JP2002026195A - 樹脂封止型半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

樹脂封止型半導体装置及びその製造方法

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semiconductor device
terminal
semiconductor chip
lead terminal
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秀利 梅本
Mitsumasa Iwahara
光政 岩原
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Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】リードフレームを用いての樹脂封止型半導体装
置の端子周辺の樹脂バリを防ぎつつ、良好な半田付けが
行える半導体装置を提供すること。 【解決手段】半導体チップ６とリード端子３、４が樹脂
５で封止され、前記リード端子３、４の下面が前記樹脂
５の下面と面一である半導体装置において、前記リード
端子３、４と樹脂５との境界部に凹部５ａを設ける。前
記凹部は、テーパ状あるいは円弧状とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体チップが樹脂
封止される樹脂封止型半導体装置に関し、特に半導体チ
ップの表裏の電極面が導体と電気的に接続される半導体
装置とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体チップが樹脂封止される半
導体装置においては、半導体チップと半導体装置から外
部に導出される外部端子との電気的な接続をワイヤボン
ディングによって行うことが一般的であった。しかし、
ワイヤボンディングによる接続では、サージ電流のよう
な大電流が流れた際に断線してしまうという問題点があ
り、また、サージ電流のような大電流が流れなくても、
半導体チップの動作による温度変化を繰り返すことによ
って半導体装置内でワイヤが伸縮し、その応力から生じ
る金属疲労によってワイヤが断線してしまうという問題
点があった。また、これらの弊害を防止するためにワイ
ヤ径を太くすると、ボンディング時におけるループ径を
高く採らなければならず、製品外形が大きくなってしま
うという問題点があった。さらにリード端子が樹脂内部
に屈曲部を有する構造とするために半導体チップの搭載
前に該リード端子が屈曲されていると、この屈曲により
ワイヤボンディング時のリード端子の固定が充分に行え
ず、リード端子にボンディング時の超音波振動が伝わり
にくくボンディングしにくいという問題もあった。
【０００３】このようなワイヤボンディングによる接続
の問題点を解決する従来技術として、図５に示す半導体
装置がある。この半導体装置は、半導体チップ１０４の
下面が接続されるリード端子１０２、及び半導体チップ
の上面が接続される補助端子１０７を有するリード端子
１０１が一対で形成され、それらのリード端子１０１
（補助端子１０７）、１０２の間に半導体チップを配置
し、半田１０３、１０５で接続し、樹脂１０６で樹脂封
止して形成されるものである。そして補助端子１０７と
リード端子１０１との間は半田１０８で接続されてい
る。リード端子１０１（補助端子１０７）、１０２は、
ワイヤボンディングに用いるワイヤに比べ、その厚み、
幅とも十分大きく採ることが可能であるため、大電流が
流れた場合、及び温度変化によって伸縮が繰り返された
場合においても十分な強度を有し、また、その配置形状
を自由に選択できるため、製品外形の小型化を図ること
ができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この半導体装
置では、リード端子１０１、１０２の底部と樹脂１０６
の底面とが同一平面となっている。このようにリード端
子１０１、１０２の底部と樹脂１０６の底面とを同一平
面とするためには、樹脂の充填時に樹脂封止のための金
型を高精度で位置合わせする必要がある。つまり、リー
ド端子１０１、１０２は共にリードフレームに連結され
た状態で、樹脂封止前の半導体チップの搭載前に所望の
形状に屈曲されており、この屈曲部が多少に拘わらず丸
みを持った角形状を有し、この屈曲部と前記金型との間
に、先搾りの隙間ができ、この隙間に樹脂が充填されて
バリ状の樹脂薄肉部が形成されてしまうためである。し
かしながら、金型を高精度で位置合わせしたとしてもバ
リ状の樹脂薄肉部をなくすことは困難であり、この薄肉
部で剥離や欠けが発生するばかりでなく、薄肉部により
リード端子の樹脂からの露出寸法が不揃いになり、プリ
ント基板等への実装時に接続不良を生じる等の問題があ
る。
【０００５】これらの問題を解決するために、リード端
子の底部より樹脂の底面を高くして、同一平面としない
ことが考えられる。つまり、樹脂の底面を高く底上げす
ることにより、樹脂封止時のリード端子付近のバリ状の
薄肉部の発生を防ぐことができる。ところが、昨今の半
導体装置の軽薄短小の要求により、半導体装置の小型化
が図られており、半導体装置の小型化によりリード端子
間の距離も短くなってきている。面実装型のダイオード
を例にとるとリード端子の間隔は数ｍｍである。
【０００６】そして、このような樹脂の底面を底上げし
た小型の半導体装置をプリント基板等の配線基板に実装
して半田付けをした場合に、樹脂の底面とプリント基板
との隙間に毛細管現象で半田が流れ込みリード端子間を
橋絡してしまう問題がある。本発明はこのような点に鑑
みてなされたものであり、プリント基板への実装時の半
田付けを良好にすることによって、信頼性を向上させた
半導体装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、半導体チップと、該半導体チップと電気
的に接続された端子とが樹脂で封止される半導体装置に
おいて、端子の底部と樹脂の底面とが同一平面であり、
端子と樹脂との境界部に凹部を形成することとする。こ
のようにすれば、樹脂封止時のバリが防げるばかりでな
く、凹部で半田付け時の余分な半田を吸収することがで
きる。
【０００８】前記端子は、樹脂内部に屈曲部を有するこ
とがよい。屈曲部が樹脂内部にあるので、樹脂封止後に
端子が変形することがないばかりか、装置自体の小型化
が図れる。前記凹部は、テーパ状もしくは円弧状である
ことがよい。テーパ状であると端子形状と合致して位置
決めが確実であり、円弧状であると屈曲部と金型とが接
触した際にリード端子の変形やキズの発生を防ぐことが
できる。
【０００９】前記端子の底部に予備半田が施されている
とよい。予備半田を施すことにより、凹部が見かけ状大
きくなり余剰半田の吸収がより確実に行われる。半導体
チップと、該半導体チップと電気的に接続された端子と
が樹脂で封止され、端子の底部と樹脂の底面とが同一平
面である樹脂封止型半導体装置の製造方法において、樹
脂で封止する際の下金型に前記端子の端部に当接する金
型を用いて樹脂封止することがよい。端子の端部に当接
する金型を用いて樹脂封止することで、樹脂のバリ発生
を防ぐことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照して説明する。まず、本発明における第１の実施例に
ついて説明する。図１は、本実施例における半導体装置
の構造を示した構造図である。ここで、（ａ）は透過平
面図を示しており、（ｂ）は側断面図を示しており、
（ｃ）は下面図を示している。
【００１１】半導体装置は、例えば平均順電流ＩＦが１
〜１０Ａのダイオードであり、導電性を有する下面側端
子であるリード端子３、上面電極６ａ及び下面電極を有
し、リード端子３の上面に電気的に接続されて配置され
る半導体チップ６、面積が縮少された電極接続部２ａを
有し、この電極接続部２ａが屈曲していることによって
半導体チップ６の上面電極６ａと電気的に接続される補
助リード端子２、補助リード端子２と電気的に接続され
るリード端子４、半導体チップ６等を封止する樹脂５、
及び半田７、８、９によって構成されている。
【００１２】半導体チップ６の上下面には、リード端子
３、４と電気的に接続するための上面電極６ａ及び下面
電極が形成されている。また、電極が形成されていない
外周等の部分には絶縁層である酸化シリコン膜等の酸化
膜６ｂが形成され、外部との耐圧を保っている。リード
端子３は、導電性を有する金属等で構成された厚さ０．
２〜０．３ｍｍの長方形の板を、上面方向及び下面方向
に１回ずつ屈曲させ、これにより、底部が露出してかつ
樹脂５の底面と面一となる外側３ａと、樹脂５内に完全
に埋没する内側３ｂとの互いに平行な２平面が段違いに
配置されるように構成される。凹部３ｃはリード端子３
の長手方向の側面に形成され、この凹部３ｃによる投錨
効果で樹脂５との密着力の向上が図られている。
【００１３】補助リード端子２も、導電性を有する金属
等で構成された厚さ０．１〜０．３ｍｍの板を、上面方
向及び下面方向に少なくとも１回ずつ屈曲させ、これに
より、互いに平行な２平面が段違いに配置されるように
構成される。ただし、ここで使用される板は長方形では
なく、その一部の横幅が半導体チップ６の上面電極の幅
と略同一、或いはそれ以下になるように構成された電極
接続部２ａを有する形状の板が用いられる。補助リード
端子２における上面方向への屈曲は電極接続部２ａで行
われ、なおかつ、電極接続部２ａに形成された１つの段
差部の形状が、半導体チップ６に形成された上面電極６
ａの領域に収まるように行われる。これにより、電極接
続部２aと半導体チップ６の上面電極６ａとを半田８で
半田付けした際に、半導体チップ６の上面電極の周辺を
覆っている酸化膜６ｂへ半田がはみ出すのを防ぐことが
できる。また、半導体チップ６で発生した熱の放熱効
率、及び電気抵抗低減の面から、電極接続部２ａの横幅
は、半導体チップ６の上面電極６ａの幅を越えない限度
で、できるだけ広く採ることが望ましい。
【００１４】リード端子４は、導電性を有する金属等で
構成された厚さ０．２〜０．３ｍｍの長方形の板を、上
面方向に１回屈曲させることにより構成される。これら
リード端子３，４は一つのリードフレーム中に多数個各
対向させて形成し、樹脂で封止後にリード端子を切断す
るのが製造上好ましい。なお、リード端子３、４、及び
補助リード端子２に用いる材質としては、導電性を有
し、ある程度の機械的強度が保持でき、酸化、半田のフ
ラックス等による耐腐食性を有するものであれば、特に
制限なく使用できる。
【００１５】次に、半導体装置の配置構成について説明
する。リード端子３、４は、リード端子３、４の各１平
面が同一平面上に配置され、この同一平面上に配置され
る各平面の末端が互いに外側を向き、また、この同一平
面上に配置される各平面の屈曲がそれぞれ上面方向で後
述の樹脂５内となるように配置される。そして、この同
一平面上に配置される各平面の末端は、樹脂５の下面と
面一となっている。
【００１６】リード端子４の平面と同一平面上に配置さ
れないが、その平面と平行に配置されることとなるリー
ド端子３の屈曲後の平面上部には、半田８が塗布され、
その上部には半導体チップ６が配置される。さらに、半
導体チップ６の上部電極６ａには半田７が塗布され、そ
の上部には補助リード端子２の電極接続部２ａが配置さ
れる。そして、半田７、８を溶解させることにより、リ
ード端子３と半導体チップ６の下面電極、及び半導体チ
ップ６の上面電極６ａと補助リード端子２の電極接続部
２ａとの半田付けが行われる。また、この時リード端子
４と補助リード端子２の間の半田９の半田付けも行われ
る。
【００１７】このように配置された半導体チップ６等は
樹脂５によって封止される。この際、樹脂５下面と同一
平面上に配置されるリード端子３、４の各１平面の末端
部は、樹脂５の外部に配置され、この外部に配置された
末端部によって、外部の配線パターン等との電気的な接
続が行われる。そして、リード端子３、４と樹脂５との
境界部には幅が０．１〜０．５ｍｍ、最大深さが２０〜
８０μｍのテーパ状の凹部５ａが形成されている。テー
パ状であると、リード端子の直線部と金型の形状が合致
するため、リード端子の位置決めが確実である。この凹
部５ａは境界部に図示のようにコの字状に形成するのが
好ましいが、最もバリの発生しやすいリード端子の屈曲
部であるリード端子３、４の対向する部分間（図の紙面
上下方向）にあるだけでもよい。この凹部５ａによりバ
リの発生が防げるばかりでなく、プリント基板への実装
時に余剰半田がこの凹部５ａに流れこむと樹脂５の底面
が堰の役目を果たし、半田が凹部５ａに溜って吸収され
るため、リード端子３、４間が橋絡することがない。な
お、本実施例では、このリード端子３、４の各１平面の
末端部に予備半田１が施され、この予備半田１の分だけ
樹脂５の下面より突出することとなる。このように、予
備半田１の部分が突出することにより回路基板の実装箇
所との位置合わせが行い易いと共に確実な接続を行うこ
とができる。
【００１８】次に、この実施例の樹脂封止工程について
異なる実施例を用いて説明する。図２は、図１の（ｂ）
の一部分に相当する部分を拡大し、金型と共に示した異
なる実施例の概略拡大図である。図２では、樹脂５に凹
部５ｂを形成するために下金型１０に形成した凸部１０
ａの先端を円弧状としている。まず、下金型１０に凸部
１０ａとリード端子４の屈曲部が一致するようにリード
端子４が載置される。この時に凸部１０ａは先端が曲率
半径０．２ｍｍの円弧状となっているため、リード端子
の変形やキズを起こしにくい。また、凹部の樹脂表面に
角がないので、樹脂バリが生じたとしても樹脂バリがと
り易い。この段階では既に半導体チップは半田付けが完
了しているが、リード端子４はリードフレームに連結さ
れている状態である。次に上金型１１により、矢印１２
で示す箇所で下金型１０とによりリード端子４を挟持す
る。そして、溶融樹脂を上金型１１と下金型１０との間
に充填して樹脂封止する。
【００１９】図３は異なる実施例の側断面図である。以
下の説明では、図１の実施例との相違点を中心に説明を
行い、共通する部分については、その説明を省略する。
図３に示すように、半導体チップ６の平均順電流ＩＦが
小さくワイヤボンデイングの適用が可能である場合は、
ワイヤ１３を用いて半導体チップ６とリード端子４の接
続を行うことができる。このように、ワイヤ１３を用い
ると半導体装置の重心が高さの半分より下になるので、
装置自体の安定性が増し、実装時のずれ等を防ぐことが
できる。この実施例でも樹脂５とリード端子３、４との
境界部にスリット状の凹部５ａが形成されている。
【００２０】図４は更に異なる実施例の側断面図であ
る。図４では屈曲させたリード端子に換えて板状のリー
ド端子の板厚方向端部に切欠を形成して、板厚の薄い部
分２３ｂ，２４ｂと板厚の厚い部分２３ａ，２４ａを各
有するリード端子２３、２４を用いたものである。樹脂
５とリード端子２３、２４の境界部にスリット状の凹部
５ａを形成する点は他の実施例と同じである。この例で
は、板厚の厚い部分２３ａ，２４ａが樹脂５より露出す
るだけであるので、リード端子２３、２４間の絶縁距離
を大きく確保でき、また、リード端子の折り曲げが不要
であるので、半導体チップ及び補助リード端子の搭載位
置の精度が高められる。
【００２１】なお、図１ないし図４の実施例において、
リード端子の長手方向の側面に図４のような板厚の薄い
部分を設けてやれば、該部分が樹脂への投錨効果で樹脂
のリード端子からの剥がれを防ぐことができる。なお、
図１、図２の実施例において、補助リード端子２をリー
ド端子４と独立に設け、補助リード端子４に半田付けし
て接続することとしたため、半導体装置の組立前にリー
ド端子４が変形した場合であっても、組立時に補助リー
ド端子２の位置を補正しつつリード端子４に半田付けす
ることが可能となり、補助リード端子２の電極接続部２
ａを上面電極６ａからはみ出すことなく配置できること
となるため、酸化膜６ｂへの半田付着による半導体チッ
プ６への半田成分の浸透を防止し、信頼性の向上を図る
ことが可能となる。さらに、半田９が応力緩和の役目を
するので、リード端子４の熱膨張による伸縮の応力が半
導体チップ６に加わるのを低減できる。
【００２２】なお、本実施例では、半導体チップ６の上
下面に電極が１ヵ所ずつ設けられ、それらに対応するリ
ード端子が１本ずつ配置される構成としたが、上下面の
一方に複数の電極が設けられた例えばＭＯＳＦＥＴ等の
トランジスタを半導体チップとして用い、あるいは異な
る複数のチップを用い、各電極に対応する複数のリード
端子を用いた半導体装置に本構成を適用してもよい。
【００２３】さらに、本実施例では、各構成部品の接続
を半田によって行うこととしたが、その他の導電性接合
媒体を用いることとしてもよい。なお、これらの実施例
における樹脂５の外形は縦×横が２．５ｍｍ×４．０ｍ
ｍで厚さが０．５〜２．５ｍｍであり、リード端子３、
４の突出部（各０．５ｍｍ）を含めた横の長さが５．０
ｍｍである。また、平均順電流ＩＦが３Ａのダイオード
で樹脂の外形が１０ｍｍ2，１Ａのダイオードで樹脂の
外形が５ｍｍ2である。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように本発明では、端子の
底部と樹脂の底面とが同一平面であり、かつ端子と樹脂
との境界部に凹部を形成したことにより、樹脂封止時の
端子周辺での樹脂バリの発生を防ぎ、かつ凹部で半田付
け時の余分な半田を吸収することができる。これによ
り、樹脂の底面への半田の付着を防止し、耐熱性、耐湿
性における信頼性を向上できる。また、凹部が半田付け
時の堰の役目も果たし、端子間の橋絡を防止でき、実装
時の安定性が増し、半導体装置と実装基板との接合不良
を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の半導体装置の構造を示した構造図であ
る。ここで、（ａ）は透過平面図を示しており、（ｂ）
は側断面図を示しており、（ｃ）は下面図を示してい
る。
【図２】樹脂封止工程を説明するための概略拡大図であ
る。
【図３】異なる実施例を示した側断面図である。
【図４】更に異なる実施例を示した側断面図である。
【図５】従来の半導体素子の構造を示した構造図であ
る。ここで、（ａ）は透過平面図を示しており、（ｂ）
は側断面図を示している。
【符号の説明】
１ 予備半田 ２ 補助リード端
子 ２ａ 電極接続部 ３、４、２３、２４、１０１、１０２ リード端子 ５ 樹脂 ５ａ 凹部 ６ 半導体チップ ６ａ 上面電極 ６ｂ 酸化膜 ７、８、９ 半田 １０ 下金型 １０ａ 凸部 １１ 上金型 １３ ワイヤ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M109 AA01 BA02 CA21 DA10 DB04 FA02 FA04 5F061 AA01 BA02 CA21 DA06 DD12 EA02 EA03

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】半導体チップと、該半導体チップと電気的
    に接続された端子とが樹脂で封止される半導体装置にお
    いて、端子の底部と樹脂の底面とが同一平面であり、端
    子と樹脂との境界部に凹部を形成したことを特徴とする
    樹脂封止型半導体装置。
  2. 【請求項２】前記端子は、樹脂内部に屈曲部を有するこ
    とを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  3. 【請求項３】前記凹部は、テーパ状もしくは円弧状であ
    ることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  4. 【請求項４】前記端子の底部に予備半田が施されている
    ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  5. 【請求項５】半導体チップと、該半導体チップと電気的
    に接続された端子とが樹脂で封止され、端子の底部と樹
    脂の底面とが同一平面である樹脂封止型半導体装置の製
    造方法において、樹脂で封止する際の下金型に前記端子
    の端部に当接する金型を用いて樹脂封止することを特徴
    とする樹脂封止型半導体装置の製造方法。
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