JP2008124116A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アイランドに設置された半導体素子とその周囲の端子部とをワイヤで接続し、これらをモールド樹脂で封止してなる半導体装置において、モールド樹脂によるワイヤ流れを極力防止した構成を提供する。
【解決手段】半導体素子３０上に位置するモールド樹脂５０の部分の厚さｔ１と、アイランド１０の上面１１のうち半導体素子３０と端子部２０との間に位置する部位上に位置するモールド樹脂５０の部分の厚さｔ２との比ｔ２／ｔ１が、１．１５以下である。
【選択図】図１

Description

本発明は、素子設置部に設置された半導体素子とその周囲の端子部とをワイヤで接続し、これらをモールド樹脂で封止してなる半導体装置に関し、エンジンＥＣＵなどの車載電子製品に搭載される半導体装置などに適用できる。

従来より、この種の半導体装置としては、たとえば素子設置部および端子部を有するリードフレームを用い、半導体素子を素子設置部の一面上に搭載し、この半導体素子と素子設置部周囲の端子部とをボンディングワイヤで接続し、さらに、素子設置部の一面側にて、半導体素子、素子設置部、端子部、およびボンディングワイヤをモールド樹脂にて封止してなるものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

このような半導体装置としては、具体的にＱＦＮ（クワッド−フラット−ノンリード−パッケージ）などがある。

そして、このような半導体装置は、複数の半導体素子を同一フレームの素子設置部上にマトリクス状に搭載して、一つのキャビティ内にて一括してモールド樹脂で封止した後に、ダイシングして個々の半導体装置を得る、といういわゆるＭＡＰ成形技術を用いて製造される。これは１フレーム当たりの取り数の増加、モールド金型の共用といったコスト面での大きなメリットを持つものである。
特開平７−５８２４６号公報

しかしながら、このＭＡＰ成形による成形品は、キャビティサイズが非常に大きいためモールド樹脂の注入時におけるワイヤ流れが問題となる。この問題について、本発明者は、具体的に試作を行い、検討を行った。

図１５は、従来のＭＡＰ成形技術を用いて本発明者が試作した半導体装置における樹脂封止工程を示す概略平面図である。図１５に示されるように、リードフレームの素子設置部１０の一面１１側に半導体素子３０が設置され、素子設置部１０の一面１１側にて半導体素子３０と端子部２０とがワイヤ４０によって接続されている。

このようなワークを、金型３００のキャビティ３０１に設置し、ゲート３０４からモールド樹脂５０をキャビティ３０１内に注入する。それによって、素子設置部１０の一面１１側にて、半導体素子３０、素子設置部１０、端子部２０およびワイヤ４０を、モールド樹脂５０により封止する。

ここで、このモールド樹脂５０の注入中にモールド樹脂５０の硬化が進み粘度が高くなってしまうために、ワイヤ４０が押し流されるという現象が発生する。図１５に示されるように、半導体素子３０上を流れるモールド樹脂５０の流速（半導体素子上流速）Ｖ１と、素子設置部１０の一面１１のうち半導体素子３０と端子部２０との間に位置する部位上を流れるモールド樹脂５０の流速（素子設置部上流速）Ｖ２とでは、素子設置部上流速Ｖ２の方が速い。

これは、キャビティ３０１内において、半導体素子３０上の部分は、半導体素子３０の厚さの分だけ、モールド樹脂５０の流れる断面積が、半導体素子３０以外の素子設置部１０の一面１１上の部分よりも小さいためである。

このように、素子設置部上流速Ｖ２の方が半導体素子上流速Ｖ１よりも速いと、モールド樹脂５０の流れが不均一になり、エアベント３０５に近いワイヤ４０、すなわち半導体素子３０の樹脂流れ下流に位置するワイヤ４０が流されやすくなる。

図１６は、この半導体素子３０の樹脂流れ下流に位置するワイヤ４０におけるワイヤ流れの発生の様子を示す概略平面図であり、モールド樹脂５０の充填後においてモールド樹脂５０を透視した図である。

図１６に示されるように、半導体素子３０以外の素子設置部１０の一面１１上を流れてくるモールド樹脂５０によって、半導体素子３０の樹脂流れ下流には、モールド樹脂５０の合流地点が発生する。その結果、合流地点の近隣のワイヤ４０が流されて互いに接触しショート不良が発生する。

ここで、従来においては、このような流速Ｖ１、Ｖ２の差が発生するが、通常の民生品などでは、半導体素子３０のサイズに合わせて素子設置部１０ひいてはパッケージサイズを設計するので、ワイヤ長は２〜５ｍｍ程度に収まるのが普通であり、上記した流速Ｖ１、Ｖ２の差によるワイヤ流れは問題とならない。

しかし、本発明者が開発を進めている車載用途の半導体装置の場合、装置の使用環境が厳しいことや、電流を多く流すため発熱が厳しいといったことから、放熱性を上げるために素子設置部１０のサイズを半導体素子３０のサイズよりもかなり大きく設定しなければならないという制約がある。

このことは、必然的にワイヤ４０が接続される半導体素子３０側の接続部と端子部２０側の接続部との距離、すなわちワイヤ長を長くすることとなり、そのワイヤ長は６ｍｍを超えることになる。

そして、本発明者の行った上記試作検討によれば、ワイヤ長が６ｍｍを超えるロングワイヤ品をＭＡＰ成形する場合、樹脂注入におけるワイヤ流れの発生を防ぐことが困難であることがわかった。

一方、従来では、上記特許文献１などに記載されているように、素子設置部の一面側においてワイヤで接続される半導体素子の面と端子部の面の高さを同じにすることでワイヤ流れを防止しようとしている。

しかし、上記したような長いワイヤ４０を用いた場合、必然的にワイヤ４０も流れやすく、またワイヤを長くする分、素子設置部１０のうち半導体素子３０と端子部２０との間に位置する部位の幅が大きくなる。そのため、半導体素子３０以外の素子設置部１０上を流れるモールド樹脂５０の量も多くなり、上記した流速Ｖ１、Ｖ２の差によるワイヤ流れを防止することは困難である。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、素子設置部に設置された半導体素子とその周囲の端子部とをワイヤで接続し、これらをモールド樹脂で封止してなる半導体装置において、モールド樹脂によるワイヤ流れを極力防止した構成を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明者は、上記素子設置部上流速Ｖ２と上記半導体素子上流速Ｖ１とを同等か、もしくは、上記素子設置部上流速Ｖ２を上記半導体素子上流速Ｖ１よりも遅くしてやれば、上記のワイヤ流れを防止できると考えた。

ここで、モールド樹脂の流速は、上述したように、キャビティ内におけるモールド樹脂の流れる断面積に依存する。このことは、すなわち、できあがった半導体装置におけるモールド樹脂の厚さに依存すると言える。

そこで、本発明者は、ワイヤ長が６ｍｍ以上である半導体装置において、半導体素子上に位置するモールド樹脂の部分の厚さをｔ１とし、素子設置部の一面のうち半導体素子と端子部との間に位置する部位上に位置するモールド樹脂の部分の厚さをｔ２とした。そして、これら両厚さｔ１、ｔ２の比ｔ２／ｔ１を、上記流速Ｖ１、Ｖ２のパラメータとして考えた。

これによれば、厚さｔ１が大きいほど、または、厚さｔ２が小さいほど、相対的に、上記半導体素子上流速Ｖ１が速く、上記素子設置部上流速Ｖ２が遅くなる。つまり、上記比ｔ２／ｔ１がある大きさ以下であれば、素子設置部上流速Ｖ２を上記半導体素子上流速Ｖ１と同等以下にすることができると考えられる。

そこで、本発明者は、この比ｔ２／ｔ１をパラメータとして有限要素法による計算にてシミュレーションを行い、比ｔ２／ｔ１を変えていったときの上記流速Ｖ１、Ｖ２を求めた。その結果、後述する図５に示されるように、比ｔ２／ｔ１が１．１５以下ならば、素子設置部上流速Ｖ２を上記半導体素子上流速Ｖ１と同等以下にでき、実際に、ワイヤ流れが生じないことを確認した。

すなわち、本発明は、半導体素子（３０）上に位置するモールド樹脂（５０）の部分の厚さｔ１と、素子設置部（１０）の一面（１１）のうち半導体素子（３０）と端子部（２０）との間に位置する部位上に位置するモールド樹脂（５０）の部分の厚さｔ２との比ｔ２／ｔ１が、１．１５以下であることを特徴とする。

それによれば、素子設置部に設置された半導体素子とその周囲の端子部とをワイヤで接続し、これらをモールド樹脂で封止してなる半導体装置において、モールド樹脂（５０）によるワイヤ流れを極力防止した構成を提供することができる。

ここで、素子設置部（１０）の一面（１１）のうち半導体素子（３０）が設置される部位に、素子設置部（１０）の一面（１１）のうち半導体素子（３０）と端子部（２０）との間に位置する部位よりも凹んだ凹部（１３）を設け、半導体素子（３０）を、凹部（１３）の底面に搭載してもよい。

それによれば、凹部（１３）が無い場合に比べて凹部（１３）の深さの分、半導体素子（３０）の高さを低くすることができ、上記比ｔ２／ｔ１の関係を適切に満足することができる。

また、素子設置部（１０）の一面（１１）のうち半導体素子（３０）と端子部（２０）との間に位置する部位に、素子設置部（１０）の一面（１１）のうち半導体素子（３０）が設置される部位よりも突出するスペーサ（１４）を搭載し、上記厚さｔ２を、スペーサ（１４）上に位置するモールド樹脂（５０）の部分の厚さとしてもよい。

それによれば、スペーサ（１４）が無い場合に比べて、スペーサ（１４）の突出高さの分、厚さｔ２を小さくすることができ、上記比ｔ２／ｔ１の関係を適切に満足することができる。

また、素子設置部（１０）の一面（１１）のうち半導体素子（３０）が設置される部位に、当該部位を素子設置部（１０）の一面（１１）と直交する方向に貫通する貫通穴（１５）を設け、半導体素子（３０）を、貫通穴（１５）の内部に収納してもよい。

それによれば、貫通穴（１５）が無い場合に比べて貫通穴（１５）に半導体素子（３０）が入り込んだ分、半導体素子（３０）の高さを低くすることができ、上記比ｔ２／ｔ１の関係を適切に満足することができる。

また、素子設置部（１０）の一面（１１）と直交する方向の寸法として、素子設置部（１０）の厚さと端子部（２０）の厚さとが同一であってもよい。さらには、素子設置部（１０）の厚さよりも端子部（２０）の厚さが大きいものであってもよい。それによれば、素子設置部（１０）へワイヤ（４０）が接触する懸念が小さくなる。

また、ワイヤ（４０）の半導体素子（３０）側の接続部とワイヤ（４０）の端子部（２０）側の接続部との距離（Ｌ１）が６ｍｍ以上であってもよい。ワイヤ長が６ｍｍ以上のワイヤ流れが起きやすいものに対しても、本発明は効果を奏する。

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の概略構成を示す図であり、（ａ）は同半導体装置１００の概略断面図、（ｂ）は（ａ）の上方からみた平面図である。なお、図１（ｂ）ではモールド樹脂５０を透過して、半導体装置１００におけるモールド樹脂５０内部の各部を示してある。

本実施形態の半導体装置１００は、大きくは、素子設置部としてのアイランド１０と、アイランド１０の一面としての上面１１側に設置された半導体素子３０と、アイランド１０の周囲に配置された端子部２０と、アイランド１０の上面１１側にて半導体素子３０と端子部２０とを接続するボンディングワイヤ４０と、アイランド１０の上面１１側にてこれら半導体素子３０、アイランド１０、リード端子２０およびワイヤ４０を封止するモールド樹脂５０とを備えて構成されている。

本実施形態では、アイランド１０と端子部２０とは、後述する１枚のリードフレーム２００（後述の図２参照）から分離形成されたものである。ここで、リードフレーム２００は、板厚０．１２５ｍｍ〜０．５ｍｍ程度のＣｕ系金属や鉄系金属などよりなる通常のリードフレーム材料からなる。

そして、このようなリードフレーム材料としての板材をプレスやエッチング加工することなどによりアイランド１０とリード端子２０とのパターンを形成することによって、リードフレーム２００が形成されている。

なお、このリードフレーム２００においては、少なくともワイヤボンドする部位にＡｇめっきが施されていてもよい。あるいは、下からＮｉめっき／Ｐｄめっき／Ａｕめっきという所謂ＰＰＦであってもよい。ＰＰＦの場合、モールド樹脂５０との密着性を確保するために最下層のＮｉめっきを粗化してあってもよい。

本実施形態では、アイランド１０は矩形板状のものであり、端子部２０は、アイランド１０の４辺の外周において複数本のものが配列されている。ここでは、個々の端子部２０は短冊板形状をなしている。

また、図１に示されるように、アイランド１０の一面としての上面１１側には、Ａｇペーストやはんだ、導電性接着剤などよりなるダイボンド材３１を介して半導体素子３０が搭載され、接着されている。この半導体素子３０は、シリコン半導体などの半導体基板を用いて半導体プロセスにより形成されたＩＣチップなどである。

そして、図１（ａ）において、半導体素子３０の上面と各端子部２０の上面とは、アイランド１０の上面１１と同一の方向に面している。そして、アイランド１０の上面１１側にて、これらの上面同士は、Ａｕ（金）やアルミニウムなどからなるボンディングワイヤ４０を介して結線されて互いに電気的に接続されている。

ここで、ボンディングワイヤ４０の半導体素子３０側の接続部とボンディングワイヤ４０の端子部２０側の接続部との距離Ｌ１は、６ｍｍ以上である。これらボンディングワイヤ４０における各接続部は領域を持つものであるが、細かく言うならば、この距離Ｌ１は、ワイヤ４０と半導体素子３０とが接触している領域の中心と、ワイヤ４０と端子部２０とが接触している領域の中心との間の距離である。以下、この距離Ｌ１をワイヤ長Ｌ１ということにする。

そして、モールド樹脂５０は、エポキシ樹脂などの通常のモールド材料を用いてトランスファーモールド法などにより形成されるもので、アイランド１０の上面１１側にてアイランド１０、端子部２０、半導体素子３０およびボンディングワイヤ４０を包み込むように封止している。

ここで、モールド樹脂５０は、半導体装置１００のパッケージ本体を区画形成するものであり、本実施形態では、通常のこの種の半導体装置と同様に、矩形板状をなすものである。

そして、図１（ａ）において、モールド樹脂５０の上面５１は、アイランド１０の上面１１上にて厚さを持って位置している。一方、アイランド１０の上面１１とは反対側の下面１２、および、端子部２０の上面とは反対側の下面が、モールド樹脂５０の下面５２から当該モールド樹脂５０の下面５２と略同一面上にて露出している。

そして、本実施形態の半導体装置１００では、これらモールド樹脂５０の下面５２から露出するアイランド１０の下面１２および端子部２０の下面が、プリント基板などの外部基材と、はんだ付けされるようになっている。

さらに、本実施形態では、このような半導体装置１００において、素子設置部の一面としてのアイランド１０の上面１１のうち半導体素子３０が設置される部位には、凹部１３が設けられている。この凹部１３は、アイランド１０の上面１１のうち半導体素子３０と端子部２０との間に位置する部位よりも凹んだものである。

そして、半導体素子３０は、この凹部１３の底面にダイボンド材３１を介して搭載されている。これにより、ダイボンド材３１および半導体素子３０の一部が、凹部１３に入り込み、その分、半導体素子３０の高さが低くなった形となっている。

ここで、本実施形態では、図１（ａ）に示されるように、半導体素子３０の上面とモールド樹脂５０の上面５１との距離ｔ１、すなわち、半導体素子３０上に位置するモールド樹脂５０の部分の厚さｔ１を、半導体素子上の樹脂厚さｔ１とする。

また、アイランド１０の上面１１のうち半導体素子３０と端子部２０との間に位置する部位とモールド樹脂５０の上面５１との距離ｔ２、すなわち、アイランド１０の上面１１のうち半導体素子３０と端子部２０との間に位置する部位の上に位置するモールド樹脂５０の部分の厚さを、アイランド上の樹脂厚さｔ２とする。そして、本実施形態では、これら両厚さｔ１、ｔ２の比ｔ２／ｔ１すなわち樹脂厚相対比ｔ２／ｔ１を、１．１５以下としている。

上述したように、本実施形態では、樹脂厚相対比ｔ２／ｔ１を１．１５以下にするために、アイランド１０の上面１１に凹部１３を設け、その凹部１３の中に半導体素子３０を搭載している。

それによれば、凹部１３が無い場合に比べて、実質的に凹部１３の深さの分、半導体素子３０の高さを低くすることができる。つまり、凹部１３の深さの分、半導体素子上の樹脂厚さｔ１を大きくすることができ、上記比ｔ２／ｔ１の関係を適切に満足することができる。

なお、このような凹部１３を設けるうえで、アイランド１０の厚みが不足しているのであれば、図１（ａ）に示されるように、アイランド１０の厚みを端子部２０よりも厚くしてもよい。アイランド１０の厚さ、凹部１３の深さ、半導体素子３０の厚さなどは、上記樹脂厚相対比ｔ２／ｔ１≦１．１５の関係が実現できるのであれば、どんな組み合わせでもかまわない。

ここで、限定するものではないが、本半導体装置１００の各部の寸法の一具体例を述べておく。モールド樹脂５０の上面５１と下面５２との距離すなわちパッケージの総厚は１．１ｍｍ、端子部２０の厚さは０．２ｍｍ、アイランド１０の厚さ（凹部１３以外の部分）は０．４ｍｍ、凹部１３の深さは０．２ｍｍ、半導体素子３０の厚さは０．２ｍｍ、ダイボンド材３１の厚さは０．０５ｍｍとする。このとき、半導体素子上の樹脂厚さｔ１は０．６５ｍｍ、アイランド上の樹脂厚さｔ２は０．７ｍｍとなり、樹脂厚相対比ｔ２／ｔ１は１．０８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、図２、図３を参照して述べる。図２は、本製造方法の樹脂封止工程に用いる金型３００にワークを設置した状態を示す概略平面図であり、図３は、この金型３００にモールド樹脂５０を注入している様子を示す概略平面図である。

まず、図２に示されるような上記リードフレーム２００を用意する。ここで、リードフレーム２００は、上記した半導体装置１００の１個分に相当するアイランド１０および端子部２０が、複数個（図２では８個）の単位で一体に連結されたもので、いわゆる多連のリードフレームである。

このリードフレーム２００におけるアイランド１０の上面１１に設けられた上記凹部１３の底部上に、半導体素子３０を、ダイボンド材３１を介して搭載する。さらに、各半導体素子３０とリードフレーム２００の端子部２０との間でワイヤボンディングを行い、当該間をボンディングワイヤ４０により結線する。

このようにして形成されたワークを次に樹脂封止工程に供する。まず、樹脂封止工程では、図２に示されるように、ワークを、樹脂成形用の金型３００のキャビティ３０１内に設置する。たとえば、ワークは、アイランド１０の下面１２となるリードフレーム２００の面側を図示しない粘着シートを介して、金型３００に貼り付けられる。

この金型３００は、通常のＭＡＰ成形に用いられるものと同様のものであり、樹脂溜まりであるポット３０２と、ポット３０２からキャビティ３０１までの樹脂の導入通路であるランナー３０３と、ランナー３０３からキャビティ３０１への樹脂注入口であるゲート３０４と、キャビティ３０１内から余分な樹脂を排出する出口であるエアベント３０５とを備えている。

そして、この金型３００においては、モールド樹脂５０は、タブレット状の樹脂としてポット３０２に投入された後、溶融したモールド樹脂５０がランナー３０３を通り、ゲート３０４からキャビティ３０１に注入される。そして、図３に示されるように、キャビティ３０１に注入されたモールド樹脂５０は、キャビティ３０１内を充填しながら流れ、エアベント３０５から排出される。

こうして、アイランド１０の上面１１側の各部はモールド樹脂５０にて封止される。一方、リードフレーム２００のアイランド１０の下面１２側には、上記粘着テープが貼り付いているため、上記したアイランド１０の下面１２および端子部２０の下面は、モールド樹脂５０で封止されず、モールド樹脂５０の下面５２から露出する。

こうして、樹脂封止工程を終えた後、モールド樹脂５０で封止されたワークを金型３００から取り出し、切断機で個片の半導体装置１００にするためダイシングして切り出す。具体的には、各単位間の端子部２０を切断する。こうして、本実施形態の半導体装置１００ができあがる。

ここで、図２、図３に示したキャビティ３０１のサイズは例えば、４０ｍｍ×６５ｍｍ程度とかなりの大型であり、個片にした後のサイズすなわち各半導体装置１００の平面サイズは１４ｍｍ×１７ｍｍ程度である。

ところで、本実施形態では、上述したように、半導体素子上の樹脂厚さｔ１とアイランド上の樹脂厚さｔ２との樹脂厚相対比ｔ２／ｔ１を、１．１５以下としているが、この根拠について述べる。

図４は、従来のこの種の半導体装置として本発明者が試作した比較例としての半導体装置を示す概略断面図である。この図４に示されるもののように、アイランド１０の上面１１上に半導体素子（通常は厚みが０．４ｍｍ程度）３０を搭載したような単純な構成であれば、アイランド１０と半導体素子３０との段差が大きくなってしまう。

本発明者の調査では、図４に示されるような従来の半導体装置の場合、樹脂厚相対比ｔ２／ｔ１は、１．３〜１．８程度であり、本実施形態の１．１５以下に比べて、かなり大きなものとなっている。

そのため、従来の半導体装置では、モールド樹脂５０の注入過程で、半導体素子上の樹脂厚さｔ１とアイランド上の樹脂厚さｔ２との差が大きく、モールド樹脂５０の流れる断面積が大きく異なるため、上記図１５に示したように、半導体素子上流速Ｖ１に対して素子設置部上流速Ｖ２が速くなり、モールド樹脂５０の流れが不均一になる。

その結果、上記図１６に示したように、モールド樹脂５０の合流地点が発生し、その部分でワイヤ４０がショートに至る。特に、エアベント３０５に近い側の半導体素子３０の部分は、モールド樹脂５０がポット３０２から流れ始めて時間が経っている部分であり、樹脂の硬化が進み粘度が高い状態となっているため、ワイヤ４０が余計に流れやすく、樹脂の流れの不均一は致命的なダメージを与える。

ここで、ワイヤ長Ｌ１が２〜５ｍｍ程度と短ければ多少の流れの不均一があってもワイヤ変形量が少なくて済むのでよいのであるが、本実施形態のものはワイヤ長Ｌ１が６ｍｍ以上のロングループワイヤ品を対象としているので、ちょっとした樹脂の流れの不均一がショート不良に直結する。

この対策として、半導体素子上の樹脂厚さｔ１とアイランド上の樹脂厚さｔ２とを等しくする、すなわち、半導体素子３０の上面と、半導体素子３０以外のアイランド１０の上面１１の高さとを等しくすることが考えられるが、それは以下の理由により全く等しくするのは困難である。

まず、リードフレーム製造上の問題としては、アイランド１０に凹部１３を設けることは、エッチング加工もしくはスタンピング（プレス）加工により行うわけであるが、この加工精度によって深さにバラツキが生じる。また、組み付け上の問題として、半導体素子３０をダイボンド材３１で接着する際に、その場合の塗布量のバラツキやマウント荷重のバラツキなどによって接合厚みが上下する、といったことである。

このような製造上のバラツキを理由として、樹脂厚相対比ｔ２／ｔ１＝１とすることは困難である。そこで、本発明者は、モールド樹脂５０の流れ解析（シミュレーション）を用いて、この樹脂厚相対比ｔ２／ｔ１がどの程度までならば許容できるかを調べた。

上記厚さｔ１、ｔ２の組み合わせを７水準ほどパラメータとして設定し、半導体素子上流速Ｖ１と素子設置部上流速Ｖ２との流速相対比Ｖ２／Ｖ１を、有限要素解析により計算にて導出した。なお、各流速Ｖ１、Ｖ２は、いずれもエアベント寄りの半導体素子３０とその周辺部分における値である。

モールド樹脂５０の流れを均一にすることは、すなわちＶ１＝Ｖ２とすることであり、それが達成できる樹脂厚相対比ｔ２／ｔ１は、いくつになるかを求めた。なお、解析条件は、一般的なこの種の半導体装置の樹脂封止の条件として、樹脂温度：１７５℃、金型温度：１７５℃、射出圧力：１１．７ＭＰａ、射出時間：１０ｓｅｃとし、キャビティの平面サイズは前述した４０ｍｍ×６５ｍｍ、アイランドの平面サイズは１０．５５ｍｍ×１３．７５ｍｍ、半導体素子の平面サイズは７．３ｍｍ×４．５ｍｍ、ワイヤ長Ｌ１は６ｍｍ〜７ｍｍとした。

図５は、この解析により求めた樹脂厚相対比ｔ２／ｔ１と流速相対比Ｖ２／Ｖ１との関係を示す図である。これによると、樹脂厚相対比ｔ２／ｔ１が１．１５までの範囲では、Ｖ１＝Ｖ２となっており、１．１５を超えたあたりで徐々にＶ２＞Ｖ１になり始め、１．３から急激にＶ２／Ｖ１の値が上昇し、１．５を超えたあたりからほぼ飽和することがわかった。

これはすなわち、樹脂厚相対比ｔ２／ｔ１が１．１５以下ならば、樹脂は均一に流れるがそれを超えると流れの不均一が発生し、上記したワイヤ流れが発生することを意味している。

なお、この種の半導体装置における実用レベルでの装置構成や樹脂封止条件ならば、上記した解析条件以外の条件であっても、図５に示したものと同じ傾向が得られることを確認した。装置構成や樹脂封止条件が異なっていても、樹脂厚相対比ｔ２／ｔ１が１．１５以下であり、上記流速の関係Ｖ１＝Ｖ２が成り立っていれば、上記したワイヤ流れのメカニズムから、実質的にワイヤ流れによるショートは発生しない。

このように、本発明者の行った流れ解析により、樹脂厚相対比ｔ２／ｔ１が１．１５以下であれば、ワイヤショートの不具合は発生しないという新しい知見を導き出すことができた。そして、実際に、本実施形態における樹脂封止工程では、図６に示されるように、半導体素子上流速Ｖ１と素子設置部上流速Ｖ２とが等しく、モールド樹脂５０の均一な流れが確認され、ワイヤ流れも発生しなかった。

ここで、図５では樹脂厚相対比ｔ２／ｔ１の下限は１までしか示していないが、この比ｔ２／ｔ１が１．１５以下であるということは、当然、当該比ｔ２／ｔ１が１未満でもよいことを意味する。

この場合、たとえば上記図１において、半導体素子３０の全体が凹部１３に入り込み、半導体素子３０の上面が、半導体素子３０以外のアイランド１０の上面１１よりも低くなった状態を意味する。

そして、上記流速Ｖ１、Ｖ２がモールド樹脂５０の流れる断面積に依存することから、このように比ｔ２／ｔ１が１未満の場合でも上記速度Ｖ１＝Ｖ２の関係を維持するか、あるいは、比ｔ２／ｔ１が１よりも大幅に小さくなれば、逆に半導体素子上流速Ｖ１の方が素子設置部上流速Ｖ２よりも速くなることは容易に推測される。

上記したように、ワイヤ流れは、半導体素子３０の両側から回り込んでくるモールド樹脂５０が半導体素子３０の下流で合流することによって、起こるものである。半導体素子上流速Ｖ１の方が素子設置部上流速Ｖ２よりも速くなっても、この合流は起こらないため、ワイヤ流れの問題は発生しない。こうしたことを根拠として、本実施形態では、樹脂厚相対比ｔ２／ｔ１が１．１５以下としている。

それによって、本実施形態では、素子設置部上流速Ｖ２を上記半導体素子上流速Ｖ１と同等以下にすることができ、モールド樹脂５０によるワイヤ流れを極力防止した構成を提供することができる。

（第２実施形態）
図７は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置１０１の概略断面構成を示す図である。本実施形態では、アイランド１０の上面１１側に凹部などを設けずに、半導体素子３０は、単純にアイランド１０の上面１１上に搭載された形で設置されている。

そして、半導体素子３０とダイボンド材３１とを極限まで薄くすることにより、上記樹脂厚相対比ｔ２／ｔ１が１．１５以下であることを実現したものである。たとえば、半導体素子３０の厚さを０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍ程度、ダイボンド材３１の厚さを０．０１ｍｍ〜０．０３ｍｍ程度まで薄くすれば、リードフレームには何の加工を施さなくても、上記樹脂厚相対比ｔ２／ｔ１を達成できる。

そして、本実施形態においても上記第１実施形態と同様の効果を奏する。ただし、本実施形態では、その構成上、比ｔ２／ｔ１が１以下となることはなく、１よりも大きく１．１５以下の範囲である。

（第３実施形態）
図８は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置１０２の概略断面構成を示す図である。図８に示されるように、本実施形態では、半導体素子３０は、単純にアイランド１０の上面１１上に搭載された形で設置されている。

さらに、本半導体装置１０２では、アイランド１０の上面１１のうち半導体素子３０と端子部２０との間に位置する部位、つまり、半導体素子３０以外のアイランド１０の上面１１の上に、スペーサ１４を搭載している。

このスペーサ１４は、アイランド１０の上面１１のうち半導体素子３０が設置される部位よりも突出する高さを有するものであり、たとえば、半導体素子３０が設置される部位が開口部１４ａとなった環状の部材とすることができる。

このようなスペーサ１４は、Ａｇペーストなどの接着剤やはんだなどの接合部材１４ａにより接合する。スペーサ１４の材料は何でもよく、任意に選定できるが、車載用途の半導体装置１０２の場合には、放熱性の良い金属材料、例えばＣｕ系材料、Ａｌなどが好ましい。

そして、アイランド上の樹脂厚さｔ２は、スペーサ１４上に位置するモールド樹脂５０の部分の厚さとする。本実施形態によれば、スペーサ１４が無い場合に比べて、スペーサ１４の突出高さの分、厚さｔ２を小さくすることができ、上記比ｔ２／ｔ１の関係を適切に満足することができる。

本実施形態では、この半導体装置１０２を製造するとき、樹脂封止工程において、上記図２に示したようなワークにスペーサ１４を取り付けておき、これを金型に入れて樹脂封止を行えばよい。それによって、上記第１実施形態と同様の効果を奏する。また、この場合も、リードフレーム自体には何の加工を施さなくてもよい。

（第４実施形態）
図９は、本発明の第４実施形態に係る半導体装置１０３の概略断面構成を示す図である。図９に示されるように、アイランド１０の上面１１のうち半導体素子３０が設置される部位には、当該部位をアイランド１０の上面１１と直交する方向、つまりアイランド１０の厚さ方向に貫通する貫通穴１５が設けられている。

そして、半導体素子３０は、このアイランド１０の貫通穴１５の内部に収納された形でアイランド１０に設置されている。この貫通穴１５は、半導体素子３０が入り込むことが可能なサイズのものであれば任意の穴形状を採用することができ、丸穴形状でも角穴形状でもよい。

本実施形態では、この半導体装置１０３を製造するとき、貫通穴１５を設けたリードフレームの下面に、ポリイミドなどよりなる電気絶縁性のフィルム１６を貼り付けて貫通穴１５を塞いでおく。

そして、この状態で、貫通穴１５に臨むフィルム１６の部分に接着剤１５ａを介して半導体素子３０を固定する。この接着剤１５ａとしては上記ダイボンド材と同様のものや、樹脂製の接着剤などを用いることができる。

次に、ワイヤボンディングを行い、この状態のまま樹脂封止、ダイシングを行い、その後、フィルム１６を剥がす。なお、フィルム１６は樹脂封止後に剥がし、その後ダイシングを行ってもよい。

それにより、本実施形態の半導体装置１０３は、図９においてフィルム１６が取り外された構成のものとなり、貫通穴１５に収納された半導体素子３０はモールド樹脂５０によって固定されたものとなる。

本実施形態によれば、貫通穴１５が無い場合に比べて、貫通穴１５に半導体素子３０が入り込んだ分、半導体素子３０の高さを低くすることができる。つまり、貫通穴１５の分、半導体素子上の樹脂厚さｔ１を大きくすることができ、上記比ｔ２／ｔ１の関係を適切に満足することができ、上記第１実施形態と同様の効果を奏する。

また、本実施形態では、貫通穴１５に半導体素子３０を沈め込ませているため、上記各実施形態のものに比べてパッケージ全体の厚みを薄くできる効果がある。

（第５実施形態）
図１０は、本発明の第５実施形態に係る半導体装置１０４の概略断面構成を示す図である。本実施形態は、上記第４実施形態を一部変形したものである。

本半導体装置１０４は、図１０に示されるように、アイランド１０の上面１１のうち半導体素子３０が設置される部位には、上記同様の貫通穴１５が設けられており、この貫通穴１５の内部に、半導体素子３０が収納されている。

ここで、本実施形態では、貫通穴１５から臨むフィルム１６の部分に半導体素子３０を固定するときに、上記第４実施形態のように接着剤１５ａ（上記図９参照）を介するのではなく、ポリイミドなどよりなるフィルム１６についている粘着剤による接合を行うものである。そのため、本実施形態では、上記第４実施形態では必要であったＡｇペースト等の接着剤が不要となり、コストダウンが図れる。

本実施形態でも、フィルム１６は樹脂封止後に剥がすことにより、半導体装置１０４は、図１０においてフィルム１６が取り外された構成のものとなる。そして、貫通穴１５に収納された半導体素子３０はモールド樹脂５０によって固定されたものとなる。そして、本実施形態によっても、上記第４実施形態と同様の効果を奏する。

（第６実施形態）
図１１は、本発明の第６実施形態に係る半導体装置１０５の概略断面構成を示す図である。図１１に示されるように、本半導体装置１０５は、アイランド１０の凹部１３の底部に、複数個（図１１では２個）の半導体素子３０を横置きで搭載したものであり、いわゆる並列型マルチチップ構造のものである。

本半導体装置１０５においても、上記第１実施形態と同様に、樹脂厚相対比ｔ２／ｔ１が１．１５以下を満足しており、モールド樹脂５０によるワイヤ流れを極力防止した構成を提供することができる。

なお、本実施形態では、複数個の半導体素子３０が、凹部１３の底部に横置きされた形でアイランド１０に設置されているが、たとえば、上記第２〜第５実施形態のような上面１１への搭載、スペーサ１４の適用、貫通穴１５の適用も可能である。

（第７実施形態）
図１２は、本発明の第７実施形態に係る半導体装置１０６の概略断面構成を示す図である。図１２に示されるように、本半導体装置１０６は、アイランド１０の凹部１３の底部に、複数個（図１２では２個）の半導体素子３０を縦置きで搭載したものであり、いわゆるスタック型マルチチップ構造のものである。

本半導体装置１０５においても、上記第１実施形態と同様に、樹脂厚相対比ｔ２／ｔ１が１．１５以下を満足しており、モールド樹脂５０によるワイヤ流れを極力防止した構成を提供することができる。

また、このように、複数の半導体素子３０を積層した場合、ダイボンド接続が複数箇所存在することから、複数個の半導体素子３０の全体の厚みばらつきが大きくなる。その点、樹脂厚相対比ｔ２／ｔ１が１でなく１．１５以下でよいという構成ならば、半導体素子３０の上面の高さと半導体素子３０以外のアイランド１０の上面１１の高さとで差をつけることができるため、本実施形態のような半導体装置１０６であっても、ワイヤ流れ防止効果は有効に発揮される。

なお、本実施形態においても、複数個の半導体素子３０を、凹部１３の底部に横置きした形態以外にも、上記第２〜第５実施形態のような設置形態が可能である。

（第８実施形態）
図１３は、本発明の第８実施形態に係る半導体装置１０７の概略断面構成を示す図である。図１３に示されるように、本半導体装置１０７では、上記第１実施形態の半導体装置において、アイランド１０の上面１１と直交する方向の寸法として、アイランド１０の厚さと端子部２０の厚さとを同一としたものである。

本半導体装置１０７においても、上記第１実施形態と同様に、樹脂厚相対比ｔ２／ｔ１が１．１５以下を満足しており、モールド樹脂５０によるワイヤ流れを極力防止した構成を実現している。ただし、上記第１実施形態では、上記図１（ａ）に示されるように、凹部１３を設けるために、アイランド１０のみ厚くしたが、本実施形態では、端子部２０も同じ厚みにした。

上記図１（ａ）に示される例では、アイランド１０の端部が端子部２０よりも高くなっているため、アイランド１０の端部へボンディングワイヤ４０が接触する可能性が懸念されるが、本実施形態のようにすれば、アイランド１０の端部へのワイヤ４０の接触の懸念が小さくなる。また、端子部２０を厚くすることにより、端子部２０を介した放熱性の向上が期待できる。なお、本実施形態は、上記した各実施形態と組み合わせて適用することができる。

（第９実施形態）
図１４は、本発明の第９実施形態に係る半導体装置１０８の概略断面構成を示す図である。図１４に示されるように、本半導体装置１０８では、上記第１実施形態の半導体装置において、アイランド１０の上面１１と直交する方向の寸法として、アイランド１０の厚さよりも端子部２０の厚さを大きくしたものである。

本半導体装置１０７においても、上記第１実施形態と同様に、樹脂厚相対比ｔ２／ｔ１が１．１５以下を満足しており、モールド樹脂５０によるワイヤ流れを極力防止した構成を実現している。

さらに、本実施形態では、端子部２０をアイランド１０よりも厚くすることにより、上記第８実施形態よりも、さらに、アイランド１０の端部へのワイヤ４０の接触の懸念が小さくなる。また、上記第８実施形態と同じく、端子部２０を厚くすることにより、端子部２０を介した放熱性の向上が期待できる。なお、本実施形態は、上記した各実施形態と組み合わせて適用することができる。

（他の実施形態）
なお、第３実施形態以降の実施形態においても、上記第１実施形態と同様に、樹脂厚相対比ｔ２／ｔ１が１未満でもよい。その理由は上記同様である。そして、この場合、たとえば、上記したアイランドの凹部１３や貫通穴１５の深さ、あるいはスペーサ１４の突出高さを変えて、半導体素子３０の上面を、半導体素子３０以外のアイランド１０の上面１１あるいはスペーサ１４の上面よりも低くしてやればよい。

また、素子設置部としては、リードフレームのアイランド１０でなく、リードフレームにかしめられたヒートシンクであってもよい。つまり、素子設置部と端子部とが同一のリードフレームから形成されたものではなく、別体のものから形成されていてもよい。この場合、ヒートシンクの周囲に、リードフレームの端子部が配置された形となる。また、上記各実施形態は、上記した範囲以外にも、可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）の上視平面図である。 上記第１実施形態に係る樹脂封止工程に用いる金型にワークを設置した状態を示す概略平面図である。 図２に示される金型にモールド樹脂を注入している様子を示す概略平面図である。 本発明者が試作した比較例としての半導体装置を示す概略断面図である。 解析により求めた樹脂厚相対比ｔ２／ｔ１と流速相対比Ｖ２／Ｖ１との関係を示す図である。 上記第１実施形態の樹脂封止工程におけるモールド樹脂の均一な流れを示す図である。 本発明の第２実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。 本発明の第３実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。 本発明の第４実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。 本発明の第５実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。 本発明の第６実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。 本発明の第７実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。 本発明の第８実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。 本発明の第９実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。 従来のＭＡＰ成形技術を用いて本発明者が試作した半導体装置における樹脂封止工程を示す概略平面図である。 ワイヤ流れの発生の様子を示す概略平面図である。

符号の説明

１０…素子設置部としてのアイランド、
１１…素子設置部の一面としてのアイランドの上面、１３…凹部、
１４…スペーサ、１５…貫通穴、２０…端子部、３０…半導体素子、
４０…ボンディングワイヤ、５０…モールド樹脂。

Claims (7)

1. 半導体素子（３０）と、
   前記半導体素子（３０）が設置される素子設置部（１０）と、
   前記素子設置部（１０）の周囲に配置された端子部（２０）と、
   前記素子設置部（１０）の一面（１１）側にて前記半導体素子（３０）と前記端子部（２０）とを接続するワイヤ（４０）と、
   前記素子設置部（１０）の前記一面（１１）側にて、前記半導体素子（３０）、前記素子設置部（１０）、前記端子部（２０）および前記ワイヤ（４０）を封止するモールド樹脂（５０）とを備える半導体装置において、
   前記半導体素子（３０）上に位置する前記モールド樹脂（５０）の部分の厚さｔ１と、前記素子設置部（１０）の一面（１１）のうち前記半導体素子（３０）と前記端子部（２０）との間に位置する部位上に位置する前記モールド樹脂（５０）の部分の厚さｔ２との比ｔ２／ｔ１が、１．１５以下であることを特徴とする半導体装置。
2. 前記素子設置部（１０）の一面（１１）のうち前記半導体素子（３０）が設置される部位には、前記素子設置部（１０）の一面（１１）のうち前記半導体素子（３０）と前記端子部（２０）との間に位置する部位よりも凹んだ凹部（１３）が設けられており、
   前記半導体素子（３０）は、前記凹部（１３）の底面に搭載さ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。
3. 前記素子設置部（１０）の前記一面（１１）のうち前記半導体素子（３０）と前記端子部（２０）との間に位置する部位に、前記素子設置部（１０）の前記一面（１１）のうち前記半導体素子（３０）が設置される部位よりも突出するスペーサ（１４）が搭載されており、
   前記厚さｔ２は、前記スペーサ（１４）上に位置する前記モールド樹脂（５０）の部分の厚さとさ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。
4. 前記素子設置部（１０）の前記一面（１１）のうち前記半導体素子（３０）が設置される部位には、当該部位を前記素子設置部（１０）の一面（１１）と直交する方向に貫通する貫通穴（１５）が設けられており、
   前記半導体素子（３０）は、前記貫通穴（１５）の内部に収納さ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。
5. 前記素子設置部（１０）の前記一面（１１）と直交する方向の寸法として、前記素子設置部（１０）の厚さと前記端子部（２０）の厚さとが同一であ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. 前記素子設置部（１０）の前記一面（１１）と直交する方向の寸法として、前記素子設置部（１０）の厚さよりも前記端子部（２０）の厚さが大きい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。
7. 前記ワイヤ（４０）の前記半導体素子（３０）側の接続部と前記ワイヤ（４０）の前記端子部（２０）側の接続部との距離（Ｌ１）が６ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の半導体装置。

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