JP2008205337A - 樹脂封止型半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性の低下および実装基板の配線領域の減少を抑制しながら、放熱性を向上させることが可能な樹脂封止型半導体装置を提供する。
【解決手段】この樹脂封止型半導体装置は、半導体チップ２が固定されたダイパッド１１と、ダイパッド１１の上面１１ａ側およびダイパッド１１の下面１１ｂ側の両方から半導体チップを封止する樹脂封止層３と、半導体チップ２と電気的に接続され、インナーリード部１２ｂが樹脂封止層３によって覆われている複数のリード端子１２とを備えている。また、ダイパッド１１には、リード端子１２方向（矢印Ｘ方向）に延びるとともに、平面的に見て、リード端子１２のインナーリード１２ｂ間に配置される放熱片１４が形成されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、樹脂封止型半導体装置に関し、特に、半導体チップが固定されるダイパッドを備えた樹脂封止型半導体装置に関する。

従来、良好な放熱性を有する樹脂封止型半導体装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。上記特許文献１には、半導体チップが固定されたダイパッドと、半導体チップを封止するパッケージ（樹脂封止層）と、半導体チップと電気的に接続されたリード端子とを備え、ダイパッドの下面が、パッケージ（樹脂封止層）の下面から露出するように構成された樹脂封止型半導体装置が記載されている。この樹脂封止型半導体装置では、露出されたダイパッドの下面を実装基板上に直接はんだ付けすることによって、半導体チップの動作時に生じた熱が、ダイパッドを介して、パッケージ（樹脂封止層）の外部に放熱されるように構成されている。このため、良好な放熱性を得ることが可能となる。なお、半導体チップとリード端子とは、ボンディングワイヤを介して、電気的に接続されている。

特開２００４−２３５２１７号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の樹脂封止型半導体装置では、基板実装した際に、ダイパッドの下面を実装基板に直接はんだ付けするため、実装基板におけるダイパッドが位置する下方の領域に、配線を設置することが困難になるという不都合がある。このため、実装基板の配線領域が減少するという問題点がある。また、実装基板上に、複数の樹脂封止型半導体装置を実装した場合には、実装基板の配線領域の減少は、さらに大きくなるため、高密度実装化が進む状況においては、大きな問題となる。なお、基板実装した際に、ダイパッドの下面を実装基板に直接はんだ付けをしなかった場合には、上記した問題点は解消される一方、ダイパッドと実装基板との間に、熱抵抗率の大きい空気の層が介在することになるので、この場合には、放熱性を向上させることが困難になるという問題が生じる。

また、上記特許文献１に記載の樹脂封止型半導体装置では、ダイパッドの下面がパッケージの下面から露出しているため、ダイパッドとパッケージとの熱膨張率差に起因して、ダイパットの側面とパッケージとの境界で剥離が生じ易くなるという不都合がある。このため、ダイパットの側面とパッケージとの境界で剥離が生じた場合には、その剥離部分からパッケージの内部に水分などが入り込み、ダイパッドやボンディングワイヤなどが腐食されてしまうという不都合がある。これにより、半導体装置の信頼性が低下するという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、信頼性の低下および実装基板の配線領域の減少を抑制しながら、放熱性を向上させることが可能な樹脂封止型半導体装置を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面による樹脂封止型半導体装置は、半導体チップが固定されたダイパッドと、ダイパッドの一方主面側、および、ダイパッドの他方主面側の両方から半導体チップを封止する樹脂封止層と、半導体チップと電気的に接続され、一方端部が樹脂封止層によって覆われている複数のリード端子とを備えている。そして、ダイパッドには、リード端子方向に延びるとともに、平面的に見て、リード端子間に配置される放熱片が形成されている。

この一の局面による樹脂封止型半導体装置では、上記のように、リード端子方向に延びるとともに、平面的に見て、リード端子間に配置される放熱片をダイパッドに形成することによって、ダイパッドとリード端子との間の距離を短くすることができる。ここで、半導体チップの動作時に生じた熱は、ダイパッドおよび樹脂封止層を介してリード端子に熱伝達された後、リード端子から樹脂封止層の外部に放熱される。このため、ダイパッドとリード端子との間の距離を短くすることによって、ダイパッドとリード端子との間に介在する熱抵抗率の大きい樹脂封止層の樹脂量を少なくすることができるので、樹脂封止層での熱抵抗を小さくすることができる。これにより、半導体チップの動作時に生じた熱を、ダイパッドの放熱片を介して、効率よく、リード端子に熱伝達させることができるので、放熱性を向上させることができる。

また、本発明の一の局面では、ダイパッドに、平面的に見て、リード端子間に配置される放熱片を形成することによって、ダイパッドの下面を実装基板に直接はんだ付けしなくても、放熱性を向上させることができるので、樹脂封止層と実装基板との間に空間が生じるように、樹脂封止型半導体装置を基板実装することができる。これにより、実装基板の樹脂封止型半導体装置が実装される領域に配線を設置することができるので、実装基板の配線領域が減少するのを抑制することができる。また、ダイパッドの一方主面側、および、ダイパッドの他方主面側の両方から半導体チップを樹脂封止層で封止することによって、ダイパッドの両方の主面を樹脂封止層で覆うことができるので、ダイパッドの一方主面または他方主面が樹脂封止層から露出されている場合に比べて、樹脂封止層の外表面に割れや欠けなどを発生し難くすることができる。このため、樹脂封止層の内部に水分などが入り込むのを抑制することができるので、樹脂封止層の内部に水分などが入り込むことに起因して、ダイパッドなどが腐食されてしまうという不都合が生じるのを抑制することができる。これにより、ダイパッドなどの腐食に起因する樹脂封止型半導体装置の信頼性の低下を抑制することができる。

上記一の局面による樹脂封止型半導体装置において、好ましくは、放熱片は、ダイパッドに複数形成されている。このように構成すれば、半導体チップの動作時に生じた熱を、複数の放熱片を介して、効率よく、複数のリード端子にそれぞれ熱伝達させることができるので、容易に、放熱性を向上させることができる。

この場合において、好ましくは、放熱片は、平面的に見て、リード端子と交互に配置されている。このように構成すれば、平面的に見て、隣り合うリード端子間のそれぞれに、放熱片を１つずつ配置することができるので、半導体チップの動作時に生じた熱を、複数の放熱片を介して、より効率よく、複数のリード端子のそれぞれに熱伝達させることができる。これにより、より容易に、放熱性を向上させることができる。

上記一の局面による樹脂封止型半導体装置において、好ましくは、ダイパッドの主面に対して垂直な方向において、ダイパッドとリード端子の一方端部とが同じ位置になるように構成されている。このように構成すれば、放熱片を折り曲げることなく、ダイパッドの主面に対して垂直な方向において、放熱片とリード端子の一方端部とが同じ位置になるように構成することができるので、放熱片を、リード端子のより近傍に容易に配置することができる。これにより、半導体チップの動作時に生じた熱を、ダイパッドの放熱片を介して、さらに効率よく、リード端子に熱伝達させることができるので、さらに容易に、放熱性を向上させることができる。

上記一の局面による樹脂封止型半導体装置において、好ましくは、放熱片の配置位置を固定するための固定部材をさらに備えている。このように構成すれば、リード端子に接触させることなくリード端子のより近傍に放熱片を配置することができるので、放熱片とリード端子との接触に起因する電気的な短絡を抑制しながら、容易に、放熱性を向上させることができる。

以上のように、本発明によれば、信頼性の低下および実装基板の配線領域の減少を抑制しながら、放熱性を向上させることが可能な樹脂封止型半導体装置を得ることができる。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、樹脂封止型半導体装置の一例であるＳＯＰ（Ｓｍａｌｌ Ｏｕｔｌｉｎｅ Ｐａｃｋａｇｅ）型の樹脂封止型半導体装置に本発明を適用した場合について説明する。

図１は、本発明の一実施形態による樹脂封止型半導体装置の樹脂封止層の一部を取り除いた状態を示す斜視図であり、図２は、図１に示した本発明の一実施形態による樹脂封止型半導体装置の平面図である。図３は、図１に示した本発明の一実施形態による樹脂封止型半導体装置の樹脂封止層の一部を取り除いた状態を示す平面図であり、図４は、図２の１００−１００線に沿った断面図である。まず、図１〜図４を参照して、本発明の一実施形態による樹脂封止型半導体装置の構造について説明する。

一実施形態による樹脂封止型半導体装置は、図１〜図３に示すように、リードフレーム１と、リードフレーム１に装着される半導体チップ２と、半導体チップ２を樹脂封止する樹脂封止層３とを備えている。なお、リードフレーム１は、たとえば、燐青銅や無酸素銅などの銅系（銅またはその合金）材料などからなる金属板によって構成されている。また、樹脂封止層３は、たとえば、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂によって構成されている。

リードフレーム１は、図３に示すように、１つのダイパッド１１と、ダイパッド１１から分離された複数のリード端子１２と、ダイパッド１１に一体的に連結された２つの吊りリード１３とを含んでいる。このダイパッド１１は、平面的に見て、四角形状に形成されている。また、ダイパッド１１は、半導体チップ２の平面積よりも大きい平面積を有するように構成されている。また、ダイパッド１１の上面１１ａ（一方主面）上には、図３および図４に示すように、はんだ材や銀ペーストなどによって形成された接着層５（図４参照）を介して、半導体チップ２が固定されている。また、２つの吊りリード１３は、図３に示すように、矢印Ｙ方向に延びるとともに、ダイパッド１１の互いに対向する２つの辺にそれぞれ連結されている。この吊りリード１３は、ダイパッド１１を保持する機能を有している。

また、複数のリード端子１２は、図１、図３および図４に示すように、それぞれ、樹脂封止層３から導出された部分であるアウターリード部１２ａと、半導体チップ２と共に樹脂封止層３により覆われているインナーリード部（一方端部）１２ｂとを有している。このアウターリード部１２ａは、図１および図４に示すように、リード端子１２がガルウィング形状となるように折り曲げられており、はんだ層６（図４参照）を介して実装基板４０（図４参照）に電気的に接続されている。また、インナーリード部１２ｂは、図１、図３および図４に示すように、ボンディングワイヤ（たとえば、金線）４を介して、半導体チップ２に電気的に接続されている。すなわち、半導体チップ２は、実装基板４０に対して電気的に接続されている。なお、一実施形態による樹脂封止型半導体装置では、樹脂封止層３と実装基板４０との間に空間が生じるように基板実装（表面実装）される。

また、複数のリード端子１２は、図１および図３に示すように、互いに分離されているとともに、ダイパッド１１を２方向から挟むように配置されている。具体的には、複数のリード端子１２は、図３に示すように、所定数のリード端子１２をそれぞれ含む２つのグループに分けられており、その所定数のリード端子１２をそれぞれ含む２つのグループは、ダイパッド１１の吊りリード１３が連結された辺とは異なる２つの辺の近傍にそれぞれ配置されている。また、リード端子１２は、矢印Ｘ方向に延びるように形成されるとともに、矢印Ｙ方向に所定の間隔を隔てて配列されている。

ここで、本実施形態では、図１および図３に示すように、ダイパッド１１の吊りリード１３が連結された辺とは異なる２つの辺に、複数の放熱片１４が一体的に連結されている。この放熱片１４は互いに分離されており、リード端子１２に沿って（矢印Ｘ方向に）延びるように形成されているとともに、ダイパッド１１の辺毎に、矢印Ｘ方向と直交する矢印Ｙ方向に所定の間隔を隔てて配列されている。すなわち、複数の放熱片１４は、ダイパッド１１の２つの辺に、それぞれ、櫛歯状に形成されている。

また、本実施形態では、複数の放熱片１４は、平面的に見て、リード端子１２のインナーリード部１２ｂ間にそれぞれ配置されている。具体的には、隣り合うインナーリード部１２ｂ間のそれぞれに、放熱片１４が１つずつ配置されている。すなわち、放熱片１４は、平面的に見て、リード端子１２（インナーリード部１２ｂ）と交互に配置されている。また、放熱片１４上およびアウターリード部１２ａ上には、ポリイミドからなる接着テープ７が貼り付けられており、これによって、放熱片１４とインナーリード部１２ｂ（リード端子１２）とが電気的に接続されないように、放熱片１４の配置位置が固定されている。なお、接着テープ７は、本発明の「固定部材」の一例である。

また、本実施形態では、図４に示すように、ダイパッド１１の上面１１ａに対して垂直な方向（矢印Ｚ方向）において、ダイパッド１１とリード端子１２のインナーリード部１２ｂとが実質的に同じ高さ位置になるように構成されている。

また、樹脂封止層３は、図２に示すように、平面的に見て、四角形状に形成されている。すなわち、樹脂封止層３は、平面的に見て、４つの辺を有している。この四角形状の樹脂封止層３の互いに対向する２つの辺からは、それぞれ、所定数のリード端子１２（アウターリード部１２ａ）が、樹脂封止層３の外部に突出している。また、樹脂封止層３は、図４に示すように、ダイパッド１１の上面（一方主面）１１ａ側に位置する上部領域３１と、ダイパッド１１の上面１１ａとは反対の下面（他方主面）１１ｂ側に位置する下部領域３２とを有している。そして、樹脂封止層３の上部領域３１および下部領域３２によって、ダイパッド１１の上面１１ａ側およびダイパッド１１の下面１１ｂ側の両方から半導体チップ２が樹脂封止されている。

本実施形態では、上記のように、リード端子１２方向（矢印Ｘ方向）に延びるとともに、平面的に見て、リード端子１２（インナーリード部１２ｂ）間に配置される放熱片１４を、ダイパッド１１の２つの辺にそれぞれ形成することによって、ダイパッド１１とリード端子１２との間の距離を短くすることができる。ここで、半導体チップ２の動作時に生じた熱は、ダイパッド１１および樹脂封止層３を介してリード端子１２に熱伝達された後、リード端子１２から樹脂封止層３の外部に放熱される。このため、ダイパッド１１とリード端子１２（インナーリード部１２ｂ）との間の距離を短くすることによって、ダイパッド１１とリード端子１２（インナーリード部１２ｂ）との間に介在する熱抵抗率の大きい樹脂封止層３の樹脂量を少なくすることができるので、樹脂封止層３での熱抵抗を小さくすることができる。これにより、半導体チップ２の動作時に生じた熱を、ダイパッド１１の放熱片１４を介して、効率よく、リード端子１２に熱伝達させることができるので、樹脂封止型半導体装置の放熱性を向上させることができる。

また、本実施形態では、ダイパッド１１に、インナーリード部１２ｂ間に配置される放熱片１４を形成することによって、ダイパッド１１の下面１１ｂを実装基板４０に直接はんだ付けしなくても、樹脂封止型半導体装置の放熱性を向上させることができるので、樹脂封止層３と実装基板４０との間に空間が生じるように、基板実装（表面実装）することができる。これにより、実装基板４０の樹脂封止型半導体装置が実装される領域に配線を設置することができるので、実装基板４０の配線領域が減少するのを抑制することができる。

また、本実施形態では、ダイパッド１１の上面１１ａ側、および、ダイパッド１１の下面１１ｂ側の両方から半導体チップ２を樹脂封止層３で樹脂封止することによって、ダイパッド１１の上面１１ａおよび下面１１ｂの両方を樹脂封止層３で覆うことができるので、ダイパッド１１の下面が樹脂封止層３の下面から露出されている場合に比べて、樹脂封止層３の外表面に割れや欠けなどを発生し難くすることができる。このため、樹脂封止層３の内部に水分などが入り込むのを抑制することができるので、樹脂封止層３の内部に水分などが入り込むことに起因して、ダイパッド１１などが腐食されてしまうという不都合が生じるのを抑制することができる。これにより、ダイパッド１１などの腐食に起因する樹脂封止型半導体装置の信頼性の低下を抑制することができる。

また、本実施形態では、複数の放熱片１４を、平面的に見て、リード端子１２のインナーリード部１２ｂと交互に配置することによって、半導体チップ２の動作時に生じた熱を、複数の放熱片１４を介して、より効率よく、複数のリード端子１２のそれぞれに熱伝達させることができるので、より容易に、樹脂封止型半導体装置の放熱性を向上させることができる。

また、本実施形態では、ダイパッド１１の主面に対して垂直な方向（矢印Ｚ方向）において、放熱片１４とリード端子１２のインナーリード部１２ｂとが、同じ高さ位置になるように構成することによって、放熱片１４を折り曲げることなく、矢印Ｚ方向において、放熱片１４とリード端子１２のインナーリード部１２ｂとが同じ高さ位置になるように構成することができるので、放熱片１４を、リード端子１２のインナーリード部１２ｂのより近傍に容易に配置することができる。これにより、半導体チップ２の動作時に生じた熱を、ダイパッド１１の放熱片１４を介して、さらに効率よく、リード端子１２に熱伝達させることができるので、さらに容易に、樹脂封止型半導体装置の放熱性を向上させることができる。

また、本実施形態では、放熱片１４上およびアウターリード部１２ａ上に、ポリイミドからなる接着テープ７を貼り付けることによって、放熱片１４の配置位置を固定することができるので、リード端子１２に接触させることなくリード端子１２（インナーリード部１２ｂ）のより近傍に放熱片１４を配置することができるので、放熱片１４とリード端子１２（インナーリード部１２ｂ）との接触に起因する電気的な短絡を抑制しながら、容易に、放熱性を向上させることができる。

図５〜図７は、図１に示した本発明の一実施形態による樹脂封止型半導体装置の製造方法を説明するための平面図である。次に、図１および図４〜図７を参照して、本発明の一実施形態による樹脂封止型半導体装置の製造方法について説明する。

まず、図５に示すように、燐青銅や無酸素銅などの銅系（銅またはその合金）材料からなる薄板を、打ち抜きプレス加工またはエッチング加工などを行うことによって、リードフレーム１を一体的に形成する。この際、リードフレーム１は、ダイパッド１１、ダイパッド１１から分離された複数のリード端子１２、ダイパッド１１に一体的に連結されたダイパッド１１を保持するための２つの吊りリード１３、ダム部材１５、および、位置決め孔１６を含むように構成する。

ここで、本実施形態では、リードフレーム１を形成する際に、複数の放熱片１４をダイパッド１１に一体的に形成する。この放熱片１４は、リード端子１２に沿って延びるように形成するとともに、矢印Ｙ方向に所定の間隔を隔てて配列するように形成する。すなわち、平面的に見て、櫛歯状に放熱片１４を形成する。また、放熱片１４は、隣り合うインナーリード部１２ｂ間のそれぞれに１つずつ配置されるように形成する。

次に、図６に示すように、ダイパッド１１の上面１１ａ上に、はんだ材や銀ペーストなどによって形成された接着層５（図４参照）を介して、半導体チップ２を固定する。その後、半導体チップ２の電極パッドとインナーリード部１２ｂとを、ボンディングワイヤ４を介して、電気的に接続する。次に、放熱片１４上およびアウターリード部１２ａ上に、ポリイミドからなる接着テープ７を貼り付けることによって、放熱片１４とインナーリード部１２ｂ（リード端子１２）とが電気的に接続されないように、放熱片１４の配置位置を固定する。

続いて、図７に示すように、トランスファ成型装置などを用いて、樹脂封止層３により、リード端子１２のインナーリード部１２ｂ、半導体チップ２、ボンディングワイヤ４、ダイパッド１１、および、放熱片１４を樹脂封止する。

次に、吊りリード１３の樹脂封止層３からの突出部、ダム部材１５、および、リード端子１２（アウターリード部１２ａ）をそれぞれ切断する。最後に、アウターリード部１２ａを樹脂封止層３の外部で、ガルウィング形状に折り曲げる。このようにして、図１に示した、本発明の一実施形態による樹脂封止型半導体装置が製造される。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、ＳＯＰ型の樹脂封止型半導体装置に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限らず、ＳＯＰ型以外の樹脂封止型半導体装置に本発明を適用してもよい。ＳＯＰ型以外の樹脂封止型半導体装置としては、たとえば、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）型などの樹脂封止型半導体装置が考えられる。

また、上記実施形態では、放熱片とインナーリード部とを交互に配置した例を示したが、本発明はこれに限らず、放熱片とインナーリード部とは交互に配置されないように構成してもよい。たとえば、隣り合うインナーリード部間に複数の放熱片が配置されていても良いし、隣り合うインナーリード部間に放熱片が配置されていない部分があってもよい。

また、上記実施形態では、接着テープを用いて、放熱片の配置位置を固定した例を示したが、本発明はこれに限らず、接着テープ以外の固定部材を用いて、放熱片の配置位置を固定してもよい。また、接着テープなどの放熱片の配置位置を固定する固定部材を備えない構成にしてもよい。

また、上記実施形態では、ダイパッドの主面に対して垂直な方向において、ダイパッドとインナーリード部とが同じ高さ位置になるように構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、図８に示すように、ダイパッドの主面に対して垂直な方向において、ダイパッド１１１の位置をインナーリード部１２ｂよりも下げるように構成してもよい。このように構成した場合でも、放熱片１１４を折り曲げることによって、放熱片１１４をインナーリード部１２ｂの近傍に配置することが可能となる。

また、上記実施形態では、ダイパッドの主面に対して垂直な方向において、放熱片とインナーリード部とが同じ位置になるように構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、平面的に見て、放熱片がインナーリード部の間に配置されていれば、ダイパッドの主面に対して垂直な方向において、放熱片とインナーリード部とが異なる位置であってもよい。

本発明の一実施形態による樹脂封止型半導体装置の樹脂封止層の一部を取り除いた状態を示す斜視図である。 図１に示した本発明の一実施形態による樹脂封止型半導体装置の平面図である。 図１に示した本発明の一実施形態による樹脂封止型半導体装置の樹脂封止層の一部を取り除いた状態を示す平面図である。 図２の１００−１００線に沿った断面図である。 図１に示した本発明の一実施形態による樹脂封止型半導体装置の製造方法を説明するための平面図である。 図１に示した本発明の一実施形態による樹脂封止型半導体装置の製造方法を説明するための平面図である。 図１に示した本発明の一実施形態による樹脂封止型半導体装置の製造方法を説明するための平面図である。 本発明の変形例による樹脂封止型半導体装置を示す断面図である。

符号の説明

１ リードフレーム
２ 半導体チップ
３ 樹脂封止層
４ ボンディングワイヤ
５ 接着層
６ はんだ層
７ 接着テープ（固定部材）
１１、１１１ ダイパッド
１２ リード端子
１２ａ アウターリード部
１２ｂ インナーリード部（一方端部）
１３ 吊りリード
１４、１１４ 放熱片
１５ ダム部材
１６ 位置決め孔
３１ 上部領域
３２ 下部領域
４０ 実装基板

Claims (5)

1. 半導体チップが固定されたダイパッドと、
   前記ダイパッドの一方主面側および前記ダイパッドの他方主面側の両方から前記半導体チップを封止する樹脂封止層と、
   前記半導体チップと電気的に接続され、一方端部が前記樹脂封止層によって覆われている複数のリード端子とを備え、
   前記ダイパッドには、前記リード端子方向に延びるとともに、平面的に見て、前記リード端子間に配置される放熱片が形成されていることを特徴とする、樹脂封止型半導体装置。
2. 前記放熱片は、前記ダイパッドに複数形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の樹脂封止型半導体装置。
3. 前記放熱片は、平面的に見て、前記リード端子と交互に配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の樹脂封止型半導体装置。
4. 前記ダイパッドの主面に対して垂直な方向において、
   前記ダイパッドと前記リード端子の一方端部とが同じ位置になるように構成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の樹脂封止型半導体装置。
5. 前記放熱片の配置位置を固定するための固定部材をさらに備えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の樹脂封止型半導体装置。

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