JP2010103411A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ゲート口の位置及びゲート口に対向するリードフレーム先端の形状を調節することで、樹脂パッケージのゲート口に対向する面に、樹脂の上面側及び下面側の流れがほぼ同時に到達し得る半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体チップ２０と、半導体チップが搭載されるチップ搭載部３１、該チップ搭載部の一端側に、切り欠き部を有したフィン部３２、及び他端側に配置され、樹脂パッケージの外部に突出するアウターリード３３ａを含む端子部３３から構成され、これらが一体的に構成されるリードフレーム３０と、これらを封止する樹脂が注入されるゲート口が、樹脂パッケージの前記端子部と対向する面に設けられている樹脂パッケージ４０とを備え、チップ搭載部とフィン部との間に設けた段差３４により、チップ搭載部の裏面を樹脂パッケージ表層に近接させており、切り欠き部を有したフィン部の先端３２ｂが反り上げられたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ダイオードやトランジスタ等の半導体チップと、リードフレームと、を樹脂により封止した樹脂パッケージを持つ半導体装置に関するものである。

従来の半導体装置１００は、図５及び図６に示すように、半導体チップ２００と、半導体チップ２００が搭載されるチップ搭載部３１０と端子部３３０から一体的に構成されるリードフレーム３００と、これらを樹脂により封止した樹脂パッケージ４００とを有する。

リードフレーム３００はチップ搭載部３１０の一端側に切り欠きを有しており、他端側に端子部３３０が延在している。端子部３３０からは樹脂パッケージ４００外部に突出する形で、アウターリード３３０ａがさらに延在している。

ここで、半導体装置の製造方法を簡単に説明する。半導体チップが搭載されたリードフレームを樹脂成形金型の下型上に配置し、これに同上型で蓋がされ、下型と上型を合わせることで金型内部の空間（キャビティ）が形成される。そしてキャビティ内に封止のための樹脂を注入することにより樹脂パッケージが形成されるが、樹脂は前記切り欠きに対向する面に設けられたゲート口から注入され、前記リードフレームの上面側及び下面側の双方を流れるように、キャビティに樹脂が充填される。

キャビティ内に注入された樹脂の流れについての発明が特許文献１（図５及び図６参照）に開示されている。特許文献１の半導体装置は、半導体チップと、半導体チップの下面と接着されるダイパッドと、ダイパッドから所定の距離をおいてダイパッドの対向する両側に配設されて、電気的連結手段を介して半導体チップと電気的に連結される複数の内部リードと、複数の内部リードが配設されていないダイパッドの対向する他の両側において、ダイパッドと一体に形成された一組のタイバー等を樹脂封止し形成されるパッケージ胴体と、前記内部リードと一体に形成されてパッケージ胴体から突出する外部リードとからなる。

特許文献１の図５及び図６において、前記タイバーをゲート口近傍に設けることで、注入された樹脂の流れが前記タイバーの樹脂パッケージ胴体の内壁に向かって延長する延長部に当たり、樹脂が水平方向でなく、所定の傾斜方向に流れるようにガイドされ、それによって樹脂が半導体チップ及びダイパッドに衝突して流速が急に低下することを防止することが開示されている。また前記延長部が一回又は複数回分岐することで形成される分岐部の間にできる空間を通過することにより、樹脂の渦巻きの発生が効果的に防止されることも、併せて開示されている。
特開平１０−１１２５１８号公報

しかし、特許文献１に開示されているタイバーの延長部で樹脂を整流する構成を、図５及び図６に示す半導体装置１００に適用したとしても、従来の半導体装置１００のゲート口はリードフレームの先端部の上側に位置しているために、注入された樹脂は大半が前記リードフレームの上面側に流れ込むことで、上面側の樹脂が下面側と比較して速く流れ、ゲート口から最遠の箇所が最終充填位置とならず、上面側の樹脂の回り込みが発生し、前記リードフレームの下面側が最終充填位置となることで、ボイドやウェルドラインが発生するという問題がある。

従って、本発明は上記した事情に鑑みてなされたものであり、ゲート口の位置及びゲート口に対向するリードフレーム先端の形状を調節することで、樹脂パッケージのゲート口に対向する面に、樹脂の上面側及び下面側の流れがほぼ同時に到達し得る半導体装置を提供することにある。

本発明は、前記目的を達成するために創案されたものであり、半導体チップと、前記半導体チップが搭載されるチップ搭載部、該チップ搭載部の一端側に、切り欠き部を有したフィン部、及び他端側に配置され、前記樹脂パッケージの外部に突出するアウターリードを含む端子部から構成され、これらが一体的に構成されるリードフレームと、これらを封止する樹脂が注入されるゲート口が、前記樹脂パッケージの前記端子部と対向する面に設けられている樹脂パッケージと、を備えた半導体装置において、前記チップ搭載部と前記フィン部との間に設けた段差により、チップ搭載部の裏面を樹脂パッケージ表層に近接させており、前記切り欠き部を有したフィン部の先端が反り上げられたことを特徴とする。

リードフレームのチップ搭載部の裏面が樹脂パッケージ表層に近接していることで、樹脂パッケージを形成する樹脂はリードフレームの下面側において上面側よりも円滑に流れないが、本発明によれば、フィン部の先端が反り上げられていることで、ゲート口から注入される樹脂のリードフレームの上面側への流入が抑制され、また、注入された前記樹脂が樹脂パッケージに取りつけ穴を形成するためのピンに当たることで乱流を生じるために、フィン部の切り欠き部が設けられていない部位の下面側において樹脂が滞留し、その間に樹脂に樹脂成形金型からの熱が加わることで、粘度が低下するため流れが良好となり、これらが相乗することで、ゲート口から最遠に位置する、ゲート口に対向する面に上面側及び下面側の流れがほぼ同時に到達し、ボイドやウェルドラインの発生を低減することが出来る。

半導体装置１０は、図１及び図２に示すように、一個又は複数の半導体チップ２０と、該半導体チップ２０を搭載して外部と電気的に接続するためのリードフレーム３０と、外部と電気的に接続する部位を除いて半導体チップ２０が搭載されたリードフレーム３０を樹脂で封止して成る樹脂パッケージ４０から構成され、半導体チップ２０とリードフレーム３０とが樹脂パッケージ４０に収容されている。

樹脂パッケージ４０は、一定の温度を加えた後、２０秒から５０秒程度の時間が経過した時点において最も流動性が高まり、その温度を維持したまま更に時間を経過させると硬化して元に戻らなくなる特性を持つ熱硬化性樹脂によって形成され、その外観形状は樹脂封止金型によって決定される。半導体装置１０の樹脂封止金型は図３及び図４に示すように上型６１と下型６２の２つの部分から構成され、半導体チップ２０が搭載されたリードフレーム３０を樹脂成形金型６０の下型６２上に配置し、これに同上型６１で蓋がされ、下型６２と上型６１を合わせることで金型内部の空間（キャビティ）が形成される。この状態で、樹脂注入口６３に射出成形機（図示せず）をセットし、該射出成形機から樹脂を注入する。一般的に排気口６４が樹脂注入口と対向する位置に設けられ、リードフレームを樹脂成形金型６０に配置する際には、排気口６４の側から後述するアウターリード３３ａが突出するような向きとする。

半導体チップ２０は、従来から知られたトランジスタなどの半導体素子である。半導体チップ２０は複数の電極が形成されており、裏面側に形成された電極は、はんだを用いてリードフレーム３０と電気的に接続され、半導体チップ２０の表面側の電極は、導電性の金属を用いて作られたボンディングワイヤ、又は同じく導電性金属の板部材を加工することで形成された接続子を用いて、リードフレーム３０と電気的に接続される。本実施例ではボンディングワイヤ５５が用いられている。

リードフレーム３０は、半導体チップ２０が搭載されるチップ搭載部３１、チップ搭載部３１の一端側にフィン部３２、他端側に端子部３３を持ち、これらが一体的に構成されている。樹脂パッケージ４０は端子部と対向する面の近傍に円形の取りつけ孔５０を具備している。それに対しフィン部３２は取りつけ孔５０の外周に沿う形状の切り欠き部を有し、フィン部本体３２ａと反り上げられたフィン部先端３２ｂから成る。

また、チップ搭載部３１とフィン部３２との間には段差部３４が設けられており、チップ搭載部３１は、その裏面側において樹脂パッケージ４０の表層に近接している。端子部３３からはアウターリード３３ａが延在しており、樹脂パッケージ４０の外部に突出している。本実施例ではアウターリード３３ａが３本ともに延ばされているが、単体ダイオード型半導体装置においては３本のアウターリード３３ａのうち、中央の１本が短く切断されることが多い。さらに図１の実施例では端子部３３は３本とも半導体チップ２０或いはチップ搭載部３１と電気的に接続されているが、短く切断された中央の１本については接続がされない場合も有る。

樹脂パッケージ４０を形成する樹脂はゲート口４１から注入されるが、図２の断面図に示すように、前記段差部３４が設けられたことで、ゲート口４１の位置が反り上げられたフィン部先端３２ｂの下側となっている。さらに、フィン部先端３２ｂの反り上げ形状を調節することで、前記ゲート口４１の位置がフィン部先端３２ｂの下側に設けられていることと相乗して、樹脂がリードフレーム３０の下面側に流れ込む量を相対的に増加させることが可能となる。

前記樹脂パッケージ４０の具備する円形の取りつけ孔５０を形成するために、樹脂成形金型６０内部にピン（図示せず）が設けられているが、前記ゲート口４１から注入された樹脂の一部はこのピンに衝突し、次いで反り上げられたフィン部先端３２ｂに衝突する。これらが注入された樹脂に乱流を発生させる。これにより、リードフレーム３０の下面側において段差部３４に樹脂が衝突することと相乗して、前記フィン部本体３２ａ近傍の下面側に一時的に停滞することとなる。

前述の通り、樹脂パッケージ４０は樹脂成形金型６０に樹脂が注入されることで形成されるが、この樹脂成形金型は樹脂パッケージ形成時は熱を帯びている。

そのため、前記フィン部本体３２ａ近傍で一時的に滞留した樹脂に、この樹脂成形金型６０の熱が転移し易く、樹脂の温度上昇が得易くなる。
前記フィン部本体３２ａ近傍で加熱されることで流動性を高めた樹脂は、ゲート口４１から継続的に注入される樹脂に押し出される形で、ゲート口４１と対向する面に向かいながら上面側及び下面側の双方で円滑に流動することとなる。

樹脂成形金型６０内に樹脂を注入する際に、金型内のエアーが排出される必要があり、そのための排気口６４は、ゲート口４１から最遠に位置する端子部３３近傍に設けられている。

従来の半導体装置１００においては、前述の通りリードフレーム３０の上面側を流れる樹脂が、下面側と比較して早く排気口６４まで到達し、さらにその樹脂が下面側に回り込むことで、最終充填位置が排気口６４近傍とならず、その結果エアーが効率的に排出されないため、ボイドやウェルドラインが発生しやすいという問題があるが、本発明の半導体装置１０においては、上面側に流れ込む樹脂の量をフィン部先端３２ｂの形状により調節する一方で、下面側で一時的に滞留した樹脂が樹脂成形金型６０の熱の転移による温度上昇を得易くなることから、樹脂パッケージ４０のゲート口４１に対向する面に、樹脂の上面側及び下面側の流れをほぼ同時に到達させることが可能となる。

これにより、本発明の半導体装置１０は、ボイドやウェルドラインなどの不具合の発生を低減することができ、歩留まりの向上を図ることができる。

次に本発明の半導体装置の製造方法を説明する。本発明の半導体装置に使用するリードフレーム３０は、金型を使い、プレス加工により形状を形成する。このプレス加工はランニングコストが安く、精度や断面形状が良好であるという特徴を有しており、大量生産に適している。これにより、フィン部先端３２ｂの反り上げ、段差部３４、端子部３３等を含むリードフレーム３０を製造する際に、樹脂パッケージ４０に持たせる取りつけ孔５０を形成するため樹脂成形金型６０が具備するピンの外周に沿う形状を成すように加工する。このとき、リードフレーム３０の上面側と下面側を樹脂が流れる際（後述）に、上面側と下面側の双方の樹脂が均等に流れるように、フィン部先端３２ｂの反り上げ形状が調節される。

このリードフレーム３０のチップ搭載部３１に、半導体チップ２０がはんだ付けされた後に、半導体チップ２０の表面側の電極と端子部が電気的に接続され、前述のピンにフィン部３２の切り欠き部を組み合わせるようにして、樹脂成形金型６０の下型６２上にリードフレーム３０が配置される。次に上型６１で蓋をするが、この際に上型６１と下型６２の間、フィン部３２の切り欠き部に対向する位置に樹脂注入口６３が形成され、樹脂パッケージ４０側にゲート口４１を成すが、本発明においては、これがフィン部先端３２ｂの下側に位置するように樹脂成形金型６０の形状を調節する。これらが配置された後に、樹脂注入口６３にセットされた射出成形機から樹脂は注入され、反り上げられたフィン部先端３２ｂでリードフレーム３０の上面側と下面側とに分岐し、双方を流れる。そしてキャビティ内に充填された該樹脂が熱硬化され、樹脂パッケージ４０が形成される。

尚、一般的にリードフレーム３０は複数個が連なった形状で形成され、同様に樹脂封止金型６０も複数個を並べて配設される。前述のように樹脂パッケージ４０が形成され、樹脂封止金型６０を開いて出された後に、それぞれの半導体装置の個別化及び、リードフレームのタイバー（図示せず）の切断が行われる。

本発明の実施の形態においては、半導体装置としてスイッチング用のトランジスタを例に説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、他のダイオード又はサイリスタの場合であっても同様の効果が得られる。

本発明の一実施形態である半導体装置の正面透視図である。 本発明の一実施形態である半導体装置の側面透視図である。 図１の半導体装置を製造する途中段階において、リードフレーム等を樹脂成形金型に配置した状態を示す、正面透視図である。 図１の半導体装置を製造する途中段階において、リードフレーム等を樹脂成形金型に配置した状態を示す、側面透視図である。 従来の半導体装置の正面透視図である。 従来の半導体装置の側面透視図である。

符号の説明

１０ 半導体装置
２０ 半導体チップ
３０ リードフレーム
３１ チップ搭載部
３２ フィン部
３２ａ フィン部本体
３２ｂ フィン部先端
３３ 端子部
３３ａ アウターリード
４０ 樹脂パッケージ
４１ ゲート口
５０ 取りつけ孔
５５ ボンディングワイヤ
６０ 樹脂成形金型
６１ 上型
６２ 下型
６３ 樹脂注入口
６４ 排気口

Claims (5)

1. 半導体チップと、
   前記半導体チップが搭載されるチップ搭載部、該チップ搭載部の一端側に、切り欠き部を有したフィン部、及び他端側に配置され、前記樹脂パッケージの外部に突出するアウターリードを含む端子部から構成され、これらが一体的に構成されるリードフレームと、
   これらを封止する樹脂が注入されるゲート口が、前記樹脂パッケージの前記端子部と対向する面に設けられている樹脂パッケージと、
   を備えた半導体装置において、
   前記チップ搭載部と前記フィン部との間に設けた段差により、チップ搭載部の裏面を樹脂パッケージ表層に近接させており、
   前記切り欠き部を有したフィン部の先端が反り上げられたことを特徴とする半導体装置。
2. 前記フィン部が、前記ゲート口から注入された樹脂が流動しやすい温度にまで加熱されるために、切り欠き部が設けられていないフィン部本体は充分な長さを持っている樹脂加熱部であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記ゲート口が、前記反り上げられたフィン部先端の下側に位置していることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
4. 樹脂パッケージに取りつけ穴を形成するためのピンを具備する樹脂成形金型を用いて樹脂封止される半導体装置の製造方法であって、
   半導体チップが搭載されるチップ搭載部と、該チップ搭載部の一端側に、切り欠き部を有し先端が反り上げられたフィン部と、前記チップ搭載部と前記フィン部の間に設けられた段差部と、他端側に配置され、前記樹脂パッケージの外部に突出するアウターリードを含む端子部とから構成され、これらが一体的に構成されるリードフレームを、前記ピンの外周に沿う形状を成すように加工する工程と、
   前記樹脂成形金型の下型上に前記リードフレームを配置する工程と、
   前記反り上げられたフィン部先端の下側に位置した前記ゲート口から、前記樹脂を注入する工程と、
   前記金型内に樹脂を充填させた後に前記樹脂を硬化させて前記樹脂パッケージを形成する工程とをこの順番で有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 前記リードフレームの加工工程は、平板形状を有する前記リードフレームの上面側及び下面側を均等に流れるように、前記フィン部の反り上げ形状が調節されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。

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