JP2006086273A - 樹脂封止型半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】吊りリード112にて保持されたダイパッド111を有するリードフレームで、ハーフエッチング加工方法により、ダイパッド領域をリードフレーム素材の厚さとし、且つ、吊りリードの前記ダイパッド裏面側をエッチングにより薄肉にして、外形加工されたリードフレームを用い、ダイパッドをオフセットした状態で、ダイパッドのオフセット向き側でない面に半導体素子120を搭載し、ダイパッドのオフセット向き側である面をダイパッド裏面111Sとして外部に放熱部として封止用樹脂の一面に揃えて露出させ、且つ、前記ダイパッド裏面側に対向する側の封止用樹脂の一面に、リード112Aの一面を揃えて露出させている。
【選択図】図1
Description
このような問題に対応して、樹脂封止部の反りが起こらず、内部の半導体素子に応力が加わらない構造として、図8(b)に示すように、放熱板を2つ取り付けたものが、特開平8−186199号公報(特許文献1)には開示されているが、この構造のものは、リードフレームとは別に放熱板を2箇所に取り付けるため、加工が複雑となり、コスト高となる。
このような中、QFN(Quad Flat Non−leaded package)やSON(Small Outline Non−lead)における、電源用、メモリ用、高周波IC用等においては、冷却剤を袋状にしてその放熱板に接するようにして用いて効率的に半導体パッケージから熱を放熱する構造の半導体パッケージで、品質的にも問題が無く、加工が複雑でなく、コストが安価であるものが無かった。
本発明はこれに対応するもので、具体的には、冷却剤または冷却フィンを放熱板に取り付けて用いて効率的に半導体パッケージから熱を放熱する構造のQFNやSONの半導体パッケージで、品質的にも問題が無く、加工が複雑でなく、コストが安価であるものを提供しようとするものである。
そして、上記の樹脂封止型半導体装置であって、放熱部に冷却剤または冷却フィンを取り付けていることを特徴とするものである。
そしてまた、上記の樹脂封止型半導体装置であって、リードフレームのリード全体がパッケージの表面から突出しないように形成されている、QFN、あるいは、SONであることを特徴とするものである。
また、上記のいずれかの樹脂封止型半導体装置であって、オフセット量が、リードフレーム素材の厚さの3倍以上であることを特徴とするものである。
尚、オフセットはリードオフセットとも言われ、機械的に吊りリードを延ばし、元のリードフレーム面から所定のオフセット量を得るもので、深絞りによる加工である。
また、ここでは、ダイパッドの半導体素子を搭載する側の面をダイパッド表面、該ダイパッド表面と対向する側の面をダイパッド裏面としている。
また、ハーフエッチング加工方法とは、ここでは、エッチングによるリードフレーム素材の薄肉化を伴う外形加工方法を意味するが、リードフレーム素材の両側に耐エッチング性のレジストパターンを形成して、両面から一緒に、あるいは、片面づつ両面からエッチング液を吹きかけてエッチングして外形加工を行うのが一般的である。
本発明の樹脂封止型半導体装置は、このような構成にすることにより、QFNやSONタイプやこれらに準じる、パッケージ厚さ内に全体が収まるように封止用樹脂で封止された半導体パッケージのタイプで、ダイパッド裏面を放熱部として露出している樹脂封止型半導体装置において、封止によりダイパッド部際のレジンバリや素材バリが発生し難い構造のもので、パッケージの厚さ内で深いリードオフセットを達成できる樹脂封止型半導体装置の提供を可能としている。
具体的には、パッケージ厚さ内に全体が収まるように封止用樹脂で封止した樹脂封止型半導体装置であって、吊りリードにて保持されたダイパッドを有するリードフレームで、ハーフエッチング加工方法により、ダイパッド領域をリードフレーム素材の厚さとし、且つ、吊りリードの前記ダイパッド裏面側をエッチングにより薄肉にして、外形加工されたリードフレームを用い、吊りリードにて保持されたダイパッドをオフセットした状態で、ダイパッドのオフセット向き側でない面をダイパッド表面側として半導体素子を搭載し、ダイパッドのオフセット向き側である面をダイパッド裏面側として外部に露出させ、該裏面を放熱部としており、ダイパッド裏面を封止用樹脂の一面に揃えて露出させ、且つ、前記ダイパッド裏面側の封止用樹脂の一面に対向する側の封止用樹脂の一面に、リードの一面を揃えて露出させていることにより、これを達成している。
そして、特に、放熱部に冷却剤または冷却フィンを取り付けている場合には、効率的に半導体パッケージから熱を放熱する、高放熱性の樹脂封止型半導体装置を、品質的にも問題が無く、加工が複雑でなく、コストを安価にして、提供できるものとしている。
尚、冷却剤は、通常、袋状にしてその放熱部である放熱板に接するようにして取り付けられる。
即ち、小型パッケージであるQFN、SONにおいて、放熱性を向上させるため、ダイパッドの裏面をパッケージ上面に露出させ、その上に冷却剤または冷却フィンを取り付けられる構造のパッケージとすることを可能とした。
詳しくは、ダイパッド裏面を放熱部とし、ダイパッド裏面を封止用樹脂の一面に揃えて露出させているが、ダイパッド領域をリードフレーム素材の厚さとし、且つ、吊りリードの前記ダイパッド裏面側をエッチングにより薄肉にして、ハーフエッチング加工により、外形加工されたリードフレームを用い、吊りリードにて保持されたダイパッドをオフセットしており、樹脂封止する際に、放熱部表面(ダイパッドの裏面のこと)にレジンバリや素材バリが発生しずらいものとしている。
仮に、ダイパッド領域と吊りリードとをリードフレーム素材の厚さとし、一面上に形成したリードフレームを用いた場合には、オフセットして、放熱部表面を露出させて樹脂封止しようとすると、吊りリード面も露出するようになり、レジンバリや素材バリが発生し易くなる。
本発明の場合は、吊りリードの前記ダイパッド裏面側をエッチングにより薄肉にしてあるので、オフセット後に吊りリード面が露出することはなく、樹脂封止してもレジンバリや素材バリの発生を防止できる。
また、吊りリードを薄肉にしてオフセットを行っているもので、オフセット量を大きくとることができる。
通常の深絞りによるオフセットにおいて、断線しないで、リードフレーム素材の厚さの3倍以上のオフセット量を得ることができ、このようにオフセット量を採ることにより、特に、QFNタイプやSONタイプのような構造のものを得るには、半導体素子の厚さやボンディングワイヤの引き回しの面で自由度が大きくなり、有利である。
冷却剤または冷却フィンをその放熱板に取り付けて用いて効率的に半導体パッケージから熱を放熱する構造のQFNやSONの半導体パッケージで、品質的にも問題が無く、加工が複雑でなく、コストが安価であるものの提供を可能とした。
特に、QFN、SONにおいて、放熱性を向上させるため、ダイパッドをパッケージ上面に露出させ、その上に冷却剤または冷却フィンを取り付ける構造のパッケージの提供を可能とした。
そして、これらにおいて、モールド時でのダイパッド際からのレジンバリや素材バリを出さず、パッケージの厚さ内で深いリードオフセットを可能とした。
図1(a)は本発明の樹脂封止型半導体装置の実施の形態の第1の例を透視して見た概略図で、図1(b)は図1に示す第1の例の樹脂封止型半導体装置の各部の平面的な配置を示した概略図で、図1(c)は図1(b)のA1−A2部をA0側から見た断面図で、図1(d)は図1(b)のA3−A4部をA0側から見た断面図で、図2(a)〜図2(e)は図1に示す第1の例の樹脂封止型半導体装置の製造工程を示した工程断面図で、図3(a)は本発明の樹脂封止型半導体装置の実施の形態の第2の例を透視して見た概略図で、図3(b)は本発明の樹脂封止型半導体装置の実施の形態の第3の例を透視して見た概略図で、図3(c)は本発明の樹脂封止型半導体装置の実施の形態の第4の例を透視して見た概略図で、図4(a)〜図4(d)は第1の例の変形例(図4(d)に相当)の製造工程を示した工程断面図で、図5(a)は、パンチカット方式により個片化する場合のリードフレームの配列状態を示した図で、図5(b)、図5(c)は、それぞれ、ダイサーカット方式により個片化する場合のリードフレームの配列状態を示した図で、図6(a)は比較例1の樹脂封止型半導体装置の1例を透視して見た概略図で、図6(b)は図6に示す樹脂封止型半導体装置の各部の平面的な配置を示した概略図で、図6(c)は図6(b)のB1−B2部をB0側から見た断面図で、図6(d)は図6(b)のB3−B4部をB0側から見た断面図で、図7は比較例2としての従来の樹脂封止型半導体装置の1例を透視して見た概略図である。
尚、図4中の1点鎖線は切断位置を示したものである。
図1〜図7中、110、110Aは樹脂封止型半導体装置、111はダイパッド、112は吊りリード、111Sは裏面、112は吊りリード、112Aは端子部(単に端子とも言う)、112Bは(切断用の)ハーフエッチング部、113はインナーリード、113Aは端子、120は半導体素子、130はボンディングワイヤ、140は封止用樹脂、150は冷却剤、151は接着層、180、180A、180Bはフレーム状のリードフレーム配列体、180aは単位のリ−ドフレーム、181は枠部(フレームとも言う)、182は冶具孔、183は孔部、190は外形ライン、210、210Aは樹脂封止型半導体装置、211はダイパッド、212は吊りリード、211Sは裏面、212は吊りリード、212Sは吊りリード面、212Aは端子、213はインナーリード、213Aは端子、220は半導体素子、230はボンディングワイヤ、240は封止用樹脂である。 また、Ld1、Ld2はオフセット量を示し、tはリードフレーム素材の厚さである。
第1の例の樹脂封止型半導体装置は、ダイパッドの裏面111Sを露出させて放熱部とし、該放熱部に冷却剤または冷却フィンを取り付けるタイプの、QFN樹脂封止型半導体装置である。
そして、吊りリード112にて保持されたダイパッド111を有するリードフレームで、ハーフエッチング加工により、ダイパッド領域をリードフレーム素材の厚さとし、且つ、吊りリード112の前記ダイパッド裏面111S側をエッチングにより薄肉にして、外形加工されたリードフレームを用いて、吊りリード112にて保持されたダイパッド111をオフセットして、オフセット向き側でないダイパッド面である表面に半導体素子120を搭載し、オフセット向き側であるダイパッド面である裏面111Sを露出させて該裏面111Sを放熱部とし、パッケージ厚さ内に全体が収まるように封止用樹脂で封止したものである。
そしてまた、ダイパッド111の裏面111Sを封止用樹脂140の一面に揃えて露出させ、且つ、ダイパッドの裏面111S側の封止用樹脂の一面に対向する側の封止用樹脂の一面に、吊りリード112およびインナーリード113の一面を揃えて露出させている。
そして、本例においては、オフセット量Ld1を、リードフレーム素材の厚さtの3倍以上である。
尚、リードフレーム素材としては、銅、銅合金、鉄合金等が用いられ、封止用樹脂としてはエポキシ系樹脂等が用いられる。
先ず、ハーフエッチング加工方法により、リードフレーム素材をエッチング加工して、ダイパッド領域をリードフレーム素材の厚さとし、且つ、吊りリードの前記ダイパッド裏面(図1の111S)側をエッチングにより薄肉にして、所望の形状に外形加工されたリードフレームを作製しておく。
ハーフエッチング加工方法としては、先にも述べたが、リードフレーム素材の両側に耐エッチング性のレジストパターンを形成して、両面から一緒に、あるいは、片面づつ両面からエッチング液を吹きかけてエッチングして外形加工を行うのが一般的である。
リードフレームは平坦状で、半導体装置に供せられる部分(以下、使用部分と言う)は、ほぼ図1に示すような形状で形成されるが、実際には、各リードは外周側に延設されて、これらを支持する枠体(フレームとも言う)に接続された、形状で形成され、使用部分は全て、枠体(フレーム)に支持された状態で、樹脂封止までの工程を行う。
例えば、図5(a)に示すような配列で単位のリードフレーム180aがエッチング加工により形成されている。
尚、前述の枠体がさらに複数個接続された状態のままのものが用いられることもある。 そして、使用部分の図1(c)、図1(d)に対応する部分は、それぞれ、図2(a)、図2(b)のように形成される。
次いで、使用部分に対し、所定のオフセット装置と型を用いて、ダイパッド111をリードフレーム素材面から吊りリード112を延ばして、所定オフセット量だけオフセットし、また、同時にインナーリード113をリードフレーム素材面から吊りリード112を延ばして別の所定オフセット量だけオフセットする。
ここでは、吊りリードを薄肉にしてオフセットを行っており、オフセット量を大きくとることができる。
リードフレーム素材の厚さの3倍以上とできる。
オフセット後の断面状態は、図2(c)のようになる。
次いで、半導体素子120を、オフセット向き側でないダイパッド面である表面に半導体素子120を搭載し、その端子とインナーリード113先端とをボンディング接続した後、所定の型を用いて、図2(d)に示すように、オフセット向き側であるダイパッド面である裏面111Sを露出させて該裏面111Sを放熱部とし、パッケージ厚さ内に全体が収まるように封止用樹脂で封止する。
この場合、吊りリードの前記ダイパッド裏面側をエッチングにより薄肉にしてあるので、オフセット後に、パッケージ厚さ内に全体が収まるように封止用樹脂で封止する際、吊りリード面が露出することはなく、樹脂封止してもレジンバリや素材バリの発生を防止できる。
次いで、封止用樹脂140からはみ出ている吊りリード、インナーリードから延設されたリード部を、全て切断除去して、パッケージサイズのQFNの樹脂封止型半導体装置である第1の例の樹脂封止型半導体装置を作製する。(図2(e))
図5(a)に示す外形ライン190においてパンチカットされ、個々の樹脂封止型半導体装置に個片化される。
このようにして、ダイパッド裏面を放熱部として露出しているQFNタイプの樹脂封止型半導体装置において、封止によりダイパッド部際のレジンバリや素材バリが発生し難い構造のもので、パッケージの厚さ内で深いリードオフセットを達成できる第1の例の樹脂封止型半導体装置は作製される。
変形例の半導体装置は、第1の例と同様、ダイパッドの裏面111Sを露出させて放熱部とし、該放熱部に冷却剤または冷却フィンを取り付けるタイプの、QFN樹脂封止型半導体装置で、吊りリード112にて保持されたダイパッド111を有するリードフレームで、ハーフエッチング加工により、ダイパッド領域をリードフレーム素材の厚さとし、且つ、吊りリード112の前記ダイパッド裏面111S側をエッチングにより薄肉にして、外形加工されたリードフレームを用いて、吊りリード112にて保持されたダイパッド111をオフセットして、オフセット向き側でないダイパッド面である表面に半導体素子120を搭載し、オフセット向き側であるダイパッド面である裏面111Sを露出させて該裏面111Sを放熱部とし、パッケージ厚さ内に全体が収まるように封止用樹脂で封止したものであり、また、ダイパッド111の裏面111Sを封止用樹脂140の一面に揃えて露出させ、且つ、ダイパッドの裏面111S側の封止用樹脂の一面に対向する側の封止用樹脂の一面に、吊りリード112およびインナーリード113の一面を揃えて露出させている。
変形例の場合は、端子部112Aにハーフエッチングされ薄く形成されている切断用のハーフエッチング部112Bを設けているもので、図4に示す製造工程にてダイシングソーにより切断(ダイソーカットとも言う)され、個片化されて形成されるものである。
各部については、第1の例と同様で、説明を省略する。
図4に示す製造工程を簡単に説明する。
先ず、例えば、図5(b)あるいは図5(c)のような配列状態で単位のリードフレーム180aをエッチング加工により形成しておき(図4(a))、各単位のリードフレーム180aに対し、第1の例と同様、オフセット処理を行い、更に、半導体素子120を、オフセット向き側でないダイパッド面である表面に半導体素子120を搭載し、その端子とインナーリード113先端とをボンディング接続する。(図4(b))
次いで、所定の型を用いて、全配列に対し、オフセット向き側であるダイパッド面である裏面111Sを露出させて該裏面111Sを放熱部とし、パッケージ厚さ内に全体が収まるように封止用樹脂で封止する。(図4(c))
図5(b)あるいは図5(c)に示す外形ライン190において、ダイシングソーにて切断され、個々の樹脂封止型半導体装置に個片化される。
このようにして、ダイパッド裏面を放熱部として露出しているQFNタイプの樹脂封止型半導体装置において、封止によりダイパッド部際のレジンバリや素材バリが発生し難い構造のもので、パッケージの厚さ内で深いリードオフセットを達成できる変形例の樹脂封止型半導体装置は作製される。
変形例においても、第1の例と同様、オフセット量をリードフレーム素材の厚さの3倍以上とれ、レジンバリや素材バリの発生のないものとできる。
第2の例の樹脂封止半導体装置は、第1の例において、更に、吊りリード、インナーリードをパッケージの側面方向に延設した形態のものである。
第2の例の作製は、図2に示す第1の例の樹脂封止型半導体装置の製造工程において、樹脂封止した(図2(d))後に、封止用樹脂140からはみ出ている吊りリード、インナーリードから延設されたリード部を一部残るように切断除去した場合には、図3(a)に示すような、リード端子を封止用樹脂の外部に有する第2の例の樹脂封止型半導体装置110Aを作製することができる。
勿論、第2の例は、その構造から、第1の例と同様、レジンバリ、素材バリは発生し難く、第1の例と同様のオフセット量をとることができるが、小型化という面では第1の例に劣る。
第3の例の樹脂封止半導体装置は、図3(b)に示すように、第1の例において、更に、そのダイパッド111の裏面111Sに冷却剤150を取り付けたものである。
冷却剤150としては、袋状のものに冷媒(例えば、有機溶剤粒子、ドライアイス粒子、低温微細粒子等)入れ、これを貼り付けた形態として用いられる。
このようにすることにより、ダイパッド裏面を放熱部として露出しているQFNタイプの樹脂封止型半導体装置で、封止によりダイパッド部際のレジンバリや素材バリが発生し難い構造のもので、パッケージの厚さ内で深いリードオフセットを達成できる樹脂封止型半導体装置であって、効率的に半導体パッケージから熱を放熱できるものとしている。
第3の例は、高放熱性の品質的にも問題が無く、加工が複雑でなく、コストを安価にできる、樹脂封止型半導体装置である。
尚、第3の例の変形例としては、第3の例において、冷却剤150に変え、冷却フィンをダイパッド111の裏面111Sに取り付けたものが挙げられる。
第4の例の樹脂封止半導体装置は、図3(c)に示すように、第2の例において、更に、更に、そのダイパッド111の裏面111Sに冷却剤150を取り付けたものである。 このようにすることにより、ダイパッド裏面を放熱部として露出し、パッケージ厚さ内に全体が収まるように封止用樹脂で封止したタイプの樹脂封止型半導体装置で、封止によりダイパッド部際のレジンバリや素材バリが発生し難い構造のもので、パッケージの厚さ内で深いリードオフセットを達成できる樹脂封止型半導体装置であって、効率的に半導体パッケージから熱を放熱できるものとしている。
第4の例も、高放熱性の品質的にも問題が無く、加工が複雑でなく、コストを安価にできる、樹脂封止型半導体装置である。
尚、第4の例の変形例としては、第4の例において、冷却剤150に変え、冷却フィンをダイパッド111の裏面111Sに取り付けたものが挙げられる。
図6(a)に示す比較例1としての従来の樹脂封止型半導体装置の場合は、第1の例において、吊りリード112全体をリードフレーム素材の厚さに形成したもので、ハーフエッチングを行わないで両面からのエッチングする外形加工されたリードフレームを用い、吊りリードにて保持されたダイパッドをオフセットして、オフセット向き側でないダイパッド面である表面に半導体素子を搭載し、オフセット向き側であるダイパッド面である裏面を露出させて該裏面を放熱部とし、パッケージ厚さ内に全体が収まるように封止用樹脂で封止したQFNの樹脂封止型半導体装置で、基本的には、図2に示す、第1の例の製造工程と同様の工程にて作製される。
比較例1の場合、図1(c)、図1(d)に相当する断面は、図6(c)、図6(d)のようになる。
比較例1の場合は、図6(a)に示すように、ダイパッド211の裏面211Sに続くようにダイパッド211に連結する吊りリード面212Sが露出するようになるが、樹脂封止の際に、吊りリードの影響により、レジンバリ、素材バリが発生し易くなる。
これに加え、比較例1においては、吊りリードがリードフレーム素材の厚さに形成されており、ダイパッドのオフセットを行う際、そのオフセット量Ld2は、第1の例のよううにリードフレーム素材の厚さの3倍以上にすることはできない。
このように、比較例1の場合は、レジンバリ、素材バリが発生し易く、また、ダイパッドのオフセット量を、第1の例、第1の例の変形例、第2の例〜第4の例のように大きくとれず、半導体素子の厚さや配線の引き回しにおいて、第1の例、第1の例の変形例、第2の例〜第4の例に比べて制限が大きい。
図7に示す比較例2としての従来の樹脂封止半導体装置は、図6に示す比較例1において、更に、吊りリード、インナーリードをパッケージの側面方向に延設した形態のものである。
比較例2も、比較例1と同様、樹脂封止の際に、吊りリードの影響により、レジンバリ、素材バリが発生し易く、ダイパッドのオフセット量を、第1の例、第1の例の変形例、第2の例〜第4の例のように大きくとれず、半導体素子の厚さや配線の引き回しにおいて、第1の例、第1の例の変形例、第2の例〜第4の例に比べて制限が大きい。
また、そのようなものにおいて、さらに、パッケージの側面側にリードを延設したものでも良い。
勿論、第1の例の変形例において、更に、そのダイパッド111の裏面111Sに冷却剤または冷却フィンを取り付けた形態のものも挙げられる。
111 ダイパッド
111S 裏面
112 吊りリード
112A 端子部(単に端子とも言う)
112B (切断用の)ハーフエッチング部
113 インナーリード
113A 端子
120 半導体素子
130 ボンディングワイヤ
140 封止用樹脂
150 冷却剤
151 接着層
180、180A、180B フレーム状のリードフレーム配列体
180a 単位のリ−ドフレーム
181 枠部(フレームとも言う)
182 冶具孔
183 孔部
190 外形ライン
210、210A 樹脂封止型半導体装置
211 ダイパッド
212 吊りリード
211S 裏面
212 吊りリード
212S 吊りリード面
212A 端子
213 インナーリード
213A 端子
220 半導体素子
230 ボンディングワイヤ
240 封止用樹脂
Ld1、Ld2 オフセット量
t リードフレーム素材の厚さ
410、411、412 放熱板
420 リードフレーム
421 ダイパッド
422 インナーリード
423 アウターリード
430 半導体素子
440 ボンディングワイヤ
450 封止用樹脂
Claims (4)
- パッケージ厚さ内に全体が収まるように封止用樹脂で封止した樹脂封止型半導体装置であって、吊りリードにて保持されたダイパッドを有するリードフレームで、ハーフエッチング加工方法により、ダイパッド領域をリードフレーム素材の厚さとし、且つ、吊りリードの前記ダイパッド裏面側をエッチングにより薄肉にして、外形加工されたリードフレームを用い、吊りリードにて保持されたダイパッドをオフセットした状態で、ダイパッドのオフセット向き側でない面をダイパッド表面側として半導体素子を搭載し、ダイパッドのオフセット向き側である面をダイパッド裏面側として外部に露出させ、該裏面を放熱部としており、ダイパッド裏面を封止用樹脂の一面に揃えて露出させ、且つ、前記ダイパッド裏面側の封止用樹脂の一面に対向する側の封止用樹脂の一面に、リードの一面を揃えて露出させていることを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
- 請求項1に記載の樹脂封止型半導体装置であって、放熱部に冷却剤または冷却フィンを取り付けていることを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
- 請求項1ないし2のいずれか1項に記載の樹脂封止型半導体装置であって、リードフレームのリード全体がパッケージの表面から突出しないように形成されている、QFN、あるいは、SONであることを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
- 請求項1ないし3のいずれか1に記載の樹脂封止型半導体装置であって、オフセット量が、リードフレーム素材の厚さの3倍以上であることを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
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