JP2000150762A - リードフレームおよび半導体装置 - Google Patents

リードフレームおよび半導体装置

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JP2000150762A
JP2000150762A JP10317160A JP31716098A JP2000150762A JP 2000150762 A JP2000150762 A JP 2000150762A JP 10317160 A JP10317160 A JP 10317160A JP 31716098 A JP31716098 A JP 31716098A JP 2000150762 A JP2000150762 A JP 2000150762A
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lead frame
semiconductor chip
bonding
chip
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JP10317160A
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Hideyo Nakamura
秀世 仲村
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/161Disposition
    • H01L2224/16151Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/16221Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/16245Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic

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Abstract

(57)【要約】 【課題】リードフレームに半導体チップをダイレクトボ
ンディングする際に加わる熱応力を緩和してボンディン
グ接合部の剥離防止を図る。 【解決手段】フリップチップ素子としてなる半導体チッ
プ1を搭載してダイレクトボンディングするリードフレ
ーム3であって、半導体チップの主端子,制御端子に対
応して形成したバンプ付きボンディングパッドの配列に
合わせてチップ搭載領域の周辺に分散したリード片3
a,および各リード片の相互間を連結してインナリード
3a-1とアウタリード3a-2との境にダムバー3bをパ
ターン形成したものにおいて、前記ダムバーの形状を隣
り合うリード片の間でジグザグ形に形成して撓み性を持
たせ、半導体チップをダイレクトボンディングする際に
加わる熱応力をダムバーの撓み変形により吸収してボン
ディング接合部の剥離を防ぐようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、インテリジェント
パワーICなどを対象に、フリップチップ素子の組立に
リードフレーム,およびそのリードフレームを用いて構
成した樹脂封止型の半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】インテリジェントパワーICなどのパッ
ケージング方式として、フリップチップ素子をリードフ
レームにダイレクトボンディングし、ワイヤボンディン
グ方式と比べて低抵抗,低損失化を図るようにしたもの
が公知である。
【0003】また、その具体的なパッケージ構造とし
て、図3に示すように半導体チップ(パワーIC)1の
主電極,制御電極に対応するボンディングパッド部にバ
ンプ2を形成し、これを銅合金などの金属リボンで作ら
れたリードフレーム3のインナリード部(インナリード
部の表面にはSnPbの高温はんだメッキ層4が施され
ている)の上に搭載してをフェイスダウンボンディング
し、さらにその周域を樹脂5で一体成形したパッケージ
構造の半導体装置が、本発明と同一出願人より特願平1
0−109170号として提案されている。なお、かか
る半導体装置は、例えば電源装置のプリント板に実装
し、パッケージから側方に引き出した各リードをプリン
ト板に接続して使用される。
【0004】次に、前記半導体装置に採用するリードフ
レーム3のパターンを図4に示す。図示のようにリード
フレーム3には半導体チップ1に形成した主電極,制御
電極のバンプ付きボンディングパッドと個々に対応する
ようにそのチップ搭載領域の周域に分散配列した多数条
のリード片3aを有し、そのリード片3aの相互間を連
結するようにそのインナリード部3a-1とアウタリード
部3a-2との境にタイバー3bが形成されている。な
お、タイバー3bは「ダムバー」とも呼ばれ、リードフ
レーム3に半導体チップ1を実装し、さらにタイバーの
内周域をトランスファー成形金型にインサートして図3
に示した樹脂パッケージをモールド成形した後にタイバ
ーカットして除去される。なお、3cはリードフレーム
3のガイドレールである。
【0005】また、リードフレーム3に形成した各リー
ド片3aのうち、半導体チップ1の主電極(パワー回路
電流に対応した通電容量を確保するために複数のボンデ
ィングパッドを備えている)に接続するリード片(符号
A)については、そのインナリード部3a-1の先端がチ
ップ搭載域の中央まで延びて主電極の各バンプ付きボン
ディングパッドとボンディング接合するようにしてい
る。これに対して制御電極は微小な信号を流すだけてあ
ってそのボンディングパッドは半導体チップ1の周域に
配列して形成されており、これに対応する制御電極用の
リード片(符号B)はそのインナリード部の先端がチッ
プ搭載域に周辺に配置されており、かつその先端は主電
極用リードと比べて細く形成されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記した従
来構造のリードフレームを使ってパワーICなどの半導
体チップをダイレクトボンディングし、図4のパッケー
ジ構造を組立てる場合には次記のような問題点が残る。
すなわち、 (1) リードフレーム(銅合金)3と半導体チップ(S
i)1との線膨張率が大きく異なることから、ダイレク
トボンディングに伴う加熱,冷却により半導体チップ1
とリードフレーム3のインナリード部3aとの間のボン
ディング接合部に熱膨張差に伴う熱応力が加わる。特
に、図4のように各リード片3aのインナリード部3a
に高温半田メッキ層4を施したものでは、半導体チップ
1をダイレクトボンディングする際に、製品の実使用温
度,パッケージの樹脂成形温度よりも高い300℃以上
に高温加熱する必要がある。しかも、図3に示したリー
ドフレーム3では各リード片3aの相互間が幅の広い
(幅寸法D)タイバー3bで連結されていて、リード片
3aが個々に自由に動けないように拘束されている。こ
のために、ボンディング時に前記の線膨張率差に起因す
る熱応力で、ボンディング接合部が剥がれるといった欠
陥が発生することがであり、このことが製品の良品率を
低下させる原因となっている。
【0007】なお、かかる点について発明者等が実験を
通じて調べたところ、例えば□5mmの半導体チップ1を
銅合金製リードフレーム3に搭載し、SnPbの高温は
んだにより300℃以上に加熱して接合した場合に、チ
ップ周辺部の膨張差は10μmにもなるが、接合面積が
高々□数十μm程度のはんだバンプではこの熱膨張差を
十分に吸収することができず、接合後に常温まで冷却す
る過程で発生した歪みでリードとのはんだ接合部が剥離
することがある。
【0008】(2) ワイヤボンディング方式のリードフレ
ームは半導体チップをマウントするダイパッドがあり、
このダイパッドを放熱用のヒートシンクとしての機能を
持たせることができるが、図4に示したダイレクトボン
ディングに採用するリードフレームにはダイパッドがな
く、かつ樹脂封止型のパッケージでは半導体チップの周
域が樹脂で封止されているために、このままでは半導体
チップの発熱を効率よくパッケージの外方に放熱させる
ことができない。
【0009】本発明は上記の点に鑑みなされたものであ
り、その第1の目的はダイレクトボンディング時に加わ
る熱応力を緩和してボンディング接合部の剥離を防止
し、第2の目的は半導体チップの発熱に対する放熱性を
ダイパッドを有するパッケージ並に改善できるようにし
たリードフレーム,およびそのリードフレームを用いて
構成したパワーICなどを実施対象とした半導体装置を
提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、フリップチップ素子としてなる半
導体チップを搭載してダイレクトボンディングするリー
ドフレームであって、半導体チップの主電極,制御電極
に対応したバンプ付きボンディングパッドの配列に合わ
せて、チップ搭載領域の周辺に分散配列したリード片,
および各リード片の相互間を連結してインナリード部と
アウタリード部との境にタイバーをパターン形成したも
のにおいて、 (1) 前記タイバーの形状を隣り合うリードの間でジグザ
グ形に形成して撓み性を持たせるよう構成する(請求項
1)ものとし、具体的にはタイバーに対しそのインナリ
ード部側,およびアウタリード部側から交互に切欠みを
入れてジグザグ形に形成する(請求項2)。
【0011】かかる構成によれば、リードフレームの各
リード片の間が撓み性を有するジグザグ形のタイバーを
介して相対的に変位し易くなる。したがって、リードフ
レームに半導体チップを搭載してダイレクトボンディン
グする際に、リードフレームと半導体チップとの膨張差
に起因する熱応力が前記したジグザグな帯状のタイバー
の撓みによって吸収されるので、これによりボンディン
グ接合部に剥離が生じるのを効果的に防ぐことができ
る。
【0012】(2) 前記した制御端子用リードの一部につ
いて、そのインナリード部の先端を拡大し、かつ該先端
拡大部をボンディング部を超えてチップ搭載領域の内方
に延在させる(請求項3)。
【0013】かかる構成により、従来の構成では微小な
信号電流を流す導体としての機能しか持たせてなかった
制御端子用リード片をヒートシンクとし、このリード片
を通じて半導体チップの発熱を積極的に外部(半導体装
置を実装するプリント板など)に放熱させることがで
き、これによりダイパッドがないダイレクトボンディン
グ方式のリードフレームを採用したパッケージでも、そ
の放熱性をダイパッド付きリードフレームを採用したパ
ッケージ並に改善できる。
【0014】また、前項(1) に記載したジグザグな帯状
のタイバー,および(2) 項に記載したインナリード部の
先端拡大部を形成したリードフレームを用い、このリー
ドフレームにフリップチップ素子としなる半導体チップ
を搭載してダイレクトボンディングし、さらにその周域
を樹脂で封止した後、タイバーをカットしてパッケージ
を構成する(請求項4)ことにより、半導体チップとリ
ードフレームとの接合欠陥がなく、かつ放熱性にも優れ
た半導体装置を、リードフレームのパターン形状を多少
改造するだけで実現できる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図示
実施例に基づいて説明する。なお、図示の実施例で図4
に対応する部材には同じ符号を付してその説明は省略す
る。
【0016】〔実施例1〕図1は本発明の請求項1,2
に対応するリードフレームの実施例を示すものである。
この実施例においては、リードフレーム3にパターン形
成したリード片3aの相互間を連結するタイバー3b
を、図示のようにジグザグに屈曲した幅寸法d(d<
D)の細条で形成してタイバー自身に撓み性を持たせて
いる。また、かかるジグザグ形状のタイバーを成形する
には、図4に示したリードフレームのタイバー(幅寸法
D)に対して、その内外方向から図1のように切欠き3
b-1を交互に切込んで形成するものとする。
【0017】かかる構成により、リードフレーム3に半
導体チップ(フリップチップ素子)1を搭載してダイレ
クトボンディングする際に、リードフレーム3と半導体
チップ1との線膨張率に起因する膨張差でボンディング
接合部に加わる熱応力が前記したジグザグ形タイバー3
bの撓み変形によって吸収され、これによってボンディ
ング接合部に剥離が生じるのを効果的に防ぐことができ
る。
【0018】なお、前記のようにタイバー3bをジグザ
グ形状にしても、リードフレーム3の外形は図4のもの
と同じであり、ボンディング後に行う樹脂成形工程では
在来設備の成形金型をそのまま用いても、金型から樹脂
をフラッシュさせることなくインサート形成できること
がテスト結果からも確認されている。
【0019】〔実施例2〕次に、本発明の請求項3に対
応するリードフレームの実施例を図2に示す。この実施
例においては、リードフレーム3に形成したリード片3
aのうち、特に制御端子用リード片について、その一部
のリード(符号B)のインナリード部3a-1の先端を拡
大した上で、その先端拡大部3dがボンディング部を超
えてチップ搭載領域の内方まで延長するように形成され
ている。
【0020】かかる構成のリードフレーム3を採用して
図3のパッケージを構成することにより、制御端子用リ
ード片(符号B)の先端拡大部3dが半導体チップ1に
対するヒートシンクとして有効に機能し、半導体装置の
実使用時に半導体チップ1の発熱を制端子用リード片
(符号B),および主端子用リード片(符号A)を伝熱
して外部(パッケージを実装したプリント板)に放熱さ
せることができる。これにより、図4に示した従来のリ
ードフレームを採用したパッケージと比べて半導体チッ
プ/リードフレーム間の伝熱抵抗が大幅に低減し、ダイ
パッド付きリードフレームを採用したパッケージと同等
な放熱性を確保できる。
【0021】以上のことから、リードフレーム3に図1
に示したジグザグ形状のタイバーを形成し、さらに図2
のように制御端子用リード片のインナリード部の先端を
拡大してヒートシンク機能を持たせた上で、このリード
フレームを採用して半導体チップ1をダイレクトボンデ
ィングし、さらにその周域を樹脂成形して半導体装置の
パッケージを構成することにより、半導体チップ/リー
ドフレーム間の接合部に欠陥発生がなく、かつ高い放熱
性を持った製品が得られる。
【0022】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の構成によれ
ば次記効果を奏することができる。
【0023】(1) リードフレームのタイバーをジグザグ
形に形成して撓み性を持たせることにより、半導体チッ
プのダイレクトボンディング時に発生する熱応力を緩和
してボンディング接合部の剥離を防ぐことができで製品
の良品率が向上する。
【0024】(2) リードフレームに形成した制御端子用
リード片の一部についてそのインナリード部の先端を拡
大して半導体チップに対するヒートシンクとして機能さ
せるように延在させたことにより、ダイパッド付きリー
ドフレームを用いて構成したパッケージと同等な放熱性
を確保することができる。
【0025】(3) 前記のようにリードフレームのタイバ
ーをジグザグ形状となして撓み性を持たせ、さらに制御
端子用リード片の一部についてそのインナリード部の先
端を拡大してヒートシンク機能を持たせたリードフレー
ムを採用し、このリードフレームに半導体チップをダイ
パッドボンディングした上でその周域を樹脂成形して半
導体装置のパッケージを構成することにより、リードフ
レームを僅かに改造するだけでコストアップを伴わずに
半導体チップ/リードフレーム間の接合欠陥がなく、か
つ高い放熱性を持った半導体装置を提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1に対応するリードフレームの
平面図
【図2】本発明の実施例2に対応するリードフレームの
平面図
【図3】半導体チップをリードフレームにダイレクトボ
ンディングして組立てた樹脂封止型半導体装置のパッケ
ージ構造の断面図
【図4】図3のパッケージに採用する従来のリードフレ
ームの平面図
【符号の説明】
1 半導体チップ(フリップチップ素子) 2 バンプ 3 リードフレーム 3a リード片 3a-1 インナリード部 3a-2 アウタリード部 3d インナーリードの先端拡大部 5 樹脂

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】フリップチップ素子としてなる半導体チッ
    プを搭載してダイレクトボンディングするリードフレー
    ムであって、半導体チップの主電極,制御電極に対応し
    たバンプ付きボンディングパッドの配列に合わせてチッ
    プ搭載領域の周辺に分散配列するリード片,および各リ
    ード片の相互間を連結してそのインナリード部とアウタ
    リード部との境にタイバーをパターン形成したものにお
    いて、前記タイバーの形状を隣り合うリード片の間でジ
    グザグ形に形成して撓み性を持たせたことを特徴とする
    リードフレーム。
  2. 【請求項2】請求項1記載のリードフレームにおいて、
    タイバーに対しそのインナリード部側,およびアウタリ
    ード部側から交互に切欠みを入れてジグザグ形に形成し
    たことを特徴とするリードフレーム。
  3. 【請求項3】フリップチップ素子としてなる半導体チッ
    プを搭載してダイレクトボンディングするリードフレー
    ムであって、半導体チップの主電極,制御電極に対応す
    るバンプ付きボンディングパッドの配列に合わせてチッ
    プ搭載領域の周辺に主端子用,制御端子用のリード片を
    分散配列してパターン形成したものにおいて、制御端子
    用リード片の一部につき、そのインナリード部の先端を
    拡大し、かつ該先端拡大部をボンディング部を超えてチ
    ップ搭載領域の内方に延在させたことを特徴とするリー
    ドフレーム。
  4. 【請求項4】半導体チップの主電極,制御電極に対応し
    たバンプ付きボンディングパッドの配列に合わせてチッ
    プ搭載領域の周辺に主端子用,制御端子用のリード片,
    および各リード片の相互間を連結するタイバーを有し、
    かつ前記タイバーの形状を隣り合うリード片の間でジグ
    ザグ形に形成するとともに、制御端子用リード片の一部
    についてはそのインナリード部の先端に拡大部を形成し
    てボンディング部を超えてチップ搭載領域の内方に延在
    させたリードフレームを採用し、該リードフレームにフ
    リップチップ素子としなる半導体チップを搭載してダイ
    レクトボンディングし、さらにその周域を樹脂で封止し
    た後、タイバーをカットしてパッケージを構成したこと
    を特徴とする半導体装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113257767A (zh) * 2020-02-12 2021-08-13 三菱电机株式会社 传递模塑型功率模块、引线框架及传递模塑型功率模块的制造方法
CN113661567A (zh) * 2019-03-11 2021-11-16 株式会社电装 半导体装置

Cited By (3)

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