JP2004072126A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【目的】　放熱板内蔵形半導体装置の場合にはパッケージの際、放熱ブロックが移動したりボンディングワイヤが変形したりするおそれがなく、また、樹脂が放熱ブロックの表面に回り込むことのなくいようにし、放熱板内蔵形半導体装置の場合には放熱板とリードのとの安定した結合及び安定したワイヤボンディングのできるようにして、信頼性の高い半導体装置及びその製造方法を得る。
【構成】　リードフレーム１のリード２で形成された空間部内に配設され、又はリードフレームのダイパッド３に固定され、そのボンディングパッドがワイヤによりリードにそれぞれ接続された半導体素子６と、熱伝導の良好な材料からなり、その外周がリードと重なる大きさに形成され、リード上にその一部にテープ状の絶縁物を介して配設されかつ中央部に直接又はダイパッドを介して半導体素子が配設された放熱ブロック５又は放熱板とを備え、リードの一部及び放熱ブロックの端面又はリードの一部を残して樹脂等により封止した。
【選択図】　　　　図１

Description

　本発明は、半導体装置及びその製造方法に係り、さらに詳しくは、放熱ブロック露出形の半導体装置及び放熱板内蔵形の半導体装置ならびにその製造方法に関するものである。

　図３１は従来の放熱ブロック露出形半導体装置の一例の断面図である。図において、１はリードフレームで、中央部には支持腕４に支持されたダイパッド３が設けられている。５はダイパッド３にエポキシ樹脂等の接着剤で接着固定された放熱ブロック、６は放熱ブロック５の反対側においてダイパッド３にエポキシ樹脂等の接着剤で接着固定された半導体素子である。この半導体素子６に設けられたボンディングパッドとリードフレーム１の各リード２とは、それぞれワイヤ７により接続されている。

　上記のようにしてワイヤ７により多数のリード２に接続された半導体素子６は、リード２の一部及び放熱ブロック５の一部（上面）を残して、例えばエポキシ樹脂によりパッケージ８して封止される。そしてパッケージ８から突出したリード２を折曲げて端子とし、半導体装置が製造される。

　図３２は放熱ブロック露出形半導体装置の他の従来例を示す断面図である。本例ではダイパッドのないリードフレーム１を使用し、また、放熱ブロック５には下部がリード２の一部に重なる大きさで断面凸字状のものを使用している。そして、リード２の放熱ブロック５が重なる部分の全面に例えばポリイミドの如き絶縁物９を接着し、絶縁物９を介して放熱ブロック５を接着固定する。ついで、放熱ブロック５の下面に半導体素子６を接着固定してそのボンディングパッドと各リード２とをワイヤ７で接続し、リード２の一部及び放熱ブロック５の一部を残してエポキシ樹脂等によりパッケージ８したものである。

　図３３は従来の放熱板内蔵形半導体装置の一例の断面図である。図において、１０は放熱板で、その上面には中央部を除きエポキシ樹脂等により絶縁被膜１１が施されており、その上に回路端子１２が形成されていて、回路端子１２とこれに対応する各リード２とは溶接又ははんだ付け等によりそれぞれ接続されている。また、放熱板１０の中央部には接着剤により半導体素子６が接着固定されており、半導体素子６のボンディングパッドとこれに対応する回路端子１２とは、それぞれワイヤ７により接続されている。

　図３１に示した放熱ブロック露出形半導体装置においては、放熱ブロック５はダイパッド３に接着固定されているだけなので、ワイヤボンディングの際放熱ブロック５によってダイパッド３が位置ずれを生じ易いため、リード２とダイパッド３の両者を固定しなければならない。このため特殊な押え治具が必要であるばかりでなく、ボンディング後のリード２の強度不足のため品質も不安定である。
また、上述のように、放熱ブロック５はダイパッド３に固定されているだけなので、樹脂封止の際にその圧力によって放熱ブロック５の位置が変り易く、このためワイヤ７が変形したり、放熱ブロック５の表面まで樹脂が回り込んで被覆してしまい、充分な放熱効果が得られないという問題がある。

　また、図３２に示した放熱ブロック露出形半導体装置においては、リード２の全面が絶縁物９を介して放熱ブロック５に接着されているため、上記のような問題はある程度解決されるが、ワイヤボンディングの際、リード押え治具でリード２を固定しても、絶縁物９の弾性により安定したボンディングができないという問題があり、さらに、絶縁物９は吸湿性を有するため、パッケージ８にクラックを生じたり、絶縁破壊の問題などが生じ易く、信頼性に欠ける点がある。

　一方、図３３に示した放熱板内蔵形半導体装置においては、放熱板１０は、絶縁被膜１１上に形成された回路端子１２とリード２を接続することにより間接的にリード２に接合されているため、放熱板１０とリード２との接合が不安定であった。また、放熱板１０上に設けた回路端子１２と半導体素子６のボンディングパッドとの間にワイヤボンディングする際に、絶縁被膜１１の上に回路端子１２が形成されているため、ボンディング荷重のかかり方が不安定になり、このためボンディング精度の向上がはかれないという問題がある。

　本発明は、上記の課題を解決すべくなされたもので、放熱ブロック露出形半導体装置において、パッケージングの際、放熱ブロックが移動したりボンディングワイヤが変形したりするおそれがなく、また、樹脂が放熱ブロックの表面に回り込むことのない、放熱特性に優れた信頼性の高い半導体装置及びその製造方法を得ることを目的としたものである。

　本発明は、更に、放熱板内蔵形半導体装置において、放熱板とリードのとの安定した結合及び安定したワイヤボンディングのできる半導体装置及びその製造方法を得ることを目的としたものである。

　本発明の一つの態様による半導体装置（請求項１）は、リードフレームのリードで形成された空間部内に配設され、又はリードフレームのダイパッドに固定され、そのボンディングパッドがワイヤによりリードにそれぞれ接続された半導体素子と、熱伝導の良好な材料からなり、その外周が前記リードと重なる大きさに形成され、リード上にその一部にテープ状の絶縁物を介して配設されかつ中央部に直接又は前記ダイパッドを介して半導体素子が配設された放熱ブロック又は放熱板とを備え、リードの一部及び放熱ブロックの端面又はリードの一部を残して樹脂等により封止される。

　本発明の他の態様による半導体装置（請求項２）は、上記の半導体装置（請求項１）において、リードフレームに設けた支持腕に放熱ブロック又は放熱板が支持され、放熱ブロック又は放熱板に半導体素子が固定される。

　本発明の他の態様による半導体装置（請求項３）は、上記の半導体装置（請求項１）において、リードフレームのリードにテープ状の絶縁物を介して放熱ブロック又は放熱板が接着され、放熱ブロック又は放熱板に半導体素子が固定される。

　本発明の他の態様による半導体装置（請求項４）は、上記の半導体装置（請求項１）において、リードフレームのダイパッドに半導体素子が固定され、該ダイパッドの裏面及びリードフレームのリードにテープ状の絶縁物を介して放熱ブロック又は放熱板が接着される。

　本発明の他の態様による半導体装置（請求項５）は、上記の各半導体装置において、放熱ブロック又は放熱板の周囲に複数の突起腕を設け、突起腕の一部を折曲げて支持部を形成し、支持部に電気的に導通可能にリードを固定する。

　本発明の他の態様による半導体装置（請求項６）は、上記の半導体装置において、放熱ブロック又は放熱板の上下方向に複数の貫通穴を設けている。

　本発明の他の態様による半導体装置（請求項７）は、上記の各半導体装置（請求項６）において、貫通穴を放熱ブロック又は放熱板の四隅の上下方向に設けている。

　本発明の他の態様による半導体装置（請求項８）は、上記の各半導体装置において、放熱ブロック又は放熱板に酸化処理又はメッキ処理を施して表面を黒色化又は暗色化している。

　本発明の他の態様による半導体の製造方法（請求項９）は、リードフレームのリードで形成された空間部に半導体素子を配設し又はリードフレームのダイパッドに半導体素子を固定し、熱伝導の良好な材料からなりリードと重なる大きさに形成された放熱ブロック又は放熱板を前記リード上にその一部にテープ状の絶縁物を介して当接又は固定して放熱ブロック又は放熱板に半導体素子又はダイパッドを当接又は固定し、次いで、リード押えによりリードを圧下してその先端部を放熱ブロック又は放熱板に当接させて固定し、半導体素子のボンディングパッドとリードとをそれぞれワイヤで接続したのちリード押えを除去し、リードの一部及び放熱ブロックの端面又はリードの一部を残して樹脂等により封止する。

　本発明の他の態様による半導体の製造方法（請求項１０）は、上記の半導体の製造方法（請求項９）において、リードフレームのリード上に絶縁物を介して放熱ブロック又は放熱板を固定し、ついで、ダイパッド又は放熱ブロック若しくは放熱板に半導体素子を固定する。

　本発明の他の態様による半導体の製造方法（請求項１１）は、上記の半導体の製造方法（請求項９）において、半導体素子をリードフレーム上に設置すると同時に放熱ブロック又は放熱板をリードフレーム上に固定する。

　本発明の他の態様による半導体の製造方法（請求項１２）は、上記の半導体の製造方法（請求項９）において、半導体素子のボンディングパッドとリードとをワイヤで接続する際に放熱ブロック又は放熱板をリードフレーム上に接着する。

　本発明の他の態様による半導体の製造方法（請求項１３）は、上面外周部にテープ状の絶縁物が設けられた放熱ブロックを樹脂注入用金型の下型内に設置し、リードで形成した空間部に配設された半導体素子又はダイパッドに固定された半導体素子のボンディングパッドとリードとをそれぞれワイヤで接続してなるリードフレームを放熱ブロック及び下型上に載置し、次いで、下型の上に上型を設置して両者の間にリードフレームを挟持し、上型と下型で形成する中空部に樹脂等を注入する。
（作用）
　本発明の一つの態様による半導体装置（請求項１）においては、放熱ブロック又は放熱板はその外周が前記リードと重なる大きさに形成され、そして、前記リード上に一部にテープ状の絶縁物を介して配設されているので、放熱ブロック又は放熱板の支持は安定している。従って、樹脂封止の際のブロック等の移動が抑えられ、安定した樹脂封止ができる。特に、放熱ブロックの場合にはブロック表面に樹脂が回ってしまうとう事態が避けられる。また、放熱ブロック又は放熱板はその外周が前記リードと重なる大きさに形成されているので、ワイヤボンデイングの際にリード部の押さえにそのまま放熱ブロック又は放熱板を使用することができ、複雑な治具を用意する必要がない。

　本発明の他の態様による半導体装置（請求項２）おいては、放熱ブロック又は放熱板はリードフレームに設けた支持腕に支持され、半導体素子がその放熱ブロック又は放熱板に固定されており、放熱ブロック又は放熱板の支持は更に一層安定したものとなっている。

　本発明の他の態様による半導体装置（請求項３）においては、放熱ブロック又は放熱板がリードフレームのリードにテープ状の絶縁物を介して接着され、半導体素子が該放熱ブロック又は放熱板に固定されており、放熱ブロック又は放熱板の支持は更に一層安定したものとなっている。

　本発明の他の態様による半導体装置（請求項４）においては、半導体素子がリードフレームのダイパッドに固定され、放熱ブロック又は放熱板が該ダイパッドの裏面及びリードフレームのリードにテープ状の絶縁物を介して接着されており、放熱ブロック又は放熱板の支持は更に一層安定したものとなっている。

　本発明の他の態様による半導体装置（請求項５）においては、複数の突起腕が放熱ブロック又は放熱板の周囲に設けられており、支持部はこの突起腕の一部を折曲げて形成されており、そして、リードをこの支持部に電気的に導通可能に固定しているので、熱放出が効率よくなされる。

　本発明の他の態様による半導体装置（請求項６）においては、複数の貫通穴が放熱ブロック又は放熱板の上下方向に設けられており、樹脂封止の際に樹脂がその貫通孔を通って移動するので封止作業が容易になり、また、放熱ブロック又は放熱板と樹脂との密着性も向上する。

　本発明の他の態様による半導体装置（請求項７）においては、貫通穴が放熱ブロック又は放熱板の四隅の上下方向に設けられており、樹脂封止の際にワイヤに加わる圧力が一定化しワイヤの断線が起きずらくなる。

　本発明の他の態様による半導体装置（請求項８）においては、放熱ブロック又は放熱板に酸化処理又はメッキ処理が施されて表面が黒色化又は暗色化しており、樹脂の密着性が向上し、また、ワイヤボンディングの際のボンディングマシンの認識が容易になる。

　本発明の他の態様による半導体の製造方法（請求項９〜１２）においては、放熱ブロック又は放熱板はリード上にその一部にテープ状の絶縁物を介して配設され、放熱ブロック又は放熱板の支持は安定しているので、樹脂封止の際のブロック等の移動が抑えられ、安定した状態で樹脂封止ができる。特に、放熱ブロックの場合にはブロック表面に樹脂が回ってしまうとう事態が避けられる。また、放熱ブロック又は放熱板はその外周が前記リードと重なる大きさに形成されており、ワイヤボンデイングの際にリード部の押さえにそのまま放熱ブロック又は放熱板を使用することができ、複雑な治具を用意する必要がない。

　本発明の他の態様による半導体の製造方法（請求項１３）においては、樹脂注入用金型の下型内及び上型によりリードフレームを挟持するようにしたので、絶縁物及び放熱ブロックはリードフレームの弾性によって圧下され、半導体及びワイヤは正しい位置に保持される。従って、放熱ブロックの下面が露出した状態でパッケージされた半導体装置が製造できる。

　以上のように本発明の一つの態様（請求項１）によれば、放熱ブロック又は放熱板はその外周が前記リードと重なる大きさに形成され、そして、リード上に一部にテープ状の絶縁物を介して配設されているので、ワイヤボンディングの際に放熱ブロック又は放熱板をボンディングの治具として利用することができ、特殊な治具が不要なので安価な半導体装置が得られる。また、放熱ブロック又は放熱板の外周部に絶縁物を施したので、ワイヤボンディングの際に邪魔になることなくリードをしっかり押さえることができ、品質の良いボンディングが可能になっている。更に、放熱ブロック又は放熱板は熱伝導の良好な材料から構成されており、半導体素子から発生する熱の放出が効率よくなされ、高い放熱特性が得られる。

　また、本発明の他の態様（請求項２，３記載）によれば、放熱ブロック又は放熱板がリードフレームの支持腕に支持されており、或いは放熱ブロック又は放熱板がリードフレームにも固定されているので、樹脂封止の際の放熱ブロック又は放熱板の位置変動がなく安定した品質の半導体装置が得られる。特に放熱ブロックの場合にはブロック表面に樹脂が回ることがなく安定した品質の半導体装置が得られる。

　また、本発明の他の態様（請求項４記載）によれば、半導体素子がリードフレームのダイパッドに固定され、放熱ブロック又は放熱板がダイパッドの裏面及びリードフレームのリードにテープ状の絶縁物を介して接着されており、放熱ブロック又は放熱板の支持は更に一層安定したものとなっている。従って、樹脂封止の際の放熱ブロック又は放熱板の位置変動がなく安定した品質の半導体装置が得られる。この場合においても、放熱ブロックの表面に樹脂が回ることがなく安定した品質の半導体装置が得られる。

　本発明の他の態様による半導体装置（請求項５）によれば、複数の突起腕が放熱ブロック又は放熱板の周囲に設けられており、支持部はこの突起腕の一部を折曲げて形成されており、そして、リードをこの支持部に電気的に導通可能に固定しているので、熱放出が効率よくなされる。更に、放熱ブロック又は放熱板が必要に応じてリードとの接合でき、従来困難であった、電気的グラウンド共用ボンディングができるようになった。また、これにより放熱ブロック又は放熱板を介した電気的グラウンドの設置が可能であり、安定した電気特性の得られる半導体装置が得られる。また、放熱ブロック又は放熱板とリードフレームとの固定を支持腕のみとし、支持腕とその周辺リードとをフレーム上で接合させても同様な効果が得られる（請求項２）。

　本発明の他の態様による半導体装置（請求項６）によれば、複数の貫通穴が放熱ブロック又は放熱板の上下方向に設けられており、樹脂封止の際に樹脂がその貫通孔を通って移動するので封止作業が容易になり、また、放熱ブロック又は放熱板と樹脂との密着性も向上する。

　本発明の他の態様による半導体装置（請求項７）によれば、貫通穴が放熱ブロック又は放熱板の四隅の上下方向に設けられており、樹脂封止の際にワイヤに加わる圧力が一定化しワイヤの断線が起きずらくなる。

　本発明の他の態様による半導体装置（請求項８）によれば、放熱ブロック又は放熱板に酸化処理又はメッキ処理が施されて表面が黒色化又は暗色化されており、樹脂の密着性が向上し、また、ワイヤボンディングの際のボンディングマシンの認識が容易になる。

　本発明の他の態様による半導体の製造方法（請求項９〜１２）によれば、放熱ブロック又は放熱板はリード上に一部にテープ状の絶縁物を介して配設され、放熱ブロック又は放熱板の支持が安定しているので、樹脂封止の際のブロック等の移動が抑えられ、安定した状態で樹脂封止ができる。特に、放熱ブロックの場合にはブロック表面に樹脂が回ってしまうとう事態が避けられる。また、放熱ブロック又は放熱板はその外周が前記リードと重なる大きさに形成されており、ワイヤボンデイングの際にリード部の押さえにそのまま放熱ブロック又は放熱板を使用することができ、複雑な治具を用意する必要がない。更に、放熱ブロック又は放熱板を固定する工程が制限されていないので、現状の製造ラインをそのまま使用することができる。放熱ブロック又は放熱板の形状が制限されないので、用途に合わせた半導体装置が同一工程で製造することができ、安価な半導体装置がえられる。

　更に、本発明の他の態様による半導体の製造方法（請求項１３）によれば、樹脂注入用金型の下型内及び上型によりリードフレームを挟持するようにしたので、絶縁物及び放熱ブロックはリードフレームの弾性によって圧下され、半導体及びワイヤは正しい位置に保持される。従って、放熱ブロックの下面が露出した状態でパッケージされた半導体装置が製造できる。

以下に、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明する。

　　図１は本発明の第１の実施例を模式的に示した断面図である。図において、１は多数のリード２を有するリードフレームで、中央部には支持腕４に支持されたダイパッド３が設けられている。

　５は例えば銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金のように熱伝導の良好な材料からなる断面凸字状の放熱ブロックであり、図２に示すように、リードフレーム１のダイパッド３よりも大きく、外周がリード２の一部と重なる大きさの基台５１と、この基台５１上に突設されたブロック５２とからなっている。この放熱ブロック５の基台５１の下面外周縁と各リード２の一部との間には、ポリイミドフィルムの如きテープ状の絶縁物１４が介装されており、基台５１の中央部は接着剤によりダイパッド３に接着固定されている。

　６はダイパッド３の他方の面に接着剤により接着固定された半導体素子であり、そのボンディングパッドとこれに対応する各リード２とは、それぞれワイヤ７により接続されている。

　図３は上記半導体装置のワイヤボンディングの一例を示すもので、リード押え１５により各リード２を圧下すると、リード２は絶縁物１４を支点として先端部が放熱ブロック５に当接して固定されるので、この状態でワイヤ７を安定してボンディングすることができる。

　ボンディングが終ってリード押え１５を離すと、リード２はその弾性により図４に示すように元の状態に戻ってほぼ水平に保持され、リード２と放熱ブロック５との間は絶縁物１４により絶縁が保たれている。なお、図５は図４の平面図である。

　上記のようにしてボンディングされた半導体素子６は、リード２の一部及び放熱ブロック５の一部を残してエポキシ樹脂等によりパッケージ８され、封止される。そして、パッケージ８から露出したリード２を折曲げて端子とすれば、放熱ブロック５の上面がパッケージ８から露出した半導体装置が製造される。

　上記の説明では、放熱ブロック５をダイパッド３に接着し、その該周縁を絶縁物１４を介してリード２上に載置した場合を示したが、放熱ブロック５をダイパッド３に接着すると共に、各リード２と絶縁物１４及び絶縁物１４と放熱ブロック５とをそれぞれ接着剤で接着してもよい。

　また、放熱ブロック５をダイパッド３に固定するにあたっては、半導体素子６をダイパッド３に接着する前に接着してもよく、あるいは、半導体素子６をダイパッド３に接着する際の熱を利用して放熱ブロック５を同時に接着してもよい。
また、ワイヤボンディングの際にその熱を利用して放熱ブロック５を接着してもよい。

　さらに、放熱ブロック５と重なる部分のリード２が短かい（例えば３〜４ｍｍ以下）の場合は、ダイパッド３のみに放熱ブロック５を固定する方がボンディング時にリード押えによってリード２を固定する際に有利であり、それより長い場合（例えば５〜１０ｍｍ）は、放熱ブロック５をダイパッド３とリード２の両者に固定した方が有利である。

　図６〜図８は本発明の第２の実施例の説明図である。図６において、１６は半導体素子等を樹脂封止するための金型の下型で、底部が放熱ブロック５の基台５１と整合する形状の凹部１７が設けられており、放熱ブロック５は下型１６の凹部１７に挿入することにより位置決めされる。なお、本実施例においては、放熱ブロック５のブロック５２の上面周縁にはテープ状の絶縁物１４が接着剤により接着されている。

　この状態でダイパッド３に半導体素子６を接着し、そのボンディングパッドと各リード２とをワイヤ７で接続したリードフレーム１を、図７に示すように、ダイパッド３を放熱ブロック５上に位置させると共に、各リード２を絶縁物１４上に位置させ、載置する。このとき、ダイパッド３は放熱ブロック５に接着せず、また、各リード２も絶縁物１４には接着しない。

　次に、図８に示すように下型１６の上に上型１８を載置してリード２を挟み込む。これにより絶縁物１４及び放熱ブロック５はリード２の弾性によって圧下され、半導体素子６及びワイヤ７は正しい位置に正確に保持される。この状態で下型１６と上型１８とで形成された空間に樹脂を注入することにより、放熱ブロック５の下面が露出した状態でパッケージされた半導体装置が製造される。

　本実施例において、放熱ブロック５の高さｈは、放熱ブロック５を安定させるために下型１６の凹部１７の深さｈ₁ と同じか又は若干低い（例えばｈ₁ −ｈ＝０〜０．５ｍｍ程度）方がよい。さらに、絶縁物１４の厚さ（高さ）ｔは０．０５〜０．５ｍｍ程度がよく、ｈ₁ とｈ＋ｔとがほぼ等しい状態が望ましい。

　図９は本発明の第３の実施例を模式的に示した断面図、図１０はそのＡ−Ａ断面図である。本実施例はダイパッドのないリードフレーム１を使用しており、放熱ブロック５はリードフレーム１の支持腕４に支持されている。また、放熱ブロック５の下面外周縁にはテープ状の絶縁物１４が接着されており、リード２との間は絶縁されている。

　６は接着剤により放熱ブロック５の下面に直接接着された半導体素子であり、そのボンディングパッドとこれに対応するリード２とは、第１の実施例の場合と同様にそれぞれワイヤ７により接続されている。

　上記のようにして多数のリード２に接続された半導体素子６は、リード２の一部及び放熱ブロック５の一部（上面）を残してエポキシ樹脂等によりパッケージ８され、封止される。そして、パッケージ８から突出したリード２を折り曲げて端子とし、半導体装置が製造される。

　図１１は本発明の第４の実施例を模式的に示した断面図、図１２はそのＢ−Ｂ断面図である。本実施例においてはリードフレーム１にはダイパッドがなく、放熱ブロック５はリード２との間に介装されたテープ状の絶縁物１４に接着剤で接着され、リード２により支持されている。

　ところで、上記第１〜第４の実施例においては、放熱ブロック５は厚さ（高さ）１．６ｍｍのものを使用した。このとき、パッケージ８の厚さＰは３．３５ｍｍであった。また、リードフレーム１の厚さＦは０．１２５〜０．１５ｍｍであったが、主として０．１５ｍｍのものを使用し、絶縁物１４上から先端部迄のリード２の長さＬは２ｍｍであった。さらに、ポリイミドフィルムの如きテープ状の絶縁物１４の厚さＴは０．０５、０．０７５、０．１２５ｍｍの３種類があるが、主として０．０５、０．０７５ｍｍの２種類のものを使用した。

　このようなことから、放熱ブロックの厚さＨは、絶縁物１４の厚さを無視すれば、次式で表わすことができる。

　　　Ｈ＝Ｐ−Ｆ／２
　また、絶縁物１４の最適の厚さＴは、次式で表わすことができる。

　　　Ｔ≦７５／２０００×Ｌ

　図１３は本発明の第５の実施例を模式的に示した断面図である。１０は例えば、銅、同合金、アルミニウム、アルミニウム合金のように熱伝導率の高い材料からなる放熱板で、外周がリード２の一部と重なる大きさに形成されており、リードフレーム１の支持腕４に支持されている（図９、図１０参照）。この放熱板１０の上面外周縁と各リード２との間にはポリイミドフィルムの如きテープ状の絶縁物１４が介装されており、放熱板１０の上面中央部には半導体素子６が接着剤により接着され、そのボンディングパッドとこれに対応する各リード２とは、それぞれワイヤ７により接続される。

　図１４は上記半導体装置のワイヤボンディングの一例を示すもので、リード押え１５により各リード２を圧下すると、リード２は絶縁物１４を支点として曲げられ、先端部が放熱板１０に当接して固定されるので、この状態でワイヤ７を安定してボンディングすることができる。ボンディングが終ってリード押え１５を離すと、リード２はその弾性により図１５に示すように元の状態に戻ってほぼ水平に保持され、リード２と放熱板１０との間には絶縁部１４により絶縁が保持されている。

　上記のようにしてボンディングされた半導体素子６は、リード２の一部を残してエポキシ樹脂等によりパッケージ８され、封止される。そして、パッケージ８から露出したリード２を折曲げて端子とすれば、放熱板１０を内蔵した半導体装置が製造される。

　上述の実施例では、リードフレーム１に設けた支持腕４によって放熱板を支持した場合を示したが、支持腕に支持されたダイパッドに放熱板１０を接着し、各リード２と放熱板１０との間にポリイミドフィルムの如きテープ状の絶縁物１４を介装するようにしてもよい。

　また、支持腕及びダイパッドのないリードフレーム１を使用し、放熱板１０を各リード２との間に介装した絶縁物１４に接着して支持するようにしてもよい。

　ところで、上記第５の実施例では、放熱板１０は厚さＨ₁ が０．１〜０．５ｍｍのものを使用した。この放熱板１０はその厚さが厚いほど放熱性が良くなり、薄いほど信頼が高くなるので、その選択には注意を要する。また、パッケージ８の厚さＰ₁ は３．３５ｍｍ、リードフレーム１の厚さＦ₁ は０．１２５〜０．１５ｍｍであったが、主として０．１５ｍｍのものを使用した。さらに、ポリイミドフィルムの如きテープ状の絶縁物１４の厚さＴ₁ は０．０５、０．０７５、０．１２５の３種類があるが、主として０．０５と０．０７５ｍｍの２種類のものを使用した。

　このようなことから、放熱板１０の厚さＨ₁ は、次式で表わすことができる。

　　０．１０≦Ｈ₁ ≦Ｘ
ここにＸは、
　　Ｘ＝Ｐ₁ −Ｆ₁ ／２−Ｔ₁
である。

　図１６及び図１７は本発明の第６の実施例に係る放熱板の平面図である。本実施例においては、放熱板１０はその外周にほぼ等間隔で複数の突起腕２０が設けられている。この突起腕２０はリードフレーム１のリード２と同数でもよく、あるいは適宜数を設けてもよい。１４は放熱板１０の外周縁に接着したポリイミドフィルムの如きテープ状の絶縁物である。

　突起腕２０の一部は図１７、図１８に示すように、絶縁物１４側にほぼＳ字状に折曲げて支持部２０ａが形成されており、この支持部２０ａの高さｈ₂ は、絶縁物１４の厚さ（高さ）ｔとほぼ等しく形成されている。

　図１９はダイパッドのないリードフレーム１のリード２部分を示すもので、本実施例においては、図２０及び図２１に示すように、図１６〜図１８で説明した放熱板１０の上にリードフレーム１を重ねて各リード２を突起腕２０に当接し、支持部２０ａ上に当接したリード２を導電性の接着剤で支持部２０ａに接着して固定すると共に、当該リード２と放熱板１０とを支持部２０ａを介して電気的に導通させたものである。

　以上、本発明に係る半導体装置の実施例及びその製造方法について説明したが、以下に本発明の要部をなす放熱ブロック及び放熱板の実施例について説明する。

　上記の各実施例では断面凸字状の放熱ブロック５を使用した場合を示したが、放熱ブロック５の形状はこれに限定するものではなく、逆凸字状、長方形状、円筒状等、用途などに応じて適宜選択することができる。

　ところで、このような放熱ブロックは、従来一般にプレス加工によって製作していた。このため、図２３に示すように角部５３が丸く（鈍角）なり、そのため、パッケージした際に樹脂の角部８１が鋭角になって欠け易くなり、湿気の浸入などのおそれがあった。また、プレス加工のため上下Ａ，Ｂ面の平行度が悪く、さらに表面粗さも粗くなるため、樹脂封止の際回り込みにより表面に樹脂が付着し易いなど種々問題があり、コストも１個あたり７００〜８００円を要していた。

　このような問題を解決するため、本実施例においては、放熱ブロック５をエッチングにより製作した。これにより、図２２に示すように、角部５４がれ反対方向に丸く（鋭角）なり、そのため、パッケージした際に角部８２が鈍角になるので、欠けるおそれがなくなった。

　また、製作にあたってはプレス加工のように機械的ストレスがないので、上下Ａ，Ｂ面の平行度を高精度に仕上げることができ、その上、表面粗さも密にできるので樹脂封止の際樹脂の回り込みが発生しないなど、多くの特長が得られ、コストも１個あたり６０円程度まで大幅に低減することができる。

　前述のような放熱ブロック露出形半導体装置又は放熱板内蔵形半導体装置においては、半導体素子と放熱ブロック又は放熱板等を樹脂封止によりパッケージする際、放熱部ブロック又は放熱板と樹脂とが完全に密着していないと、放熱ブロック又は放熱板や半導体素子が動揺したり、パッケージにクラックを生じたり、あるいは絶縁破壊を生じたりすることがある。

　そこで、本実施例は、図２４に示すように、放熱ブロック５又は放熱板１０のこれに接着したダイパッド３又は半導体素子６とテープ状の絶縁物１４との間に、例えばエッチングにより複数個の貫通穴２１を設けたものである。これにより、樹脂封止の際、樹脂がこの貫通穴２１を通って移動するため封止作業が容易になり、また、放熱ブロック５又は放熱板１０と樹脂との密着性も向上する。

　このような貫通穴２１は適宜数設ければよいが、例えば図２４に示すように、放熱ブロック５又は放熱板１０の四隅とその中間にそれぞれ貫通穴２１を設けると、貫通穴２１の端部から半導体素子６の端部までの距離が、中央部と隅部とで異なるため、その部分におけるワイヤ７の長さも異なることになる。その結果、樹脂封止の際にワイヤ７に加わる圧力が場所によって異なるため、ワイヤ７の断線が発生し易い。このようなことから、図２５に示すように、放熱ブロック５又は放熱板１０の四隅に貫通穴２１を設けることが望ましい。

　本実施例は、第８の実施例の場合と同様に、放熱ブロック５又は放熱板１０と樹脂との密着性を向上させるために、放熱ブロック５又は放熱板１０を、例えば、メルテックス（株）の「エボノール」（商品名）に数秒間浸漬して表示に酸化処理を施し、あるいは、電解メッキにより表示にニッケルメッキ又はクロムメッキなどを施して、表面を黒色化処理又は暗色化処理したものである。このように構成したことにより、パッケージの際の樹脂の密着性が向上し、また、ワイヤボンディングの際におけるボンディングマシンの認識が容易になるばかりでなく、表面の劣化を防止することができる。

　本実施例も第８の実施例の場合と同様に、放熱ブロック５又は放熱板１０と樹脂との密着性を向上させるためのものである。放熱ブロック５と樹脂との密着性を向上させるためには、例えば、図２２におけるＡ，Ｂ，Ｃ面の表面粗さを適当な値に形成することが必要である。先ず、Ａ面についてみるに、Ａ面はパッケージ８から露出しいてるので、樹脂封止に際して樹脂が回り込むのを防止する必要がある。発明者が種々実験した結果によれば、図２６に示すように、許容できる不良率（０．３％）を維持するためには、Ａ面の表面粗さを０．０２ｍｍ（２０μｍ）以下にすることが必要であることが明らかになった。

　次に、Ｂ面については、図３に示すようにワイヤボンディング時に、リード２をリード押え１５で押えて超音波を加えるようにしているので、この面の凹凸があまり大きいと超音波によりリード２が振動してしまうおそれがある。

　そこで、Ｂ面の粗さは図２７に示すように許容不良率を０．１％以下とすれば、０．０５ｍｍ（５０μｍ）以下とすることが望ましい。

　また、Ｃ面は粗ければ粗いほど樹脂の密着性が向上するが、０．０２ｍｍ（２０μｍ）以上の粗さ、さらには、Ａ面あるいはＢ面の５〜１０倍の粗さが望ましい。なお、放熱板１０（図１４参照）のＤ面は上記Ｂ面と同じ粗さに、また、Ｅ面は上記Ｃ面と同じ粗さに形成することが望ましい。

　次に、図２２を参照して、放熱ブロック５のＡ面とＢ面の平行度について検討する。ここに平行度とは、Ａ面とＢ面間の距離の最大値から最小値を減じた値をいい、この値が大きい場合は、樹脂封止の際樹脂がＡ面上に回り込んで充分な放熱効果が得られないという問題がある。

　発明者は、この点につき種々実験を行なった結果、図２８に示すように、許容不良率を０．３％以下に維持するためには、平行度が０．０２ｍｍ（２０μｍ）以下であることが望ましいことが明らかになった。よって、本実施例においては、放熱ブロック５の上下面の平行度を０．０２ｍｍ以下とした。なお、図１４に示すような放熱板１０のＤ面とＥ面の平行度も、放熱ブロック５の上下面と同様に０．０２ｍｍ以下であることが望ましい。

　放熱ブロック５（この場合基台５１）及び放熱板１０は、前述のようにリードフレーム１のダイパッド３又はリード２で形成する穴より大きく、外周がリード２の一部と重なる大きさのものであるが、パッケージ８との関係について検討した。その結果、金型内に樹脂を注入するにあたって、樹脂が全体に確実に行きわたるためには、図２９に示すように１ｍｍの空隙が必要であることが明らかになった。このため、放熱ブロック５及び放熱板１０の外形は、パッケージ８の外形より縦横それぞれ２ｍｍ以上小さいことが必要である。なお、極端な例を挙げると、樹脂は０．０３ｍｍの空隙があると流動して行きわたるので、図３０に示すように、樹脂注入口２２に近接する２辺を１ｍｍずつの空隙とし、他の２辺の空隙を０．０３ｍｍ以上としてもパッケージ８を行なうことができる。

本発明の第１実施例を模式的に示した断面図である。 図１の放熱ブロックの斜視図である。 図１の半導体装置のワイヤボンディングの一例を示す断面図である。 図３のワイヤボンディングが終了した時点の状態を示す断面図である。 図４の平面図である。 本発明の第２の実施例において金型の下型に放熱ブロックが挿入されて位置決めされた状態を示す説明図である。 図６の放熱ブロックにダイパット等を載置した状態を示す説明図である。 図７の状態に金型の上型を載置した状態を示す説明図である。 本発明の第３の実施例を模式的に示した断面図である。 図９のＡ−Ａ断面図である。 本発明の第４の実施例を模式的に示した断面図である。 図１１のＢ−Ｂ断面図である。 本発明の第５の実施例を模式的に示した断面図である。 図１３の半導体装置のワイヤボンディングの一例を示す断面図である。 図１４のワイヤボンディングが終了した時点の状態を示す断面図である。 本発明の第６の実施例の放熱板の平面図である。 図１６の突起腕の変形例を示す平面図である。 図１７の突起腕の斜視図である。 ダイパットのないリードフレームのリード部分を示す平面図である。 図１７及び図１８の放熱板の支持腕にリードを当接した状態を示す平面図である。 図２０の支持腕とリードとの当接した状態を示す斜視図である。 本発明の第７の実施例の放熱ブロックの断面図である。 従来の放熱ブロックの断面図である。 本発明の第８の実施例の放熱ブロック又は放熱板の平面図である。 本発明の第９の実施例の放熱ブロック又は放熱板の平面図である。 本発明の第１０の実施例の放熱ブロック又は放熱板のＡ面の表面粗さと不良率との関係を示した特性図である。 本発明の第１０の実施例の放熱ブロック又は放熱板のＢ面の表面粗さと不良率との関係を示した特性図である。 本発明の第１１の実施例の放熱ブロックのＡ，Ｂ面の平行度と不良率との関係を示した特性図である。 本発明の第１２の実施例の放熱ブロック又は放熱板の外形寸法とパッケージの外形寸法との関係を示した説明図（その１）である。 本発明の第１２の実施例の放熱ブロック又は放熱板の外形寸法とパッケージの外形寸法との関係を示した説明図（その２）である。 従来の放熱ブロック露出形半導体装置の一例の断面図である。 従来の放熱ブロック露出形半導体装置の他の例の断面図である。 従来の放熱ブロック内蔵形半導体装置の一例の断面図である。

符号の説明

　　１　リードフレーム
　　２　リード
　　３　ダイパット
　　４　支持腕
　　５　放熱ブロック
　　６　半導体素子
　　７　ワイヤ
　　８　パッケージ
　１４　絶縁物

Claims (13)

1. リードフレームのリードで形成された空間部内に配設され、又はリードフレームのダイパッドに固定され、そのボンディングパッドがワイヤにより前記リードにそれぞれ接続された半導体素子と、
   　熱伝導の良好な材料からなり、その外周が前記リードと重なる大きさに形成され、前記リード上にその一部にテープ状の絶縁物を介して配設されかつ中央部に直接又は前記ダイパッドを介して前記半導体素子が配設された放熱ブロック又は放熱板とを備え、
   　前記リードの一部及び放熱ブロックの端面又はリードの一部を残して樹脂等により封止したことを特徴とする半導体装置。
2. リードフレームに設けた支持腕に放熱ブロック又は放熱板が支持され、該放熱ブロック又は放熱板に半導体素子が固定されたことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
3. リードフレームのリードにテープ状の絶縁物を介して放熱ブロック又は放熱板が接着され、該放熱ブロック又は放熱板に半導体素子が固定されたことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
4. リードフレームのダイパッドに半導体素子が固定され、該ダイパッドの裏面及びリードフレームのリードにテープ状の絶縁物を介して放熱ブロック又は放熱板が接着されたことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
5. 放熱ブロック又は放熱板の周囲に複数の突起腕を設け、該突起腕の一部を折曲げて支持部を形成し、該支持部に電気的に導通可能にリードを固定したことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の半導体装置。
6. 放熱ブロック又は放熱板の上下方向に複数の貫通穴を設けたことを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の半導体装置。
7. 貫通穴を放熱ブロック又は放熱板の四隅の上下方向に設けたことを特徴とする請求項６記載の半導体装置。
8. 放熱ブロック又は放熱板に酸化処理又はメッキ処理を施して表面を黒色化又は暗色化したことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６又は７記載の半導体装置。
9. リードフレームのリードで形成された空間部に半導体素子を配設し又は前記リードフレームのダイパッドに半導体素子を固定し、熱伝導の良好な材料からなり前記リードと重なる大きさに形成された放熱ブロック又は放熱板を前記リード上にその一部にテープ状の絶縁物を介して当接又は固定して該放熱ブロック又は放熱板に前記半導体素子又はダイパッドを当接又は固定し、
   　ついで、リード押えにより前記リードを圧下してその先端部を前記放熱ブロック又は放熱板に当接させて固定し、前記半導体素子のボンディングパッドとリードとをそれぞれワイヤで接続したのちリード押えを除去し、
   　前記リードの一部及び放熱ブロックの端面又はリードの一部を残して樹脂等により封止することを特徴とする半導体装置の製造方法。
10. リードフレームのリード上に絶縁物を介して放熱ブロック又は放熱板を固定し、ついで、ダイパッド又は放熱ブロック若しくは放熱板に半導体素子を固定することを特徴とする請求項９記載の半導体装置の製造方法。
11. 半導体素子をリードフレーム上に設置すると同時に放熱ブロック又は放熱板をリードフレーム上に固定することを特徴とする請求項９記載の半導体装置の製造方法。
12. 半導体素子のボンディングパッドとリードとをワイヤで接続する際に放熱ブロック又は放熱板をリードフレーム上に接着することを特徴とする請求項９記載の半導体装置の製造方法。
13. 上面外周部にテープ状の絶縁物が設けられた放熱ブロックを樹脂注入用金型の下型内に設置し、
    　リードで形成した空間部に配設された半導体素子又はダイパッドに固定された半導体素子のボンディングパッドとリードとをそれぞれワイヤで接続してなるリードフレームを前記放熱ブロック及び下型上に載置し、
    　ついで前記下型の上に上型を設置して両者の間に前記リードフレームを挟持し、前記上型と下型で形成する中空部に樹脂等を注入することを特徴とする半導体装置の製造方法。
    

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