JP2006165449A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】放熱特性を十分に確保し、実装信頼性を向上させた半導体装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】ダイパッド（放熱板）１１に第１突起５ａを設けることにより、樹脂注入時の注入圧力を分散して、ダイパッド１１，接着剤１２，半導体素子４，ワイヤー２，インナーリード３ｉを封止樹脂体１０による封止後に、半導体装置に生じる反りの原因となるダイパッドシフトを抑制、制御し、反りを低減して基板実装の安定化を図る。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＤＶＤ、ＤＴＶ等で高消費電力商品に好適な放熱性に優れた半導体装置及びその製造方法に関するものである。
近年、電子機器の多機能化、小型化、高密度化に対応するために、半導体装置などの半導体部品の高密度、高機能化、システム化が要求されており、それに伴って、半導体部品の消費電力が増大してきている。これに対応するために、放熱板を内蔵する半導体装置がある。以下、従来の放熱板内蔵の半導体装置について説明する。
一般に消費電力を回避するための手段を用いている半導体装置は、半導体装置に放熱性を向上させるために放熱板の機能を持たせたダイパッドを露出するか、別途放熱板を内蔵あるいは露出させる構造を有している。
図１４は従来の放熱板内蔵の半導体装置を示す断面図である。図１４に示すように、従来の放熱板内蔵の半導体装置は、ダイパッドあるいは放熱板を露出させる構造に比べ、基板設計への制約も少なく、非常に安価に作成できるため、取り扱いが容易である。さらに、インナーリードと接着剤を介して直接放熱板と接続しているため、放熱性にも優れている。
特開平６−２９１２３６号公報
しかしながら、このような構成の放熱板内蔵の半導体装置は、上下の樹脂厚のバランスが悪く、図１５に示すように、樹脂封止時、上側樹脂流動３１の樹脂圧が下側樹脂流動３２の樹脂厚より高くなるため放熱板を下方に押し下げシフトを発生させてしまう。そのために、上下厚のバランスが崩れ樹脂封止完了後、半導体装置全体に大きな反りを発生させてしまい、半導体装置の実装機等での実装不良を多発させてしまっている。このことを踏まえ、樹脂厚のバランスを良くするための構造も考えられているが、放熱板内蔵ということもあって、加工が非常に困難であるという問題があった。
本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、放熱特性を十分に確保し、実装信頼性を向上させた半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
前記の目的を達成するために、本発明に係る半導体装置は、突起を少なくとも１箇所以上設けた放熱板、及び複数本のインナーリードを有するリードフレームと、放熱板上に搭載した半導体素子と、半導体素子上に設けたボンディングパッドとインナーリードを電気的に接続するワイヤーと、放熱板，インナーリード，半導体素子，ワイヤーを封止する樹脂とを備えたことを特徴とする。
また、請求項２〜４に記載される半導体装置は、請求項１の半導体装置であって、放熱板の突起は、下方に１回で３０〜６０度に曲げて成形したこと、または、下方に９０度に曲げ、さらに曲げの逆方向に９０度に曲げて成形したこと、さらに、放熱板の突起の幅は、放熱板をリードフレーム間で支持する吊りリードの１〜３倍の幅であること特徴とする。
また、請求項５〜７に記載される半導体装置は、請求項１の半導体装置であって、放熱板の突起は、樹脂を注入するゲート口側と、放熱板中心に対しゲート口側の対角に設置したこと、さらに、放熱板の突起は、ゲート口から樹脂を注入する方向に対して９０度の位置に当たる放熱板の両コーナーに設置したこと、さらに、複数種類の形状を有し、かつ樹脂注入方向に対して一対で対称位置に配置したことを特徴とする。
また、本発明の請求項８に記載される半導体装置の製造方法は、突起を設置した放熱板を有する半導体装置の製造方法であって、突起の逃がし溝を設けた治具を用いて放熱板上に半導体素子を搭載する工程と、半導体素子上のボンディングパッドとリード部の一端を電気的に接続する工程と、樹脂により少なくとも半導体素子及び電気的に接続した部分を覆うとともに、リード部の他端が導出するよう封止樹脂部を成形する工程とからなることを特徴とする。
前記の構成及び方法によれば、放熱板に突起を設けることで、樹脂注入時の注入圧力を分散してダイパッドシフトを抑制，制御でき、放熱性を確保し半導体装置封止後の反り低減して基板実装の信頼性を向上でき、さらに、この製造方法によれば、突起の逃がし溝を設けた治具を用いるのみで、従来の製造工程を利用でき、放熱板に突起を設けた半導体装置を生産することができる。
本発明によれば、放熱板に突起を設けることにより樹脂流動により生じる放熱板の下方向へシフトするダイパッドシフトを防ぎ、さらには、樹脂の上下厚が均等になる方向にシフトを制御することも可能であり、放熱板のシフトを制御することで反りを低減して、実装信頼性を十分確保した品質の優れた半導体装置が得られ、また、製造方法のダイボンディング，ワイヤーボンディング工程において、突起を逃がすための溝を設けたステージを用いるだけで、既存設備を活用することができ、効率の良い半導体装置を製造することができるという効果を奏する。
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
図１は本発明の実施の形態１における実施例１の半導体装置を示す断面図である。ここで、前記従来例を示す図１４において説明した構成部材に対応して同等の機能を有するものには同一符号を付して示し、また以下の各図においても同様とする。
図１において、ダイパッド（放熱板）１１に接着剤１２を塗布して、その上に半導体素子４を固着する。ダイパッド（放熱板）１１周辺にある複数本のインナーリード３ｉと半導体素子４をそれぞれ電気的に接続するワイヤー２及び各インナーリード３ｉと一体的に連結した各アウターリード３ｏを備え、このアウターリード３ｏは封止樹脂体１０から導出されており、ダイパッド（放熱板）１１，接着剤１２，半導体素子４，ワイヤー２及びインナーリード３ｉは封止樹脂体１０で封止されている。また、封止樹脂体１０は４辺形の平板状に成形されるとともに、アウターリード３ｏは封止樹脂体１０の４辺からそれぞれ引き出されている。
また、図１に示すように、本実施例１の突起としては一段曲げで下方向に折り曲げられた第１突起５ａを有している。そして、図２は突起の部分を示した拡大平面図である。図２に示すように、第１突起５ａは樹脂を注入するゲート口に対して一番近い位置で、注入方向に対して曲げ部７が９０度になるよう設置される。
図３は本実施の形態１における実施例２の別構造の突起を有する半導体装置を示す断面図である。図３に示すように、半導体装置は図１で説明した構成とほぼ同じであるが、突起の形状が曲げ部７及び突起中央の曲げ部７’で９０度に曲げられた２段曲げの第２突起５ｂを有している。
図４（ａ），（ｂ）は本実施の形態１における実施例１，２それぞれの突起形状を示す部分断面図である。図４（ａ）は一段曲げで下方向に３０〜６０度の角度を曲げ部７に有している第１突起、図４（ｂ）は曲げ部７で一度下方に９０度折り曲げた後、さらにゲート口と反対方向に曲げ部７’で９０度に曲げた２段曲げの第２突起を示している。
図５（ａ）〜（ｄ）は、本実施の形態１における突起の配置例を示す放熱板（ダイパッド）の平面図である。そして、図５（ａ）はゲート口側及び放熱板中心に対してゲート口側の対角に設けた２つの第１突起５ａを設けた基本となる放熱板、図５（ｂ）は図５（ａ）の同一配置に幅を広げた第１突起５ａ’を設けた放熱板、図５（ｃ）は図５（ａ）の配置に樹脂注入方向に対し９０度の位置に当たる放熱板の両コーナーに第３突起５ｃを設けた放熱板、図５（ｄ）は図５（ｃ）の同一配置に第１突起５ａに代えて幅を広げた第１突起５ａ’を設けた放熱板を示している。
図５（ａ）〜（ｄ）に示すように、２種類以上の突起の形状を用いて、かつ同一形状の突起を一対とし、ゲート口からの樹脂注入方向に対して対称に配置して、設ける。
図６（ａ），（ｂ）は、本実施の形態１における突起の形状と位置を示す平面図である。図６（ａ）は幅を広げた第１突起５ａ’を示す拡大平面図、図５（ｂ）は注入方向に対し９０度の位置に当たるコーナーに位置する第３突起５ｃを示す拡大平面図である。
図５（ａ）〜（ｄ），図６（ａ），（ｂ）に示すような位置や、形状で突起を放熱板に設けることにより、樹脂注入時の注入圧力を分散してダイパッドシフトを抑制し、さらには、制御することができ、放熱性を確保するとともに半導体装置の封止後の反り低減することができる。
次に、図７は本発明の実施の形態２における半導体装置の製造方法のダイボンディングの前工程を示す工程断面図、図８はダイパッド（放熱板）に搭載する半導体素子のダイボンディング工程を示す工程断面図、図９はダイパッドに搭載した半導体素子のボンディングパッドにボールボンディングする工程を示す工程断面図、図１０及び図１１はダイパッド（放熱板）に搭載された半導体素子からリードフレームのインナーリードにワイヤーをボンディングする工程を示す工程断面図である。
まず、図７に示すように、半導体素子ボンディング装置（図示せず）のステージ１６上において、ダイパッド（放熱板）１１上に半導体素子を固着するための接着剤１２を塗布する。接着剤１２の塗布はディスペンサ１７を用いて、接着剤１２を滴下することにより行う。このとき使用するステージ１６には予め突起５の逃がし溝９が施されている。また、接着剤１２として、例えば熱硬化性のエポキシ樹脂にＡｇ（銀）粉を混合させたＡｇペーストが用いられる。
次に、図８に示すように、前述と同じく突起５の逃がし溝９が施されたステージ１６を用いて、接着剤１２を塗布したダイパッド（放熱板）１１上にコレット１８を用いて半導体素子４を搭載した後、ヒートステージ（図示せず）上で加熱し、接着剤１２を硬化させる。一例として、半導体素子４は、外形寸法が６ｍｍ角、厚さが０．２〜０．４ｍｍ程度のシリコン単結晶である。また、加熱条件は１８０〜２５０℃，３０秒〜６０秒程度である。なお、接着剤１２の硬化はキュア炉を用いても良い。
次に、図９に示すように、半導体素子４のボンディングパッド６上にボールボンディングを実施する。ワイヤーボンディング装置（図示せず）のヒートステージ１９には、突起５の逃がし溝９が施されており、リードフレーム１５のインナーリードのワイヤーボンディング領域外周部を固定治具（図示せず）によって固定しながら行う。一例として、ワイヤーは、直径２０〜３５μｍのＡｕ（金）ワイヤーを用いる。
次に、図１０及び図１１に示すように、ダイパッド（放熱板）１１に固着された半導体素子４のボンディングパッド６と、リードフレーム１５のインナーリードとをワイヤー２を用いて電気的に接続する。
このようにして、各単位のリードフレーム毎にダイボンディング，ワイヤーボンディングされた後（図１２参照）、単位リードフレーム群を一括して樹脂封止して、封止樹脂体１０群が同時成形される。
次に、図１３（ａ）は樹脂封止工程を行うための工程要部を示す拡大断面図、（ｂ）はダイパッドシフトを説明する工程断面図である。図１３（ａ），（ｂ）を参照しながら、樹脂封止工程について説明する。
図１３（ａ）は、トランスファ成形装置を示しており、シリンダ装置（図示せず）によって型締めされる一対の上型２１と下型２２とを備えており、キャビティー上２３とキャビティー下２４とで、キャビティー単体を成形するように、それぞれ複数組み埋設されている。上型２１の合わせ面にはポット２５が開設されており、ポット２５にはシリンダ装置（図示せず）により進退されるプランジャー２６が成形材料としての樹脂を送給し得るように挿入されている。
また、下型２２の合わせ面にはカル２７がポット２５と対向位置に配されて埋設されているとともに、ランナー２８がカル２７とそれぞれ接続されている。さらに各ランナー２８の他端部はキャビティー下２４にそれぞれ接続されており、その接続部にはゲート２９が樹脂をキャビティー内に注入し得るよう成形されている。さらに、下型２２の合わせ面には、逃がし部３０がリードフレーム重合体におけるリードフレーム１５の厚み分を逃げ得るように、その外形も若干大きめの長方形で、その厚さよりも若干浅い深さに成形されている。このような構成のトランスファ成形装置を用いて、樹脂封止は以下の方法で行われる。
１８０℃程度に加熱されたトランスファ装置の封止金型の逃がし部３０にリードフレーム重合体のリードフレーム１５を装着し封止金型を型締めする。次に、円錐形に打錠された樹脂（図示せず）をポット２５に挿入し、プランジャー２６により樹脂がカル２７，ランナー２８，ゲート２９を通じて各キャビティーに圧入される。図１３（ｂ）に示すように樹脂が注入され、ダイパッド１１に設けられた突起５によって、上側樹脂流動３１と下側樹脂流動３２との差により生じるダイパッドシフトを防ぐことができる。注入後、樹脂が熱硬化されて封止樹脂体１０が成形されると、上型２１及び下型２２は型開きされるとともに、エジェクタ・ピン（図示せず）により封止樹脂体１０群が離型され、樹脂成形されたリードフレーム１５からなるリードフレーム重合体はトランスファ成形装置から脱装される。
このようにして、樹脂成形された封止樹脂体１０の内部には、図１，図３に示すようにダイパッド１１，接着剤１２，半導体素子４，ワイヤー２，インナーリード３ｉが樹脂封止されることとなる。
次に、樹脂成形されたリードフレーム重合体のリードフレーム１５において封止樹脂体１０以外の部分に半田外装めっきを施す（図示せず）。リードフレーム１５の少なくとも半導体装置の完成品となる部分にＰｄ（鉛）めっきが施されている場合は、半田外装めっきは必要としない。
半田外装めっきを経た後、あるいは半田外装めっきされる前の樹脂成形されたリードフレーム重合体を、切断装置（図示せず）によって、各単位リードフレーム毎に順次、ダムバー（図示せず）を切断する。
次に、リード成形装置（図示せず）によって、アウターリード３ｏの先端と内枠の一部を切断した後、半導体装置を外枠から切り離しアウターリード３ｏをガルウイング形状（Ｌ字形）に屈曲成形して半導体装置を成形する。
以上のようにして、図１及び図３に示す半導体装置を完成することができる。
本発明に係る半導体装置及びその製造方法は、放熱板に突起を設けることにより樹脂流動により生じる放熱板の下方向へのシフトを防ぎ、この放熱板のシフトを制御して反りを低減し、実装信頼性を十分確保した品質の優れた半導体装置を得るとともに、製造するダイボンディング，ワイヤーボンディング工程にて、突起を逃がすための溝を設けたステージを用いるだけで、既存設備を活用し、安定した半導体装置を製造でき、放熱性を損なわず実装信頼性を向上させた、安定生産に有用である。
本発明の実施の形態１における実施例１の半導体装置を示す断面図 本実施例１の半導体装置における突起の部分を示した拡大平面図 本実施の形態１における実施例２の別構造の突起を有する半導体装置を示す断面図 本実施の形態１における（ａ）は一段曲げの第１突起、（ｂ）は２段曲げの第２突起を示す図 本実施の形態１における突起の配置例を示す放熱板（ダイパッド）で（ａ）は２つの第１突起を設けた放熱板、（ｂ）は（ａ）の広げた第１突起を設けた放熱板、（ｃ）は（ａ）の第１突起と第３突起を設けた放熱板、（ｄ）は（ｃ）の第１突起に代えて幅を広げた第１突起を設けた放熱板を示す図 本実施の形態１における突起の形状と位置を示し（ａ）は幅を広げた第１突起の拡大平面図、（ｂ）は第３突起の拡大平面図 本発明の実施の形態２における半導体装置の製造方法のダイボンディングの前工程を示す工程断面図 本実施の形態２におけるダイパッド（放熱板）に搭載する半導体素子のダイボンディング工程を示す工程断面図 本実施の形態２におけるダイパッドに搭載した半導体素子のボンディングパッドにボールボンディングする工程を示す工程断面図 本実施の形態２におけるダイパッド（放熱板）に搭載された半導体素子からリードフレームのインナーリードにワイヤーをボンディングする工程を示す工程断面図 本実施の形態２におけるダイパッド（放熱板）に搭載された半導体素子からリードフレームのインナーリードにワイヤーをボンディングする工程を示す工程断面図 本実施の形態２におけるワイヤーボンディング工程の終了した半導体装置を示す図 本実施の形態２における（ａ）は樹脂封止工程を示す拡大断面図、（ｂ）はダイパッドシフトを説明する工程断面図 従来の放熱板内蔵の半導体装置を示す断面図 従来のダイパッドシフトを説明する工程断面図
符号の説明
２ ワイヤー
３ リード
３ｉ インナーリード
３ｏ アウターリード
４ 半導体素子
５ 突起
５ａ，５ａ’ 第１突起
５ｂ 第２突起
５ｃ 第３突起
６ ボンディングパッド
７，７’ 曲げ部
９ 逃がし溝
１０ 封止樹脂体
１１ ダイパッド（放熱板）
１２ 接着剤
１３ キャピラリー
１５ リードフレーム
１６ ステージ
１７ ディスペンサ
１８ コレット
１９ ヒートステージ
２１ 上型
２２ 下型
２３ キャビティー上
２４ キャビティー下
２５ ポット
２６ プランジャー
２７ カル
２８ ランナー
２９ ゲート
３０ 逃がし部
３１ 上側樹脂流動
３２ 下側樹脂流動

Claims (8)

  1. 突起を少なくとも１箇所以上設けた放熱板及び複数本のインナーリードを有するリードフレームと、前記放熱板上に搭載した半導体素子と、前記半導体素子上に設けたボンディングパッドと前記インナーリードを電気的に接続するワイヤーと、前記放熱板，前記インナーリード，前記半導体素子，前記ワイヤーを封止する樹脂とを備えたことを特徴とする半導体装置。
  2. 前記放熱板の突起は、下方に１回で３０〜６０度に曲げて成形したことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  3. 前記放熱板の突起は、下方に９０度に曲げ、さらに前記曲げの逆方向に９０度に曲げて成形したことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  4. 前記放熱板の突起の幅は、前記放熱板をリードフレーム間で支持する吊りリードの１〜３倍の幅であること特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。
  5. 前記放熱板の突起は、樹脂を注入するゲート口側と、前記放熱板中心に対し前記ゲート口側の対角に設置したことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  6. 前記放熱板の突起は、ゲート口から樹脂を注入する方向に対して９０度の位置に当たる前記放熱板の両コーナーに設置したことを特徴とする請求項５記載の半導体装置。
  7. 前記放熱板の突起は、複数種類の形状を有し、かつ樹脂を注入する方向に対して一対で対称位置に配置したことを特徴とする請求項５または６記載の半導体装置。
  8. 突起を設置した放熱板を有する半導体装置の製造方法であって、
    前記突起の逃がし溝を設けた治具を用いて前記放熱板上に半導体素子を搭載する工程と、前記半導体素子上のボンディングパッドとリード部の一端を電気的に接続する工程と、樹脂により少なくとも前記半導体素子及び前記電気的に接続した部分を覆うとともに、前記リード部の他端が導出するよう封止樹脂部を成形する工程とからなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102456806A (zh) * 2010-10-26 2012-05-16 展晶科技(深圳)有限公司 发光二极管封装结构

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