JP2007287766A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートシンク上に搭載された半導体とその周囲に位置するリードフレームとをワイヤボンディングしてなる半導体装置において、ワイヤ垂れによるボンディングワイヤとヒートシンクとの接触による短絡を極力防止する。
【解決手段】ヒートシンク１０の一面上に搭載された半導体チップ２０とその周囲に位置するリードフレーム４０とをボンディングワイヤ５０で結線してなる半導体装置において、リードフレーム４０の固定部４１をヒートシンク１０の一面に、かしめ固定し、ボンディングワイヤ５０が接続されるリードフレーム４０のリード４２がヒートシンク１０の一面から離れる方向に、リードフレーム４０の固定部４１を曲げている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートシンク上に搭載された半導体チップとその周囲に位置するリードフレームとをワイヤボンディングしてなる半導体装置に関する。

従来より、この種の半導体装置としては、ヒートシンクと、ヒートシンクの一面上に搭載された半導体チップと、ヒートシンクの一面の外周に設けられたリードフレームと、ヒートシンクの一面上を跨ぐようにリードフレームと半導体チップとを接続するボンディングワイヤとを備えたものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。ここで、ヒートシンクとリードフレームとは、かしめなどにより固定されている。
特許第３４７３５２５号公報

しかしながら、このような半導体装置においては、例えば半導体チップのサイズが小さくなった場合などには、半導体チップとリードフレームとの距離が長くなり、ボンディングワイヤが垂れて、ヒートシンクの一面と接触する可能性がある。

このように、ボンディングワイヤとヒートシンクとが接触した場合、例えば、短絡が発生するなどの特性不良が起こる。これを避けるため、半導体チップのサイズを制限することで対応するなどの方法が取られている。

しかし、半導体装置の分野では、早期開発、低コスト、高品質の両立が求められており、その中でリードフレームを共通化することが必要となっている。そのため、一般的なリードフレームを用いて問題解決を図る必要がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、ヒートシンク上に搭載された半導体とその周囲に位置するリードフレームとをワイヤボンディングしてなる半導体装置において、ワイヤ垂れによるボンディングワイヤとヒートシンクとの接触による短絡を極力防止することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、ヒートシンク（１０）の一面上に搭載された半導体チップ（２０）とその周囲に位置するリードフレーム（４０）とをワイヤボンディングしてなる半導体装置において、リードフレーム（４０）の一部をヒートシンク（１０）の一面に対して、かしめ固定し、ボンディングワイヤ（５０）が接続されるリードフレーム（４０）の部位がヒートシンク（１０）の一面から離れる方向に、かしめ固定されているリードフレーム（４０）の部位を曲げたことを、第１の特徴とする。

それによれば、かしめ固定されているリードフレーム（４０）の部位を曲げることで、ボンディングワイヤ（５０）が接続されるリードフレーム（４０）の部位をヒートシンク（１０）の一面から離しているため、結果的に、その分、ボンディングワイヤ（５０）とヒートシンク（１０）の一面とが離れ、ワイヤ垂れによるボンディングワイヤ（５０）とヒートシンク（１０）との接触による短絡を極力防止できる。

また、本発明は、ヒートシンク（１０）の一面のうちボンディングワイヤ（５０）の下方に位置する部位に、ボンディングワイヤ（５０）から離れる方向に凹んだ凹部（１１）を設けたことを、第２の特徴とする。

それによれば、凹部（１１）を設けた分、ボンディングワイヤ（５０）とヒートシンク（１０）とが離れるため、ワイヤ垂れによるボンディングワイヤ（５０）とヒートシンク（１０）との接触による短絡を極力防止できる。

この場合、凹部（１１）は、ヒートシンク（１０）の一面のうち半導体チップ（２０）が搭載されている部位も含んで形成されているものにできる。

また、本発明は、ボンディングワイヤ（５０）が接続されるリードフレーム（４０）の部位を、ヒートシンク（１０）の一面から離れる方向に曲げたことを、第３の特徴としている。

それによれば、ボンディングワイヤ（５０）が接続されるリードフレーム（４０）の部位を、ヒートシンク（１０）の一面から離れる方向に曲げた分、ボンディングワイヤ（５０）とヒートシンク（１０）とが離れるため、ワイヤ垂れによるボンディングワイヤ（５０）とヒートシンク（１０）との接触による短絡を極力防止できる。

また、本発明は、ヒートシンク（１０）の一面のうちボンディングワイヤ（５０）の下方に位置する部位に、ヒートシンク（１０）の一面とボンディングワイヤ（５０）との間に介在した状態で、電気絶縁性を有する絶縁部材（７０）を設けたことを、第４の特徴としている。

それによれば、ボンディングワイヤ（５０）とヒートシンク（１０）との間に、絶縁部材（７０）を介在させているため、ワイヤ垂れによるボンディングワイヤ（５０）とヒートシンク（１０）との接触による短絡を極力防止できる。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置１００を示す図であり、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ一点鎖線に沿った概略断面図、（ｃ）は（ａ）中のＢ−Ｂ一点鎖線に沿った概略断面図である。

なお、図１（ａ）では、モールド樹脂６０はその外形線を示してあり、モールド樹脂６０の内部の各部の平面構成を透過して示してあり、また、ボンディングワイヤ５０については便宜上、１本のみ示してあるが、実際は、リードフレーム４０の各リード４２と半導体チップ２０との間でボンディングワイヤによる接続がなされている。そして、これら図１に関することは、以下の各実施形態の各図においても同様である。

図１に示されるように、半導体装置１００は、ヒートシンク１０の一面上に、半導体チップ２０をダイボンド材３０を介して搭載し、この半導体チップ２０を、ヒートシンク１０の一面の外周に配置したリードフレーム４０のリード４２に、ワイヤボンディングにより形成されたボンディングワイヤ５０によって接続してなる。また、これら各部材１０〜５０は、モールド樹脂６０によって包み込まれるようにモールドされパッケージ化されている。

ヒートシンク１０は、Ｃｕ（銅）やＡｌ（アルミニウム）等の熱伝導性に優れた部材よりなる。本例では、ヒートシンク１０は、平面形状が角部が面取りされた略矩形状をなしている。

半導体チップ２０は、例えば、パワーＭＯＳＦＥＴ等の大電流が流れ発熱する発熱チップであり、ヒートシンク１０の一面（図１（ｂ）、（ｃ）中の上面）上に、銀ペーストまたは半田等のダイボンド材３０によって接合されている。

そして、半導体チップ２０より発生する熱は、ヒートシンク１０を介して外部に放熱されるようになっている。ここで、図１に示されるように、ヒートシンク１０における一面とは反対側の他面（図１（ｂ）、（ｃ）中の下面）が、モールド樹脂６０から露出しており、放熱性を高めている。

リードフレーム４０は、銅合金（りん青銅等）等、通常のリードフレームに用いられる部材よりなり、リードフレーム４０をヒートシンク１０に固定するための固定部４１と、ヒートシンク１０の周囲に延設された複数本のリード４２とを備えている。

固定部４１は、ヒートシンク１０の一面にかしめられており、このかしめ部４１ａにより、リードフレーム４０とヒートシンク４０とが固定されている。このかしめ部４１ａは、ヒートシンク１０の一面に形成されたかしめ用の突起にリードフレーム４０を嵌合し、かしめた部分である。

なお、固定部４１は、半導体装置１００の製造途中において、タイバー（図示せず）によって固定部４１及び各々のリード４２が一体に連結された状態のリードフレーム４０を、ヒートシンク１０に固定するものであり、完成状態の半導体装置１００においては、上記タイバーは切断されるため、固定部４１及び各々のリード４２は互いに分離しモールド樹脂６０にて固定されている。

各リード４２においては、図１に示されるように、モールド樹脂６０の内部に位置する部分がインナーリードを構成し、モールド樹脂６０の外部に位置する部分が外部端子と接続されるアウターリードを構成している。

そして、モールド樹脂６０の内部にて各リード４２と半導体チップ２０とは、Ａｕ（金）やＡｌ等よりなるボンディングワイヤ５０にて結線され電気的に接続されている。ボンディングワイヤ５０は、ヒートシンク１０の一面をまたぐように配置されており、これにより、半導体チップ２０は、ボンディングワイヤ５０及びリード４２を介して外部との信号のやり取りが可能となっている。

また、上述したように、ヒートシンク１０、半導体チップ２０、ボンディングワイヤ５０、及び、リード４２の上記インナーリードが、モールド樹脂６０によって包み込まれるようにモールドされているが、このモールド樹脂６０は、例えばエポキシ樹脂等の封止用樹脂よりなる。

このような半導体装置１００において、本実施形態では、リードフレーム４０のうちヒートシンク１０の一面にかしめ固定されている部位、すなわち上記固定部４１が、ボンディングワイヤ５０が接続されるリード４２がヒートシンク１０の一面から離れる方向に曲げられている。

この固定部４１の曲げ形状については、図１（ｂ）に具体的に示される。この固定部４１の曲げ形状は、リードフレーム４０の単体の状態において、固定部４１をディプレス加工することにより形成することができる。

上述したが、リードフレーム４０は、上記タイバーの切断前の状態では、当該タイバーによってリード４２と固定部４１とは一体化しており、固定部４１をこのように曲げ加工することにより、図１（ｂ）に示されるように、リード４２は、ヒートシンク１０の一面から離れる。

さらに言うならば、図１（ｂ）に示されるように、ヒートシンク１０の一面を基準としたリード４２の高さは、固定部４１を曲げた分の高さと実質的に同様であり、この固定部４１の曲げた分、リード４２とヒートシンク１０の一面とが従来よりも離れた構成となっている。

また、このような半導体装置１００は、例えば次のようにして製造することができる。上記タイバーによって固定部４１及び各々のリード４２が一体に連結された状態のリードフレーム４０とヒートシンク１０とを、固定部４１にてかしめ固定する。

次に、ヒートシンク１０の一面に、ダイボンド材３０を介して半導体チップ２０をダイボンディングする。その後、ＡｕまたはＡｌ線を用いて、半導体チップ２０とリードフレーム４０の各リード４２とをワイヤボンディングにより結線する。

そして、最後に、全体をモールド樹脂６０で封止して、リード４２におけるアウターリードにて表面実装できるように上記タイバーをカット、フォーミング加工を施す。それにより、図１に示される半導体装置１００が完成する。

なお、この半導体装置１００は、プリント基板などに実装されるものであり、例えばモールド樹脂６０より露出したヒートシンク１０の他面を、当該プリント基板などのランドにはんだ付けすることで実装されるものである。

ところで、本実施形態によれば、リードフレーム４０の一部すなわち固定部４１をヒートシンク１０の一面に対して、かしめ固定し、リードフレーム４０のうちボンディングワイヤ５０が接続されるリード４２がヒートシンク１０の一面から離れる方向に、当該固定部４１を曲げている。

それによれば、かしめ固定されているリードフレーム４０の固定部４１を曲げることで、ボンディングワイヤ５０が接続されるリード４２をヒートシンク１０の一面から離すことができる。

そのため、結果的に、従来よりも、ボンディングワイヤ５０とヒートシンク１０の一面とが離れ、図１（ｃ）中の寸法ｈすなわちボンディング５０とヒートシンク１０との距離ｈを広く採れ、ワイヤ垂れによるボンディングワイヤ５０とヒートシンク１０との接触による短絡を極力防止できる。

（第２実施形態）
図２は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置２００を示す図であり、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）中のＣ−Ｃ一点鎖線に沿った概略断面図、（ｃ）は（ａ）中のＤ−Ｄ一点鎖線に沿った概略断面図である。

本実施形態の半導体装置２００も、上記第１実施形態と同様に、ヒートシンク１０と、ヒートシンク１０の一面上に搭載された半導体チップ２０と、ヒートシンク１０の一面の外周に設けられたリードフレーム４０と、ヒートシンク１０の一面上を跨ぐようにリードフレーム４０と半導体チップ２０とを接続するボンディングワイヤ５０とを備えて構成されている。

ここで、本半導体装置２００では、上記第１実施形態とは異なり、リードフレーム４０の固定部４１は曲げ形状ではなく、従来と同様にストレートな形状となっている。

そして、本半導体装置２００では、ヒートシンク１０の一面のうちボンディングワイヤ５０の下方に位置する部位には、ボンディングワイヤ５０から離れる方向に凹んだ凹部１１が設けられている。なお、図２（ａ）では、識別の容易化を図るため、この凹部１１の表面に便宜上、点ハッチングを施してある。

本実施形態では、この凹部１１は、かしめ部４１ａを除くヒートシンク１０の一面のうち半導体チップ２０が搭載されている部位の周囲に環状に設けられている。このような凹部１１は、例えばヒートシンク１０にプレス加工を施すことにより、容易に形成することができる。

本実施形態によれば、ヒートシンク１０の一面に凹部１１を設けることにより、この凹部１１の深さの分、ボンディングワイヤ５０とヒートシンク１０との距離ｈ（図２（ｃ）参照）が広くなる。そのため、ワイヤ垂れによるボンディングワイヤ５０とヒートシンク１０との接触による短絡を極力防止できる。

（第３実施形態）
図３は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置３００を示す図であり、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）中のＥ−Ｅ一点鎖線に沿った概略断面図、（ｃ）は（ａ）中のＦ−Ｆ一点鎖線に沿った概略断面図である。

本実施形態は、上記第２実施形態と同様に、ヒートシンク１０の一面のうちボンディングワイヤ５０の下方に位置する部位に、凹部１１を設けたものである。ただし、上記第２実施形態では、凹部１１は、ヒートシンク１０の一面のうち半導体チップ２０が搭載されている部位の周囲に環状に設けられていた。

それに対して、本実施形態では、この凹部１１の配置パターンを変形したものであり、図３に示されるように、凹部１１は、ヒートシンク１０の一面のうち半導体チップ２０が搭載されている部位も含んで形成されている。なお、図３（ａ）では、識別の容易化を図るため、この凹部１１の表面に便宜上、点ハッチングを施してある。

このような凹部１１も、上記同様に、プレス加工により形成できる。そして、本実施形態によっても、上記第２実施形態と同様に、凹部１１によって、ボンディングワイヤ５０とヒートシンク１０との距離ｈ（図３（ｃ）参照）が広くなるため、ワイヤ垂れによるボンディングワイヤ５０とヒートシンク１０との接触による短絡を極力防止できる。

（第４実施形態）
図４は、本発明の第４実施形態に係る半導体装置４００を示す概略断面図である。

本実施形態の半導体装置４００も、上記第１実施形態と同様に、ヒートシンク１０と、ヒートシンク１０の一面上に搭載された半導体チップ２０と、ヒートシンク１０の一面の外周に設けられたリードフレーム４０と、ヒートシンク１０の一面上を跨ぐようにリードフレーム４０と半導体チップ２０とを接続するボンディングワイヤ５０とを備えて構成されている。

ここで、本半導体装置４００では、図４に示されるように、リードフレーム４０の固定部４１は曲げ形状ではなく、従来と同様にストレートな形状となっているが、ボンディングワイヤ５０が接続されるリードフレーム４０の部位である各リード４２を、ヒートシンク１０の一面から離れる方向に曲げている。

このようなリード４２の曲げは、上記第１実施形態における固定部４１の曲げと同じく、プレス加工により容易に実現できる。そして、ボンディングワイヤ５０が接続されるリード４２を、ヒートシンク１０の一面から離れる方向に曲げた分、ボンディングワイヤ５０とヒートシンク１０とが離れる。

つまり、このリード４２を曲げた分、ボンディングワイヤ５０とヒートシンク１０との距離ｈ（図４（ｃ）参照）が広くなるため、ワイヤ垂れによるボンディングワイヤ５０とヒートシンク１０との接触による短絡を極力防止できる。

（第５実施形態）
図５は、本発明の第５実施形態に係る半導体装置５００を示す図であり、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）中のＧ−Ｇ一点鎖線に沿った概略断面図である。

本実施形態の半導体装置５００は、従来と同様に、ヒートシンク１０、半導体チップ２０、リードフレーム４０、およびボンディングワイヤ５０とを備えて構成されており、さらに、ヒートシンク１０の一面のうちボンディングワイヤ５０の下方に位置する部位に、絶縁部材７０を設けている。

本実施形態では、この絶縁部材７０は、ヒートシンク１０の一面のうち半導体チップ２０が搭載されている部位の周囲に環状に設けられており、ヒートシンク１０の一面とボンディングワイヤ５０との間に介在した状態となっている。

この絶縁部材７０は、電気絶縁性を有するもので、ヒートシンク１０の一面に適切に形成できるものであれば特に限定されるものではない。例えば絶縁部材７０としては、ポリイミドなどの樹脂膜を塗布して設けたり、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜などの絶縁膜を蒸着やスパッタなどにより成膜したものにできる。

そして、本実施形態によれば、ボンディングワイヤ５０とヒートシンク１０との間に、電気絶縁性の絶縁部材７０が介在しているため、ワイヤ垂れによるボンディングワイヤ５０とヒートシンク１０との接触による短絡を極力防止できる。

（他の実施形態）
また、リードフレームとヒートシンクとの固定は、上記したかしめでなく、それ以外にも例えば接着、溶接等による方法でもよい。これらの固定方法に本発明を適用した場合も、上記した各実施形態と同様の効果が得られる。また、上記各実施形態において、モールド樹脂６０は無いものであってもよい。

本発明の第１実施形態に係る半導体装置を示す図であり、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ概略断面図、（ｃ）は（ａ）中のＢ−Ｂ概略断面図である。 本発明の第２実施形態に係る半導体装置を示す図であり、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）中のＣ−Ｃ概略断面図、（ｃ）は（ａ）中のＤ−Ｄ概略断面図である。 本発明の第３実施形態に係る半導体装置を示す図であり、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）中のＥ−Ｅ概略断面図、（ｃ）は（ａ）中のＦ−Ｆ概略断面図である。 本発明の第４実施形態に係る半導体装置を示す概略断面図である。 本発明の第５実施形態に係る半導体装置を示す図であり、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）中のＧ−Ｇ概略断面図である。

符号の説明

１０…ヒートシンク、１１…凹部、２０…半導体チップ、４０…リードフレーム、
４１…固定部、４２…リード、５０…ボンディングワイヤ、６０…モールド樹脂、
７０…絶縁部材。

Claims (5)

1. ヒートシンク（１０）と、
   前記ヒートシンク（１０）の一面上に搭載された半導体チップ（２０）と、
   前記ヒートシンク（１０）の一面の外周に設けられたリードフレーム（４０）と、
   前記ヒートシンク（１０）の一面上を跨ぐように前記リードフレーム（４０）と前記半導体チップ（２０）とを接続するボンディングワイヤ（５０）とを備える半導体装置において、
   前記リードフレーム（４０）の一部が前記ヒートシンク（１０）の一面に対して、かしめ固定されており、
   前記ボンディングワイヤ（５０）が接続される前記リードフレーム（４０）の部位が前記ヒートシンク（１０）の一面から離れる方向に、前記かしめ固定されているリードフレーム（４０）の部位が曲げられていることを特徴とする半導体装置。
2. ヒートシンク（１０）と、
   前記ヒートシンク（１０）の一面上に搭載された半導体チップ（２０）と、
   前記ヒートシンク（１０）の一面の外周に設けられたリードフレーム（４０）と、
   前記ヒートシンク（１０）の一面上を跨ぐように前記リードフレーム（４０）と前記半導体チップ（２０）とを接続するボンディングワイヤ（５０）とを備える半導体装置において、
   前記ヒートシンク（１０）の一面のうち前記ボンディングワイヤ（５０）の下方に位置する部位には、前記ボンディングワイヤ（５０）から離れる方向に凹んだ凹部（１１）が設けられていることを特徴とする半導体装置。
3. 前記凹部（１１）は、前記ヒートシンク（１０）の一面のうち前記半導体チップ（２０）が搭載されている部位も含んで形成されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
4. ヒートシンク（１０）と、
   前記ヒートシンク（１０）の一面上に搭載された半導体チップ（２０）と、
   前記ヒートシンク（１０）の一面の外周に設けられたリードフレーム（４０）と、
   前記ヒートシンク（１０）の一面上を跨ぐように前記リードフレーム（４０）と前記半導体チップ（２０）とを接続するボンディングワイヤ（５０）とを備える半導体装置において、
   前記ボンディングワイヤ（５０）が接続される前記リードフレーム（４０）の部位は、前記ヒートシンク（１０）の一面から離れる方向に曲げられていることを特徴とする半導体装置。
5. ヒートシンク（１０）と、
   前記ヒートシンク（１０）の一面上に搭載された半導体チップ（２０）と、
   前記ヒートシンク（１０）の一面の外周に設けられたリードフレーム（４０）と、
   前記ヒートシンク（１０）の一面上を跨ぐように前記リードフレーム（４０）と前記半導体チップ（２０）とを接続するボンディングワイヤ（５０）とを備える半導体装置において、
   前記ヒートシンク（１０）の一面のうち前記ボンディングワイヤ（５０）の下方に位置する部位には、前記ヒートシンク（１０）の一面と前記ボンディングワイヤ（５０）との間に介在した状態で、電気絶縁性を有する絶縁部材（７０）が設けられていることを特徴とする半導体装置。

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