制造半导体设备的方法、半导体设备以及使用该半导体设备的点火器

技术领域

本发明涉及一种制造半导体设备的方法，该半导体设备包括诸如功率半导 体装置的电子部件、包括用于控制功率半导体装置的半导体装置的控制电路以 及被动装置，它们都安装在引线框上并借助于模压树脂(mold resin)来密封。 本发明还涉及半导体设备。本发明还涉及使用该半导体设备的点火器。

背景技术

用于点燃例如汽车上的发动机的点火线圈设置有点火器。在点火器中使用 功率半导体装置。功率半导体装置使电流流经点火线圈内的主线圈以及中断流 经主线圈的电流，以电子控制点火定时。

在传统的点火器中，使用混合集成电路(混合IC)。为了获得更多功能， 混合IC包括陶瓷基线板、通过烧结导电材料而形成于陶瓷基线板上的电路以 及诸如安装在电路上的IC和电容器的电子部件。在下述专利文献1中公开的 另一传统点火器中，引线框被分成电配线电路部分，功率半导体装置安装在对 应的配线电路部分上，且电子部件安装在配线电路部分上，从而该电子部件桥 接配线电路部分之间的间隙。

在采用诸如绝缘栅双极晶体管(下文称为“IGBT”)的功率半导体装置的 点火器中，电流路径有必要具有高热容量，这是因为大电流流经IGBT，从而 引起高热值。为了满足获得更多功能的要求，有必要将许多电子部件安装在点 火器封装体上。然而，如果在许多电子部件安装在封装体上的同时要确保所需 的热容量，则点火器封装体的外部形状将不可避免地大。为了解决上述问题， 下述专利文献2公开了将电子部件安装在引线框的两面上以减小电子部件安装 到其上的相当大的面积的技术。

功率半导体装置包括直接接合到配线电路部分的部件安装表面的第一主 端子。功率半导体装置还包括第二主端子和借助于导线接合到分开的配线电路 部分的控制端子。一般来说，配线通过将例如铝导线通过超声接合而直接接合 到作为引线框材料的铜来进行。在接合时，铜铝合金层形成于铜和铝的接合平 面上。如果暴露于高温，则铜铝合金层将增大，从而产生脆化层。因此，铜铝 合金层将几乎不能耐受由温度变化引起的热应力并将断裂。对于抵抗断裂的一 般对策，含有镍(Ni)作为其主要成分的金属材料的电镀物(下文称为“镀镍” 或“镀Ni”)预先形成于将要将导线接合至引线框的区域内。形成镀镍以防止 镍导线和铜引线框之间的接合部内造成有缺陷的接合。

[描述现有技术的文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本待审查的专利申请公开第2009-129952号

[专利文献1]日本待审查的专利申请公开第2004-119676号

由于制造成本，镀镍不仅形成于至将导线接合至引线框所进行的区域内， 还沿连续设置引线框的方向横跨接合区，从而带状镀镍薄膜彼此平行延伸。上 述镀镍造成如下所述的问题。

一般来说，镀镍与焊料的粘附性、镀镍与导电粘合剂的粘附性以及镀镍与 模压树脂的粘附性并不太好。镀镍所形成的区域是用作接合区。然而，镀镍所 形成的区域是无用区域，该区域是无法用作电子部件用焊料或导电粘合剂而进 行接合的区域。因此，可安装于引线框上的电子部件数将受限制。

由于带状电镀物应形成为不覆盖电子部件所安装到的区域，所以用导线的 接合区的数目也受限制。由于镀镍与模压树脂的较差粘附性，在由从功率半导 体装置中产生的热量而引起的热循环中，模压树脂与引线框的热膨胀系数之间 的差异将热应力反复施加到导线，最后在其接合部附近切断导线。

在将电子部件安装到引线框的两面上以防止封装体外部形状增大的情况 下，电子部件会从其预定位置移位，这是因为在制造过程中有必要引线倾斜或 翻转引线框。为了防止电子部件从其预定位置移位，暂时用绝缘薄膜或绝缘树 脂来保持一个引线框表面上的电子部件。然后，借助于熔化焊料和诸如此类的 接合材料通过回流技术和诸如此类的技术，将其它的电子部件安装在另一引线 框表面上并电气连接到另一引线框表面。将电子部件暂时保持在一个引线框表 面上的技术不适用于桥接被划分的配线电路部分之间的间隙的电子部件，这是 因为在电子部件下方产生有空间并且不可能将任何薄膜粘附至其。因为用树脂 暂时保持电子部件的技术引出许多附加的步骤，所以用树脂暂时保持电子部件 的技术并不适用。

鉴于上述内容，本发明的第一个目的是解决上述问题。本发明的第二个目 的是提供一种制造半导体设备的方法，该方法便于将半导体装置和电子部件安 装到被划分以形成配线电路的引线框的两面上，而不通过复杂的制造步骤。本 发明的第三个目的是提供如上所述的半导体设备。本发明的第四目的是提供使 用上述半导体设备的点火器。

发明内容

为了实现上述目的，安装在引线框上的半导体装置和电子部件用接合温度 彼此不同的接合材料接合到引线框，该引线框包括引线部分和为形成配线电路 而划分的配线电路部分。详细来说，在引线框的第一表面上，半导体装置使用 第一接合材料而接合到配线电路部分的部件安装平面，而第一电子部件使用第 一接合材料接合，从而第一电子部件桥接配线电路部分之间的间隙。

第二电子部件使用第二接合材料接合到引线框的第二表面，从而第二电子 部件桥接配线电路部分之间的间隙。特别当第二接合材料的接合温度低于第一 接合材料的接合温度时，在引线框的第一表面上采用的接合方法可通过降低接 合温度而用于引线框的第二表面上。因此，可以将部件安装在引线框的两面上， 而不使制造步骤复杂化。

由于使用接合温度彼此不同的两种接合材料将部件安装在半导体设备和 点火器内的引线框的两面上，根据本发明的制造方法对于通过相似的制造步骤 而将部件安装在引线框的两面上是有利的。

通过在引线框的第一表面和第二表面上采用相似的接合方法，制造步骤并 不复杂，这是因为没必要在将部件接合到第二表面时暂时保持部件。因此，可 以减小半导体设备和使用该半导体设备的点火器的制造成本。

尽管电镀薄膜形成于除了接合导线所接合的接合区之外的区域内，但引线 框区域变窄，而半导体设备尺寸变小，这是因为可以将部件安装在引线框的两 面上。

附图说明

图1(A)是引线框的第一剖视图，其描述根据本发明的第一实施例的制造半 导体设备的方法中涂敷第一焊料的步骤。

图1(B)是引线框的第二剖视图，其描述根据第一实施例的制造半导体设备 的方法中安装芯片的步骤。

图1(C)是引线框的第三剖视图，其描述根据第一实施例的制造半导体设备 的方法中熔化第一焊料的步骤。

图1(D)是引线框的第四剖视图，其描述根据第一实施例的制造半导体设备 的方法中接合导线的步骤。

图1(E)是引线框的第五剖视图，其描述根据第一实施例的制造半导体设备 的方法中涂敷第二焊料的步骤。

图1(F)是引线框的第六剖视图，其描述根据第一实施例的制造半导体设备 的方法中安装部件的步骤。

图1(G)是引线框的第七剖视图，其描述根据第一实施例的制造半导体设备 的方法中熔化第二焊料的步骤。

图2是通过根据本发明的第一实施例的方法所制造的半导体设备的剖视 图。

图3(A)是引线框的第一剖视图，其描述根据本发明的第一实施例的制造半 导体设备的方法中涂敷第一焊料的步骤。

图3(B)是引线框的第二剖视图，其描述根据第二实施例的制造半导体设备 的方法中安装芯片的步骤。

图3(C)是引线框的第三剖视图，其描述根据第二实施例的制造半导体设备 的方法中熔化焊料的步骤。

图3(D)是引线框的第四剖视图，其描述根据第二实施例的制造半导体设备 的方法中接合导线的步骤。

图3(E)是引线框的第五剖视图，其描述根据第二实施例的制造半导体设备 的方法中涂敷导电粘结剂的步骤。

图3(F)是引线框的第六剖视图，其描述根据第二实施例的制造半导体设备 的方法中安装部件的步骤。

图3(G)是引线框的第七剖视图，其描述根据第二实施例的制造半导体设备 的方法中熔化导电粘结剂的步骤。

具体实施方式

现将参考示出本发明的较佳实施例的附图来在下文中详细描述本发明。

图1(A)是引线框的第一剖视图，其描述根据本发明的第一实施例的制造半 导体设备的方法中涂敷第一焊料的步骤。图1(B)是引线框的第二剖视图，其描 述根据第一实施例的制造半导体设备的方法中安装芯片的步骤。图1(C)是引线 框的第三剖视图，其描述根据第一实施例的制造半导体设备的方法中熔化第一 焊料的步骤。图1(D)是引线框的第四剖视图，其描述根据第一实施例的制造半 导体设备的方法中接合导线的步骤。图1(E)是引线框的第五剖视图，其描述根 据第一实施例的制造半导体设备的方法中涂敷第二焊料的步骤。图1(F)是引线 框的第六剖视图，其描述根据第一实施例制造半导体设备的方法中安装部件的 步骤。图1(G)是引线框的第七剖视图，其描述根据第一实施例的制造半导体设 备的方法中熔化第二焊料的步骤。

图2是通过根据本发明的第一实施例的方法来制造的半导体设备的剖视 图。

首先参见图2，根据本发明的半导体设备包括功率半导体装置11和控制功 率半导体装置11的控制IC 12。功率半导体装置11是用于驱动点火线圈中的 主线圈的点火器。具有点火器所需的极好的高L负载耐受能力和极好的高电涌 耐受能力的IGBT用于功率半导体装置11。

通过机加工铜板来形成引线框。引线框包括形成外部连接端子的引线部分 13和为形成配线电路而被划分的配线电路部分14。一些配线电路部分14具有 较宽的区域，从而形成部件安装表面15a和15b，功率半导体装置11和IC12 分别安装于部件安装表面15a和15b。在每个被划分的配线电路部分14中，具 有带状的两个镀镍部分16被示意性地示出为形成接合区。由于电镀部分16沿 连续设置引线框的方向以直线形成，所以一些电镀部分16可形成于不是接合 区的区域内。

在引线框的安装有功率半导体装置11和IC 12的一侧上，将电子部件(第 一电子部件)17和18安装成第一电子部件17和18桥接配线电路部分14之间 的间隙。在引线框的另一侧上，将电子部件(第二电子部件)19和20安装成 第二电子部件19和20桥接配线电路部分14之间的间隙。这些电子部件17、 18、19和20可以是芯片电容器和芯片电阻器，它们都在表面安装封装体内。

功率半导体装置11包括主端子和控制端子，主端子用接合导线21而连接 到形成于配线电路部分14内引线部分13附近的电镀部分16，控制端子用接合 导线22而连接到IC 12的预先确定的端子。IC 12的其它端子用接合导线23 而连接到电镀部分16。

其上安装有功率半导体装置11、IC 12、第一电子部件17、18和第二电子 部件19、20的引线框借助于用于封装材料的模压树脂24来总体密封。

现在，下面将参见图1(A)到1(G)来描述根据本发明的第一实施例的制造 半导体设备的方法。

现参见图1(A)，将第一焊料31涂敷在位于引线框30上的配线电路部分 14的上表面上。详细来说，将焊膏印在功率半导体装置11、IC 12和电子部件 17和18所接合的区域上。焊料31制备成其熔点在230℃左右。

较佳地使用其熔点不同的焊料，例如焊料31和下文所述的焊料36。详细 来说，较佳地在先前步骤中使用熔点高于后续步骤中所使用的焊料36的熔点 的焊料，例如焊料31。

现参见图1(B)，功率半导体装置11、IC 12和电子部件17和18安装在所 涂敷的焊料31上。(在图1(B)中，示出功率半导体装置11和IC 12的芯片32。) 通过芯片安装器来将芯片32安装到焊料31上。然后，引线框30被传递到热 板(第一加热器)33上并安装到热板33上。

然后，调节热板33的加热温度，且芯片32通过如图1(C)中所示的回流技 术借助于焊料31接合到引线框30。详细来说，热板33起初在预加热温度下被 加热，且引线框30对焊料31和芯片32预加热。然后，热板33在高于熔融焊 料31的熔点的温度下被加热，以熔化焊料31。焊料31熔化较短时间，然后被 冷却以完成芯片32的焊接。

然后，借助于接合导线34的配线如图1(D)中那样进行。通过将接合导 线34接合到诸如功率半导体装置11和IC12的芯片32的焊盘并接合到引线部 分13或配线电路部分14来进行配线。还通过将接合导线34接合到芯片32的 焊盘来进行配线。导线34与引线部分13和配线电路部分14的接合经由形成 于引线部分13和配线电路部分14上的电镀部分16来进行。

在其上借助于接合导线34进行配线的引线框30被倒置，如图1(E)中 所示安装在加热台(第二加热器)35上，并将第二焊料36涂覆在引线框30 的配线电路部分14上。第二焊料36的熔点低于第一焊料31的熔点。熔点在 约200℃的引线回流焊料例如用于第二焊料36。第二焊料36涂覆在与电子部 件所接合的配线电路部分14上。加热台35成形有凹陷部，从而当引线框30 安装于加热台上时，芯片32和接合导线34不会与加热台35接触。加热台35 在除了芯片32和接合导线34所安装的区域之外的区域内支承引线框30。

然后，将诸如电子部件19和20的电子部件37安装在涂覆在配线电路部 分14的第二焊料36上，从而电子部件37如图1(F)中所示桥接被划分的配 线电路部分14之间的间隙。

在熔化第二焊料的后续步骤中，加热台35的加热温度被调节，第二焊料 36通过经由引线框30传导热量而熔化，且电子部件37被焊接到引线框30。 较佳地，被加热台35支承的引线框30如图1(G)中所示被放置到高温加热 炉中，引线框30的环境温度在预热和加热时升高，然后，引线框30的环境温 度在冷却引线框30时降低。

在芯片32和电子部件37被焊接到引线框30的对应表面之后，用模压树 脂来密封引线框30表面，从而制成半导体设备。

在根据第一实施例的制造半导体设备的较佳方法中，采用在高温环境下的 加热和通过加热台35的加热来进行第二焊接。或者，可采用高温环境下的加 热或者通过加热台35的加热毫无问题地进行第二焊接。

在上述工作例子中，采用了焊膏。如果在熔化焊料的步骤中产生的熔剂不 利地影响后续步骤，如有必要的话，较佳地加上去除熔剂的步骤。

图3(A)是引线框的第一剖视图，其描述根据本发明的第二实施例的制造半 导体设备的方法中涂覆焊料的步骤。图3(B)是引线框的第二剖视图，其描述根 据第二实施例的制造半导体设备的方法中安装芯片的步骤。图3(C)是引线框的 第三剖视图，其描述根据第二实施例的制造半导体设备的方法中熔化焊料的步 骤。图3(D)是引线框的第四剖视图，其描述根据第二实施例的制造半导体设备 的方法中接合导线的步骤。图3(E)是引线框的第五剖视图，其描述根据第二实 施例的制造半导体设备的方法中涂敷导电粘结剂的步骤。图3(F)是引线框的第 六剖视图，其描述根据第二实施例的制造半导体设备的方法中安装部件的步 骤。图3(G)是引线框的第七剖视图，其描述根据第二实施例制造半导体设备的 方法中熔化导电粘结剂的步骤。

在图3(A)到3(G)中，如在图1(A)到1(G)中所使用的相同的附图标记来表 示相同的组成元件，且出于简化原因而省略对它们的重复说明。

在根据第二实施例的制造半导体设备的方法中，焊料31涂覆在功率半导 体装置11、IC 12和电子部件17和18所接合的引线框30区域上，如图3(A) 中所示。

然后，将芯片32如图3(B)中所示安装到涂覆的焊料31上。然后，其上安 装有芯片32的引线框30被传递到热板33并安置于其上。

然后，热板33的加热温度被调节，焊料31熔化，而芯片32如图3(C)中 所示焊接到引线框30。

然后，如图3(D)所示，借助于接合导线34的配线在芯片32、在芯片32 和引线部分13以及在芯片32和配线电路部分14之间进行。

如图3(E)中所示，在其上借助于接合导线34进行配线的引线框30被倒置， 安装在台39上。台39成形有凹陷部，从而当引线框30安装于台上时，芯片 32和接合导线34不会与台39接触。台39在除了芯片和接合导线34所安装的 区域之外的区域内支承引线框30。

然后，固化温度低于焊料31的熔点的热固性导电粘合剂41通过分配器40 被涂覆在电子部件所接合的引线框30区域上。当焊料31的熔点在240℃时， 采用固化温度在约150℃的热固性导电粘合剂41。

然后，诸如电子部件19和20的电子部件37安装在涂覆于配线电路部分 14的热固性导电粘合剂41上，从而如图3(F)中所示，电子部件37桥接被划分 的配线电路部分14之间的间隙。

然后，引线框30如图3(G)中所示被放置到高温加热炉中以固化热固性导 电粘合剂41，引线框30将电子部件37安装到涂覆于其上的热固性导电粘合剂 41上并被安装到台39上。调节高温加热炉的温度以适于预热、加热和冷却。 特别是对于加热，环境温度设定在热固性导电粘合剂41的固化温度。通过将 热固性导电粘合剂41用于电子部件37的接合材料，可以将部件安装在引线框 30的两面上，而无须使制造步骤太过复杂化。

在将芯片32和电子部件37安装到引线框30的对应表面上之后，引线框 30表面用模压树脂来密封，从而制成半导体设备。

根据本发明的制造方法适于制造点火器，这是因为使用两种接合温度彼此 不同的接合材料来将部件安装到点火器中的引线框的两面上。根据本发明的半 导体设备较佳地用于点火器。