JP2006351755A

JP2006351755A - 半導体装置

Info

Publication number: JP2006351755A
Application number: JP2005174745A
Authority: JP
Inventors: Jun Shibata; 潤柴田
Original assignee: Renesas Technology Corp
Current assignee: Renesas Technology Corp
Priority date: 2005-06-15
Filing date: 2005-06-15
Publication date: 2006-12-28

Abstract

【課題】ダイパッドの側面と封止樹脂との剥離を抑制し、かつ剥離を基点とした封止樹脂へのクラックの進行を抑制することができる半導体装置を得る。
【解決手段】ダイパッドと、ダイパッドを支持する複数の吊りリードと、ダイパッド上に接着されたダイパッドよりも大きいチップと、ダイパッド、吊りリード及びチップを封止する封止樹脂とを有し、チップの裏面がダイパッドの周囲で封止樹脂と密着し、ダイパッドの熱膨張係数は封止樹脂の熱膨張係数よりも大きく、ダイパッドの側面には、互いに隣接する吊りリードの間に２つ以上の凹部が設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ダイパッドと、ダイパッド上に設けられたダイパッドよりも大きいチップと、ダイパッド及びチップを覆う封止樹脂とを有し、チップの裏面がダイパッドの周囲で封止樹脂と密着している半導体装置に関するものである。

大きなダイパッドを用いると、ダイパッドの裏面にたまった水分がリフロー工程において気化膨張して封止樹脂にクラックが生じる。これを解消するため、チップよりも小さなダイパッドを用いた半導体装置が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。

また、特許文献３には、ダイパッドの周縁部に、ダイパッドの内方に入り込む切り欠きが設けられ、この切り欠き内にモールド樹脂が係合される事により、切り欠き内のモールド樹脂と半導体チップとの接合が堅固な状態に保持されるため、ダイパッド裏面の剥離が半導体チップとモールド樹脂との境界部まで延びることはなく、剥離がクラックに成長してボンディングワイヤが切断されることがないと記載されている。

特開平１１−２８４１２１号公報特開平１０−３２６８５９号公報特開２００５−１２１８４号公報

半田リフロー工程時のような、熱衝撃が加えられた場合に、樹脂と金属の界面であるダイパッドの裏面に溜まった水分の膨張に伴うパッケージクラックの対策について、ダイパッドの形状を変更することが、上記特許文献１〜３を含むいくつかの先行技術において示唆されている。しかし、より静的な温度サイクル試験において、例えば、−４０℃〜＋１２５℃の温度サイクルを１０００サイクル程度繰り返す疲労試験においては、クラックの発生のメカニズムも異なり、また、クラックの発生を防ぐ上で有効な対策も異なることを新たに検討した。樹脂封止の後に半導体装置を冷却すると、ダイパッド１１は中心方向に収縮するが、ダイパッド１１に比べて熱膨張係数が小さいチップ１２はあまり収縮しない。そして、封止樹脂１６はダイパッド１１の周囲でチップ１２の裏面に密着しているため、半導体装置を冷却してもその場に残ろうとする。これにより、ダイパッド１１の側面と封止樹脂１６の間で熱膨張係数差に起因して内部応力が生じる。内部応力が繰り返し印可されることによって、接着力の弱い金属と樹脂の界面において剥離が生じる。

この剥離は、ダイパッド１１の収縮方向に対して垂直な面（剥離面）で生じやすく、平行な面（せん断面）では生じ難い。ここで、吊りリード２１の部分には、剥離面が存在しないため、剥離が発生する確率は小さい。しかし、互いに隣接する吊りリード２１の間には、剥離面が長く存在するため、この部分で剥離が生じやすく、かつ剥離を基点として下方の封止樹脂１６にクラック１７が進行するという問題があった。これは、ダイパッド１１の熱膨張係数が、封止樹脂１６の熱膨張係数よりも大きい場合に特に顕著である。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、ダイパッドの側面と封止樹脂との剥離を抑制し、かつ剥離を基点とした封止樹脂へのクラックの進行を抑制することができる半導体装置を得るものである。

本発明に係る半導体装置は、ダイパッドと、ダイパッドを支持する複数の吊りリードと、ダイパッド上に接着されたダイパッドよりも大きいチップと、ダイパッド、吊りリード及びチップを封止する封止樹脂とを有し、チップの裏面がダイパッドの周囲で封止樹脂と密着し、ダイパッドの熱膨張係数は封止樹脂の熱膨張係数よりも大きく、ダイパッドの側面には、互いに隣接する吊りリードの間に２つ以上の凹部が設けられている。本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。

本発明により、ダイパッドの側面と封止樹脂との剥離を抑制し、かつ剥離を基点とした封止樹脂へのクラックの進行を抑制することができる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す断面図である。図示のように、ダイパッド１１上に、ダイパッド１１よりも大きいチップ１２が接着フィルム１３により接着されている。なお、接着フィルム１３の代わりに液状の接着剤を用いてもよい。

また、チップ１２とリード１４はワイヤ１５によりボンディングされている。そして、これら全体が封止樹脂１６により封止されている。このため、チップ１２の裏面は、ダイパッド１１の周囲で封止樹脂１６と密着している。また、ダイパッド１１の熱膨張係数は、チップ１２や封止樹脂１６の熱膨張係数よりも大きい。本実施の形態においては、チップ１２の熱膨張係数は３ｐｐｍ／℃、封止樹脂１６の熱膨張係数は１３ｐｐｍ／℃、ダイパッド１１の熱膨張係数は１１ｐｐｍ／℃である。

本発明の実施の形態１に係るダイパッドの上面図を図２に示す。ダイパッド１１を支持するために複数の吊りリード２１が設けられている。そして、この複数の吊りリード２１は、ダイパッド１１の周縁に沿って額縁状に配置された吊りリード補強材２２に接続されている。さらに、ダイパッド１１の側面には、互いに隣接する吊りリード２１の間に２つ以上の凹部２３が設けられ、凹部２３の間に凸部２４が設けられている。ただし、実施の形態１では凹部２３及び凸部２４は矩形である。

このようなダイパッド１１上に、図３に示すように、ダイパッド１１よりも大きいチップ１２が接着フィルム１３により接着される。ただし、接着フィルム１３は凹部２３よりも内側に配置される。

次に、図２の点線で囲った部分の拡大図を図４に示す。ダイパッド１１の側面に凹部２３と凸部２４を設けたことにより、ダイパッド１１の側面と封止樹脂１６との接触面積を増大させることができるため、ダイパッド１１の側面と封止樹脂１６との剥離を抑制することができる。また、凹部２３の底部及び凸部２４の頂部に形成される剥離面２５をせん断面２６で分離することができるため、剥離を基点とした封止樹脂１６へのクラックの進行を抑制することもできる。凹部２３は、ダイパッド１１側面全体の大きさのうち、およそ半分程度の領域に設けられていることが好ましい。すなわち、ダイパッド１１側面全体の大きさを、ダイパッドに連結する吊りリード間の距離、一例として長さＡ１と定義した場合、凹部が設けられる領域、すなわちＢ１，Ｂ２，Ｂ３の和との比は、
（Ｂ１＋Ｂ２＋Ｂ３）／Ａ１＝０．５±０．２・・・（数式１）
の関係を満たしているのが好ましい。これは、ダイパッド１１側面の全体に対して、凹部２３もしくは凸部２４のどちらか一方の割合が極端に大きくなる場合には、それら割合の多い方の凹部２３もしくは凸部２４を構成するダイパッド１１側面に内部応力が集中し、封止樹脂１６の剥離および、そこから拡大するクラックの進行を十分に抑制することが困難になるからである。また、凹部２３は、隣接する吊りリード間の領域において、複数箇所に分けて設けるのが好ましい。これは、隣接する吊りリード間の領域において、凹部２３が複数箇所に分散せずに、１カ所に大きく繋がって設けられる場合には、凹部２３内部のダイパッド１１側面に内部応力が集中し、封止樹脂１６の剥離および、そこから拡大するクラックの進行を十分に抑制することが困難になるからである。ただし、凹部２３と凸部２４の数が多くなって剥離面２５が細かくなり過ぎないのが好ましい。これは、凸部２４の剥離面２５を分断する凹部２３があまりに小さいと、剥離の伝搬を阻止する効果が小さくなり、剥離の成長、およびクラックの進行を十分に抑制するのが困難になるからである。個々の凹部２３の幅は、少なくともリード１４のチップ側先端の幅、もしくは間隔よりも大きくするのが好ましい。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係るダイパッド上に接着フィルムを搭載した状態を示す上面図である。実施の形態１と同様に、ダイパッド１１の側面には、互いに隣接する吊りリード２１の間に２つ以上の凹部２３が設けられ、凹部２３の間に凸部２４が設けられている。ただし、実施の形態１と異なり、凹部２３は、接着フィルム１３の下まで延在する。これにより実施の形態１よりも凹部２３が深くなり、凸部２４が高くなるため、実施の形態１よりも確実にダイパッドの側面と封止樹脂との剥離を抑制し、かつ剥離を基点とした封止樹脂へのクラックの進行を抑制することができる。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係るダイパッドの上面図を図６に示す。図２と同様の構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する。実施の形態３では、実施の形態１とは異なり、凹部２３が曲線形状である。従って、凹部２３の底部における剥離面が曲線となる。これにより隣接する凹部２３の底部で生じた剥離同士が連結しづらくなるため、剥離を基点とした封止樹脂１６へのクラックの進行を実施の形態１よりも確実に抑制することができる。

実施の形態４．
本発明の実施の形態４に係るダイパッドの上面図を図７に示す。図２と同様の構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する。実施の形態４では、実施の形態１とは異なり、凹部２３及び凸部２４が曲線形状である。従って、凹部２３の底部及び凸部２４の頂部における剥離面が曲線となる。これにより隣接する凹部２３の底部で生じた剥離同士や、隣接する凸部２４の頂部で生じた剥離同士が連結しづらくなるため、剥離を基点とした封止樹脂１６へのクラックの進行を実施の形態３よりも更に確実に抑制することができる。凹部２３の底部および凸部２４の頂部の最小曲率半径は、リード１４のチップ側先端、もしくは外側先端の最小曲率半径よりも大きくなっていることが好ましい。

実施の形態５．
本発明の実施の形態５に係るダイパッドの上面図を図８に示す。図６と同様の構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する。実施の形態５では、ダイパッド１１の凸部２４に貫通孔２７が設けられている。これにより、ダイパッド１１と封止樹脂１６の接着力を強化することができるため、ダイパッドの側面と封止樹脂との剥離を抑制し、かつ剥離を基点とした封止樹脂へのクラックの進行を実施の形態３よりも更に確実に抑制することができる。

実施の形態６．
本発明の実施の形態６に係るダイパッドの上面図を図９に示す。図６と同様の構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する。実施の形態６では、互いに隣接する凹部２３の長さが異なる。これにより隣接する凹部２３の底部で生じた剥離同士が連結しづらくなるため、剥離を基点とした封止樹脂１６へのクラックの進行を実施の形態３よりも更に確実に抑制することができる。

実施の形態７．
本発明の実施の形態７に係るダイパッドの上面図を図１０に示す。図６と同様の構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する。実施の形態７では、ダイパッド１１の側面には、互いに隣接する吊りリード２１の間に２つ以上の凸部２４が設けられ、互いに隣接する凸部２４の長さが異なる。これにより隣接する凸部２４の頂部で生じた剥離同士が連結しづらくなるため、剥離を基点とした封止樹脂１６へのクラックの進行を実施の形態３よりも更に確実に抑制することができる。

実施の形態８．
実施の形態１〜７では、ダイパッド１１と連結する吊りリード２１の本数が４本の場合を開示したが、これに限るものではなく、例えば図１１示すように、ダイパッド１１に連結する吊りリード２１が２本の場合に適用することも可能である。この場合には、連結する吊りリード２１間に形成されるダイパッド１１側面全体の大きさは、例えばＬ１、Ｌ２、Ｌ３の和として定義され、また、凹部２３が形成される領域の大きさは、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅの和で定義される。

また、実施の形態１〜７では、凹部２３の底部の形状としては、直線形状のもの、もしくは曲線形状のものを開示したが、これに限るものではなく、凹部２３の底部にさらに小さな凹部を有する形状にすることも可能である。

本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す断面図である。本発明の実施の形態１に係るダイパッドを示す上面図である。図２のダイパッド上にチップを接着した状態を示す上面図である。図２の点線で囲った部分の拡大図である。本発明の実施の形態２に係るダイパッド上に接着フィルムを搭載した状態を示す上面図である。本発明の実施の形態３に係るダイパッドを示す上面図である。本発明の実施の形態４に係るダイパッドを示す上面図である。本発明の実施の形態５に係るダイパッドを示す上面図である。本発明の実施の形態６に係るダイパッドを示す上面図である。本発明の実施の形態７に係るダイパッドを示す上面図である。本発明の実施の形態８に係るダイパッドを示す上面図である。従来の半導体装置を示す断面図である。従来のダイパッドを示す上面図である。

符号の説明

１１ダイパッド
１２チップ
１３接着フィルム
１６封止樹脂
２１吊りリード
２３凹部
２４凸部
２５剥離面
２６せん断面
２７貫通孔

Claims

ダイパッドと、
前記ダイパッドを支持する複数の吊りリードと、
前記ダイパッド上に接着された前記ダイパッドよりも大きいチップと、
前記ダイパッド、前記吊りリード及び前記チップを封止する封止樹脂とを有し、
前記チップの裏面が前記ダイパッドの周囲で前記封止樹脂と密着し、
前記ダイパッドの熱膨張係数は前記封止樹脂の熱膨張係数よりも大きく、
前記ダイパッドの側面には、互いに隣接する前記吊りリードの間に凹部が設けられていることを特徴とする半導体装置。
ダイパッドと、
前記ダイパッドを支持する複数の吊りリードと、
前記ダイパッド上に接着フィルムにより接着された前記ダイパッドよりも大きいチップと、
前記ダイパッド、前記吊りリード及び前記チップを封止する封止樹脂とを有し、
前記チップの裏面が前記ダイパッドの周囲で前記封止樹脂と密着し、
前記ダイパッドの熱膨張係数は前記封止樹脂の熱膨張係数よりも大きく、
前記ダイパッドの側面には、互いに隣接する前記吊りリードの間に凹部が設けられ、
前記凹部は、前記接着フィルムの下まで延在することを特徴とする半導体装置。
前記凹部は曲線形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
前記ダイパッドの側面には、互いに隣接する前記吊りリードの間に曲線形状の凸部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
前記ダイパッドの側面には、互いに隣接する前記吊りリードの間に凸部が設けられ、
前記凸部に貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
互いに隣接する前記凹部の長さが異なることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
前記ダイパッドの側面には、互いに隣接する前記吊りリードの間に２つ以上の凸部が設けられ、
互いに隣接する前記凸部の長さが異なることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
ダイパッドと、
前記ダイパッドを支持する複数の吊りリードと、
前記ダイパッド上に接着された前記ダイパッドよりも大きいチップと、
前記ダイパッド、前記吊りリード及び前記チップを封止する封止樹脂とを有し、
前記チップの裏面が前記ダイパッドの周囲で前記封止樹脂と密着し、
前記ダイパッドの熱膨張係数は前記封止樹脂の熱膨張係数よりも大きく、
前記ダイパッドの側面には、互いに隣接する前記吊りリードの間に凹部が設けられており、前記凹部が形成される領域の大きさは、前記ダイパッド側面全体の大きさの０．３倍〜０．７倍であることを特徴とする半導体装置。