JP2005277168A - 半導体装置、その組立方法及び半導体装置用導電性接着剤 - Google Patents

半導体装置、その組立方法及び半導体装置用導電性接着剤 Download PDF

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Abstract

【課題】
半導体ペレット、リードフレーム、クリップの部材寸法に対する許容誤差を大きくして製造時の要求精度を緩和した半導体装置、その組立方法及び半導体装置用導電性接着剤を提供すること。
【解決手段】
本発明にかかる半導体装置は、表面にソース電極２１を有する半導体ペレット２と、ソース端子１４を有するリードフレーム１と、ソース電極２１及びソース端子１４に導電性接着剤６によって接着されて、ソース電極２１とソース端子１４との間を電気的に導通する板状のクリップ３とを有する半導体装置であって、導電性接着剤６はバインダー樹脂中に塑性を有する導電体粒子６１を含有し、接着による塑性変形前における導電体粒子６１の少なくとも一部又は全部の粒径は、接着されるソース電極２１とクリップ３との隙間間隔及びソース端子１４とクリップ３との隙間間隔の最大値以上の大きさを有するものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体ペレット（チップ）上の電極とリードフレームのリード端子との間を板状のクリップで接続する半導体装置に関し、特に、半導体ペレット上の電極とリード端子を板状のクリップ介して接続する工程を容易にした半導体装置、その組み立て方法、及びペレットとクリップを接続する導電性接着剤とに関する。
従来行われている半導体装置の製造工程においては、ウエハをダイシング加工することにより多数の半導体ペレットに分離した後、マウント工程において、半導体ペレットをリードフレームのアイランド部に搭載する。そして、半導体ペレットの上面に設けられた金めっき、アルミニウム合金等からなる電極と、リードフレームのリード端子（ソースリード及びゲートリード）とを金やアルミニウムのワイヤを使用して接続することにより（ワイヤボンディング）、半導体ペレットの電極が外部に電気的に引き出される。その後、半導体ペレットはアイランド部を含めてプラスチック等のモールド材によって封止されてパッケージ製品となる。
近年、ワイヤボンディングに替えて銅や銅合金等の金属板からなるクリップを用いて半導体ペレットとリード端子を電気的に接続する半導体装置が実現されている（例えば、特許文献１ないし特許文献４を参照）。これらの開示された半導体装置では、クリップと半導体ペレット電極及びリード端子との接続は、はんだ接続又は導電性接着剤を用いた接着によって行われている。
ここで、導電性接着剤とは、バインダーとなる樹脂に金粉、銀粉、銅粉、アルミ粉等の導電性粒子（導電フィラー）を配合しており、バインダー樹脂が硬化する際の体積収縮によって導電フィラー同士が接続され、導電性が確保される接着剤である。バインダー樹脂としては、エポキシが一般的であり、ウレタン、アクリル、その他の野熱硬化性樹脂、あるいは熱塑性樹脂が使用される場合もある。
特開平８−１４８６２３号公報 特開２０００−１１４４４５号公報 特開２００１−２７４２０６号公報 特開２００２−２９９３９３号公報
しかしながら、このようなクリップによる接続構造を持つ半導体装置では、半導体ペレット、リードフレーム及びクリップの部材寸法の製造誤差によって、ペレットとリードフレームとの隙間間隔又はリードフレームとクリップとの隙間間隔が大きくなると、導電性接着剤によって接続する際の導電フィラーの凝集が不十分となって、十分な導電性を確保できないという問題が発生する。このため、従来の導電性接着剤を用いる場合には、半導体ペレット上の電極及びリードフレーム側のリード端子とクリップとの隙間間隔が所定の大きさ以下となるよう、半導体ペレット、リードフレーム、クリップフレームの部材寸法に製造精度が要求されることになる。
他方で、半導体ペレット、リードフレーム、クリップの部材寸法に対する製造誤差を抑えることは、歩留まり率の低下による製造コストの上昇を招くことになるため、半導体ペレット、リードフレーム、クリップの部材寸法に対する許容誤差は大きいほうが望ましい。
本発明は、上述した事情を考慮してなされたものであり、半導体ペレット、リードフレーム、クリップの部材寸法に対する許容誤差を大きくして製造時の要求精度を緩和した半導体装置、その組立方法及び半導体装置用導電性接着剤を提供することを目的とする。
本発明にかかる半導体装置は、表面に少なくとも１つの電極を有する半導体ペレットと、少なくともひとつのリード端子を有するリードフレームと、前記電極及び前記リード端子に導電性接着剤によって接着されて、前記電極と前記リード端子との間を電気的に導通する板状のクリップとを有する半導体装置であって、前記導電性接着剤はバインダー樹脂中に塑性を有する導電体粒子を含有し、接着による塑性変形前における前記導電体粒子の少なくとも一部又は全部の粒径は、接着される前記電極と前記クリップとの隙間間隔及び前記リード端子と前記クリップとの隙間間隔の最大値以上の大きさを有するものである。このような構成により、半導体ペレット上の電極及びリードフレーム側のリード端子とクリップとの隙間間隔が大きくなった場合にも導電性を確保できるため、半導体ペレット、リードフレーム、クリップの部材寸法に対する許容誤差を大きくして製造時の要求精度を緩和することができる。
また、本発明にかかる半導体装置の組立方法は、表面に少なくとも１つの電極を有する半導体ペレットと、少なくともひとつのリード端子を有するリードフレームと、前記電極と前記リード端子との間を電気的に導通する板状のクリップとを有する半導体装置の組立方法であって、塑性を有する導電体粒子を含有する導電性接着剤を介して、前記半導体ペレット表面の電極に前記クリップを圧着し、前記導電体粒子を塑性変形させて前記電極及び前記クリップに接触させる工程と、前記塑性を有する導電体粒子を含有する導電性接着剤を介して、前記リード端子に前記クリップを圧着し、前記導電体粒子を塑性変形させて前記リード端子及び前記クリップに接触させる工程を有し、接着による塑性変形前における前記導電体粒子の少なくとも一部又は全部の粒径は、前記電極又は前記リード端子と前記クリップとの隙間間隔の最大値以上であるものである。このような組立方法により、ペレット上の電極及びリードフレーム側のリード端子とクリップとの隙間間隔が大きくなった場合にも導電性を確保できるため、半導体ペレット、リードフレーム、クリップの部材寸法に対する許容誤差を大きくして製造時の要求精度を緩和することができる。
さらに、本発明にかかる半導体装置用導電性接着剤は、半導体ペレット上の電極又はリードフレームのリード端子と、板状のクリップとの間を接着して、前記電極又は前記リード端子と前記クリップ間を電気的に導通させる導電性接着剤であって、バインダー樹脂中に塑性を有する導電体粒子を含有し、前記導電体粒子の粒径の最大値は、接着される前記電極と前記クリップとの隙間間隔又は前記リード端子と前記クリップとの隙間間隔の最大値以上であるものである。
ここで、本発明にかかる前記半導体装置、前記組立方法及び前記半導体装置用導電性接着剤における前記導電体粒子は、アルミニウム又はインジウムであることが望ましい。これにより、小さい荷重で導電体粒子の塑性変形を生じさせて、所要の導電性を得ることができる。
本発明により、半導体ペレット、リードフレーム、クリップの部材寸法に対する許容誤差を大きくして製造時の要求精度を緩和した半導体装置を提供することができる。
発明の実施の形態１．
図１に、本実施の形態にかかる半導体装置および半導体装置用導電性接着剤を示す。
図１（ａ）は、半導体装置を封止するモールド樹脂を除いて示した平面図であり、図１（ｂ）はそのＡ−Ｂ線での断面図である。
リードフレーム１は、アイランド部１１から伸びる４本のドレインリード１２、ドレインリード１２の反対側に設けられた３本のソースリード１３及び１本のゲートリード１５を有する。
ドレインリード１２は、半導体パッケージ内部においてアイランド部１１と繋がって一体形成されている。ソースリード１３は、半導体パッケージ内部（インナーリード）において単一のソース電極１４を形成している。ゲートリード１５は、半導体パッケージ内部（インナーリード）にゲート端子１６を有している。
パワーＭＯＳＦＥＴ等を構成する半導体ペレット２は、リードフレーム１のアイランド部１１に搭載される。半導体ペレット２は裏面（下面）にドレイン電極（図示せず）が設けられ、表面（上面）にソース電極２１およびゲート電極２２が設けられている。これらの電極は例えば、アルミニウム若しくはアルミニウム合金電極、又はＴｉ／Ｎｉ等の下地めっき膜を含む金めっき、銀めっき等のめっき電極である。
半導体ペレット２は、アイランド部１１にダイボンドを用いて接着されることにより、ドレイン電極（図示せず）がアイランド部１１に電気的に接続される。ここで、ダイボンドは、エポキシ、アクリル等のバインダー樹脂中に銀粉、アルミニウム粉等の金属微粒子を導電フィラーとして含有した従来の導電性接着剤であればよく、例えばＡｇペースト等でよい。
半導体ペレット２上のソース電極２１とリードフレーム１のソース端子１４とは、板状のクリップ３によって接続される。クリップ３は例えば、銅又は銅合金等を板状に成形した金属薄板である。クリップ３の一端が、本発明にかかる導電体粒子を含有した導電性接着剤６を用いて半導体ペレット２のソース電極２１に接着され、他端が同じく本発明にかかる導電性接着剤６を用いてリードフレーム１のソース１４端子に接着される。
半導体ペレット２上のゲート電極２２とゲート端子１６の間は、ボンディングワイヤ４によって接続される。なお、ボンディングワイヤ４による接続抵抗を低減する必要がある場合は、ゲート電極２２とゲート端子１６間の接続もボンディングワイヤ４に代えて金属板によるクリップを用いて結線してもよい。
最終的に、半導体ペレット２、リードフレーム１のアイランド部１１、ドレインリード１２、ソースリード１３及びゲートリード１５の各リードのインナーリードに相当する部分が、モールド樹脂によるハウジング５に封止されてパッケージ製品となる。
本発明にかかる導電性接着剤６は、バインダー樹脂中に塑性を有する導電体粒子を含有している。塑性を有する導電体としては、小さい荷重で容易に塑性変形を生じるアルミニウム、インジウム等の金属であることが望ましい。バインダー樹脂としては、従来の導電性接着剤に使用されているエポキシ、アクリル、ウレタン等でよい。
次に、本発明にかかる半導体装置の組立方法を説明する。まず始めに、リードフレームのアイランド部１１に半導体ペレット２を接着する（図２（ａ））。この接着においては、クリップ接続時のように半導体ペレット２とアイランド部１１の隙間間隔が大きくなることはないため、接着に使用するダイボンド７は従来のＡｇペースト等でよい。
続いて、半導体ペレット２上に設けられたソース電極２１と、リードフレーム１のソースリード１３の先端に設けられたソース端子１４との間を架橋するようにクリップ３で接続する。この接続は、まずソース電極２１の上およびソース端子１４の上に本発明にかかる導電性接着剤６を塗布し（図２（ｂ））、その上にクリップ３の両端を位置決めして圧着して行う（図２（ｃ））。クリップ３を圧着する時に導電性接着剤６に含有される塑性を有する導電体粒子６１がつぶれて半導体ペレット２のソース電極２１とクリップ３の間、及びリードフレーム１のソース端子１４とクリップ３の間の導電性が確保される。
先に述べたように、Ａｇペースト等の導電フィラーをバインダー樹脂中に含有させた従来の導電性接着剤では、クリップ３とソース電極２１間又はクリップ３とソース端子１４間の隙間間隔（ギャップ）が、製造誤差等に起因して大きくなった場合に、導電フィラーの凝集が不十分となって接続抵抗が大きくなるという問題があった。具体的には、例えば、製造誤差によって半導体ペレット２の高さが高くなり、リードフレーム１のソース端子１４の部分が低くなった場合、ソース端子１４とクリップ３の隙間間隔が、従来の導電性接着剤を用いて接着する際に許容される高さの最大値を超えていると、接続抵抗が増大してしまう。同様に半導体ペレット２の高さが低く、リードフレーム１のソース端子１４の部分が低くなった場合は、ソース電極２１とクリップ３の隙間間隔が大きくなって、従来の導電性接着剤では導電性の確保が不十分になってしまう。
これに対し、本発明にかかる導電性接着剤６は、塑性を有する導電体粒子６１の粒径を、ソース端子２１とクリップ３の隙間間隔の最大値より大きくすることにより、クリップ３を圧着する際に導電体粒子６１が塑性変形し、ソース電極２１およびソース端子１４とクリップ３が導電体粒子６１を介して接合されて電気的な接続を確保することができる。このため、本発明にかかる導電性接着剤６を用いて半導体装置の組み立てを行うことによって、半導体ペレット２、リードフレーム１、クリップ３の部材寸法に対する許容誤差を大きくして製造時の要求精度を緩和することが可能である。
なお、導電体粒子６１の形状は、図２に示したように球形である必要はない。要は、クリップ３を圧着した際に、導電体粒子６１が塑性変形した結果として、必要な接触抵抗が得られる程度以上の接触面積を持って、導電体粒子６１とクリップ３、ソース電極２１及びソース端子１４が接続できればよく、その形状は特定の形に限定されるものではない。
以上に示した本実施の形態にかかる半導体装置の構成は一例であって、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。電極位置やリード本数等の半導体装置の構成は本実施の形態の構成に限定されるものではなく、クリップで半導体ペレットとリード端子を接続する他の構成においても、本発明は効果を発揮する。
本発明にかかる半導体装置を示す平面図及び断面図である。 本発明にかかる半導体装置の組立方法を示す模式図である。
符号の説明
１ リードフレーム
１１ アイランド部
１３ ソースリード
１４ ソース端子
２ 半導体ペレット
２１ ソース電極
３ クリップ
５ ハウジング
６ 導電性接着剤
６１ 導電体粒子

Claims (6)

  1. 表面に少なくとも１つの電極を有する半導体ペレットと、少なくともひとつのリード端子を有するリードフレームと、前記電極及び前記リード端子に導電性接着剤によって接着されて、前記電極と前記リード端子との間を電気的に導通する板状のクリップとを有する半導体装置であって、
    前記導電性接着剤はバインダー樹脂中に塑性を有する導電体粒子を含有し、
    接着による塑性変形前における前記導電体粒子の少なくとも一部又は全部の粒径は、接着される前記電極と前記クリップとの隙間間隔及び前記リード端子と前記クリップとの隙間間隔の最大値以上の大きさを有する、
    半導体装置。
  2. 前記導電体粒子は、アルミニウム又はインジウムであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
  3. 表面に少なくとも１つの電極を有する半導体ペレットと、少なくともひとつのリード端子を有するリードフレームと、前記電極と前記リード端子との間を電気的に導通する板状のクリップとを有する半導体装置の組立方法であって、
    塑性を有する導電体粒子を含有する導電性接着剤を介して、前記半導体ペレット表面の電極に前記クリップを圧着し、前記導電体粒子を塑性変形させて前記電極及び前記クリップに接触させる工程と、
    前記塑性を有する導電体粒子を含有する導電性接着剤を介して、前記リード端子に前記クリップを圧着し、前記導電体粒子を塑性変形させて前記リード端子及び前記クリップに接触させる工程を有し、
    接着による塑性変形前における前記導電体粒子の少なくとも一部又は全部の粒径は、前記電極又は前記リード端子と前記クリップとの隙間間隔の最大値以上である、
    半導体装置の組立方法。
  4. 前記導電体粒子は、アルミニウム又はインジウムであることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の組立方法。
  5. 半導体ペレット上の電極又はリードフレームのリード端子と、板状のクリップとの間を接着して、前記電極又は前記リード端子と前記クリップ間を電気的に導通させる導電性接着剤であって、
    バインダー樹脂中に塑性を有する導電体粒子を含有し、
    前記導電体粒子の粒径の最大値は、接着される前記電極と前記クリップとの隙間間隔又は前記リード端子と前記クリップとの隙間間隔の最大値以上である、
    半導体装置用導電性接着剤。
  6. 前記導電体粒子は、アルミニウム又はインジウムであることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置用導電性接着剤。
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