンク１と封止用樹脂６との密着性を向上
させることができる。そして、封止用樹脂６の剥離を抑
制し、上記図５の解析からわかるように、ヒートシンク
１と樹脂６との密着部に加わる応力を大幅に低減するこ
とができるため、クラックの防止にもつながる。

【００３０】例えば、従来のヒートシンクの表面粗さが
Ｒｚで０．７μｍ程度であったのに対して、本実施形態
のヒートシンク１の表面粗さは、Ｒｚで２μｍ以上程度
にまで粗くすることができる。

【００３１】なお、ヒートシンク１における封止用樹脂
６と接する接触面の全てを、上記粗化処理された面とす
ることが好ましいが、特に、封止用樹脂６の剥離が発生
しやすいヒートシンク１の角部近傍の面のみを粗化処理
したものとしても良い。

【００３２】また、本発明は、ヒートシンク１と、この
ヒートシンク１の一面１ａ側に固定された半導体素子２
と、ヒートシンク１の他面１ｂ側を露出させつつヒート
シンク１及び半導体素子２を包み込むように封止する封
止用樹脂６とを備える樹脂封止型半導体装置Ｓ１におい
て、ヒートシンク１における封止用樹脂６と接する接触
面が、封止用樹脂６との密着性を高めるべく粗化処理さ
れていることを主たる特徴とするものであり、他の部分
は適宜設計変更しても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る樹脂封止型半導体装置
の概略断面図である。

【図２】ヒートシンクのプレス加工方法を説明する説明
図である。

【図３】サンドブラストやレーザ照射による粗化処理方
法を示す説明図である。

【図４】ヒートシンクの表面に金属酸化膜を形成する例
を示す概略断面図である。

【図５】封止用樹脂の応力解析のためのモデルを示す図
である。

【符号の説明】

１…ヒートシンク、１ａ…ヒートシンクの一面、２…半
導体チップ（半導体素子）、６…封止用樹脂、Ｋ１…成
形型。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本田 匡宏 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 5F036 AA01 BA23 BB03 BE01

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヒートシンク（１）と、このヒートシン
   クの一面（１ａ）側に固定された半導体素子（２）と、
   前記ヒートシンクの他面（１ｂ）側を露出させつつ前記
   ヒートシンク及び前記半導体素子を包み込むように封止
   する封止用樹脂（６）とを備える樹脂封止型半導体装置
   において、 前記ヒートシンクにおける前記封止用樹脂と接する接触
   面が、前記封止用樹脂との密着性を高めるべく粗化処理
   されていることを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
2. 【請求項２】 前記ヒートシンク（１）における前記封
   止用樹脂（６）と接する接触面の全てが、前記封止用樹
   脂との密着性を高めるべく粗化処理されていることを特
   徴とする請求項１に記載の樹脂封止型半導体装置。
3. 【請求項３】 前記粗化処理は、被処理面にサンドブラ
   スト処理を行うものであることを特徴とする請求項１ま
   たは２に記載の樹脂封止型半導体装置。
4. 【請求項４】 前記粗化処理は、被処理面にレーザ照射
   を行うものであることを特徴とする請求項１または２に
   記載の樹脂封止型半導体装置。
5. 【請求項５】 前記ヒートシンク（１）は、型（Ｋ１）
   を用いたプレス加工により形成されるものであり、 前記粗化処理は、前記型として、その内面を粗化したも
   のを用いて前記プレス加工を行うものであることを特徴
   とする請求項１または２に記載の樹脂封止型半導体装
   置。
6. 【請求項６】 前記ヒートシンク（１）は金属よりな
   り、 前記粗化処理は、被処理面を熱処理して前記金属を酸化
   させたものであることを特徴とする請求項１または２に
   記載の樹脂封止型半導体装置。