JP2006140208A - 樹脂封止型半導体装置及びダイパッド付きリードフレーム並びにダイパッド付きリードフレームの製造方法 - Google Patents
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Abstract
放熱板内蔵タイプの樹脂封止型半導体装置において、放熱板と放熱板上に固着される半導体素子との間に空隙が生じ、鉛フリー半田を用いるプリント基板への実装工程で、空隙に吸湿された水分の蒸気圧により、剥離が進行し、内部に膨れ、クラックが発生する問題がある。
【解決手段】
リードフレーム501の半導体素子搭載領域に複数個に分割したダイパッド502を形成しておき、半導体素子301を放熱板105との間にダイパッド502を介して固着することで、半導体素子301と放熱板105との間の空間を拡げ、封止樹脂304が流れ込むようにして、封止樹脂の充填性を向上し、高温の鉛フリー半田による実装によって、剥離やクラックの発生を防止する。
【選択図】 図5
Description
この半導体装置の放熱対策として、放熱板内蔵タイプやダイパッド露出タイプのものが提案されている。例えば、特許文献1には、放熱板内蔵タイプの半導体装置が開示されている。
上述したように、鉛フリー半田を用いてこの樹脂封止の放熱板内蔵タイプの半導体装置をプリント基板へ実装すると、通常の鉛半田よりも実装温度が高いので、半導体装置内部が高温となり、吸湿した水分の蒸気圧が上昇し、放熱板と半導体素子との剥離が進行し、その結果、内部に膨れ、クラックが発生する虞がある。
前記半導体素子の複数の電極パッドと各々対応したインナーリードとを電気的に接続する金属細線と、前記アウターリードを露出させて前記インナーリードと半導体素子と金属細線とを封止する封止樹脂とを備えたこととしている。
なお、このように、リードフレームの改良により、従来の鉛半田を用いた半導体製造工程をそのまま用いて、鉛フリー半田を用いる製造工程に転換することが可能である。
このような構成によって、半導体素子は、ダイパッドと確実に接着されるので、空隙が生じることが防止される。
また、本発明は、前記インナーリードの先端に囲まれ、前記半導体素子の搭載領域を囲繞する環状体が設けられ、環状体の四辺の各中央には内側に凸部を有し、前記放熱板の上面と環状体の下面とが接着されていることとしている。
また、本発明は、放熱板上に半導体素子が搭載される樹脂封止型半導体装置に用いられるダイパッド付きリードフレームであって、矩形の各辺に直角方向に延在し、外部との電気的接続のために設けられた複数本のアウターリードと、アウターリードに連続し、半導体素子の電極パッドと接続部材で電気的に接続されるインナーリードと、アウターリードと離反する各インナーリードの先端部近傍の下面に接着された前記放熱板と、前記放熱板に貼付され、半導体素子の搭載領域上に前記アウターリードの延在方向と各辺が傾きをもった略正方形の複数のダイパッドと、前記ダイパッドと市松模様を形成するよう前記放熱板に穿設された複数の開口部とを備えることとしている。
このような構成によって、封止樹脂は、半導体素子の搭載領域の外側に位置する開口部の一部から半導体素子と放熱板との間に流れ込み、確実に空隙の生じることを防止することができる。また、開口部に丸味をもたせることにより、局所的な応力の集中を緩和できる。
(実施の形態1)
図1は、本発明に係るリードフレームの実施の形態1の平面図であり、図2は、その底面図である。
リードフレーム101の放熱板105の半導体素子搭載領域107には、半導体素子301が例えば銀ペースト等のダイボンド302で放熱板105に接着されている。半導体素子301の電極パッドと対応するインナーリード104との間は、金属細線等のワイヤで接続されている。アウターリード103を露出させて、例えばエポキシ系樹脂からなる封止樹脂304で樹脂封止型半導体装置は樹脂封止されている。
図4(a)、(b)は、リードフレーム101の製造工程を示している。
図4(a)は、銅合金の金属板を加工してアウターリード103、インナーリード104等を枠部102で連結した金属部材と、インナーリード104の先端部の下面と放熱板105の上面とを接着剤で貼り合わせる貼り合せ工程を示している。なお、断面図は、煩雑さを防止するため背景部分を省略している。以下も同様である。
図4(c)は、リードフレーム101に半導体素子301を固着する半導体素子固着工程を示す。
図4(d)は、ワイヤボンディング工程を示す。半導体素子301の電極パッドと対応するインナーリード104の先端部とをワイヤ303で接続する。
図4(e)は、樹脂封止工程を示す。アウターリード103を露出させ、金型をリードフレーム101とワイヤ303とを覆うように配置し、エポキシ樹脂からなる封止樹脂を金型温度180℃で注入する。注入時間は例えば、8秒間とする。冷却後、金型を外す。
本実施の形態では、図4(e)に示す樹脂封止工程において、半導体素子搭載領域107からはみ出した開口部106から注入された封止樹脂が半導体素子301と放熱板105との隙間に入り込み、半導体素子301と放熱板105との密着性を高める。これによって、半導体素子301と放熱板105との間に空隙が生ずることを防止できる。
(実施の形態2)
次に、本発明に係るダイパッド付きリードフレーム及びそれを用いた樹脂封止型半導体装置の実施の形態2について説明する。上記実施の形態1の構成と同様の部分についてはその説明を省略し、本実施の形態固有の部分についてのみ説明する。
ここで、開口部106と開口部106に取り囲まれたダイパッド502とが市松模様を形成し、アウターリード103の延在方向に各辺が略45°に傾いているので、半導体素子搭載領域107に閉めるダイパッド502の面積がちょうど半導体素子301の接着剤の滴下領域に最適となる。
ダイパッド502の底面とインナーリード104の先端部近傍の底面とは、接着剤で放熱板105と接着されている。
図7は、図5、図6に示したダイパッド付きリードフレーム501の開口部106の形成前のリードフレームの平面図であり、図8はその底面図である。
なお、放熱板105を除くリードフレーム501は、上記実施の形態1と同様に、銅合金からなる金属板を例えばプレス法で一体成型されて製造される。
この樹脂封止型半導体装置では、放熱板105の上面と半導体素子301との間にそれぞれ接着剤で貼り合わされたダイパッド502を介在させている。これによって、放熱板502と半導体素子301との間の空間が拡がり、封止樹脂304が複数の開口部106を通じて流入し易くなっているので、半導体素子301と放熱板502との間に空隙が発生することを低減することができる。
なお、この断面図は、図5に示したS−S´断面であり、煩雑さを避けるため、背景部分を省略して示している。また、上記実施の形態1の図4に示した工程と略同様の工程である図10(d)−図10(f)については説明を省略する。
図10(b)は、金属部材と貼り合わされた放熱板106とにパンチ加工等によって、複数の開口部106を形成するとともに、連結リング701、吊りリード503の一部を同時に取り除き、ダイパッド502を分離する開口穿設工程を示している。この開口部106は、ダイパッド付きリードフレーム501の矩形の各辺と略45度傾いた略正方形であり、ダイパッド502と市松模様を形成するように配設され、外周に位置する各開口部106の一部は、半導体素子搭載領域の外側に位置している。
図10(d)−図10(f)の各工程は、上記実施の形態1と同様である。
なお、図10(e)の樹脂封止工程では、封止樹脂は、上記実施の形態1よりも放熱板105と半導体素子103との間の空間により注入され易くなっている。
(実施の形態3)
次に、本発明に係る環状体付きリードフレーム及びそれを用いた樹脂封止型半導体装置の実施の形態3について説明する。上記実施の形態1の構成と同様の部分についてはその説明を省略し、本実施の形態固有の部分についてのみ説明する。
この環状体付きリードフレーム1100には、上記実施の形態1のリードフレーム101に半導体素子301の搭載領域107を囲繞する環状体1101が形成されている。この環状体1101には、各辺の中央部に半導体素子301側に突出したキャップ状の凸部1103が形成されている。この環状体1101の各コーナーでは、ダムバー108にこの環状体1101を連接する吊りリード1102が形成されている。なお、このリードフレーム1100は、放熱板105を除き、金属板から一体的に形成されている。
インナーリード104の内方には、半導体素子301を囲繞する環状体1101が配設されており、環状体1101の凸部1103の断面が示されている。
図14は、この環状体付きリードフレーム1100及びこれを用いた樹脂封止型半導体装置の製造工程を説明する断面図である。なお、この断面図は図11に示されS−S´断面であり、背景部分を省略している。
インナーリード104の先端部の下面と、環状体1101の下面とに接着剤を塗布し、放熱板105の上面と、熱接着により貼り合わせる。
この工程において、吊りリード1102に連接された環状体1101がインナーリード104の内方にあるので、放熱板105の接着時に放熱板105が波状に変形して接着されることを防止でき、また、熱による変形を環状体1101の各辺の中央に設けられた凸部1103で吸収することができる。
図14(e)の樹脂封止工程において、環状体1101が形成されていることによって、封止樹脂304の注入時に、封止樹脂が半導体素子301に衝撃的に注入されることが防止される。
以上、各実施の形態のリードフレームとそれを用いた樹脂封止型半導体装置について、説明したけれども、各実施の形態のリードフレームの構成を組み合わせて実施することができるのは勿論である。
例えば、実施の形態2で説明したダイパッドと実施の形態3で説明した環状体とを有するリードフレームである。
図15は、ダイパッド502を介して半導体素子301が放熱板105に固着された状態を示しており、図16は、半導体素子301が直接放熱板105に固着された状態を示している。半導体素子301は、ダイボンド302によって固着されているが、実施の形態2のように、ダイパッド502を介して放熱板105に固着されているとき、ダイパッド502の厚みだけ、半導体素子301と放熱板105との間の空間が拡がっている。このため、封止樹脂は矢符1501で示すように、放熱板105と半導体素子301との間の空間内にも開口部106から十分に流れ込むことができる。図16に示す実施の形態1の場合においても、開口部106を介して放熱板105と半導体素子301との間に、矢符1601に示すように封止樹脂が流入し、空隙の発生を防止している。
(比較例)
次に、上記実施の形態2で製造された樹脂封止型半導体装置(本装置)と従来例の樹脂封止型半導体装置(従来装置)との鉛フリー半田を用いた実装を想定した比較実験の結果を示す。
先ず、本装置と従来装置とを温度125℃で12時間ベーキングし、乾燥する。その後、温度30℃で相対湿度70%の雰囲気で72時間、吸湿させる。その後265℃の高温下で5分間放置した後、再度、温度30℃で相対湿度70%の雰囲気に96時間放置する。再度、265℃の高温下で5分間放置した後、室温まで冷却後、本装置と従来装置との剥離とクラックとを超音波で検査した。
剥離とクラックとが生じたサンプル数を次表に示す。
なお、上記各実施の形態では、リードフレームを1個だけ示したけれども、上下左右方向に連続した複数のリードフレームを形成しておき、半導体素子の接着、ワイヤボンディングの後、金型で覆い封止樹脂を注入した後、各樹脂封止型半導体装置を切り離すようにしてよいのは勿論である。
102 枠部
103 アウターリード
104 インナーリード
105 放熱板
106 開口部
107 半導体素子搭載領域
108 ダムバー
109 封止領域
110 ダイボンド滴下領域
301 半導体素子
302 ダイボンド
303 ワイヤ
304 封止樹脂
501 ダイパッド付きリードフレーム
502 ダイパッド
503 吊りリード
701 連結リング
1100 環状体付きリードフレーム
1101 環状体
1102 吊りリード
1103 凸部
Claims (6)
- 放熱板上に半導体素子が搭載される樹脂封止型半導体装置であって、
矩形の各辺に直角方向に延在し、外部との電気的接続のために設けられた複数本のアウターリードと、
アウターリードに連続し、半導体素子の電極パッドと接続部材で電気的に接続されるインナーリードと、
各インナーリードの先端部近傍の下面に接着された前記放熱板と、
前記放熱板に前記アウターリードの延在方向に対して略正方形の各辺が傾いて配列され、前記半導体素子の搭載領域からその一部がはみ出した複数の開口部と、
前記開口部に挟まれた放熱板の上面の領域に接着剤で貼付される半導体素子と、
前記半導体素子の複数の電極パッドと各々対応したインナーリードとを電気的に接続する金属細線と、
前記アウターリードを露出させて前記インナーリードと半導体素子と金属細線とを封止する封止樹脂とを備えたことを特徴とする樹脂封止型半導体装置。 - 前記開口部の各辺は略45度傾いて配列され、
前記半導体素子と前記放熱板の上面とは、複数のダイパッドを介して固着されていることを特徴とする請求項1記載の樹脂封止型半導体装置。 - 前記インナーリードの先端に囲まれ、前記半導体素子の搭載領域を囲繞する環状体が設けられ、環状体の四辺の各中央には内側に凸部を有し、
前記放熱板の上面と環状体の下面とが接着されていることを特徴とする請求項1記載の樹脂封止型半導体装置。 - 放熱板上に半導体素子が搭載される樹脂封止型半導体装置に用いられるダイパッド付きリードフレームであって、
矩形の各辺に直角方向に延在し、外部との電気的接続のために設けられた複数本のアウターリードと、
アウターリードに連続し、半導体素子の電極パッドと接続部材で電気的に接続されるインナーリードと、
アウターリードと離反する各インナーリードの先端部近傍の下面に接着された前記放熱板と、
前記放熱板に貼付され、半導体素子の搭載領域上に前記アウターリードの延在方向と各辺が傾きをもった略正方形の複数のダイパッドと、
前記ダイパッドと市松模様を形成するよう前記放熱板に穿設された複数の開口部とを備えることを特徴とするダイパッド付きリードフレーム。 - 前記傾きは略45度であり、
前記複数の開口部のうち、外周に位置する各開口部の一部は、前記半導体素子の搭載領域の外側にあり、
前記開口部の各頂点は、丸味を帯びていることを特徴とする請求項4記載のダイパッド付きリードフレーム。 - 放熱板上に半導体素子が搭載される樹脂封止型半導体装置に用いられるダイパッド付きリードフレームの製造方法であって、
矩形の各辺に直角方向に延在し、外部との電気的接続のために設けられた複数本のアウターリードと、アウターリードに連続し、半導体素子の電極パッドと接続部材で電気的に接続されるインナーリードと、前記放熱板に貼付され、半導体素子の搭載領域上に前記アウターリードの延在方向と各辺が傾きをもった略正方形の複数のダイパッドと、各ダイパッドを連結する連結リングと、インナーリードとアウターリードとの境界領域に封止樹脂の注入のために設けられ、各インナーリードとアウターリードとを矩形の各周辺方向に連結するダムバーと、前記ダムバーの各頂点から前記ダイパッドを保持する吊りリードとからなる金属部材をエッチング法又はプレス法により金属板から加工する金属部材加工工程と、
前記金属部材のインナーリードの先端部近傍の下面と、前記ダイパッドの下面とに、前記放熱板の上面を貼り合わせる貼り合せ工程と、
前記ダイパッドと市松模様を形成するよう前記放熱板に複数の開口部を穿設するとともに、前記ダイパッド連結リング及び吊りリードを分断する開口穿設工程とを有することを特徴とするダイパッド付きリードフレームの製造方法。
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