JP2006286679A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 特に放熱性を向上させた半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【解決手段】 アイランド１１上に搭載された半導体素子１３と、アイランド１１の近傍に設けられた複数のリード１２と、半導体素子１３の電極とリード１２とを電気的に接続する金属細線１４と、アイランド１１とリード１２の裏面に貼着された金属基板１６と、これらを一体に封止する絶縁性樹脂１５とを具備し、金属基板１６はＢステージ樹脂１７を用いて貼着されている。従って、金属基板１６によって放熱性が向上する。また、Ｂステージ樹脂１７を採用することにより、金属基板１６とアイランドおよびリードとを確実に絶縁させることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は半導体装置およびその製造方法に関し、特に放熱性を向上させた半導体装置およびその製造方法に関するものである。

図６を参照して、従来の半導体装置１００を説明する。半導体素子１０３はアイランド１０１上に載置され、金属細線１０４を介してリード１０２と電気的に接続されている。そして、リード１０２の一端が露出するように絶縁性樹脂１０５によって一体に封止される。リード１０２はアイランド１０１の周囲を囲むように複数個設けられており、各リード１０２はそれぞれ半導体素子１２上の電極と金属細線１４を介して電気的に接続されている。

図６（Ｂ）を参照して、半導体素子１０３の電極間を電気的に接続するために設けられたブリッジ１０６がテープ１０７によって支持されている（特許文献１を参照）。
特開２００２−２８９７１７号公報

しかしながら、上述した半導体装置では、装置全体を被覆している絶縁性樹脂１０５の熱伝導率が低いため、放熱性に問題があった。そして、放熱性を向上させるためにアイランド１０１の裏面を外部に露出させるとアイランド１０１の絶縁を確保できなかった。

また、半導体素子１０３の電極間を電気的に接続する際には、ブリッジ１０６を用いられているが、ブリッジ１０６は浮島状であるためテープ１０７によって保持する必要があり、ブリッジや配線などを自由に形成することが困難であった。

本発明は、上述した問題を鑑みてなされ、本発明の主な目的は、放熱性を向上させた半導体装置およびその製造方法を提供することにある。

本発明の半導体装置では、アイランド上に搭載された半導体素子と、アイランドの近傍にその一端が設けられた複数のリードと、半導体素子の電極とリードとを電気的に接続する金属細線と、アイランドとリードの裏面に貼着された金属基板と、アイランド、リード、半導体素子、金属細線および金属基板を一体に封止する絶縁性樹脂とを具備し、金属基板とリードは、樹脂シートを用いて貼着されることを特徴とする。

本発明の半導体装置では、樹脂シートは、Ｂステージの樹脂シートまたは両面テープであることを特徴とする。

本発明の半導体装置では、リードは半導体素子の搭載面側に屈曲する屈曲部が設けられており、屈曲部は金属基板の端部よりも内側に位置することを特徴とする。

本発明の半導体装置では、リードには金属細線を用いて半導体素子の電極同士を電気的に接続するブリッジが含まれることを特徴とする。

本発明の半導体装置では、半導体素子は複数個搭載され、リードには半導体素子間を電気的に接続する配線が含まれることを特徴とする。

本発明の半導体装置のでは、金属基板の裏面は絶縁性樹脂から露出することを特徴とする。

本発明の半導体装置の製造方法では、アイランドおよび複数のリードの裏面に金属基板を貼着する工程と、アイランド上に半導体素子を固着する工程と、半導体素子とリードとを金属細線を介して電気的に接続する工程と、アイランド、リード、半導体素子、金属細線および金属基板を絶縁性樹脂にて封止する工程とを具備し、金属基板の表面にはＢステージ樹脂が塗布され、Ｂステージ樹脂が硬化することにより金属基板が貼着されることを特徴とする。

本発明の半導体装置の製造方法では、リードには半導体素子の搭載面側に屈曲する屈曲部を形成し、屈曲部が金属基板の端部よりも内側に位置するように、金属基板が貼着されることを特徴とする。

本発明によれば、アイランドの裏面に金属基板が貼着されているので半導体素子から発生する熱を効率的に外部へ放出することができる。また、金属基板の裏面を絶縁性樹脂から露出させることで更に放熱性を向上させることが可能となる。

また、金属基板にはＢステージ樹脂が塗布されており、その厚みは一様であるため金属基板とアイランドおよびリードとを確実に絶縁させることができる。

また、リードには屈曲部が設けられており、この屈曲部は金属基板の端部よりも内側に位置している。このことにより、金属基板の端部とリードとを確実に絶縁されるので、信頼性を向上させることができる。

また、アイランドとリードとを金属基板によって一体に支持されている。従って、リードが微細なパターンであってもワイヤーボンディングを確実に行うことができるので、信頼性の高い半導体装置を提供することが可能となる。

更に、配線やブリッジなどの絶縁性樹脂の外部へ延在しない部材が金属基板によって支持されるため、テープや樹脂などで他のリードと一体に保持する必要ない。従って、配線やブリッジを任意の形状で所望の箇所へ配置することができる。

図１を参照して、本形態の半導体装置１０Ａを説明する。図１（Ａ）は図１（Ｂ）のＸ−Ｘ’線における断面図である。

図１（Ａ）を参照して、半導体装置１０Ａは、アイランド１１に半導体素子１３が固着され、半導体素子１３の電極とリード１２とが金属細線１４を介して電気的に接続されている。アイランド１１およびリード１２の裏面には金属基板１６が貼着されている。そして、リード１２の一端および金属基板１６の裏面を露出するように絶縁性樹脂１５にて一体に封止されている。

アイランド１１およびリード１２は、Ｃｕ合金やＦｅ−Ｎｉ合金から成る薄い短冊状板をプレス打ち抜きやエッチングによって形成される。

半導体素子１２は、複数の電極を有するＩＣチップで、ロウ材を介してアイランド１１の表面に実装されている。そして、金属細線１４を介して半導体素子１２の表面に形成された電極とリード１２の他端に位置するボンディングパッドとが電気的に接続されている。図１（Ｂ）に示すように、本形態ではリード１２が半導体装置１０Ａの四側面に配置されたパッケージであるが、少なくとも一側面に配置されればよい。

絶縁性樹脂１５は、リード１２の一端および金属基板１６の裏面を露出させて、全体を封止している。ここではアイランド１１、リード１２、半導体素子１３および金属細線１４が絶縁性樹脂１５によって封止されている。絶縁性樹脂１５の材料としては、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を全般的に採用することができる。熱硬化性樹脂を採用した場合はトランスファーモールドによって封止され、熱可塑性樹脂を採用した場合はインジェクションモールドによって封止される。

金属基板１６の材料としては、銅、アルミニウムなどの熱伝導性の良い金属が好ましい。金属基板１６の表面全体にはＢステージ状の樹脂シート１７が設けられている。本形態では樹脂１７の厚みは５０μｍであり、Ｂステージ状であるため、接着性を有し、またシート状に加工されているためその厚みは一様である。従って、熱を加えて樹脂シートを完全に反応させても、その厚みは一定である。よって液状の樹脂を塗布するのと異なり、アイランド１１と金属基板、およびリード１２と金属基板の間の絶縁を確実に確保することができる。そして、このＢステージ樹脂が熱圧着により完全硬化することにより、金属基板１６は貼着される。またこの樹脂シートは、接着性を有する樹脂シートでも良く、例えば両面テープでも良い。

アイランド１１の裏面に金属基板１６が貼着されることにより、半導体素子１２から発生する熱を効率的に外部へ放出することができる。また、金属基板１６の裏面を絶縁性樹脂１５から露出させることで放熱性を更に向上させることができる。

また、リード１２には屈曲部１８が設けられており、この屈曲部１８は金属基板１６の端部１９よりも内側に位置している。一般に、金属基板に高電圧がかかると、金属基板の端部１９とリード１２の間で放電が起こる。しかし本発明では、屈曲部１８が有るため、端部１９とリードの間隔が広がるため、その放電を抑止することができる。

また、アイランド１１とリード１２とを金属基板１６によって一体に支持しているため、ワイヤーボンディングを確実に行うことができる。従って、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。更に、金属基板１６によって半導体装置１０Ａ全体の強度を向上させることができる。

更には、Ｚ字にリードが加工され、パッケージ側面に近い所で、屈曲しているリードの曲折部は、絶縁性樹脂により封止されているので、リードの抜けも抑止できる。

図２を参照して、本形態の半導体装置１０Ｂを説明する。図２（Ａ）は図２（Ｂ）のＸ−Ｘ’線における断面図である。基本的な構造は上述した半導体装置１０Ａと同じであるため、ここでは相違点を中心に説明する。半導体素子１０Ｂには半導体素子１３Ａ、１３Ｂが内蔵されている。半導体素子１３Ａはアイランド１１Ａの表面に固着され、半導体素子１３Ｂはアイランド１１Ｂに固着されている。アイランド１１Ａとアイランド１１Ｂは吊りリード２７によって一体に形成されている。

また、半導体素子１３Ａと半導体素子１３Ｂの電極間を電気的に接続するために配線２５が形成されている。配線２５の一端は金属細線１４Ａ１によって半導体素子１３Ａと電気的に接続されており、他端は金属細線１４Ａ２によって半導体素子１３Ｂと電気的に接続されている。配線２５の裏面は樹脂１７によって金属基板１６上に固定されている。

更に、半導体素子１３の電極間を電気的に接続するためにブリッジ２６が形成されている。ブリッジ２６は半導体素子の電極間を電気的に接続する際に、ステッチボンディングによる半導体素子の破損を防止するために設けられる。従って、ブリッジ２６はステッチボンディングによって金属細線と接続される。本形態では、ブリッジ２６には金属細線１４Ｂ１および金属細線１４Ｂ２が接続されており、各金属細線の他端は半導体装置１３Ａの異なる電極と電気的に接続されている。そして、ブリッジ２６の裏面は樹脂１７によって金属基板１６上に固定されている。当然ではあるが、必要によっては、配線２５、ブリッジ２６を省略し、ダイレクトに金属細線を接続しても良い。

図３を参照して、半導体装置１０Ｃを説明する。半導体装置１０Ｃの基本的構造は上述した半導体装置１０Ａと同じであり、金属基板１６の裏面に放熱手段２９が固着されている。放熱手段２９は放熱フィンなどを有しており、放熱性の向上に寄与している。

図４および図５を参照して、本形態の半導体装置の製造方法を説明する。ここでは上述した半導体装置１０Ａの製造方法について説明する。

図４（Ａ）および図４（Ｂ）を参照して、アイランド１１およびリード１２が設けられたリードフレーム３０を用意し、アイランド１１の裏面およびリード１２の裏面に貼着基板３１を貼着する。

リードフレーム３０は、銅や金属合金などの導電材料から成る薄い短冊状板をプレス加工またはエッチングによって形成される。そして、リード１２は、Ｚ字に加工するため屈曲部１８と更に外側に別の屈曲部が設けられる。

貼着基板３１は、金属基板１６上面に樹脂１７が塗布された基板である。金属基板１６の材料としては熱伝導性に優れ、且つ平坦性を維持できる金属などが好適である。例えば、銅板やアルミニウム板を採用することができる。本形態では、金属基板１６の厚みは０．５ｍｍ程度であり、その表面にはＢステージ（半硬化）状の樹脂１７が設けられたシート状の貼着基板３１を採用した。この樹脂１７は、例えばエポキシ樹脂であり、熱プレスをすることにより硬化する樹脂である。例えば、温度１５０度で１時間程度、熱プレスすることにより、樹脂１７を完全に硬化させてリードフレーム３０の表面に金属基板１６を貼着させることができる。本形態の樹脂１７の厚みは５０μｍ程度である。

このシート状の貼着基板３１は、所望の形状にカットされた後、リードフレーム３０の所定の箇所に貼着される。また、樹脂１７はＢステージ状であるため加工性に優れ、カットによる破損または剥離などが生じない。たとえ、クラックなどが生じても、熱圧着の工程で樹脂１７が軟化再溶融するので、にクラックを除去することができる。このことにより、金属基板１６とアイランド１１およびリード１２とを確実に絶縁することができる。

貼着基板３１は、リード１２に屈曲部１８を形成してから貼着される。これは、Ｂステージの樹脂１７であるため、リード１２がフラットな状態で貼り付けると、端部１９に於いてもリード１２が付いてしまうからである。熱圧着のプレスは、夫々のリード１２の屈曲部１８で囲まれる領域よりも若干小さい凸部で押圧すれば良い。更に、屈曲部１８が金属基板１９の端部よりも内側に位置するように貼着される。このような構造にすることで、リード１２と金属基板１６との絶縁を確保することができる。

図５（Ａ）を参照して、アイランド１１に半導体素子１３を載置し、金属細線１４を介してリード１２と電気的に接続する。このとき、リード１２のボンディングパッド部３２は金属基板１６によって保持されているので、ワイヤーボンディングを確実に行うことが可能となる。また、配線やブリッジも金属基板１６によって支持されているので、ワイヤーボンディングによる剥離や位置ずれを防止することができる。従って、信頼性の高い半導体装置を製造することが可能となる。

図５（Ｂ）を参照して、絶縁性樹脂１５によって、アイランド１１、リード１２の一端、半導体素子１３、金属細線１４が封止する。リード１２の他端は絶縁性樹脂１５から露出される。また、アイランド１１の裏面を絶縁性樹脂１５の裏面から露出させることにより、放熱性を向上させている。絶縁性樹脂１５によって封止した後、リード１２をカットして半導体装置１０Ａが製造される。

本発明の半導体装置を示す（Ａ）断面図、（Ｂ）上面図である。 本発明の半導体装置を示す（Ａ）断面図、（Ｂ）上面図である。 本発明の半導体装置を示す図である。 本発明の半導体装置の製造方法を示す（Ａ）上面図、（Ｂ）断面図である。 （Ａ）（Ｂ）は、本発明の半導体装置の製造方法を示す断面図である。 従来の混成集積回路装置を示す（Ａ）断面図、（Ｂ）上面図である。

符号の説明

１０Ａ−Ｃ 半導体装置
１１ アイランド
１２ リード
１３ 半導体素子
１４ 金属細線
１５ 絶縁性樹脂
１６ 金属基板
１７ 樹脂
１８ 屈曲部
１９ 端部
２５ 配線
２６ ブリッジ
２７ 吊りリード
２９ 放熱手段
３０ リードフレーム
３１ 貼着基板

Claims (8)

1. アイランド上に搭載された半導体素子と、
   前記アイランドの近傍にその一端が設けられた複数のリードと、
   前記半導体素子の電極と前記リードとを電気的に接続する金属細線と、
   前記アイランドと前記リードの裏面に貼着された金属基板と、
   前記アイランド、前記リード、前記半導体素子、前記金属細線および前記金属基板を一体に封止する絶縁性樹脂とを具備し、前記金属基板とリードは、樹脂シートを用いて貼着されることを特徴とする半導体装置。
2. 前記樹脂シートは、Ｂステージの樹脂シートまたは両面テープであることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
3. 前記リードは前記半導体素子の搭載面側に屈曲する屈曲部が設けられており、前記屈曲部は前記金属基板の端部よりも内側に位置することを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
4. 前記リードには金属細線を用いて前記半導体素子の電極同士を電気的に接続するブリッジが含まれることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
5. 前記半導体素子は複数個搭載され、前記リードには前記半導体素子間を電気的に接続する配線が含まれることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
6. 前記金属基板の裏面は前記絶縁性樹脂から露出することを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
7. アイランドおよび複数のリードの裏面に金属基板を貼着する工程と、
   前記アイランド上に半導体素子を固着する工程と、
   前記半導体素子と前記リードとを金属細線を介して電気的に接続する工程と、
   前記アイランド、前記リード、前記半導体素子、前記金属細線および前記金属基板を絶縁性樹脂にて封止する工程とを具備し、前記金属基板の表面にはＢステージ樹脂が塗布され、前記Ｂステージ樹脂が硬化することにより前記金属基板が貼着されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
8. 前記リードには前記半導体素子の搭載面側に屈曲する屈曲部を形成し、前記屈曲部が前記金属基板の端部よりも内側に位置するように、前記金属基板が貼着されることを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方法。
   
   

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