JP2006203049A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大型チップの使用に際しても小型でかつオン抵抗の低いＭＯＳＦＥＴを形成することのできる半導体装置を提供する。
【解決手段】 本発明の半導体装置は、樹脂パッケージと、前記樹脂パッケージ内部で、一体化され、チップ搭載部を構成する少なくとも２本の主リードと、前記チップ搭載部に搭載された半導体チップと、前記半導体チップの表面でそれぞれ電極に接続された第１および第２の表面リードとを含み、前記主リードの少なくとも１本が樹脂パッケージ内部で不連続部を構成する。この構成によれば、不連続部が熱歪を緩和し、チップ載置部の平坦性を阻むことなく、平坦で高精度のリードフレームを維持することができ、実装が容易となる上、信頼性の高いものとなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体装置にかかり、特にスイッチング用ＭＯＳＦＥＴ等の実装に用いられる半導体装置に関する。

近年、パーソナルコンピュータ、携帯電話に代表される電子機器の小型化に伴う電子部品の高密度実装化が進んでおり、それに伴いダイオード、トランジスタなどの半導体装置においては、実装面積を縮小するため、種々の工夫が重ねられている。なかでも、電池などの電源からのスイッチングに用いるロードスイッチとして用いられるスイッチング用ＭＯＳＦＥＴは、実装面積の縮小を達成するための小型化、薄型化への要求に加え、オン抵抗の低減という大きな要求がある。

そこで、実装面積の縮小のために、面実装型半導体装置が提案されている。このような面実装タイプの半導体装置においては、製造コスト低減のために、材料が安く、生産性の良好な樹脂封止型半導体装置が広く使用されている。

樹脂封止型半導体装置においては、電子装置を小型化していくと、外部導出リードの封止樹脂底面付近の折り曲げ部の微妙な折り曲げ形状により、封止樹脂の回り込み、リード自体の強度、リードと封止樹脂との付着強度および実装用半田の付着回り込みにより不良を生じ易いという問題があった。

そこで、本発明者らは、半導体装置の小型化においても、外部リードの封止樹脂底面付近の折り曲げ部への封止樹脂の周り込みや、リードと封止樹脂との付着強度が良好で、リード自体の強度を十分に高く維持することのできる半導体装置を提案している（特許文献１）。

この半導体装置では、素子載置部を備えた第１外部導出リードと、素子載置部と離間して配置された第２外部導出リードとを備え、これらの一部を樹脂封止してなり、第１外部導出リードをＳ字形に折り曲げると共に折り曲げ深さｄが第１外部導出リードの厚さｔ以上であり、かつ素子載置部の裏面側の封止樹脂の厚さＴがこの折り曲げ深さｄより小さくなるようにしている。このようなリード形態はいわゆるガルウィングと呼ばれるもので、パッケージの両サイドから外部導出リードがＳ字状をなすように導出されている。これら第１および第２の外部導出リードの厚さｔは通常０．２ｍｍ程度であり、最近では０．１５ｍｍ未満のものも増えてきている。

この構成により、半導体装置の高さを低く抑えることができるとともに、素子載置部として必要な平坦領域を確保することができ、また素子載置部と第２外部導出リードとの間隔を短くすることができるため、縦方向の寸法を小さく抑えることができる。

しかしながら、このような半導体装置は、強度を高く維持することはできるが、スイッチング用ＭＯＳＦＥＴでは、オン抵抗の低減という大きな要求があり、さらなるオン抵抗の低減が求められていた。また大電流用のＭＯＳＦＥＴにおいては、更なる放熱性が求められていた。

このような要求に応えて、リードフレームを、２本づつ相対向する２辺から導出された少なくとも４本のリードが、樹脂パッケージ内部で一体化されて主パッドを構成するとともに、別の２本のリードが、この主パッドから離間して導出され、この主パッドにＭＯＳＦＥＴのドレイン電極を接続すると共に、別の２本のリードにソースおよびゲートをそれぞれ接続した半導体装置が提案されている（特許文献２）。
この構造によれば、オン抵抗の低減を図ることは可能となる。

しかしながら、半導体チップの大型化は高まる一方であり、最近では１．２ｍｍ程度の大型チップも提案されており、所望の強度を得るためには、樹脂パッケージにおける樹脂厚が必要となり、この樹脂厚が半導体装置の小型化薄型化を阻む原因となっていた。

特開２０００−１４５４３３公報 米国特許第５６２５２２６号明細書

本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、大型チップの使用に際しても小型でかつオン抵抗の低いＭＯＳＦＥＴを形成することのできる半導体装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の半導体装置は、樹脂パッケージと、前記樹脂パッケージ内部で、一体化され、チップ搭載部を構成する少なくとも２本の主リードと、前記チップ搭載部に搭載された半導体チップと、前記半導体チップの表面でそれぞれ電極に接続された第１および第２の表面リードとを含み、前記主リードの少なくとも１本が樹脂パッケージ内部で不連続部を構成することを特徴とする。
この構成によれば、不連続部が熱歪を緩和し、チップ載置部の平坦性を阻むことなく、平坦で高精度のリードフレームを維持することができ、実装が容易となる上、信頼性の高いものとなる。また樹脂封止工程における熱によって歪を生じることもない。この不連続部としては、切断部、切り込み（歪除去部）等が適用可能である。また、リードフレーム自体は対称でないため、実装工程において誤接続を防ぐことができる。また、より低抵抗化が可能となり、チップの大型化に際しても有効にオン抵抗を低減することができる。

また本発明の半導体装置は、前記不連続部において前記主リードが切断されているものを含む。
この構成により、より歪除去効果が高く、平坦性の高いチップ載置部を得ることができ、位置精度の良好な半導体装置を提供することが可能となる。

また本発明の半導体装置は、前記不連続部がスリットであるものを含む。
この構成により、実装時の変形を少なくすることができる。

また本発明の半導体装置は、前記不連続部が溝部であるものを含む。
この構成により、実装時の変形を少なくすることができる。

また本発明の半導体装置は、前記不連続部が前記主リードの幅方向に形成されたものを含む。
熱歪を効率よく吸収し位置精度の高い半導体装置を提供することができる。

また本発明の半導体装置は、前記主リードは前記チップ搭載部の１辺から導出されるものを含む。
この構成によれば、プリント基板への実装が容易で安定で信頼性の高い半導体装置を形成することができる。

本発明の半導体装置は、前記主リードは前記チップ搭載部の１辺全体にわたり導出された複数本のリードである。
この構成によれば、より接触抵抗を低減することができ、オン抵抗の低減を図ることができる。

また本発明の半導体装置は、前記主リードは前記チップ搭載部の相対向する２辺から２本づつ導出されたものを含む。
この構成によれば、安定で信頼性の高い半導体装置を形成することができる。

また本発明の半導体装置は、前記主リードおよび表面リードは前記チップ搭載部の相対向する２辺のうちの１辺から３本、他の１辺側から２本導出されたものを含む。
この構成によれば、対称でないため、実装工程においてあるいはプリント基板への搭載時における誤接続を防ぐことができる。

また本発明の半導体装置は、前記主リードは前記樹脂パッケージの中心線に対して非対称となるように構成されたものを含む。
この構成によれば、対称でないため、実装工程においてあるいはプリント基板への搭載時における誤接続を防ぐことができる。

また本発明の半導体装置は、前記主リードは相対向する側で幅が異なるように構成されたものを含む。
この構成によれば、対称でないため、実装工程においてあるいはプリント基板への搭載時における誤接続を防ぐことができる。

また本発明の半導体装置は、前記主リードは前記樹脂パッケージの中心線に対して外部導出領域においては対称であるようにしたものを含む。
この構成によれば、この半導体装置が実装されるプリント基板の配線は変更することなく、信頼性の向上を図ることができる。

また本発明の半導体装置は、前記主リードおよび前記第１および第２の表面リードが前記樹脂パッケージの外側でＳ字状に成形され、先端部で前記樹脂パッケージの底面と同一面上を伸長するように構成されたものを含む。
この構成によれば、面実装に際し、実装面積を低減することができ、信頼性の向上を図ることができる。

また本発明の半導体装置は、前記主リードおよび前記第１および第２の表面リードが前記樹脂パッケージの外側で前記樹脂パッケージの底面と同一面上をまっすぐに伸長するように構成されたものを含む。
この構成によれば、前記主リードおよび前記第１および第２の表面リードが、前記樹脂パッケージの底面と同一面上をまっすぐに伸長するように構成されているため、薄型化が可能であり、アウターリードすなわち、樹脂パッケージ外への導出部分を短くすることができ、実装面積の低減、およびオン抵抗の低減をはかることができる。またチップの大型化に際しても、樹脂封止後にリードを折り曲げる必要がなく、リードの成形工程において、樹脂の抜けが生じたりすることがないため、樹脂厚を薄くしても抜けやクラックが生じることなく、薄型で信頼性の高い半導体装置を提供することができる。

本発明の半導体装置によれば、薄くて大きい半導体チップを用いる場合にも、オン抵抗が低く、薄型でかつ、高精度で信頼性の高い半導体装置を提供することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の実施の形態１におけるＭＯＳＦＥＴ（半導体装置）を示す下面図、側面図、正面図である。この半導体装置は、ＭＯＳＦＥＴを構成する半導体チップ６をリードフレーム１０に載置し、Ｓ字状すなわちガルウイングタイプのリードを用いて樹脂パッケージ１に封止した面実装型の半導体装置を構成するものである。主リードの少なくとも１本が樹脂パッケージ内部で切断され、不連続部Ｔを構成したことを特徴とする。ここで主リード２ａ、２ｂ、２ｃは前記チップ搭載部２ｄの相対向する２辺のうちの１辺から３本、前記表面リード３、４は他の一辺側から導出されている。

製造に際しても同様であり、この構成によれば主リードのうちのひとつ２ａが不連続部Ｔとしてのスリットを有し歪を吸収することができるため、実装効率の向上をはかることができる。すなわち、この構成によれば、不連続部が熱歪を緩和し、ダイパッドの平坦性を阻むことなく、平坦で高精度のリードフレームを維持することができ、実装が容易となる上、信頼性の高いものとなる。
また樹脂封止工程における熱によって歪を生じることもない。この不連続部としては、切断部、切り込み（歪除去部）等が適用可能である。また、リードフレーム自体は対称でないため、実装工程において誤接続を防ぐことができる。

すなわち、この半導体装置は、樹脂パッケージ１と、前記樹脂パッケージ１内部で、一体化され、チップ搭載部２ｄを構成する３本の主リード２ａ、２ｂ、２ｃと、前記チップ搭載部２ｄに搭載された半導体チップ６と、前記半導体チップ６の表面で半導体チップのソース電極に接続された第１の表面リード３と、ゲートに接続された第３の表面リード４とを含むことを特徴とする。主リード２ａ、２ｂ、２ｃで構成される電流路の総和は前記第１、第３の表面リード３、４よりも、幅広となる。

ここでチップ搭載部２ｄは半導体チップ６の裏面全面に形成されたドレイン電極に導電性接着剤を介して固着されており、３本の主リード２ａ、２ｂ、２ｃを介して外部接続される。また第１の表面リード３は、前記３本の主リード２ａ、２ｂ、２ｃのうちの１本と樹脂パッケージ１の中心線に対して対称となるように導出されており、ボンディングワイヤ５を介して半導体チップ表面に形成されたソース電極と接続されている。一方第３の表面リード４は、同様に、前記３本の主リード２ａ、２ｂ、２ｃのうちの１本である２ｃと樹脂パッケージ１の中心線に対して対称となるように導出されており、ボンディングワイヤ５を介して半導体チップ表面に形成されたゲート電極と接続されている。この例では、前記主リード２ａ、２ｂ、２ｃは相対向する２辺のうちの１辺から３本、前記表面リード３、４は他の一辺から導出され、主リードおよび表面リードは前記樹脂パッケージの中心線に対して非対称となるように構成される。

このリードフレーム１０は銅の条材を、Ｓｎ−２Ｂｉめっき層で被覆したものである。そして各リードの樹脂パッケージ１からの導出部の底面上での長さは０．４２５ｍｍ、樹脂パッケージは１．２５×２．０、高さ０．９ｍｍ、各リードの板厚は０．１３、リード幅は０．２ｍｍとした。

次に、この半導体装置の実装方法について説明する。
まず、このリードフレームの製造方法について説明する。
この方法では、図２に示すように金属製の板状体（銅板）を打ち抜き加工により不連続部Ｔを含むように、形状加工し、電解めっきによりＳｎ−２Ｂｉめっき層を形成する。ここでリードフレームは送り穴Hを有するサイドバー１１で複数のユニットUが接続されている。

次にこのリードフレームを用いたＭＯＳＦＥＴの実装方法について説明する。

まず図３（a）に示すように、図２に示したリードフレームのチップ載置部２ｄにＭＯＳＦＥＴを構成する半導体チップ６の裏面が搭載されるように固着し、ボンディングワイヤ５によって半導体チップの表面側に形成されたソース電極と第１および第２の表面リードとを接続する。続いて同様にボンディングワイヤ５によって半導体チップの表面側に形成されたゲート電極と第３の表面リード４とをボンディングワイヤ５を介して接続する。

この後、図３（ｂ）に示すように、エポキシ樹脂を用いて樹脂封止を行い半導体装置を形成する。

そして最後に図３（ｃ）に示すように、各リードをサイドバー１１から切除するとともに、樹脂パッケージ１からの突出長が所定の長さとなるように切断し、リードをＳ字状に成形しガルウィングタイプのリードを備えた面実装型半導体装置を得ることが出来る。

かかる構成によれば、製造に際して、主リードが不連続部を有し歪を吸収することができるため、実装効率の向上をはかることができる。すなわち、この構成によれば、不連続部が熱歪を緩和し、チップ載置部の平坦性を阻むことなく、平坦で高精度のリードフレームを維持することができ、実装が容易となる上、信頼性の高いものとなる。
また樹脂封止工程における熱によって歪を生じることもない。この不連続部としては、切断部、切り込み（歪除去部）等が適用可能である。また、リードフレーム自体は対称でないため、実装工程において誤接続を防ぐことができる。

また、主リードの面積の総和が最大限に大きくなるように構成されているため、アウターリードすなわち、樹脂パッケージ外への導出部分での抵抗を低減することができ、オン抵抗の低減をはかることができる。

また半導体チップ裏面全体に接続された３本の主リードが導出されているため、ドレイン端子の接触抵抗が大幅に低減されるとともに、特にガルウィングタイプのリードであるためプリント基板と面接触し放熱性もすぐれたものとなる。

樹脂パッケージの底面と同一面上に、リードの先端部が突出して形成されているため、安定して実装することができる。従って、プリント基板などへの実装に際し、接触不良のない半導体装置を提供することが可能となる。このように本実施の形態によれば、安定な外部端子構造を形成することが可能となる。

また、半導体チップの搭載時にも、チップ載置部は３本の主リードで支持されているため、平坦性を良好に維持することができ、位置ずれもなく、確実で信頼性の高いボンディングを可能にする。また、樹脂封止後、樹脂パッケージ底面と同一表面上でリードを切断するため、半導体装置としての変形もない。

また、本発明のリードフレームにおいては、前記リード表面に形成されるＳｎ−Ｂｉめっき層は、配線パターンを半田と共晶を形成し易い金などの金属で構成すれば、プリント基板などへの実装に際し、良好にボンディングを行うことが可能となる。
さらに、本実施の形態のリードフレームは、打ち抜き加工に代えて、フォトリソグラフィ工程を経て、高精度で信頼性の高いリードフレームを容易に形成することが可能となる。

（実施の形態２）
次に本発明の実施の形態２について説明する。
本実施の形態の半導体装置では、図４（ａ）乃至（ｃ）に示すように前記主リード２Ｓ、２ｃは前記チップ搭載部２ｄの相対向する２辺のうちの１辺から２本、前記表面リード３は他の一辺側から導出され、主リード２Ｓは表面リード３よりも幅広となるように形成された点で前記実施の形態１と異なるもので他は前記実施の形態１と同様に形成されている。またここでも主リードおよび表面リードは前記樹脂パッケージの中心線に対して非対称となるように構成されている。ここで図４（ａ）乃至（ｃ）は本発明の半導体装置を示す下面図、側面図、正面図である。ここでは主リードの幅方向の中心近傍にスリットＳを形成しているが、主リードの幅方向全体にわたってスリットを形成してもよい。

スリットによる歪吸収効果に加え、表面リードが幅広となったため、よりオン抵抗の低減をはかることができる。また製造に際しても同様であり、この場合リードフレームにおいても実装後においてもリードが対称でないため、方向を間違えたりすることがほとんどなくなるため実装効率の向上をはかることができる。

（実施の形態３）
次に本発明の実施の形態３について説明する。
本実施の形態の半導体装置では、図５（ａ）乃至（ｃ）に示すように、主リードの幅方向の中心近傍にスリットＳを形成して歪吸収部を構成するようにしたもので、前記主リード２Ｓと、前記表面リード３Ｓは他の一辺側から導出され、表面リード３Ｓは主リード２と同様に幅広となるように形成された点で前記実施の形態２と異なるもので他は前記実施の形態２と同様に形成されている。ここでは主リードおよび表面リードは前記樹脂パッケージの中心線に対して対称となるように構成される。ここで図５（ａ）乃至（ｃ）は本発明の半導体装置を示す下面図、側面図、正面図である。

製造に際しても同様であり、実施の形態２に比べて表面リードが幅広に構成される分ソース電極の取り出し抵抗が大幅に低減される。

（実施の形態４）
次に本発明の実施の形態４について説明する。
本実施の形態の半導体装置では、図６（ａ）乃至（ｃ）に示すように、前記主リードの少なくとも１本が樹脂パッケージ内部で歪除去のための不連続部としてのスリットＳを有するように構成した（主リードはスリットによって分割されることのないように幅方向の一部に形成された点で実施の形態１と異なるのみで、他は同様に形成されている。すなわち主リード２ａ、２ｂ、２ｃは前記チップ搭載部２ｄの相対向する２辺のうちの１辺から３本、前記表面リード３、４は他の一辺側から導出され、前記実施の形態１と同様に形成されている。ここでは主リードおよび表面リードは外観上では実施の形態１の半導体装置と同様に、樹脂パッケージの中心線に対して対称となるように構成される

製造に際しても同様であり、実施の形態１に比べて主リードが不連続部を有し歪を吸収することができるため、実装効率の向上をはかることができる。すなわち、この構成によれば、不連続部が熱歪を緩和し、ダイパッドの平坦性を阻むことなく、平坦で高精度のリードフレームを維持することができ、実装が容易となる上、信頼性の高いものとなる。
また樹脂封止工程における熱によって歪を生じることもない。この不連続部としては、切断部、切り込み（歪除去部）等が適用可能である。また、リードフレーム自体は対称でないため、実装工程において誤接続を防ぐことができる。

また本発明の半導体装置では、前記主リードおよび表面リードは前記実施の形態１と前記樹脂パッケージの中心線に対して外部導出領域においては対称であり、この半導体装置が実装されるプリント基板の配線は変更することなく、信頼性の向上を図ることができる。

（実施の形態５）
次に本発明の実施の形態５について説明する。
本実施の形態の半導体装置では、図７（ａ）乃至（ｃ）に示すように、実施の形態３の形態をガルウイングタイプに代えてフラットタイプにした場合にも有効である。ここでも歪除去部としての不連続部を溝Ｇによって形成している。

この構成によれば、前記主リードおよび前記第１および第２の表面リードが、前記樹脂パッケージの底面と同一面上をまっすぐに伸長するように構成されているため、薄型化が可能であり、アウターリードすなわち、樹脂パッケージ外への導出部分を短くすることができ、実装面積の低減、およびオン抵抗の低減をはかることができる。またチップの大型化に際しても、樹脂封止後にリードを折り曲げる必要がなく、リードの成形工程において、樹脂の抜けが生じたりすることがないため、樹脂厚を薄くしても抜けやクラックが生じることなく、薄型で信頼性の高い半導体装置を提供することができる。

なお、前記実施の形態では、ＭＯＳＦＥＴの実装について説明したが、このようなディスクリート素子に限定されることなく、ＩＣやＬＳＩなどにも適用可能であることはいうまでもない。

以上説明してきたように、本発明の半導体装置によれば、オン抵抗の低減を図ることができ、大型の半導体チップに対しても対向可能であるため、スイッチング用のＭＯＳＦＥＴだけでなく、種々のデバイスに適用可能である。

本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）の側面図、（ｃ）は正面図である。 本発明の実施の形態１に係るリードフレームの要部拡大図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造工程図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体装置を示す図であり、（ａ）は下面図、（ｂ）は（ａ）の側面図、（ｃ）は正面図である。 本発明の実施の形態３に係る半導体装置を示す図であり、（ａ）は下面図、（ｂ）は（ａ）の側面図、（ｃ）は正面図である。 本発明の実施の形態４に係る半導体装置を示す図であり、（ａ）は下面図、（ｂ）は（ａ）の側面図、（ｃ）は正面図である。 本発明の実施の形態５に係る半導体装置を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は正面図である。

符号の説明

１ 樹脂パッケージ
２ 主リード
３ 表面リード
４ 表面リード
５ ボンディングワイヤ
６ 半導体チップ
１０ リードフレーム
１１ サイドバー
Ｓ スリット
Ｇ 溝部

Claims (7)

1. 樹脂パッケージと、
   前記樹脂パッケージ内部で、一体化され、チップ搭載部を構成する少なくとも２本の主リードと、
   前記チップ搭載部に搭載された半導体チップと、
   前記半導体チップの表面でそれぞれ電極に接続された第１および第２の表面リードとを含み、
   前記主リードの少なくとも１本が樹脂パッケージ内部で不連続部を構成する半導体装置。
2. 請求項１に記載の半導体装置であって、
   前記不連続部において前記主リードが切断されている半導体装置。
3. 請求項１に記載の半導体装置であって、
   前記不連続部がスリットである半導体装置。
4. 請求項１に記載の半導体装置であって、
   前記不連続部が溝部である半導体装置。
5. 請求項１乃至４に記載の半導体装置であって、
   前記不連続部が前記主リードの幅方向に形成された半導体装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体装置であって、
   前記主リードおよび前記第１および第２の表面リードは前記樹脂パッケージの外側でＳ字状に成形され、先端部で前記樹脂パッケージの底面と同一面上を伸長するように構成された半導体装置。
7. 請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体装置であって、
   前記主リードおよび前記第１および第２の表面リードは前記樹脂パッケージの外側で前記樹脂パッケージの底面と同一面上をまっすぐに伸長するように構成された半導体装置。

Images