JP2007335449A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂封止型の半導体装置において、半導体素子の電極の配置の制約を受けることなく、当該電極の配置の高密度化に適した電極の取り出し構成を実現する。
【解決手段】モールド樹脂４０の内部に、半導体素子１０とリードフレーム３０との間を跨ぐように熱可塑性樹脂よりなる基板２０を設け、この基板２０を、半導体素子１０側に位置する表面に半導体素子１０の電極１１と電気的に接続された第１の電極２１を有するとともに、リードフレーム３０側に位置する表面にリードフレーム３０と電気的に接続された第２の電極２２を有するものとし、さらに、基板２０を、当該基板２０を構成する熱可塑性樹脂の内部に配線２３を有し当該配線２３を介して第１の電極２１と第２の電極２２とを電気的に接続してなるものとした。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子とリードフレームとを電気的に接続し、これら半導体素子およびリードフレームを、モールド樹脂にて封止してなる樹脂封止型の半導体装置に関する。

従来より、この種の樹脂封止型の半導体装置としては、一般に、表面に電極を有する半導体素子における電極とリードフレームとを金ワイヤやアルミワイヤなどのボンディングワイヤにて接続し、これら半導体素子、リードフレームおよびボンディングワイヤを、モールド樹脂にて封止したものが知られている。

このような半導体装置においては、半導体素子の高機能化に伴い、半導体素子の表面上の電極は増加する傾向にあるが、その一方で、半導体プロセスの微細化により、半導体素子のサイズは、ますます小型化する傾向にある。

つまり、半導体素子の電極の配置は高密度化する方向であり、上記したボンディングワイヤによる電極の取り出し構成では、ワイヤの間隔がより狭くなり、ワイヤボンディングを行うことが困難になってくる。また、ワイヤボンディングを行えたとしても、モールド成形時の樹脂の流れにより、ワイヤが変形し、隣のワイヤと接触してしまうという問題もある。

また、半導体素子が、たとえばパワー素子などを内蔵するものである場合には、半導体素子の表面の電極は、半導体素子の周辺部だけでなく中央部にも配置される。このような半導体素子の場合、ワイヤボンディングが行えたとしたも、特に半導体素子の中央部に接続されたワイヤにおいて、ワイヤが長くなり、接続抵抗が高くなる。

これについて、従来では、ボンディングワイヤの本数を増すことで対応しているが、ワイヤの本数を増加させることは、上記したワイヤ間隔やワイヤ同士の接触といった問題を顕著にすることになる。

一方、従来では、フィルム状の配線部材であるＴＡＢ（ｔａｐｅ ａｕｔｏｍａｔｅｄ ｂｏｎｄｉｎｇ）を介して、半導体素子とリードフレームとを電気的に接続するものが提案されている（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。
特開平２−２８３０４３号公報 特開平８−２２７９６２号公報

しかしながら、上述のＴＡＢを用いたものにおいては、半導体素子の表面の電極が半導体素子の周辺部および中央部に配置されている場合には、これに対応するようにＴＡＢの金属リードを配置することが困難である。また、このＴＡＢは、フィルム表面に２次元的に配線を設けたものであるため、半導体素子の電極の配置の高密度化への対応には限界がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、樹脂封止型の半導体装置において、半導体素子の電極の配置の制約を受けることなく、当該電極の配置の高密度化に適した電極の取り出し構成を実現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、モールド樹脂（４０）の内部に、半導体素子（１０）とリードフレーム（３０）との間を跨ぐように熱可塑性樹脂よりなる基板（２０）を設け、この基板（２０）を、半導体素子（１０）側に位置する表面に半導体素子（１０）の電極（１１）と電気的に接続された第１の電極（２１）を有するとともに、リードフレーム（３０）側に位置する表面にリードフレーム（３０）と電気的に接続された第２の電極（２２）を有するものとし、さらに、基板（２０）を、当該基板（２０）を構成する熱可塑性樹脂の内部に配線（２３）を有し当該配線（２３）を介して第１の電極（２１）と第２の電極（２２）とを電気的に接続してなるものとしたことを特徴とする。

それによれば、熱可塑性樹脂製の基板（２０）によって半導体素子（１０）の電極（１１）とリードフレーム（３０）とを電気的に接続できるが、この基板（２０）は、表面ではなく内部に配線（２３）を有するため、基板（２０）の内部にて３次元的に配線（２３）を配置することができ、また、半導体素子（１０）の電極（１１）と接続される第１の電極（２１）は、基板（２０）の表面にて２次元的に配置できる。さらに、この内部の配線（２３）は基板（２０）を構成する熱可塑性樹脂で封止されるため、当該配線（２３）間の短絡を防止できる。

そのため、本発明によれば、半導体素子（１０）の電極（１１）の配置の制約を受けることなく、当該電極（１１）の配置の高密度化に適した電極の取り出し構成を実現することができる。

ここで、このような構成において、半導体素子（１０）を、当該半導体素子（１０）の電極（１１）が位置する表面に保護膜（１２）を有するものとした場合には、基板（２０）を、当該基板（２０）を構成する熱可塑性樹脂によって保護膜（１２）に接着させ、さらに、基板（２０）を、当該基板（２０）を構成する熱可塑性樹脂によってリードフレーム（３０）に接着させることが好ましい。

このような構成によれば、基板（２０）と半導体素子（１０）との接続強度および基板（２０）とリードフレーム（３０）との接続強度が向上するため、結果的に、基板（２０）の第１の電極（２１）と半導体素子（１０）の電極（１１）との接続信頼性および基板（２０）の第２の電極（２２）とリードフレーム（３０）との接続信頼性を向上させることができる。

また、基板（２０）の内部において、配線（２３）を、基板（２０）の厚さ方向に積み重なった多層構造とすることが好ましい。

それによれば、基板（２０）の内部において配線（２３）の本数を効率よく増やすことができ、より高密度化に適したものとなり、結果的に、配線（２３）の本数や１本当たりの幅を増加するなどの効果が得られ、配線（２３）の低抵抗化が図れる。

また、半導体素子（１０）における電極（１１）が位置する表面とは反対側の裏面に、ヒートシンク（５０）を接着し、当該ヒートシンク（５０）を介して放熱がなされるようにすることが好ましい。

また、基板（２０）における第１および第２の電極（２１、２２）が位置する表面とは反対側の面に、ヒートシンク（５０）を接着し、当該ヒートシンク（５０）を介して放熱がなされるようにすることが好ましい。

これらの構成のように、さらにヒートシンク（５０）を設けることにより、半導体装置における放熱性の向上が図れる。

また、上記各構成においては、リードフレーム（３０）におけるモールド樹脂（４０）で封止されている部位のうち基板（２０）の第２の電極（２２）と接続されている部位以外の部位に、基板（２０）の基板平面と直交する方向に屈曲した屈曲部（３２）を設けることが好ましい。

また、上記各構成においては、基板（２０）における第２の電極（２２）が位置する部位以外の部位に、基板（２０）の基板平面と直交する方向に屈曲した屈曲部（２４）を設けてもよい。

これらの屈曲部（３２、２４）を有する構成とすることにより、基板（２０）の第２の電極（２２）とリードフレーム（３０）との接続後の基板（２０）の膨張・収縮によって当該接続部に発生するせん断応力を、これらの屈曲部（３２、２４）によって緩和することができる。

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。

なお、本発明の半導体装置は、表面に電極を有する半導体素子と、半導体素子の電極と電気的に接続されたリードフレームと、これら半導体素子およびリードフレームを封止するモールド樹脂とを備える樹脂封止型の半導体装置であればよいが、以下の実施形態では、一例としてＱＦＰ（クワッドフラットパッケージ）に適用した例を示す。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る樹脂封止型の半導体装置１００の構成を示す図である。図１において、（ａ）は半導体装置１００の全体概略断面図であり、（ｂ）は（ａ）中の基板２０の詳細構成を示す図であり、（ｃ）は半導体装置１００における基板２０の内部構成を示す概略平面図である。

なお、図１（ｃ）では、モールド樹脂４０を省略するとともに、基板２０を透過してその内部構成を示すが、基板２０における第１の電極２１および第２の電極２２は省略してある。ここで、図１中の第１の電極２１と半導体素子１０の電極１１との接続構成および第２の電極２２とリードフレーム３０との接続構成の各詳細については、それぞれ断面構成として図２（ａ）、図２（ｂ）に示す。

本半導体装置１００は、半導体素子１０を備えている。この半導体素子１０は、ＩＣチップやダイオード、パワー素子など、この種の樹脂封止型の半導体装置に適用可能なものであり、シリコン半導体基板などに対して半導体プロセス技術を用いてトランジスタなどの素子を形成してなるものである。

本例では、半導体素子１０は、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）や、ＭＯＳトランジスタ素子などのパワー素子を内蔵するものであり、その表面（図１（ａ）中の上面）には、半導体素子の電極としてのパッド電極１１が設けられている。このパッド電極１１は、図１（ｃ）に示されるように、半導体素子１０の周辺部および中央部に複数個配列されている。

本例では、これら半導体素子１０の各パッド電極１１は、図２（ａ）に示されるように、半導体素子１０の表面側から下部電極１１ａ、上部電極１１ｂの２層が積層されたものとなっている。

下部電極１１ａは、通常のパワー素子に設けられる電極などと同様、Ａｌ（アルミニウム）などよりなるものである。また、上部電極１１ｂは、基板２０の第１の電極２１と熱圧着を容易にするためのものであり、当該第１の電極２１を構成するＳｎＡｇなどの金属と加熱・加圧により接合可能な材料よりなる。

具体的に、上部電極１１ｂとしては、下部電極１１ａの側から順次Ｎｉメッキ、Ａｕメッキが積層されたメッキ膜、いわゆるＮｉ／Ａｕメッキ膜を採用することができる。このようなメッキ膜は、無電解メッキや電気メッキなど、公知のメッキ方法により形成することができる。

また、図２（ａ）に示されるように、半導体素子１０において、パッド電極１１が位置する表面には、保護膜１２が設けられている。そして、各パッド電極１１は、この保護膜１２の開口部から露出している。

この保護膜１２は、通常のＩＣチップなどに設けられ素子表面を保護するものであり、たとえば、ポリイミド膜やＳｉＮ（シリコン窒化膜）、ＳｉＯ２（シリコン酸化膜）などよりなる。

半導体素子１０の周囲には、リードフレーム３０が配置されている。このリードフレーム３０は通常のモールドパッケージにて用いられるものを採用することができ、たとえばＣｕや４２アロイ合金などの金属からなるものである。

ここでは、このリードフレーム３０は、図１に示されるように、半導体素子１０の周囲を取り巻くように複数本設けられている。具体的には、ＱＦＰの形態となるように、平面矩形の半導体素子１０の側辺４辺より、リードフレーム３０は水平方向に平行に張り出している。

そして、各リードフレーム３０においては、モールド樹脂４０内に位置する部位であるインナーリードがモールド樹脂４０に封止されて固定され、モールド樹脂４０から突出する部位であるアウターリードにて外部と接続可能となっている。

また本例では、リードフレーム３０は、図２（ｂ）に示されるように、その表面にメッキ膜３１を有する。このメッキ膜３１は、基板２０の第２の電極２２とリードフレーム３０との熱圧着を容易にするためのものであり、当該第１の電極２１を構成するＳｎＡｇなどの金属と加熱・加圧により接合可能な材料よりなる。

なお、このメッキ膜３１は、リードフレーム３０における電極として機能するものであり、当該メッキ膜３１は、リードフレーム３０の表面の全体に設けられていてもよいが、リードフレーム３０の表面のうち基板２０の第２の電極２２が接続される部位のみに、設けられていてもよい。

たとえば、このメッキ膜３１としては、上記したパッド電極１１の上部電極１１ｂと同様のＮｉ／Ａｕメッキ膜や、Ｐｄ（パラジウム）、Ａｕなどの貴金属のメッキ膜を採用することができる。

そして、モールド樹脂４０の内部にて、このリードフレーム３０と半導体素子１０の電極１１とは、基板２０を介して電気的に接続されている。この基板２０は、モールド樹脂４０の内部において、半導体素子１０とリードフレーム３０との間を跨ぐように設けられている。

本例では、図１に示されるように、基板２０は、半導体素子１０におけるパッド電極１１が位置する矩形状の表面を覆いつつ、半導体素子１０からはみ出してリードフレーム３０まで広がる矩形板状をなすものである。

この基板２０は、加熱により軟化し流動性を示す性質を有する樹脂すなわち熱可塑性樹脂よりなるものである。ここで、基板２０を構成する熱可塑性樹脂としては、たとえばポリイミドや液晶ポリマーなどが挙げられる。そして、基板２０は、半導体素子１０側に位置する表面に、第１の電極２１を有し、リードフレーム３０側に位置する表面に第２の電極２２を有する。

第１の電極２１は、半導体素子１０の表面と対向する基板２０の表面において上記パッド電極１１に対応した位置にて複数個設けられており、第２の電極２２は、リードフレーム３０と対向する基板２０の表面に設けられている。

そして、図１、図２に示されるように、基板２０の第１の電極２１は、半導体素子１０のパッド電極１１と電気的に接続されており、基板２０の第２の電極２２は、リードフレーム３０と電気的に接続されている。

ここで、本例では、基板２０の第１の電極２１と半導体素子１０のパッド電極１１との接続、基板２０の第２の電極２２とリードフレーム３０との接続は、熱圧着により行われている。具体的には、図２に示されるように、第１の電極２１はパッド電極１１における上部電極１１ｂと熱圧着されており、第２の電極２２はリードフレーム３０のメッキ膜３１と熱圧着されている。

これら基板２０の第１の電極２１および第２の電極２２としては、たとえば、Ｓｎ（スズ）、Ａｇ（銀）またはこれらの合金であるＳｎＡｇ合金、さらには、半導体装置の分野で用いられる導電性接着剤を充填させたものなどを採用できる。

さらに、図１、図２に示されるように、基板２０は、その内部にＣｕ（銅）などよりなる配線２３を有している。この配線２３は、当該基板２０を構成する熱可塑性樹脂に封止された状態で当該樹脂の内部、すなわち基板２０の内部に配置されている。

そして、基板２０においては、この配線２３を介して第１の電極２１と第２の電極２２とが電気的に接続されている。具体的には、図１（ｂ）、図２に示されるように、基板２０の内部に設けられたビアホールやスルーホールを介して、配線２３の一方が第１の電極２１に、他方が第２の電極２２に接続されている。

この基板２０の配線２３は、基板２０の内部において１層もしくは、基板２０の厚さ方向に積み重なった構造すなわち多層構造となっているものである。図１（ｂ）では示さないが、後述の図３に示されるように、本例の配線２３は、基板２０の厚さ方向に積み重なった多層構造となっている。

こうして、本実施形態の半導体装置１００においては、半導体素子１０のパッド電極１１とこれに対応するリードフレーム３０とは、基板２０の第１の電極２１、配線２３、第２の電極２２を介して電気的に接続されている。なお、図１（ｃ）では、個々のパッド電極１１とリードフレーム３０とを接続している配線２３の一部を、図示しており、その他は省略してある。

また、本実施形態では、図１、図２に示されるように、パッド電極１１が位置する半導体素子１０の表面において保護膜１２と基板２０とが接着しており、一方、リードフレーム３０と基板２０とが接着している。

これら保護膜１２と基板２０との接着およびリードフレーム３０と基板２０との接着は、基板２０を構成する熱可塑性樹脂によって行われている。つまり、この熱可塑性樹脂の持つ接着性を活かして基板２０と保護膜１２およびリードフレーム３０とが接着されている。それによって、基板２０と半導体素子１０との接続強度、および、基板２０とリードフレーム３０との接続強度を向上させている。

そして、図１（ａ）に示されるように、本実施形態の半導体装置１００は、上記した半導体素子１０、基板２０およびリードフレーム３０が、上記モールド樹脂４０により封止されている。

このモールド樹脂４０は、エポキシ系樹脂などの通常のモールド材料からなるものであり、金型を用いたトランスファーモールド法や、ポッティング法、あるいはディップ法などにより形成できるものである。

次に、本実施形態の半導体装置１００の製造方法について、その一例を述べる。図３は、基板２０の製造方法を示す工程図であり、製造途中のワークを厚さ方向の断面にて模式的に示したものである。

まず、基板２０の製造方法について述べる。図３（ａ）に示されるように、複数枚の熱可塑性樹脂よりなるシート２０ａを用意し、各シート２０ａにＣｕ箔を貼り付け、この銅箔をホトエッチングなどによりパターニングすることにより、このパターニングされたＣｕ箔を配線２３として形成する。

また、各シート２０ａにおいて、第１の電極２１および第２の電極２２となる部位、および、配線２３同士をつなぐべき部位に、パンチ加工やレーザ加工などで穴あけを行い、この穴の内部に、上記ＳｎやＡｇなどの導体ペーストや導電性接着剤といった充填物２３ａを充填する。この充填は印刷法などにより実施する。

しかる後、各シート２０ａを積層し、加圧しながら加熱する。この加熱によって、シート２０ａを構成する熱可塑性樹脂を軟化させ、各シート２０間を接合するとともに、充填物２３ａを硬化させる。

こうして、基板２０ができあがる。出来上がりの基板２０の厚さは、５０〜３００μｍ程度である。ここで、充填物２３ａのうち基板２０の内部に位置するものは、配線２３の導通を担うビアホールなどとして構成され、基板２０の表面に位置するものは、上記した第１の電極２１や第２の電極２２として構成される。

そして、半導体素子１０側の接続工程としては、この基板２０と半導体素子１０とを位置あわせし、基板２０と半導体素子１０とを加熱・加圧して接合する。これにより、基板２０の第１の電極２１と半導体素子１０のパッド電極１１とが熱圧着にて接合し、また、同時に、基板２０を構成する熱可塑性樹脂が加熱・加圧により軟化して、半導体素子１０の保護膜１２に接着する。

一方、リードフレーム３０側の接続工程としては、基板２０の第２の電極２２とリードフレーム３０を位置合わせして、加熱・加圧による接合を行う。それにより、基板２０の第２の電極２２とリードフレーム３０のメッキ膜３１とが熱圧着にて接合し、また、同時に、基板２０を構成する熱可塑性樹脂が加熱・加圧により軟化して、リードフレーム３０に接着する。

ここで、上記の半導体素子１０側の接続工程と、上記のリードフレーム３０側の接続工程とで実行順序は問わず、どちらを先に行ってもよい。さらに、これら両接続工程を同時に行ってもよい。

つまり、基板２０の第１の電極２１と半導体素子１０のパッド電極１１との位置あわせ、および、基板２０の第２の電極２２とリードフレーム３０との位置あわせを行った後、基板２０と半導体素子１０およびリードフレーム３０との接続を同時に行うようにしてもよい。

こうして、基板２０を介した半導体素子１０とリードフレーム３０との接続を行った後、たとえば、このものを金型にセットして、エポキシ樹脂などによるモールド成形を行う。その後は、リードカット、リードフォーミングなどを行うことにより、本実施形態の半導体装置１００が完成する。

ところで、本実施形態によれば、熱可塑性樹脂製の基板２０によって半導体素子１０のパッド電極１１とリードフレーム３０とを電気的に接続しているが、この基板２０は、表面ではなく内部に配線２３を有するため、基板２０の内部にて、３次元的に配線２３を配置することができる。

また、内部の配線２３は、基板２０の表面にて第１の電極２１および第２の電極２２に取り出されるが、これら第１の電極２１、第２の電極２２は、それぞれ半導体素子１０のパッド電極１１の配置パターン、リードフレーム３０の配置パターンに対応して、２次元的に配置することができる。

つまり、本実施形態の半導体装置１０は、従来の接続部材であるＴＡＢやボンディングワイヤに比べて配線２３のレイアウトの自由度が高いものとなる。

そのため、半導体素子１０のパッド電極１１がチップ周辺部および中央部に配置されていたとしても、また、半導体素子１０が小さくなり、パッド電極１１の配置が高密度になったとしても、半導体素子１０とリードフレーム３０との電気的な接続が容易に可能となる。

さらに、従来のボンディングワイヤでは、モールド樹脂の成型時におけるワイヤ流れによるワイヤ間の接触が懸念されるが、本実施形態では、この基板２０の内部の配線２３は、基板２０を構成する熱可塑性樹脂で封止されているため、そのような懸念は回避され、当該配線２３間の短絡を防止できる。

このように、本実施形態によれば、半導体素子１０のパッド電極１１の配置の制約を受けることなく、当該パッド電極１１の配置の高密度化に適した電極の取り出し構成を実現することができる。

また、本実施形態では、基板２０は、当該基板２０を構成する熱可塑性樹脂によって保護膜１２に接着しており、さらに、基板２０は、当該熱可塑性樹脂によってリードフレーム３０に接着している。

半導体素子１０のパッド電極１１が高密度になると、基板２０の第１の電極２１との接続面積が小さくなり、これら電極１１、２１同士の接続強度の低下が懸念される。しかし、本実施形態では、このように、基板２０を構成する熱可塑性樹脂を、半導体素子１０に接着していることから、基板２０および半導体素子１０同士の接続強度を保つことができる。

また、基板２０を構成する熱可塑性樹脂を、リードフレーム３０に接着していることから、基板２０およびリードフレーム３０同士の接続強度を保つことができる。このことから、本実施形態によれば、結果的に、基板２０の第１の電極２１と半導体素子１０のパッド電極１１との接続信頼性、および、基板２０の第２の電極２２とリードフレーム３０との接続信頼性を向上させることができる。

また、本実施形態では、基板２０内部の配線２３を、基板２０の厚さ方向に積み重なった多層構造とすることにより、基板２０の内部において、極力少ないスペースにて、配線２３の本数を効率よく増やすことができ、より高密度化に適したものとなる。そして結果的に、配線２３の本数や１本当たりの幅を増加するなどの効果が得られ、配線２３の低抵抗化を図ることができる。

また、上記した本実施形態の製造方法においては、上記した半導体素子１０側の接続工程とリードフレーム３０側の接続工程とを別々に行ってもよいが、これら両接続工程を同時に行うことにより、工程数の削減も可能となる。

この場合、半導体素子１０のパッド電極１１において、下部電極１１ａ上に形成する上部電極１１ｂを、Ｎｉ／Ａｕメッキ膜とした場合を想定すると、Ｎｉ膜厚を０．５〜５μｍ、Ａｕ膜厚を１０〜１００ｎｍとする。

また、この場合、リードフレーム３０の表面のメッキ膜３１についても、例えばリードフレーム３０の母材をＣｕとし、その上にＮｉ膜、Ｐｄ、Ａｕなどの貴金属膜を順次積層したメッキ構成とした場合、当該Ｎｉ膜厚を０．５〜２μｍ、当該貴金属膜厚を２０〜１００ｎｍというように、上部電極１１ｂと同程度の膜厚にしておく。

このようにすれば、半導体素子１０側の接続とリードフレーム３０側の接続とを、同一加工条件（加熱・圧力・時間）にて、ほぼ同等の出来映えとすることができ、工程条件の設定も行いやすくなる。

また、従来のこの種の半導体装置においては、モールド樹脂の内部において半導体素子は、金属材料で構成されるアイランドに接着されるのが一般的であったが、本実施形態の半導体装置１００においては、そのようなアイランドを必要としない。

従来では、半導体素子が大きいとアイランドも大きくなり、半導体装置に冷熱サイクルが加わった場合、アイランド端部に発生する応力によりモールド樹脂にクラックが発生する可能性がある。

それに対して、本実施形態では、熱可塑性樹脂の基板２０であり、従来のアイランドよりも弾性率が低いものであるため、このような樹脂クラックを回避できるという効果もある。

（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係る樹脂封止型の半導体装置２００の構成を示す全体概略断面図である。ここでは、上記第１実施形態と相違するところを中心に述べることとする。

図４に示されるように、本実施形態の半導体装置２００においては、半導体素子１０におけるパッド電極１１が位置する表面とは反対側の裏面（図４中の下面）に、ヒートシンク５０が接着されている。

そして、このヒートシンク５０も、モールド樹脂４０により封止されるとともに、ヒートシンク５０における半導体素子１０側とは反対側の面はモールド樹脂４０から露出している。これにより、半導体素子１０などから発生する熱は、ヒートシンク５０を介して放熱されるようになっている。

このヒートシンク５０は、たとえばＣｕ、Ｆｅ（鉄）、Ｍｏ（モリブデン）、４２アロイ、コバールなどの金属など、放熱性に優れた材料からなるものであり、たとえば矩形板状をなす。そして、ヒートシンク５０と半導体素子１０とは、たとえば伝熱性に優れた接着剤（図示せず）を介して接着され固定されている。

また、図５は、本実施形態の他の例としての樹脂封止型の半導体装置２１０の構成を示す全体概略断面図である。

この図５に示される半導体装置２１０においては、ヒートシンク５０は、基板２０における第１および第２の電極２１、２２が位置する表面とは反対側の面に接着されている。そして、このヒートシンク５０は、モールド樹脂４０により封止されるとともに、ヒートシンク５０における基板２０側とは反対側の面がモールド樹脂４０から露出し、それにより、ヒートシンク５０を介した放熱がなされるようになっている。

さらに、図６は、本実施形態のもうひとつの他の例としての樹脂封止型の半導体装置２２０の構成を示す全体概略断面図である。

この図６に示される半導体装置２２０では、ヒートシンク５０は、半導体素子１０におけるパッド電極１１が位置する表面とは反対側の裏面、および、基板２０における第１および第２の電極２１、２２が位置する表面とは反対側の面に、接着されている。つまり、このものは、上記図４および図５の構成を組み合わせ、ヒートシンク５０を２個配置したものである。

そして、これらヒートシンク５０は、モールド樹脂４０により封止されるとともに、それぞれのヒートシンク５０における接着面とは反対側の面がモールド樹脂４０から露出している。それにより、本例では各ヒートシンク５０を介した放熱がなされるようになっている。

こうして、本実施形態においては、上記図４〜図６に示されるように、さらにヒートシンク５０を設けることにより、半導体装置２００〜２２０における放熱性の向上を図ることができる。

（第３実施形態）
図７は、本発明の第３実施形態に係る樹脂封止型の半導体装置の要部構成、すなわち基板２０の詳細構成を示す概略断面図である。なお、本実施形態の構成は、上記した各実施形態に適用可能なものである。

上記図１、図２に示される例では、基板２０における配線２３の１本について、半導体素子１０のパッド電極１１との接続部、およびリードフレーム３０との接続部が、それぞれ１個であった。つまり、１本の配線２３に対して、第１の電極２１、第２の電極２２がそれぞれ１個接続されていた。

それに対して、図７に示されるように、基板２０における配線２３の１本について、スルーホールやビアホールを介して、第１の電極２１、第２の電極２２をそれぞれ複数個接続し、半導体素子１０のパッド電極１１との接続部、リードフレーム３０との接続部を複数個としてもよい。

上述したように、基板２０の内部に配線２３を配置することで、基板２０の内部において配線２３の本数を効率よく増やすことができ、結果的に、配線２３の１本当たりの幅を増加することができ、配線２３の低抵抗化が図れる。そのため、１本の配線２３に複数個の接続部を設けることは有効である。

また、配線２３の１本当たりの幅を広くすることで、第１の電極２１や第２の電極２２のサイズを大きくすることができ、このような点からも配線抵抗の低減を図ることが容易に行える。

（第４実施形態）
図８は、本発明の第４実施形態に係る樹脂封止型の半導体装置３００の構成を示す全体概略断面図である。本実施形態は、上記した各実施形態に適用可能なものであり、ここでは、本実施形態の独自の構成を中心に述べる。

上記各実施形態に示したような半導体装置においては、基板２０の第２電極２２とリードフレーム３０とを位置あわせして加熱・加圧することで、当該第２の電極２２とリードフレーム３０とを接続しているが、この接続後、基板２０の膨張・収縮によって当該接続部には、せん断応力が発生する。

例えば、上記した基板２０の第２の電極２２とリードフレーム３０との接続時の加熱により、基板２０が基板平面と平行な方向に膨張し、その後、室温に戻したときに、基板２０が同方向に収縮する。このような基板２０の膨張・収縮により上記接続部に、せん断応力が発生するが、このせん断応力により、第２の電極２２とリードフレーム３０とが剥離する可能性がある。

この問題に対し、本実施形態の半導体装置３００では、図８に示されるように、リードフレーム３０におけるモールド樹脂４０で封止されている部位、すなわちインナーリードのうち基板２０の第２の電極２２と接続されている部位以外の部位に、屈曲部３２を設けている。

本例では、屈曲部３２は、インナーリードのうち基板２０の第２の電極２２と接続されている部位とモールド樹脂４０の端部に位置する部位との間に位置する部位に、設けられている。

この屈曲部３２は、リードフレーム３０を基板２０の基板平面と直交する方向（つまり、図８中の上下方向）に屈曲させたものである。ここでは、屈曲部３２は、例えばＲ０．２ｍｍ〜０．８ｍｍ程度の湾曲部である。このような屈曲部３２は、上記した基板２０の基板平面と平行な方向に変形しやすい部位である。

本実施形態によれば、基板２０の第２の電極２２とリードフレーム３０との接続後の基板２０の膨張・収縮によって当該接続部に発生するせん断応力を、屈曲部３２によって緩和することができる。その結果、リードフレーム３０と第２の電極２２との接続部の強度をより適切に確保できる。

（第５実施形態）
図９は、本発明の第５実施形態に係る樹脂封止型の半導体装置４００の構成を示す全体概略断面図である。本実施形態は、上記した各実施形態に適用可能なものであり、ここでは、本実施形態の独自の構成を中心に述べる。

本実施形態は、上記第４実施形態と同様に、基板２０の第２電極２２とリードフレーム３０との接続後に当該接続部に発生するせん断応力による不具合を抑制することを、目的としたものである。

本実施形態の半導体装置４００では、図９に示されるように、基板２０における第２の電極２２が位置する部位以外の部位に、基板２０の基板平面と直交する方向に屈曲した屈曲部２４を設けている。本例では、基板２０のうち半導体素子１０とリードフレーム３０との間に位置する部位に、屈曲部２４を設けている。

本例では、基板２０の厚さは、例えば５０〜２００μｍ程度の薄いものであり、屈曲部２４は、例えばＲ０．２ｍｍ〜０．８ｍｍ程度の湾曲部である。このような屈曲部２４は、上記した基板２０の基板平面と平行な方向に変形しやすい部位である。

そして、本実施形態によっても、基板２０の第２の電極２２とリードフレーム３０との接続後の基板２０の膨張・収縮によって当該接続部に発生するせん断応力を、屈曲部２４によって緩和することができ、結果的に、リードフレーム３０と第２の電極２２との接続部の強度をより適切に確保できる。

また、図１０は、本実施形態の他の例としての樹脂封止型の半導体装置４１０の構成を示す全体概略断面図である。この基板２０に設ける屈曲部２４としては、この図１０に示されるような形状あっても、同様の効果を得ることができる。

また、上記各図においては、基板２０における半導体素子１０に対向する表面とリードフレーム３０に対向する表面とが同一面であったが、この図１０に示される半導体装置４１０のように、基板２０における半導体素子１０に対向する表面とリードフレーム３０に対向する表面とが、異なる面であってもよい。

つまり、図１０では、基板２０において、その一面側に半導体素子１０が設けられるとともに当該一面に第１の電極２１が設けられ、当該一面とは反対側の他面側にリードフレーム３０が設けられるとともに当該他面に第２の電極２２が設けられている。この場合であっても、基板２０内部にて、配線２３の配置を適宜変更することにより、第１の電極２１と第２の電極２２との接続は容易に可能である。

また、上記図９、図１０に示した本実施形態の半導体装置４００、４１０ように、基板２０によって上記せん断応力を緩和する場合、基板２０をフレキシブル基板として構成すれば、効果的である。

（他の実施形態）
なお、上記各実施形態では、パッド電極１１は、下部電極１１ａ、上部電極１１ｂの２層が積層されたものとしたが、基板２０の第１の電極２１と熱圧着などによって適切に電気的に接続可能なものであれば、パッド電極は下部電極１１ａの１層のみでもよいし、さらには、３層以上の構造であってもよい。

さらに、パッド電極１１やリードフレーム３０、さらには、基板２０の第１の電極２１および第２の電極２２は、上記したように互いに熱圧着などにより電気的に接続可能であればよく、その材質については、上記例に限定されるものではない。また、各電極１１、２１、２２、３１同士の接合は熱圧着以外の手法であってもよい。

また、半導体装置としては、上記したＱＦＰに限定されるものではなく、表面に電極を有する半導体素子の当該電極とリードフレームとを電気的に接続し、これらをモールド樹脂にて封止してなる樹脂封止型の半導体装置であるならば、たとえばＳＯＰ（スモールアウトラインパッケージ）、ＱＦＮ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｎｏｎ−ｌｅａｄｅｄ Ｐａｃｋａｇｅ）などのモールドパッケージなどであってもよい。

また、上記実施形態ではリードフレーム３０にメッキ膜３１が形成されているものを示したが、メッキ膜３１がなくてもよい。

本発明の第１実施形態に係る樹脂封止型の半導体装置の構成を示す図であり、（ａ）は全体概略断面図、（ｂ）は（ａ）中の基板の詳細構成を示す図、（ｃ）は半導体装置における基板の内部構成を示す概略平面図である。 （ａ）は基板の第１の電極と半導体素子の電極との接続構成を示す概略断面図、（ｂ）は基板の第２の電極とリードフレームとの接続構成を示す概略断面図である。 第１実施形態における基板の製造方法を示す工程図である。 本発明の第２実施形態に係る樹脂封止型の半導体装置の構成を示す全体概略断面図である。 第２実施形態の他の例としての樹脂封止型の半導体装置の構成を示す全体概略断面図である。 第２実施形態のもうひとつの他の例としての樹脂封止型の半導体装置の構成を示す全体概略断面図である。 本発明の第３実施形態に係る樹脂封止型の半導体装置の要部構成を示す概略断面図である。 本発明の第４実施形態に係る樹脂封止型の半導体装置の構成を示す全体概略断面図である。 本発明の第５実施形態に係る樹脂封止型の半導体装置の構成を示す全体概略断面図である。 第５実施形態の他の例としての樹脂封止型の半導体装置の構成を示す全体概略断面図である。

符号の説明

１０…半導体素子、１１…半導体素子の電極としてのパッド電極、
１２…保護膜、２０…基板、２１…基板の第１の電極、２２…基板の第２の電極、
２３…配線、２４…基板の屈曲部、３０…リードフレーム、
３２…リードフレームの屈曲部、４０…モールド樹脂、５０…ヒートシンク。

Claims (7)

1. 表面に電極（１１）を有する半導体素子（１０）と、
   前記半導体素子（１０）の電極（１１）と電気的に接続されたリードフレーム（３０）と、
   これら半導体素子（１０）およびリードフレーム（３０）を封止するモールド樹脂（４０）とを備える樹脂封止型の半導体装置において、
   前記モールド樹脂（４０）の内部には、前記半導体素子（１０）と前記リードフレーム（３０）との間を跨ぐように熱可塑性樹脂よりなる基板（２０）が設けられており、
   前記基板（２０）は、前記半導体素子（１０）側に位置する表面に前記半導体素子（１０）の電極（１１）と電気的に接続された第１の電極（２１）を有するとともに、前記リードフレーム（３０）側に位置する表面に前記リードフレーム（３０）と電気的に接続された第２の電極（２２）を有するものであり、
   さらに、前記基板（２０）は、当該基板（２０）を構成する熱可塑性樹脂の内部に配線（２３）を有し当該配線（２３）を介して前記第１の電極（２１）と前記第２の電極（２２）とを電気的に接続してなるものであることを特徴とする半導体装置。
2. 前記半導体素子（１０）は、前記電極（１１）が位置する前記表面に保護膜（１２）を有するものであり、
   前記基板（２０）は、当該基板（２０）を構成する前記熱可塑性樹脂によって前記保護膜（１２）に接着しており、
   さらに、前記基板（２０）は、当該基板（２０）を構成する前記熱可塑性樹脂によって前記リードフレーム（３０）に接着していることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記基板（２０）の内部において、前記配線（２３）は、前記基板（２０）の厚さ方向に積み重なった多層構造となっていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
4. 前記半導体素子（１０）における前記電極（１１）が位置する前記表面とは反対側の裏面には、ヒートシンク（５０）が接着され、当該ヒートシンク（５０）を介して放熱がなされるようになっていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の半導体装置。
5. 前記基板（２０）における前記第１および第２の電極（２１、２２）が位置する表面とは反対側の面には、ヒートシンク（５０）が接着され、当該ヒートシンク（５０）を介して放熱がなされるようになっていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の半導体装置。
6. 前記リードフレーム（３０）における前記モールド樹脂（４０）で封止されている部位のうち前記基板（２０）の前記第２の電極（２２）と接続されている部位以外の部位には、前記基板（２０）の基板平面と直交する方向に屈曲した屈曲部（３２）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の半導体装置。
7. 前記基板（２０）における前記第２の電極（２２）が位置する部位以外の部位には、前記基板（２０）の基板平面と直交する方向に屈曲した屈曲部（２４）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の半導体装置。
   

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