JP2005136103A - Resin sealed semiconductor device and its manufacturing method, and lead frame used therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、樹脂封止型半導体装置及びその製造方法並びにそれらに用いられるリードフレームに関し、特に、いわゆる3本足用の樹脂封止用金型の設計を変えることなくそのまま使用できるようにし、かつ、放熱特性等の電気的特性の向上を図り得る改良型リードフレームを使用して製作した樹脂封止型半導体装置及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a resin-encapsulated semiconductor device, a method for manufacturing the same, and a lead frame used for the same, and in particular, can be used as it is without changing the design of a so-called three-leg resin-encapsulating mold, and The present invention relates to a resin-encapsulated semiconductor device manufactured using an improved lead frame capable of improving electrical characteristics such as heat dissipation characteristics and a manufacturing method thereof.
図4及び図5に、従来の樹脂封止半導体装置をイメージ図として示す。
なお、図4は該半導体装置の平面を示したイメージ図、図5は該半導体装置の側面を示したイメージ図である。
これらの図において、樹脂封止型半導体装置1は、リードフレームから不要部分をタイバカットして形成された放熱板2の略中央に、半導体チップ3を搭載・固着し、この半導体チップ3の表面電極と、図4における図示右側に配置された外部導出端子4のヘッダ部4aとの間をボンディンブワイヤ6aで接続している。また、半導体チップ3を搭載・固着した放熱板2の一部表面と、図4における図示左側に配置された外部導出端子5のヘッダ部5aとの間をボンディングワイヤ6bで接続している。
なお、この例では半導体チップ3の表面(上面)側にアノード電極が形成され、その裏面(下面)側にはカソード電極が形成されているので、ボンディングワイヤ6aで接続された外部導出端子4はダイオードのアノード端子、ボンディングワイヤ6bで接続された外部導出端子5はそのカソード端子となっている。
4 and 5 show image views of a conventional resin-encapsulated semiconductor device.
4 is an image diagram showing a plan view of the semiconductor device, and FIG. 5 is an image diagram showing a side surface of the semiconductor device.
In these drawings, a resin-encapsulated semiconductor device 1 has a
In this example, since the anode electrode is formed on the front surface (upper surface) side of the
上記のようにボンディング工程を終了した組立体を1単位としてリードフレームの長手方向に、通常10〜20連一体型として形成される。
上記のように半導体チップ3のダイボンディング工程及びワイヤボンディング工程を終了したリードフレームは、その所定部分を樹脂封止するために樹脂封止用金型に挿入される。
すなわち、図5の断面イメージ図において、半導体チップ3が搭載された放熱板2の下側に樹脂封止用金型内で熔融樹脂が回り込み、外部導出端子4,5の一部が外部に露出する以外はリードフレームの全体が完全に樹脂封止されるように周知の方法でトランスファモールド工程が実施される。
As described above, the assembly after completing the bonding process is usually formed as a unit of 10 to 20 units in the longitudinal direction of the lead frame as a unit.
The lead frame which has completed the die bonding process and the wire bonding process of the
That is, in the cross-sectional image diagram of FIG. 5, the molten resin wraps around in the resin sealing mold below the
続いて、余分な部分を切断除去する周知のタイバカット工程を経ることにより、図4及び図5に示した外形の樹脂封止型半導体装置が完成する。
なお、この時、図4において、その中央に位置する外部導出端子7は、放熱板2と一体的に形成されているので、ボンディングワイヤ6bで接続された外部導出端子5と同電位となっているが、この例では2端子構造のダイオードを形成するものであるため、かかる外部導出端子7は本来必要ないものである。
そこで、樹脂封止部8の端面8aから外部に突出した部分は、タイバカット時のカッタ刃先逃げ量程度の小片部9を残してカットされる。
その結果、両端の外部導出端子4,5の端子間距離L2は、上記のようなダイオードの場合、L1=0.1インチ(2.54mm)ピッチで配置されるので、L2は、その2倍の0.2インチ(5.08mm)となっている。
Subsequently, a resin-sealed semiconductor device having the outer shape shown in FIGS. 4 and 5 is completed through a well-known tie-bar cutting process for cutting and removing excess portions.
At this time, in FIG. 4, the external lead-out
Therefore, the portion protruding from the
As a result, the distance L2 between the external lead-
ところで、上記のような樹脂封止型半導体装置、例えば電力用ダイオードに使用される半導体チップは、近年、その電気特性、例えば耐電圧特性(定格逆電圧(VR)特性)が、ウエハ製造工程等の技術進歩により著しく向上し、保証耐圧が、VR=600〜1200V,あるいはそれ以上の高耐圧にも耐えられるチップ構造が開発され市場に安定供給されている。
しかしながら、この高耐圧半導体チップが、例えば図4及び図5に示したような樹脂封止型半導体装置に組み込まれた時、製品として得られる最終的な保証耐圧は、中央部に位置する外部導出端子7と右側に位置する外部導出端子4が外部(空気中)に露出された時に確保される距離によって決まる。
すなわち、中央部の外部導出端子7の右側面からさらにその右側外部導出端子4の左側面までの距離をLisoとすると、このLisoが絶縁(沿面)距離となる。そして、この半導体装置の例では、Liso=1.2mmであるので、周知の電気的基準(1000V/1mm)を適用すれば、VR≒1200Vがせいぜいということになる。また、次の半導体組立工程で必要となる半田プレディップを経るとその厚さ分だけさらに間隔が狭まってしまう。
By the way, the resin-encapsulated semiconductor device as described above, for example, a semiconductor chip used for a power diode, has recently had its electrical characteristics, for example, withstand voltage characteristics (rated reverse voltage (V R ) characteristics), a wafer manufacturing process. As a result of such technological advances, a chip structure that can withstand a high withstand voltage of V R = 600 to 1200 V or higher has been developed and is stably supplied to the market.
However, when this high withstand voltage semiconductor chip is incorporated in a resin-encapsulated semiconductor device as shown in FIGS. 4 and 5, for example, the final guaranteed withstand voltage obtained as a product is derived from an externally located central portion. It is determined by the distance secured when the
That is, if the distance from the right side surface of the external lead-out
要は、肝心の半導体チップ3の耐電圧性能が著しく向上し、更なる高耐圧化に向け開発が進んでいるにもかかわらず、それを包み込むパッケージの改善が追従できないでいるため、実質上得られる、使用可能な耐電圧が当該パッケージによって制限される結果になっていると言っても過言ではない。
加えて、半導体チップ3の耐電圧性能が著しく向上するのであれば、パッケージの将来的な技術発展への備えとして、同一外形パッケージでも、より高耐圧なチップ搭載保証が可能な組立構造が求められることになる。
The point is that the withstand voltage performance of the
In addition, if the withstand voltage performance of the
次に、図6乃至図9を参照して、本発明の背景技術を引き続き詳述する。
なお、図6はここで取り上げる樹脂封止型半導体装置の電気的極性(アノード側・カソード側)を示したシンボル図、図7は該半導体装置の平面イメージ図、図8は放熱板2の下面(裏面)側が封止樹脂部8の外部に露出せず、一定の厚さ(tR)の薄い樹脂封止部80を備えた絶縁型半導体装置のイメージ図、図9は放熱板2の裏面側が封止樹脂部8の外部に露出した非絶縁型半導体装置のイメージ図である。
さて、市場ニーズとして、図8に示したような絶縁型半導体装置であって、しかも図7のような外部導出端子の配置、すなわち、アノード(A)端子を右側、カソード(K)端子を左側とし、A−K端子間距離を0.2インチ(5.08mm)とした図6のシンボル図のようなダイオード構造を備えた半導体装置が求められる場合がある。
なお、この場合、A,K端子は左右逆でも良い。
Next, the background art of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
6 is a symbol diagram showing the electrical polarity (anode side / cathode side) of the resin-encapsulated semiconductor device taken up here, FIG. 7 is a plan image view of the semiconductor device, and FIG. FIG. 9 is an image diagram of an insulating semiconductor device having a thin
Now, as market needs, it is an insulated semiconductor device as shown in FIG. 8 and the arrangement of external lead-out terminals as shown in FIG. 7, that is, the anode (A) terminal is on the right side and the cathode (K) terminal is on the left side. In some cases, a semiconductor device having a diode structure as shown in the symbol diagram of FIG. 6 in which the distance between the AK terminals is 0.2 inches (5.08 mm) may be required.
In this case, the A and K terminals may be reversed left and right.
かかる場合に、電気的に絶縁型であるということは、つまり、熱的にも絶縁型(遮断型)であることを示す。すなわち、図8の形状は、放熱面が露出した非絶縁型である図9の形状に比べて、絶縁型であるが故に薄い樹脂封止部80の厚さ(tR)を介して図示しない冷却フィン側への放熱が主となるので、本質的に放熱特性が劣るという性質を有している。
因みに、絶縁型半導体装置におけるCuの熱伝導率は、398W/m・K(当社製品)であり、樹脂封止部に使用されたエポキシ樹脂の熱伝導率は、0.7W/m・K(通常品)〜2.5W/m・K(絶縁型)であるから、そのような熱伝導率の下、上記のように薄い樹脂封止部80を介して放熱されるため、放熱特性が劣ることになる。
そして、忘れてならないこととして、上記図8の絶縁型パッケージに求められることは、電気的な絶縁性に特に優れていることが必須の条件である。
しかしながら、上記した「電気絶縁性の確保」と「放熱特性の向上」という課題は、絶えず二律背反の関係にあり、両者を都合良く折り合いを付けさせるのには苦労するところである。
In such a case, being electrically insulated means that it is thermally insulated (cut-off). That is, the shape of FIG. 8 is not illustrated through the thickness (t R ) of the thin
Incidentally, the thermal conductivity of Cu in the insulating semiconductor device is 398 W / m · K (our product), and the thermal conductivity of the epoxy resin used for the resin sealing portion is 0.7 W / m · K ( Normal product) to 2.5 W / m · K (insulation type), so that heat is dissipated through the thin
In addition, it should be remembered that what is required of the insulating package shown in FIG. 8 is an essential condition that is particularly excellent in electrical insulation.
However, the above-mentioned issues of “ensuring electrical insulation” and “improving heat dissipation characteristics” are constantly in a trade-off relationship, and it is difficult to make a good compromise between the two.
以上に述べたように、図8の構造の絶縁型半導体装置が図9の非絶縁型半導体装置に比べて放熱特性が劣っている問題に加えて、次に図10を参照して絶縁型半導体装置の放熱経路についての問題を考察する。
図10において、半導体チップ3の内部、主としてPN接合面で発生した熱は、該半導体チップ3の裏面側に接着するCu製の放熱板2に伝わり、その熱の一部が中央に配置された外部導出端子7を介して空気中に放熱し、また、放熱板2の下部にあるエポキシ樹脂から成る薄い樹脂封止部80を介して(ただし、この場合、前述したように熱伝導率=0.7〜2.5W/m・K程度と、Cuの熱伝導率(398W/m・K)に比べて約2桁も熱伝導率が劣ることになる。)、さらにその下部に設けられた冷却フィン(図示せず)に伝熱され、空気中に放熱される。
As described above, in addition to the problem that the insulating semiconductor device having the structure of FIG. 8 is inferior in heat dissipation characteristics compared to the non-insulating semiconductor device of FIG. 9, referring to FIG. Consider the problem with the heat dissipation path of the device.
In FIG. 10, the heat generated inside the
また、カソード(K)側の外部導出端子5を介して放熱される放熱経路もある。
図10の絶縁型半導体装置における主電流経路を通るK側外部導出端子5への熱の経路は、半導体チップ3→Cu製放熱板2→ボンディングワイヤ6b→外部導出端子5へとなる。
因みに、ボンディングワイヤ6bとして使用するAl(アルミニウム)太線ワイヤの熱伝導率は、Cuの熱伝導率よりもかなり劣り、237W/m・Kであることが周知である。また、その線径は、高々300〜500μmであり、また、線長は、2〜5mmであるから、この細くて長い距離を経なければ外部導出端子5への放熱が達成されないという問題がある。したがって、おそらくはK側外部導出端子5側への放熱は、殆ど有効に機能していないということが予想される。
There is also a heat dissipation path that dissipates heat through the external lead-out
The heat path to the K-side external lead-out
Incidentally, it is well known that the thermal conductivity of an Al (aluminum) thick wire used as the
さらに加えて、例えばボンディングワイヤとしてAl線を用いた場合、ボンディング面は、通常は全てNi等のメッキ面であることが必須となる。
すなわち、A,K端子となる外部導出端子4,5のボンディング領域は勿論のこと、Cu製の放熱板2上にもNiメッキが施されていることが必要となる。
なぜなら、これらNi等のメッキを施さないムクのCu表面は、例えばNiであればそのNi表面に比べ非常に酸化し易く安定したボンディング作業が困難となるからである。
さらにはNi表面はCu表面に比べ硬い表面となるので、太線ワイヤを用いてボンディングを行なう場合、一般的に使用される超音波Al線ボンディング時のエネルギーが良く伝わり、より安定したボンディング結果が得られるようにするためである。
In addition, for example, when an Al wire is used as a bonding wire, it is essential that the bonding surface is usually a plated surface such as Ni.
That is, it is necessary that Ni plating is applied to the
This is because the Cu surface of Muku which is not plated with Ni or the like is, for example, Ni, very easily oxidized compared to the Ni surface, making stable bonding work difficult.
Furthermore, since the Ni surface is harder than the Cu surface, when bonding is performed using a thick wire, the energy used for ultrasonic Al wire bonding, which is generally used, is transmitted well, resulting in a more stable bonding result. This is to make it possible.
他方、放熱板2にCuムク面が用いられた時、エポキシ樹脂とCu製の放熱板2間の接着強度がより増大し、プレシャ・クッカ・テスト(PCT)試験等において、つまり、Cu端子とエポキシ樹脂界面から侵入する、水分に対する耐性試験等で、より効果的となることが明らかとなっている。
On the other hand, when a Cu muku surface is used for the
次に、外部導出端子5にボンディングワイヤ6bをボンディングすること自体についても考察する。
一般に工程が1つ増加すれば、それがまた不良品発生原因を招く。つまり、K側ワイヤボンディングによる工程があればその工程の信頼性が、余分に保証されなければならず、A側、すなわち外部導出端子4側のワイヤボンディングの保証に加えて更なる不良発生原因が課され、またそのための対策が必要となるという問題点がある。
Next, the bonding itself of the
In general, if the number of steps increases by one, it also causes a defective product. In other words, if there is a process by K-side wire bonding, the reliability of the process must be additionally guaranteed, and in addition to the guarantee of wire bonding on the A side, that is, the external lead-out
以上述べてきたように、図4及び図5に示したようなダイオード構造の電力用絶縁型半導体装置では、まとめると以下のような解決すべき課題がある。
(1)絶縁距離(Liso)が充分確保できないので、該絶縁距離間の放電耐圧(Viso)が下がり、半導体チップ3自体が本来有する耐圧を充分生かした最終製品としての耐圧保証が得られない。
(2)Cu製放熱板2の熱が主電流経路のK端子側に充分伝わらないため、製品としての放熱特性が、もともとこの種の絶縁型半導体装置の放熱特性が悪いことに輪を掛けてさらに損なわれている。
(3)外部から侵入する水分に対するPCT等の対策も、Cu製放熱板2に全面Niメッキが必須条件付のため、より困難となっている。
(4)K側外部導出端子5へのボンディングという余分な工程を必要とし、これがまた不良発生原因を招来させている。
(5)以上の総合的な結果として、完成した半導体装置としての逆耐圧特性(VR)が充分に得られず、放熱特性(Rth)を悪くし、また、K側外部導出端子5へのボンディングをするため、ボンディングワイヤを介在させる分だけ、順方向電圧降下特性(VF)を損ねてしまう。
As described above, the power-isolated semiconductor device having a diode structure as shown in FIGS. 4 and 5 has the following problems to be solved.
(1) Since a sufficient insulation distance (Liso) cannot be secured, the discharge withstand voltage (Viso) between the insulation distances is lowered, and a withstand voltage guarantee as a final product that sufficiently utilizes the inherent withstand voltage of the
(2) Since the heat of the
(3) Countermeasures such as PCT against moisture entering from the outside are also more difficult because the entire surface of the
(4) An extra step of bonding to the K-side external lead-out
(5) As a result of the above overall, the reverse breakdown voltage characteristic (V R ) as a completed semiconductor device cannot be sufficiently obtained, the heat dissipation characteristic (Rth) is deteriorated, and the K-side external lead-out
本発明は、上記の各課題を解決するためになされたもので、概略次のような事項を目的とする。
(1)図4に示した従来構造の絶縁型半導体装置と類似の樹脂パッケージに収められた電力用ダイオードが抱える種々の課題を解消すること。
(2)半導体チップの有する本来の耐圧特性を、樹脂パッケージ上の制約から解放し、しかも同一外形形状の樹脂パッケージであれば、より放電耐圧(Viso)能力を向上させること。
(3)K側外部導出端子へのボンディングを廃止し、また、Cu製放熱板への全面でのNiメッキを廃止し、不要な組立工程を排除して、より信頼性に富んだ組立構造の実現を図ること。
(4)従来から使用されている複数種類の半導体装置を製作する場合の共用リードフレームを改良し、従来の組立工程とも共通性を持たせ、専用金型の設計や新たな設備投資を必要とせず、また、追加工程が仮に発生した場合でも最小限に留め製造コストの上昇を生じさせないようにすること。
The present invention has been made to solve the above-described problems, and has the following general objects.
(1) To solve various problems of power diodes housed in a resin package similar to that of the conventional insulating semiconductor device shown in FIG.
(2) The inherent breakdown voltage characteristic of the semiconductor chip is released from the restrictions on the resin package, and the discharge breakdown voltage (Viso) capability is further improved if the resin package has the same outer shape.
(3) The bonding to the K-side external lead-out terminal has been abolished, and the Ni plating on the entire surface of the Cu heat sink has been abolished, eliminating unnecessary assembly processes, resulting in a more reliable assembly structure. Realize.
(4) Improve the common lead frame when manufacturing multiple types of semiconductor devices that have been used in the past, and have commonality with the conventional assembly process, requiring a dedicated mold design and new capital investment In addition, even if an additional process occurs, it should be kept to a minimum so as not to cause an increase in manufacturing cost.
請求項1に記載の発明は、リードフレームの第1タイバから幅方向に直角に延出した3本のリード部を有する複数種類の樹脂封止型半導体装置を製作する際に使用される共用リードフレームにおいて、
両側に位置するリード部の一方と一体的に形成され、かつ、他方のリード部側に延び、該他方のリード部とは分離されている幅広部と、前記両端に位置する2本のリード部の中間に位置し、特定種類の樹脂封止型半導体装置を製作した場合に、該半導体装置の樹脂封止部に対して、先端部が該樹脂封止部の端面から内部に所定寸法だけ埋没するように、前記幅広部と分離して形成された前記第1タイバから延出の中間リード部とを有することを特徴とするリードフレームである。
The invention according to claim 1 is a common lead used when manufacturing a plurality of types of resin-encapsulated semiconductor devices having three lead portions extending perpendicularly in the width direction from the first tie bar of the lead frame. In the frame,
A wide portion formed integrally with one of the lead portions located on both sides and extending to the other lead portion side and separated from the other lead portion, and two lead portions located on both ends When a specific type of resin-encapsulated semiconductor device is manufactured, the tip of the resin-encapsulated portion of the semiconductor device is embedded within a predetermined dimension from the end surface of the resin-encapsulated portion. As described above, the lead frame includes an intermediate lead portion extending from the first tie bar formed separately from the wide portion.
請求項2に記載の発明は、前記リードフレームが、銅(Cu)又はCu合金によって製作され、前記両端に位置するリード部のうち、少なくも一方リード部の先端位置のボンディングポスト部となる部分にニッケル(Ni)メッキが施され、他の部分はCu又はCu合金のムク面であることを特徴とする請求項1に記載したリードフレームである。 According to a second aspect of the present invention, the lead frame is made of copper (Cu) or a Cu alloy, and at least one of the lead portions located at the both ends is a bonding post portion at the tip position of one lead portion. 2. The lead frame according to claim 1, wherein nickel (Ni) plating is applied to the other portion, and the other portion is a rough surface of Cu or a Cu alloy.
請求項3に記載の発明は、前記幅広部とリード部との連結部分を、他方に位置するリード部側に面積を拡張して放熱面積を増大させたことを特徴する請求項1又は請求項2に記載されたリードフレームである。
The invention according to
請求項4に記載の発明は、両側に配置された外部導出端子のうち、一方の外部導出端子の先端部に形成したボンディングポスト部とは分離して配置された幅広のチップダイボンディング領域を有し、かつ、他方の外部導出端子と連続して一体的に形成された放熱板と、該放熱板の前記チップダイボンディング領域に搭載・固着された半導体チップと、該半導体チップの表面電極と一方の外部導出端子の前記ボンディングポスト部とを連結するボンディングワイヤと、前記半導体チップが搭載・固着された放熱板及び該放熱板に一体的に連続して形成された外部導出端子の少なくとも根本部及び前記一方の外部導出端子の前記ボンディングポスト部を少なくとも含むようにモールドして形成された樹脂封止部とを備え、両側の前記外部導出端子間には、リードフレームのタイバカット時に中央の小片状外部導出端子の一部が前記樹脂封止部に残存するようにタイバカットすることを特徴とする樹脂封止型半導体装置である。
The invention according to
請求項5に記載の発明は、両側に位置するリード部の一方と一体的に連続して形成され、かつ、他方のリード部側に延び、該他方のリード部とは分離されている幅広部と、前記両端に位置する2本のリード部の中間に位置し、特定種類の樹脂封止型半導体装置を製作した場合に、該半導体装置の樹脂封止部に対して、先端部が該樹脂封止部の端面から内部に所定寸法だけ埋没するように、前記幅広部と分離して形成された前記第1タイバから延出の中間リード部とを有するリードフレームを用い、前記幅広部への半導体チップの搭載・固着及び該半導体チップの表面電極と一方のリードとのワイヤボンディングを行なって所定の組立体を製造する工程と、該組立工程を経たフレームを樹脂封止用金型に装着し、封止樹脂を充填して所定の位置に樹脂封止部を形成する工程と、該工程を経て取り出したリードフレームを所定の位置でタイバカットし、両側の該外部導出端子間に位置し、前記樹脂封止部内に残存する小片状の外部導出端子を抜き取るか又はそのまま残存させる工程とを含むことを特徴とする樹脂封止型半導体装置の製造方法である。
The invention according to
請求項1に記載の発明によれば、例えば図3のような3本足のリードフレーム形状となり、従来から3本足用として設計された樹脂封止用金型にそのまま装着することができる。特に、中央部分に位置する第1タイバから延出した小片状の仮端子部29の存在、すなわち、その先端部が前記金型中央部の凹所を塞ぐため、樹脂モールド工程を実施する際に、熔融樹脂の外部への漏れが効果的に防止できる。
According to the first aspect of the present invention, for example, a three-legged lead frame shape as shown in FIG. 3 is formed, and it can be directly mounted on a resin-sealing mold designed for three legs. In particular, the presence of the small temporary
請求項2に記載の発明によれば、少なくも一方のリード部の先端位置のボンディングポスト部となる部分のみにニッケル(Ni)メッキが施され、他の部分はCu又はCu合金のムク面のリードフレームとしたので、半導体装置として組立てる場合にワイヤボンディングが通常通り行なえ、かつ、他の部分はCu又はCu合金のムク面であるので、エポキシ樹脂等の封止用樹脂との接着性が格段に良くなり、半導体装置として組立てた場合の水分に対する耐性試験(PCT)等で優れた効果が発揮できる。 According to the second aspect of the present invention, nickel (Ni) plating is applied only to the portion that becomes the bonding post portion at the tip position of one of the lead portions, and the other portion is made of Cu or a Cu alloy mump surface. Since it is a lead frame, wire bonding can be performed as usual when assembling as a semiconductor device, and the other part is a Cu or Cu alloy uncoated surface, so the adhesiveness with an epoxy resin or other sealing resin is exceptional. It is possible to achieve an excellent effect in a moisture resistance test (PCT) when assembled as a semiconductor device.
請求項3に記載の発明によれば、リードフレームの幅広部とリード部との連結部分を、他方に位置するリード部側に面積を拡張できるようにしたので、半導体装置として組立てた場合に放熱面積が増大し、また、一方のボンディングワイヤがなく、かつ、半導体チップを搭載した幅広部の放熱板が直接、外部導出端子に連なっていることと合わせて、放熱効果が著しく向上する。 According to the third aspect of the present invention, since the area of the connecting portion between the wide portion of the lead frame and the lead portion can be expanded to the lead portion side located on the other side, heat dissipation can be achieved when the semiconductor device is assembled. The heat radiation effect is remarkably improved in combination with the fact that the area is increased and there is no bonding wire on one side and the wide heat radiation plate on which the semiconductor chip is mounted is directly connected to the external lead-out terminal.
請求項4に記載の発明によれば、請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のリードフレームを使用した樹脂封止型半導体装置なので、総合的に放熱特性、耐湿性に優れ、両端外部導出端子間の絶縁距離(Liso)の拡大に伴う放電耐圧(Viso)の増大、それらによる逆耐圧特性(VR)、順電圧降下特性(VF)の向上等の優れた電気的特性が得られる。
According to the invention described in
請求項5に記載の発明によれば、請求項4に記載した樹脂封止型半導体装置を製造する工程において、両側の外部導出端子間に位置し、樹脂封止部内に残存する小片状の外部導出端子を抜き取るか又はそのまま残存させる工程を有するようにしたので、例えば該小片状端子を抜き取る工程を追加するにしても製品コストアップに繋がるほどの追加工程ではなく、それよりも遥かに重要な利点となる製品の電気的特性の向上を期待できるなどの効果がある。 According to the fifth aspect of the present invention, in the step of manufacturing the resin-encapsulated semiconductor device according to the fourth aspect, the small piece-like shape is located between the external lead-out terminals on both sides and remains in the resin-encapsulated portion. Since there is a step of extracting or leaving the external lead-out terminal as it is, for example, even if a step of extracting the small piece terminal is added, it is not an additional step that leads to an increase in product cost, and much more than that. There is an effect that improvement of electrical characteristics of the product, which is an important advantage, can be expected.
複数種類の樹脂封止型半導体装置を製作するための共用リードフレームの形状を、一方の外部導出端子及び中央の小片状外部導出端子となる部分で改良し、放熱特性や半導体装置として組立完成した場合の逆耐圧特性、順方向電圧降下特性などの向上を実現できた。 The shape of the shared lead frame for manufacturing multiple types of resin-encapsulated semiconductor devices has been improved at the part that becomes one external lead-out terminal and the small piece-shaped external lead-out terminal, and the heat dissipation characteristics and semiconductor device assembly are completed. In this case, the reverse breakdown voltage characteristics, forward voltage drop characteristics, etc. can be improved.
本発明の一実施例である樹脂封止型半導体装置のイメージ図を図1及び図2に示す。
なお、図1は樹脂封止型半導体装置の平面透視的イメージ図、図2は同じくその側面透視的イメージ図である。
先ず、本発明の絶縁型かつ樹脂封止型半導体装置の構造的な特徴をまとめて述べれば以下の通りである。
(1)K側外部導出端子がCu製放熱板と一体化され、連続していること。
(2)したがって、K側外部導出端子と該放熱板とのボンディングワイヤによる接続がなくなっていること。
(3)中央に配置される小片状外部導出端子は、樹脂モールド工程後に通常は抜き取られているために存在せず、その跡に凹部を有していること。
(4)上記(3)により中央の外部導出端子が存在しないために、A側外部導出端子とK側外部導出端子との絶縁距離(Liso)が、Liso=1.2mmから3.9mmに広がっていること。
(5)両側の外部導出端子の中央に配置される外部導出端子は、Cu製放熱板と分離され、その離間距離はプレスカットの最小寸法(Lpc)を保持し、また、K側外部導出端子の放熱板との一体的連結部は相対的に広い面積を有するように従来よりも拡大されているか、該外部導出端子根本のボンディングポスト近傍の形状は、従来と同じとしてあり、かつ、該連結部の板厚は、放熱に有利なように曲げ加工性を考慮しつつ、最大限厚くなるように配慮していること。
(6)図1におけるA1−A2ラインとB1−B2ラインで囲まれた部分のうち、少なくともリードフレームのA側ボンディングポスト部分に相当する部分にはNiが施されていること。
(7)Cu製放熱板の表面には、上記A側ボンディングポスト部分を除いてNiメッキが施されていないこと。また、A,K側外部導出端子の表面にも前記一方のボンディングポスト部分を除いてNiメッキが施されていないこと。
なお、A側、K側はその位置を左右変更し得るものである。
An image diagram of a resin-encapsulated semiconductor device according to an embodiment of the present invention is shown in FIGS.
FIG. 1 is a planar perspective image diagram of the resin-encapsulated semiconductor device, and FIG. 2 is a side perspective image diagram thereof.
First, the structural features of the insulating and resin-encapsulated semiconductor device of the present invention will be summarized as follows.
(1) The K-side external lead-out terminal is integrated with the Cu heat sink and is continuous.
(2) Therefore, the connection by the bonding wire between the K-side external lead-out terminal and the heat sink is eliminated.
(3) The small external lead-out terminal arranged at the center does not exist because it is normally extracted after the resin molding step, and has a recess in the trace.
(4) Since there is no central external lead terminal according to (3) above, the insulation distance (Liso) between the A side external lead terminal and the K side external lead terminal is increased from Liso = 1.2 mm to 3.9 mm. That.
(5) The external lead-out terminal arranged at the center of the external lead-out terminals on both sides is separated from the Cu heat sink, the separation distance holds the minimum size (Lpc) of the press cut, and the K-side external lead-out terminal The joint part with the heat sink is enlarged so as to have a relatively wide area, or the shape in the vicinity of the bonding post of the external lead terminal is the same as the conventional one, and the connection The thickness of the part shall be considered to be as thick as possible while considering bending workability to be advantageous for heat dissipation.
(6) Of the portion surrounded by the A1-A2 line and the B1-B2 line in FIG. 1, Ni is applied to at least a portion corresponding to the A-side bonding post portion of the lead frame.
(7) The surface of the Cu heat sink is not subjected to Ni plating except for the A-side bonding post portion. Also, Ni plating is not applied to the surfaces of the A and K side external lead terminals except for the one bonding post portion.
The positions of the A side and the K side can be changed left and right.
次に、本発明の上記樹脂封止型半導体装置の具体的な構成を説明する。
図1及び図2において、樹脂封止型半導体装置11は、Cu製放熱板12を有する。この放熱板12は従来とその形状が大きく異なり、K側の外部導出端子15と一体的に連結され、該外部導出端子15に対して半導体チップ3が搭載される相対的広い面積のチップダイボンディング領域12aがフラグ状に図示右側に拡大している。図示右側に位置するA側の外部導出端子14は、従来と同様に放熱板12の前記チップダイボンディング領域12aから所定の間隔を持って分離・形成されている。
Next, a specific configuration of the resin-encapsulated semiconductor device of the present invention will be described.
1 and 2, the resin-encapsulated
上記A側の外部導出端子14とK側の外部導出端子15との間には、その中央に配置された従来の外部導出端子は存在せず、樹脂封止部18を形成後、この実施例では抜き取られ図示のように点線で示した小片状の外部導出端子17の跡として樹脂封止部18の端面に凹部19が形成されるのみである。もともとこの実施例で示した絶縁型かつ封止樹脂型半導体装置のみを形成する場合には、上記中央に配置された外部導出端子17は不要なものであるが、複数種類の半導体装置を共通のリードフレーム及び共通の樹脂封止用金型を用いて製作するために上記のような形状的工夫をこらしている。
なお、上記小片状の外部導出端子17は樹脂封止部18中に残存させても良い。
なぜなら、上記タイプの半導体装置を形成する場合、かかる外部導出端子17は不要であり、電気的にどこにも接続されず、かつ、外部導出端子14,15間で有効な絶縁距離(Liso)には何等影響を与えないからである。
There is no conventional external lead terminal disposed in the center between the A-side external lead-out
The small piece-like external lead-out terminal 17 may be left in the
This is because when the semiconductor device of the type described above is formed, the external lead-out
上記K側外部導出端子15のボンディングポスト部15aの領域を、A側外部導出端子14のボンディングポスト部14aの方向に拡大して放熱面積を広くとることもできる。
すなわち、図1において、方向の異なる間隔の狭いハッチングを施した部分が放熱面積を拡大した部分であり、この場合、樹脂封止部18に残存する中央の小片状外部導出端子17の端部とプレスカットの最少寸法(Lpc)だけ離間して形成されている。
上記のような形状的工夫により放熱面積を増大させつつ、しかも外部導出端子14,15間の絶縁距離(Liso)を、Liso≒3.9mmと従来の約2倍とすることができる。前述のように、中央に位置する外部導出端子17が放熱板12と分離され電気的には電位を有さないからこのような形状的工夫が可能となる。
The area of the
That is, in FIG. 1, the hatched portions with different intervals in the direction are the portions where the heat radiation area is enlarged. In this case, the end portion of the central small external lead-out
While the heat radiation area can be increased by the above-described shape improvement, the insulation distance (Liso) between the external lead-out
上記ボンディングポスト部14a,15aを含む図示A1−A2ライン及びB1−B2ラインで囲まれる範囲は、帯状に前記ハッチングとは方向の異なる比較的幅の広いハッチングで示したNiメッキが施されている。これは本発明の構造の場合、K側外部導出端子15にはボンディングワイヤをボンディングする必要がなく、したがってボンディングポスト部15aも、その表面へのNiメッキを必要としないが、A側外部導出端子14のボンディングポスト部14aへのNiメッキを効率良く行なうために帯状のメッキ領域としたものである。
一方、放熱板12のチップダイボンディング領域12aにはNiメッキが施されず、Cuの表面がムクの状態で露出している。樹脂封止部18との接着を強固にするためである。
また、外部導出端子14,15のボンディングポスト部14a,15aに連なる他の部分もNiメッキが施されていないので、上記と同様に樹脂封止部18との接着が強固になり、外部導出端子14,15を伝わって外部から侵入する水分等を効果的に防止できるようになる。
The range surrounded by the illustrated A1-A2 line and B1-B2 line including the
On the other hand, the Ni plating is not performed on the chip die
In addition, since other portions connected to the
上記放熱板12のチップダイボンディング領域12aには、従来と同様に半導体チップ3が搭載・固着され、該半導体チップ3の表面に形成したアノード電極金属と外部導出端子14のボンディングポスト部14aとは、Al(アルミニウム)線等のボンディングワイヤ16aにより結線される。
一方、K側の外部導出端子15は放熱板12と一体的に形成されているので、ボンディングワイヤによる結線は必要がない。
以上の構造を1単位としたものがリードフレームの長手方向に10〜20連形成され、このリードフレームが樹脂封止用金型内に挿入され周知のトラスファモールド法により所定位置に樹脂封止部18が形成される。
なお、上記の実施例では絶縁型半導体装置を例としているので、上記金型内で放熱板12の裏面側にも熔融樹脂が回り込み厚みの薄い樹脂封止部18aが形成される(図2参照)。
そして、上記金型内から取り出したリードフレームのタイバを所定の位置でカットして最終的に図1及び図2に示した樹脂封止型半導体装置11が完成する。
The
On the other hand, the K-side external lead-out
The above structure as one unit is formed in 10-20 series in the longitudinal direction of the lead frame, and this lead frame is inserted into a resin sealing mold and resin sealed at a predetermined position by a well-known transfer mold method.
In the above embodiment, an insulating semiconductor device is taken as an example, so that the molten resin wraps around the back surface of the
Then, the lead frame tie bar taken out from the mold is cut at a predetermined position, and the resin-encapsulated
図3は、上記本発明の樹脂封止型半導体装置11や他のタイプの半導体装置を製作する場合に共通して用いられる共用リードフレームの一実施例を示す平面図ある。
図において、20はリードフレーム全体を示し、このリードフレーム20は、第1タイバ21及び第2タイバ22が設けられ、これら第1タイバ21及び第2タイバ22間は、後にタイバカットされて外部導出端子14,15(図1参照)となるリード部23,24により連結されている。
第1タイバ21には、幅方向(図3の上部方向)に比較的幅の狭い短冊部26を介して一体的に連続して形成された幅広部25を有する。この幅広部25は後に放熱板12となる部分である。また、この幅広部25の上端は略半円弧状に切除した切欠部27が形成されている。この切欠部27は後に成形される樹脂封止部に設けられる取り付け孔の逃げを形成している。
FIG. 3 is a plan view showing an embodiment of a common lead frame used in common when manufacturing the resin-encapsulated
In the figure,
The
上記第1タイバ21には、リード部24の延長線上に、後にA側の外部導出端子となるボンディングポスト形成部28が設けられている。また、前記短冊部26とボンディングポスト形成部28との間の略中央には仮端子部29が、第1タイバ部21から直角方向に突出するように形成されている。
なお、上記の仮端子部29は、最終製品として本発明で得ようする半導体装置には不要な部分であるが、中央部を含めて外部導出端子を3本必要する半導体装置用として設計されたリードフレーム用金型を使用する際に、金型内に導入された熔融樹脂が、当該仮端子部29が存在しないと、その部分から樹脂が外部に漏れ出してしまうおそれがあり、これを防止する必要から該仮端子部29を形成したものである。それ故、この仮端部29の突出寸法が重要であり、仮想線Kで示した樹脂封止部18内に約1.5mm程度没入することを想定した寸法となっている。
The
The
なお、上記リードフレーム20において、前述した図1のボンディングポスト部15aを横方向に拡張して放熱面積を拡大する場合には短冊部26に、仮端子部29の上端から少なくともプレスカット寸法(Lpc)だけ離間するようにして幅広面積部(図示せず)を設けるようにすれば良い。
In the
次に、実施例2で示した改良型リードフレームを使用する場合の効果について、図11乃至図13を参照して詳述する。
すなわち、本発明のリードフレーム20(図3参照)を使用する以前は、図11のようなリードフレームを使用していた。このリードフレームは特許文献1に記載した特開2002−252319号公報、特にその図3に記載されたリードフレームと同一である。そして、このリードフレームM1(公報では符号35、以下かっこして符号のみを示す。)の幅広部25(94a)上に2個の半導体チップを搭載・固着させ、この半導体チップの表面電極部とボンディングポスト形成部28(10),30(8)とをボンディングワイヤ(図11では図示せず。公報図3(C)では、符号14,17)で接続し、電気回路的にアノード・コモンあるいはカソード・コモンの半導体装置を構成するものである。
このリードフレームM1(35)を本発明のような単一回路のダイオードを構成する場合にも共用するようにしている。
Next, the effect when the improved lead frame shown in the second embodiment is used will be described in detail with reference to FIGS.
That is, before using the
This lead frame M1 (35) is also used in the case of constituting a single circuit diode as in the present invention.
ところで、当然ながらリードフレームを共用せずにそれぞれ要求される回路構成に適したリードフレームを製作し、また、そのリードフレーム専用の樹脂封止用金型を設計して用いることもできる。しかし、かかる場合には最終製品のコストアップが甚だしくこの種製品の熾烈な価格競争に打ち勝つことができない。
そこで、金型を別個に設計する必要がなく如何に他の種類の半導体装置にも共用できるリードフレームを設計するかが製品コストアップを抑える鍵となっている。
上記のような理由から図12に示したリードフレームM2の改善策では、放熱性の向上や一方の外部導出端子へのボンディングが不要になるなどの利点が生じるが、根本的にアノード・コモンあるいはカソード・コモンとなるいわゆる3本足の半導体装置は製作することができず、共用リードフレーム製作上の改善策という意図が没却される。
Of course, it is possible to manufacture a lead frame suitable for each required circuit configuration without sharing the lead frame, and to design and use a resin sealing mold dedicated to the lead frame. However, in such a case, the cost of the final product is so great that it cannot overcome the fierce price competition of this kind of product.
Therefore, designing a lead frame that can be shared with other types of semiconductor devices without the need to design a mold separately is the key to reducing the product cost.
For the reasons described above, the improvement of the lead frame M2 shown in FIG. 12 has advantages such as improved heat dissipation and the need for bonding to one external lead-out terminal. The so-called three-legged semiconductor device that becomes the cathode common cannot be manufactured, and the intention of improving the common lead frame is lost.
また、仮に樹脂封止用金型のみ共用のものを用い、図12に示した2端子用専用リードフレームM2を装着した場合、中央のリード部に相当する部分が存在しないために、その部分が空所となって金型内部と外部が導通してしまい、図13の一点差線の丸Cで示した部分から熔融樹脂が外部に漏れ出してしまうおそれがある。
そこで、本発明では3端子との共用リードフレームであることを前提に、また、樹脂封止用金型も共用であることを前提に最大限の改善をなすことを企図したもので、この集大成が図3に示した形状のリードフレーム20である。
すなわち、金型内からの樹脂漏れ問題は、中央部に仮端子部29を残存させ、その先端部を樹脂封止部80内に約1.5mm程度埋没ように設計し、後に必要に応じて抜き取ることが可能なようにする。放熱性やK側外部導出端子へのボンディングに伴う種々の問題は、フラグ状の幅広部25を短冊部26と一体的に結合することにより解決している。
Further, if a resin sealing mold only is used and the 2-terminal dedicated lead frame M2 shown in FIG. 12 is mounted, there is no portion corresponding to the central lead portion. There is a possibility that the inside and outside of the mold are electrically connected to each other and the molten resin leaks to the outside from the portion indicated by a circle C in the dashed line in FIG.
Therefore, the present invention is intended to make the utmost improvement on the premise that the lead frame is shared with 3 terminals and the resin sealing mold is also shared. Is the
That is, the problem of resin leakage from the inside of the mold is that the
なお、樹脂封止部18に残存させた外部導出端子17を抜き取る場合には、樹脂封止部18内に1.5mm程度埋没しているだけなので、僅かな機械的な力を加えることにより容易に抜き取ることができる。この場合には、結果としてその抜き取り工程が付加されるが、K側外部導出端子15へのワイヤボンディング工程がなくなったことの効果に比較すれば問題にする程の追加工程ではないと言うことができる。そして、もし、中央の外部導出端子17を残存させたままで差し支えなければ引き抜き工程は省略することが可能となり、追加工程の問題も皆無となる。
因みに、本発明の樹脂封止型半導体装置の場合、前記端子17は、放熱板12のカソード電位とは絶縁性の高い封止樹脂によって絶縁されており、電位を持たない浮遊電位となっている。
When the external lead-out
Incidentally, in the case of the resin-encapsulated semiconductor device of the present invention, the terminal 17 is insulated from the cathode potential of the
よって、逆バイアス時には、A−K間の中間電位となる可能性はあるとしても、この条件で問題のない場合には引き抜き工程をなくしても充分な絶縁距離(Liso)が確保され、したがって、絶縁耐圧(Viso)も確保されると考えられる。
なお、具体的には樹脂封止部18中に、前記外部導出端子17の引き抜き跡として残った凹部19が形成され、あるいは前記外部導出端子17を残したままで、Liso=1.2mm(従来)であったが、Liso=3.9mm(本発明)が確保される。その結果、単純計算によれば、Viso=1200V(従来)であったものが、3900V(本発明)にと絶縁耐圧が大幅に、しかも、同一外形のパッケージを用いて確保されることになる。
Therefore, even if there is a possibility of an intermediate potential between A and K at the time of reverse bias, if there is no problem under this condition, a sufficient insulation distance (Liso) is ensured without the drawing process, and therefore It is considered that the withstand voltage (Viso) is also secured.
Specifically, the
次に、図11に示した従来のリードフレームと比較すると、従来のリードフレームでは放熱板25と一体となった中央の外部導出端子が、該放熱板2の中央下部を占有していたため、該放熱板25の形状が制限されていた。しかし、本発明のリードフレームによれば、その部分に余裕ができるので、前述したように必要に応じてその部分の面積を横方向に拡大することができる。このことにより、さらに主回路を通るK側外部導出端子15への放熱効果が図1の太線Fで示したような経路を経て重畳されることになる。
Next, in comparison with the conventional lead frame shown in FIG. 11, in the conventional lead frame, the central external lead-out terminal integrated with the
また、本発明のリードフレームでは、Niメッキをリードフレームの全面ではなく帯状、あるいは部分的に施すことが可能となるので、該リードフレームのコスト・ダウンが可能となることは勿論、Cuのムクの表面がそれ以外の部分に用いることができ、封止用樹脂との接着強度の増加によりPCT等に対する耐性の向上や、また、外部導出端子の半田メッキ処理が非常に楽になるという効果が生じる。 Further, in the lead frame of the present invention, it is possible to apply Ni plating not to the entire surface of the lead frame, but also to form a strip or a part thereof. The surface can be used for other parts, and the effect of improving the resistance to PCT and the like due to the increase in the adhesive strength with the sealing resin, and the solder plating treatment of the external lead-out terminal becomes very easy. .
以上を総合した効果として、上記リードフレームを使用して最終的に図1に示した本発明に係る実施例1の樹脂封止型半導体装置11を組立てた場合、Viso,VR,VF,Rth等の特性を向上させることできることはいうまでもない。
また、本発明の他の目的であった、ダイボンディング工程、ワイヤボンディング工程、樹脂モールド工程、タイバカット工程、検査工程等の各工程で従来の工程との両立・共通性、また、新規投資や大した追加工程を伴うことなく、総合的に見てK側外部導出端子5へのボンディング工程の廃止による効果、及び本発明によって得られる新たな効果を比較考量すれば、本発明の優れたところが自ずと明らかとなる。
As a combined effect, when the resin-encapsulated
In addition, in other processes of the present invention, such as a die bonding process, a wire bonding process, a resin molding process, a tie bar cutting process, and an inspection process, compatibility and commonality with conventional processes, as well as new investment and large If the effects of the abolishment of the bonding process to the K-side external lead-out
なお、上記実施例1及び実施例2では、放熱板12の裏面側に薄い樹脂封止部18aを形成する絶縁型かつ樹脂封止型半導体装置を例にして述べてきたが、勿論類似の非絶縁型かつ樹脂封止型半導体装置に上記本発明思想を反映させることは充分可能である。
In the first and second embodiments, the insulating and resin-encapsulated semiconductor device in which the thin resin-encapsulated
11 樹脂封止型半導体装置
12 放熱板
12a チップボンディング領域
14 A側外部導出端子
14a,15a ボンディングポスト部
15 K側外部導出端子
16a ボンディングワイヤ
17 抜き取られた外部導出端子
18 樹脂封止部
18a 薄い樹脂封止部
19 凹部
20 リードフレーム
21 第1タイバ
22 第2タイバ
23,24 リード部
25 幅広部
26 短冊部
27 切欠部
28,30 ボンディングポスト形成部
29 仮端子部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
両側に位置するリード部の一方と一体的に形成され、かつ、他方のリード部側に延び、該他方のリード部とは分離されている幅広部と、前記両端に位置する2本のリード部の中間に位置し、特定種類の樹脂封止型半導体装置を製作した場合に、該半導体装置の樹脂封止部に対して、先端部が該樹脂封止部の端面から内部に所定寸法だけ埋没するように、前記幅広部と分離して形成された前記第1タイバから延出の中間リード部とを有することを特徴とするリードフレーム。 In a common lead frame used when manufacturing a plurality of types of resin-encapsulated semiconductor devices having three lead portions extending perpendicularly in the width direction from the first tie bar of the lead frame,
A wide portion formed integrally with one of the lead portions located on both sides and extending to the other lead portion side and separated from the other lead portion, and two lead portions located on both ends When a specific type of resin-encapsulated semiconductor device is manufactured, the tip of the resin-encapsulated portion of the semiconductor device is embedded within a predetermined dimension from the end surface of the resin-encapsulated portion. As described above, the lead frame includes an intermediate lead portion extending from the first tie bar formed separately from the wide portion.
A wide portion formed integrally with one of the lead portions located on both sides and extending to the other lead portion side and separated from the other lead portion, and two lead portions located on both ends When a specific type of resin-encapsulated semiconductor device is manufactured, the tip of the resin-encapsulated portion of the semiconductor device is embedded within a predetermined dimension from the end surface of the resin-encapsulated portion. Thus, using a lead frame having an intermediate lead portion extending from the first tie bar formed separately from the wide portion, mounting and fixing of the semiconductor chip to the wide portion and the surface of the semiconductor chip A process of manufacturing a predetermined assembly by performing wire bonding between the electrode and one of the leads, and mounting the frame that has undergone the assembly process on a mold for resin sealing and filling the sealing resin into a predetermined position Forming a resin sealing portion; and A step of cutting the lead frame taken out in a predetermined position at a predetermined position, and extracting or leaving the small lead-out external lead terminals remaining in the resin sealing portion between the external lead terminals on both sides; A method for manufacturing a resin-encapsulated semiconductor device, comprising:
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