JP2009158674A - Bar for lead frame, the lead frame, and manufacturing method of bar for the lead frame - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体パッケージ等の半導体装置のリードフレーム、および該リードフレームに用いる条材に関するものである。 The present invention relates to a lead frame of a semiconductor device such as a semiconductor package, and a strip used for the lead frame.
近年における電子機器の普及・進展により、搭載される半導体パッケージには高性能化・小型化・薄型化の要求がますます高まっている。半導体パッケージの高性能化により、半導体パッケージの発熱量は増加傾向にある。さらに半導体パッケージの小型化はエネルギー密度の上昇を意味し、局所的な発熱量の増大から、より積極的な発熱対策が必要になってきている。加えて、最近では半導体パッケージを用いた電子機器が自動車用途にも多く使用されており、エンジンルーム内などの高温環境下においても十分な放熱性を確保することが求められている。 Due to the spread and progress of electronic devices in recent years, there is an increasing demand for higher performance, smaller size and thinner semiconductor packages. Due to the high performance of semiconductor packages, the amount of heat generated by the semiconductor packages tends to increase. Furthermore, the miniaturization of the semiconductor package means an increase in energy density, and a more aggressive countermeasure against heat generation has become necessary due to a local increase in heat generation. In addition, recently, electronic devices using semiconductor packages are often used for automobiles, and it is required to ensure sufficient heat dissipation even in a high temperature environment such as in an engine room.
図2は、従来の半導体パッケージの概略を示す断面模式図である。一般的に半導体パッケージ1では、半導体チップ2がリードフレーム3のダイパット31に搭載され、リードフレーム3のリード32と半導体チップ2とがボンディングワイヤ4で結線され、それら(半導体チップ2、ダイパット31、ボンディングワイヤ4、リ―ド32の一部)がモールド樹脂5で樹脂封止された構造になっている。半導体チップ2で発生した熱は、ボンディングワイヤ4を介してリード32に伝わり外部へ放熱される。また、しばしばモールド樹脂5の外面に放熱フィン6が設置され、モールド樹脂を介した伝熱が該フィンからも放熱される。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an outline of a conventional semiconductor package. In general, in the semiconductor package 1, the
しかしながら、高性能化・高集積化した半導体パッケージにおいては、従来の構造での放熱性が不十分な場合がある。そこで、その放熱対策として半導体パッケージの樹脂封止部に冷却管や中空の導管を設け、半導体パッケージ全体の放熱性を向上させた半導体装置が開示されている(例えば、特許文献1〜2)。 However, in a semiconductor package with high performance and high integration, the heat dissipation in the conventional structure may be insufficient. Therefore, as a heat dissipation measure, a semiconductor device is disclosed in which a cooling pipe or a hollow conduit is provided in the resin sealing portion of the semiconductor package to improve the heat dissipation of the entire semiconductor package (for example, Patent Documents 1 and 2).
一方、半導体パッケージにおいて半導体チップと組み合わされるリードフレーム材料には、機械的強度、電気伝導度、熱伝導度、耐食性などに優れた特性を有することが要求される。なかでも上述した半導体パッケージへの要求に対応すべく、近年では特に、低消費電力化(電気伝導度)や放熱対策(熱伝導度)の観点から銅系素材の条材(銅または銅合金の条材を総括して銅条と称す)が広く使用されている。また、リードフレーム用条材として、半導体チップが搭載されるダイパット部分を厚肉化することでヒートシンクの機能を付与することができる異型断面条材がしばしば使用される。 On the other hand, a lead frame material combined with a semiconductor chip in a semiconductor package is required to have excellent properties such as mechanical strength, electrical conductivity, thermal conductivity, and corrosion resistance. In particular, in order to meet the demands for the above-described semiconductor packages, in particular, from the viewpoint of low power consumption (electrical conductivity) and heat dissipation measures (thermal conductivity), strips of copper-based materials (copper or copper alloy The strips are collectively referred to as copper strips). Further, as the lead frame strip material, an irregular cross-section strip material that can impart a heat sink function by thickening a die pad portion on which a semiconductor chip is mounted is often used.
図3は、従来の異型断面条材の例を示す横断面模式図である。リードフレーム用条材3’は、リードフレーム形状に成形された際にダイパット31となるダイパット部31’とリード32となるリード部32’とが一体に形成され、かつ幅方向に少なくとも2種類の板厚(例えば、薄肉部と厚肉部)を有している。また、リードフレーム3の製造工程は、一般的に、ダイパット部31’とリード部32’が一体成形された条材を製造する「条材形成工程」、プレス機等により条材をデザインされた形状(ダイパット31やリード32)に打ち抜く「プレス工程」、リードフレームの必要な箇所にめっきを施す「めっき工程」などから構成される。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of a conventional irregular cross-section strip. In the lead frame strip 3 ', a die pad portion 31' that becomes a
上述したように、近年の半導体パッケージにおいて放熱対策は極めて重要な課題である。しかしながら、特許文献1,2に記載されたような半導体パッケージでは、放熱用の冷却管や中空の導管が樹脂封止部に設置されることから樹脂封止部が必然的に厚くなり易く、半導体パッケージの薄型化要求への対応に適さない問題がある。
As described above, heat radiation countermeasures are extremely important issues in recent semiconductor packages. However, in the semiconductor package as described in
従って、本発明の目的は、半導体パッケージに対する高性能化・小型化・薄型化の要求に対応しつつ、放熱性能の向上に寄与するリードフレームおよびリードフレーム用条材を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a lead frame and a lead frame strip that contribute to the improvement of heat dissipation performance while meeting the demands for high performance, downsizing, and thinning of semiconductor packages.
本発明は、上記目的を達成するため、薄肉部と厚肉部とを有する異型断面条材であって、前記厚肉部の内部に流体用の流路が形成されていることを特徴とするリードフレーム用条材を提供する。条材の素材としては、銅または銅合金であることが好ましい。 In order to achieve the above object, the present invention is a modified cross-section strip having a thin part and a thick part, wherein a fluid flow path is formed inside the thick part. Provides lead frame strips. The strip material is preferably copper or a copper alloy.
また、本発明は、上記目的を達成するため、電気的端子となるリードと半導体チップが搭載されるダイパットとを有するリードフレームであって、前記ダイパットの内部に流体用の流路が形成されていることを特徴とするリードフレームを提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides a lead frame having a lead serving as an electrical terminal and a die pad on which a semiconductor chip is mounted, wherein a fluid flow path is formed inside the die pad. A lead frame is provided.
また、本発明は、上記目的を達成するため、上記の本発明に係るリードフレーム用条材の製造方法であって、条材の幅方向において少なくとも2種類の肉厚を有する異型断面条材を成形する工程と、前記条材の厚肉部の一方の面に溝を形成する工程と、前記溝に蓋をすることによって前記厚肉部の内部に流体用の流路を形成する工程とを有することを特徴とするリードフレーム用条材の製造方法を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides a method for manufacturing a lead frame strip according to the present invention, wherein a modified cross-section strip having at least two types of thickness in the width direction of the strip is provided. A step of forming, a step of forming a groove on one surface of the thick portion of the strip material, and a step of forming a fluid flow path inside the thick portion by covering the groove. There is provided a method for manufacturing a lead frame strip.
本発明によれば、半導体パッケージに対する高性能化・小型化・薄型化の要求に対応しつつ、放熱性能の向上に寄与するリードフレームおよびリードフレーム用条材を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a lead frame and a lead frame strip that contribute to an improvement in heat dissipation performance while meeting demands for high performance, downsizing, and thinning of a semiconductor package.
以下に、図を参照しながら、本発明に係る実施の形態を説明する。ただし、本発明はここで取り上げた実施の形態に限定されることはない。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiment taken up here.
図1は、本発明に係るリードフレーム用条材の1例を示す模式図であり、図1(a)が部分断面斜視図、図1(b)が横断面図である。図に示したように、本発明に係るリードフレーム用条材30は、リードフレーム形状に成形された際にダイパット31となるダイパット部31’とリード32となるリード部32’とが一体に形成され、幅方向に少なくとも2種類の板厚(例えば、薄肉部と厚肉部)を有しており、かつ条材厚肉部(ダイパット部31’)の内部に冷却流体用の流路34が形成されている。なお、前記「厚肉部の内部」とは、リードフレーム形状に成形されてダイパット31になった際に、冷却流体用の流路34の全体がダイパット31に没している状態になるようなものを含む。
1A and 1B are schematic views showing an example of a strip material for a lead frame according to the present invention, in which FIG. 1A is a partial sectional perspective view and FIG. 1B is a transverse sectional view. As shown in the figure, the
また、図1では一山の異型断面条材の場合を例示したが、本発明は一山に限定されるものではなく、複数の山を有する異型断面条材でもよい。異型断面条材の素材としては特に限定されるものではないが、銅または銅合金であることが好ましい。また、ダイパット部31’に搭載する部材も半導体チップ(例えば、シリコンチップやLED素子)に限定されるものではなく、コネクタやコンデンサ等の電子部品であってもよい。 Moreover, although the case of the irregular cross-section strip of one mountain was illustrated in FIG. 1, the present invention is not limited to a single mountain and may be an irregular cross-section strip having a plurality of peaks. Although it does not specifically limit as a raw material of atypical cross-section strip material, It is preferable that they are copper or a copper alloy. The member mounted on the die pad portion 31 'is not limited to a semiconductor chip (for example, a silicon chip or an LED element), and may be an electronic component such as a connector or a capacitor.
つぎに、本発明に係るリードフレーム用条材の製造方法について説明する。まず、リードフレームの材料となる板材を異型断面形状の(幅方向に少なくとも2種類の板厚(例えば、ダイパット部31’とリード部32’)を有する)条材に成形加工する(条材成形工程)。異型断面条材の成形加工方法は、特に限定されず既知の方法を利用することができる。
Next, a method for producing a lead frame strip according to the present invention will be described. First, a plate material which is a material for the lead frame is formed into a strip material having an irregular cross-sectional shape (having at least two plate thicknesses in the width direction (for example, a
つぎに、前記異型断面条材の厚肉部の一方の面に溝を形成する(溝形成工程)。溝の形成加工方法も特に限定されず、切削加工や圧延加工など既知の金属加工方法を利用することができる。連続的な溝形成の観点から、各溝は、互いに平行であることが好ましく、条材の長手方向に平行であることが好ましい。また、溝の幅・深さ・本数・ピッチは、期待する冷却能に合わせて適宜設計されればよい。代表的には、幅0.5 mm以上、深さ0.04〜0.6 mm、ピッチ2mm以上などが挙げられる。 Next, a groove is formed on one surface of the thick portion of the irregular cross-section strip (groove forming step). The groove forming method is not particularly limited, and a known metal processing method such as cutting or rolling can be used. From the viewpoint of continuous groove formation, the grooves are preferably parallel to each other, and preferably parallel to the longitudinal direction of the strip. Further, the width, depth, number, and pitch of the grooves may be appropriately designed according to the expected cooling ability. Typically, the width is 0.5 mm or more, the depth is 0.04 to 0.6 mm, and the pitch is 2 mm or more.
つぎに、前記溝に蓋をするように(凹凸の凸部上に当接するように)板材33を接合して流路34を形成する(流路形成工程)ことにより、本発明に係るリードフレーム用条材が製造される。板材の接合方法は特に限定されず、半導体パッケージ製造工程における耐熱性・耐薬品性を有する限り既知の方法を利用することができる。なお、板材11の代わりに溝を形成した異型断面条材同士を張り合わせ、互いに他方の溝に蓋をするような構造でもよい。
Next, the
本発明に係るリードフレーム用条材は、金属材料である異型断面条材の厚肉部(ダイパット部31’)の内部に流路が形成されていることから、プレス工程によりデザインされた所定の形状(ダイパットやリードを有するリードフレーム)に打ち抜くことができる。また、同様の理由により、半導体パッケージにおける樹脂封止部の厚みを最小限に抑えることができ、半導体パッケージの薄型化要求への対応が可能となる。さらに、長尺の条材に対して連続的に流路形成加工をすることができることから量産するのに好適であり、個々の半導体パッケージごとに個別に冷却管を設けるという煩雑な工程を要する従来の半導体パッケージの製造に比して、結果として半導体パッケージの製造コストの低減に寄与できる。
In the lead frame strip according to the present invention, the flow path is formed inside the thick section (
本発明に係る(ダイパットの内部に流体用の流路が形成されている)リードフレームを使用した半導体パッケージ(実施例1)、ダイパットの内部に流体用の流路の無いリードフレームを使用した従来の半導体パッケージ(比較例1)、ダイパットの内部に流体用の流路の無いリードフレームを使用し樹脂封止部の外面にアルミニウム製の放熱フィンを設置した従来の半導体パッケージ(比較例2)を製造し、半導体チップに同じ負荷を掛けた場合(すなわち、発生熱量が同じ場合)における半導体パッケージの表面温度を比較した。なお、実施例1における流体用の流路の寸法は、幅2mm、高さ1mm、ピッチ5mmとし、比較例2における放熱フィンの寸法は、縦15 mm、横15 mm、高さ6.5 mm、ピッチ3mmとした。また、リードフレームの平面形状および半導体チップはいずれも同じものとし、冷却用流体として20℃の空気を10 m/sの流速で半導体パッケージ面と平行に流した。 A semiconductor package (Example 1) using a lead frame according to the present invention (a flow path for fluid is formed inside a die pad), and a conventional one using a lead frame without a flow path for fluid inside the die pad The conventional semiconductor package (Comparative Example 2) in which a lead frame without a fluid flow path is used inside the die pad and aluminum radiating fins are installed on the outer surface of the resin sealing portion. The surface temperature of the semiconductor package when the same load was applied to the semiconductor chip (that is, when the amount of generated heat was the same) was compared. The dimensions of the fluid flow path in Example 1 are 2 mm in width, 1 mm in height, and 5 mm in pitch. In Comparative Example 2, the dimensions of the radiation fin are 15 mm in length, 15 mm in width, 6.5 mm in height, and pitch. It was 3 mm. The planar shape of the lead frame and the semiconductor chip were the same, and air at 20 ° C. was flowed as a cooling fluid in parallel with the semiconductor package surface at a flow rate of 10 m / s.
比較例1の半導体パッケージの表面温度が100℃を超えるような負荷状況において、実施例1および比較例2の表面温度は60℃程度であり、比較例1に比して放熱能力が高いことが確認された。一方、回路基板上への高密度実装のために要求される半導体パッケージの小型化・薄型化の観点から見ると、樹脂封止部の外面にアルミニウム製の放熱フィンを設置した比較例2は要求を明らかに満たせないと言える。 In a load situation where the surface temperature of the semiconductor package of Comparative Example 1 exceeds 100 ° C., the surface temperature of Example 1 and Comparative Example 2 is about 60 ° C., and the heat dissipation capability is higher than that of Comparative Example 1. confirmed. On the other hand, from the viewpoint of miniaturization and thinning of a semiconductor package required for high-density mounting on a circuit board, Comparative Example 2 in which aluminum radiating fins are installed on the outer surface of the resin sealing portion is required. It can be said that it is not clearly satisfied.
したがって、実施例1に用いたリードフレームは、半導体パッケージに対する高性能化・小型化・薄型化の要求に対応し、かつ放熱性能を向上させられることが明らかになった。なお、特許文献1,2に記載されたような半導体パッケージも高い放熱能力を有すると考えられるが、前述したように、放熱用の冷却管や中空の導管が樹脂封止部に設置されることから樹脂封止部が必然的に厚くなり易く、半導体パッケージの薄型化要求への対応に適さない問題がある。
Therefore, it has been clarified that the lead frame used in Example 1 can meet the demands for high performance, downsizing, and thinning of the semiconductor package and can improve the heat dissipation performance. In addition, although it is thought that the semiconductor package as described in
1…半導体パッケージ、2…半導体チップ、
3…リードフレーム、31…ダイパット、32…リード、
3’…リードフレーム用条材、31’…ダイパット部、32’…リード部、
4…ボンディングワイヤ、5…モールド樹脂、6…放熱フィン、
30…リードフレーム用条材、33…板材、34…流路。
1 ... semiconductor package, 2 ... semiconductor chip,
3 ... lead frame, 31 ... die pad, 32 ... lead,
3 '... Lead frame material, 31' ... Die pad part, 32 '... Lead part,
4 ... bonding wire, 5 ... mold resin, 6 ... radiating fin,
30 ... strip material for lead frame, 33 ... plate material, 34 ... flow path.
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