JP2011210871A

JP2011210871A - リードフレームおよび半導体装置

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Publication number: JP2011210871A
Application number: JP2010075898A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Otani; 克実大谷
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2010-03-29
Filing date: 2010-03-29
Publication date: 2011-10-20

Abstract

【課題】ダイパッドを樹脂で封止する際における樹脂の染み出しを抑制する。
【解決手段】ダイパッド２は、半導体チップ７を載せる側の平面である第１面２ａと、第２面２ｂと、羽根部５とを有し、ダイパッド２のうち羽根部５と第２面２ｂとの境界部分には、ダイパッド２の内部に向かって深くなる溝６が形成される。このとき、ダイパッド２の第２面２ｂの端部の角αは鋭角であり、また、溝６を構成する壁面６ａと壁面６ｂとのなす角βは、鋭角であり、且つ、角αより大きい。
【選択図】図１

Description

本発明は、ダイパッドの一部が外部に露出されるリードフレームおよび半導体装置に関する。

表面実装型半導体装置のパッケージとして、ＱＦＰ（Quad Flat Package）、ＳＯＰ（Small Out-line Package）およびＱＦＮ（Quad Flat Non-leaded Package）などの、外部接続端子としてリードフレームを用いたパッケージが最も広く普及している。以下においては、リードフレームを用いたパッケージを、リードフレーム使用パッケージという。

リードフレーム使用パッケージは、実装できる接続端子数や小型化の面でＢＧＡ（Ball Grid Array）やＣＳＰ（Chip Size Package）などの近年普及してきているエリアアレイ型パッケージに比べて、不利な面もある。しかしながら、リードフレーム使用パッケージは、生産性やコスト面での優位性が高いことから、今後も多くの需要が見込まれるパッケージである。

リードフレーム使用パッケージでは、内部に含まれる半導体チップが発する熱を効率よく外部に逃がすために、例えば、特許文献１のように、半導体チップを載せるダイパッドの下面を、パッケージ（封止樹脂）から露出させる構成の半導体装置が開示されている。

図５は、特許文献１に記載の従来の半導体装置１５０を示す図である。

半導体装置１５０は、半導体チップ１０７と、ダイパッド１０２と、金属細線１０９と、リード端子１０４とを含む。

ダイパッド１０２の形状は、カップ状である。半導体チップ１０７は、接着部材１０８により、ダイパッド１０２と接着される。

半導体チップ１０７の上部には電極パッドが形成されており、当該電極パッドとリード端子１０４とは、金属細線１０９により電気的に接続されている。

ダイパッド１０２、金属細線１０９、半導体チップ１０７およびリード端子１０４は、封止樹脂１１０により封止される。なお、ダイパッド１０２の下面１０２ｂが、封止樹脂１１０から外部に露出するように、ダイパッド１０２は封止樹脂１１０により封止される。すなわち、ダイパッド１０２の下面１０２ｂは、封止樹脂１１０から外部に露出している。これにより、半導体チップ１０７が発する熱を、ダイパッド１０２を介して外部に効率よく逃がすことができる。

以下においては、封止樹脂により各部材を封止する工程を樹脂封止工程という。下面１０２ｂを封止樹脂１１０から外部に露出させる場合、樹脂封止工程では、図６に示すように、平面状の金型２００が、ダイパッド１０２の下面１０２ｂに接した状態で、樹脂による封止が行われる。

また、ダイパッド１０２の形状はカップ状である。これにより、図５に示すように、ダイパッド１０２の下面１０２ｂから半導体チップ１０７までの距離は長くなる。半導体チップ１０７は、ダイパッド１０２の壁面に囲まれている。そのため、仮に、封止樹脂１１０と、ダイパッド１０２との界面部分から水分が浸入したとしても、ダイパッド１０２の下面１０２ｂから半導体チップ１０７までの距離が長いため、半導体チップ１０７へ水分が到達するのを大幅に防ぐことができる。

特開平６−０６１４０８号公報

しかしながら、ダイパッド１０２の形状はカップ状に曲げ加工されており、ダイパッド１０２の屈曲している部分の屈曲半径は大きい。そのため、半導体装置１５０を製造する際の樹脂封止工程において、図６に示すように、流入した封止樹脂が、ダイパッド１０２が屈曲している部分と、樹脂封止工程で使用される金型２００との接点に集中し、ダイパッド１０２の下面１０２ｂへ封止樹脂が染み出すという問題があった。

本発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、ダイパッドを樹脂で封止する際における樹脂の染み出しを抑制可能なリードフレーム等を提供することである。

上述の課題を解決するために、この発明のある局面に従うリードフレームは、半導体チップを含む半導体装置に使用される。前記リードフレームは、前記半導体チップを載せるためのダイパッドを含む。前記ダイパッドは、前記半導体チップを載せる側の平面である第１面と、前記第１面の反対側の面であって、かつ、前記第１面と平行な面である第２面と、前記ダイパッドの周縁部が前記第１面側に屈曲した羽根部とを有し、前記ダイパッドのうち前記羽根部の底面と前記第２面との境界に位置する部分には、前記ダイパッド内部に向かって深くなる溝が形成され、前記溝を構成する２つの壁面のうちの一方は前記第２面と接し、前記２つの壁面のうちの他方は、前記羽根部の底面の一部を構成し、前記第２面と、前記第２面に接する前記溝の壁面とにより形成される、前記ダイパッドの前記第２面の端部の形状は鋭角である。

すなわち、ダイパッドは、半導体チップを載せる側の平面である第１面と、第２面と、羽根部とを有する。ダイパッドのうち前記羽根部と前記第２面との境界部分には、ダイパッド内部に向かって深くなる溝が形成される。第２面と、前記第２面に接する前記溝の壁面とにより形成される、前記ダイパッドの第２面の端部の形状は鋭角である。

ここで、仮に、ダイパッドの第２面は、ダイパッド等を封止する樹脂から外部に露出するようにされるとする。この場合、樹脂によりダイパッド等を封止する樹脂封止工程では、平面状の金型が、ダイパッドの第２面に接した状態で、樹脂による封止が行われる。

この場合、ダイパッドの第２面の端部の形状は鋭角であるため、樹脂封止工程において、ダイパッドの溝に樹脂が流入される場合、ダイパッドの第２面の端部を当該金型に押し付ける大きな力を得ることができる。これにより、樹脂封止工程において、ダイパッドの第２面への樹脂の染み出しを抑制することができる。

すなわち、ダイパッドを樹脂で封止する際における樹脂の染み出しを抑制することができる。

また、好ましくは、前記溝を構成する２つの壁面のなす角は、鋭角であって、かつ、前記ダイパッドの前記第２面と、前記第２面と接する前記溝の壁面とがなす角度より大きい。

また、好ましくは、前記溝の先端形状は円弧形状である。

この発明の他の局面に従う半導体装置は、前記リードフレームを備える。前記半導体装置は、前記ダイパッドの前記第１面と接着部材により接着される半導体チップと、前記半導体チップと金属線により電気的に接続されるリードとを備え、前記ダイパッド、前記金属線、前記半導体チップおよび前記リードは、封止樹脂により封止され、前記ダイパッドの前記第２面は、前記封止樹脂から外部に露出している。

本発明により、ダイパッドを樹脂で封止する際における樹脂の染み出しを抑制することができる。

図１は、第１の実施の形態におけるリードフレームを示す図である。図２は、第１の実施の形態におけるリードフレームを使用した半導体装置の断面図である。図３は、第１の実施の形態におけるダイパッドの一部を拡大した図である。図４は、ダイパッドの一部を拡大した図である。図５は、従来の半導体装置を示す図である。図６は、従来のダイパッドの一部を拡大した図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

＜第１の実施の形態＞
図１は、第１の実施の形態におけるリードフレーム１を示す図である。

図１（ａ）は、リードフレーム１の上面図である。

リードフレーム１は、半導体チップを含む半導体装置に使用される。リードフレーム１は、金属を材料とした薄板に対し、プレスもしくはエッチング加工を施すことによって形成される。当該金属は、例えば、鉄・ニッケル合金・銅を主成分とする合金である。

リードフレーム１は、ダイパッド２と、複数の吊りリード３と、複数のリード４とを含む。

ダイパッド２は、半導体チップを載せるためのパッドである。ダイパッド２は、羽根部５を有する。

図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’線に沿ったダイパッド２の断面図である。なお、図１（ｂ）に示されるダイパッド２は、後述する溝６が形成される前のダイパッド２を示す。

ダイパッド２は、さらに、第１面２ａと、第２面２ｂとを有する。

第１面２ａは、半導体チップを載せる側の平面である。第２面２ｂは、第１面２ａの反対側の面であって、かつ、第１面２ａと平行な面である。羽根部５は、ダイパッド２の周縁部が第１面２ａ側に屈曲した部分である。

図１（ｂ）に示されるダイパッド２の領域Ｒ１の部分は、プレスまたはエッチング加工等により除去される。これにより、図１（ｃ）に示される溝６が形成される。領域Ｒ１の部分は、ダイパッド２のうち羽根部５が第２面２ｂに近接する部分である。

つまり、ダイパッド２のうち羽根部５と第２面２ｂとの境界部分には、ダイパッド２内部に向かって深くなる溝６が形成される。溝６は、２つの壁面により構成され、第２面２ｂに接する壁面６ａと、羽根部５の底面の一部を構成する壁面６ｂとからなる。

このとき、第２面２ｂと壁面６ａとの成す角度αは、９０°未満の角度、すなわち、角度αは、鋭角である。

加えて、溝６を構成する壁面６ａと壁面６ｂのなす角βは、鋭角であり、かつ、ダイパッド２の第２面２ｂの端部の角度αより大きい。

すなわち、角度αは鋭角になるように、また角度βは鋭角、且つ、角度αよりも大きくなるように、溝６が形成される。

なお、溝６は、プレスまたはエッチング加工等により形成されるのでなく、リードフレーム１の形成時に形成されてもよい。

再び、図１（ａ）を参照して、各吊りリード３は、ダイパッド２に接続される。各吊りリード３は、ダイパッド２を支持する。各リード４は、ダイパッド２の周囲に配列される。各リード４は、ダイパッド２に向かって延在する。

リードフレーム１は、図示していない周囲の枠と一体的に形成されている。

なお、溝６を形成するための加工は、リード４に対しても同様に施されてもよい。また、溝６を形成するための加工は、電極が封止樹脂の面から露出するＱＦＮ（Quad Flat Non-leaded Package）などのリードに対しても同様に施されてもよい。

図２は、第１の実施の形態におけるリードフレーム１を使用した半導体装置５０の断面図である。

半導体装置５０は、前述のダイパッド２と、半導体チップ７と、複数のリード４とを備える。半導体チップ７は、回路が形成されている面（以下、回路形成面という）を有する。

ダイパッド２の第１面２ａの中央部には、当該回路形成面が上側になるように、接着部材８により半導体チップ７が接着される。接着部材８は、例えば、Ａｇなどを含む樹脂材料である。

半導体チップ７の回路形成面には、図示しない複数の電極パッドが形成されている。回路形成面の各電極パッドは、金属線９により、リード４と電気的に接続される。すなわち、半導体チップ７は、金属線９によりリード４と電気的に接続される。

尚、金属線９は、例えば、金や銅などの金属材料である。なお、超音波・熱・圧力を組み合わせた工法により、半導体チップ７は、金属線９によりリード４と電気的に接続される。

各リード４は、半導体装置５０の外部端子として機能する。

次に、リードフレーム１、半導体チップ７、接着部材８および金属線９は、封止樹脂１０により、一体的に封止される。すなわち、ダイパッド２、金属線９、半導体チップ７およびリード４は、封止樹脂１０により封止される。なお、ダイパッド２の第２面２ｂが、封止樹脂１０から外部に露出するように、ダイパッド２は封止樹脂１０により封止される。すなわち、ダイパッド２の第２面２ｂは、封止樹脂１０から外部に露出している。

なお、封止樹脂１０は、例えば、エポキシ系の熱硬化性樹脂である。また、封止樹脂１０は、溶融した樹脂に圧力をかけて金型へ流し込み、加熱硬化させる工法（以下、樹脂封止工法という）により形成される。以下において、樹脂封止工法が行われる工程を、樹脂封止工程という。

ダイパッド２の第２面２ｂを封止樹脂１０から外部に露出させる場合、樹脂封止工程では、図３に示すように、平面状の金型２００が、ダイパッド２の第２面２ｂに接した状態で、樹脂による封止が行われる。

ここで、前述の角度βが前述の角度αより大きいため、樹脂封止工程において、ダイパッド２の溝６に流入する封止樹脂を、溝６の壁面６ａに向けて円滑に導くことができる。これにより、ダイパッド２の壁面６ａに加わる圧力を増加させることができる。

また、ダイパッド２の第２面２ｂの端部の形状は鋭角であるため、樹脂封止工程において、ダイパッド２の溝６に封止樹脂が流入される場合、ダイパッド２の第２面２ｂの端部を金型２００に押し付ける大きな力を得ることができる。ここで、金型２００は、樹脂封止工程において使用される金型である。これにより、樹脂封止工程において、ダイパッド２の第２面２ｂへの封止樹脂の染み出しを抑制することができる。

最後に、外部電極が成型され、図示しない枠から分離され、図２の半導体装置５０が形成される。

以上説明したように、本実施の形態では、ダイパッド２の第２面２ｂの端部の形状が鋭角になるように、溝６が形成される。したがって、樹脂封止工程において、ダイパッド２の溝６に封止樹脂が流入される場合、封止樹脂の圧力を利用して、ダイパッド２の第２面２ｂの端部を効率よく金型２００へ押しつけることができ、ダイパッド２の第２面２ｂへの封止樹脂の染み出しを抑制することができる。

すなわち、ダイパッド２を樹脂で封止する際における樹脂の染み出しを抑制することができる。その結果、半導体チップ７が発する熱を、ダイパッド２を介して外部に効率よく逃がすことができる。つまり、半導体装置５０の高い放熱性能を得ることができる。

なお、溝６の先端部分の微小形状は鋭角に限定されない。例えば、図４に示すように、壁面６ａと壁面６ｂの延長線の交差する状態において、壁面６ａと壁面６ｂとのなす角が鋭角、且つ、角αより大きいことが重要であり、溝６の先端部分の微小形状は円弧形状であってもよい。

すなわち、条件を満たせば、溝６の形成において、ダイパッド２の第２面２ｂの端部から羽根部５の先端部までの間に鋭角な形状を形成しないようにしてもよい。この場合であっても、樹脂封止工程において、ダイパッド２の溝６に封止樹脂が流入される場合、封止樹脂が羽根部５の先端部の方向に流れやすくなるため、封止樹脂の染み出しをさらに抑制することができる。

以上、本発明におけるリードフレーム１又は半導体装置５０について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したもの、あるいは異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。

今回開示された実施の形態は、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説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、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ことが意図される。

本発明は、ダイパッド露出構造の半導体装置や端子電極が封止樹脂底面から露出するよう配置された半導体装置およびそれを搭載する電子機器に利用可能である。

１リードフレーム
２ダイパッド
３吊りリード
４リード
７半導体チップ
９金属線
５０半導体装置

Claims

半導体チップを含む半導体装置に使用されるリードフレームであって、
前記半導体チップを載せるためのダイパッドを含み、
前記ダイパッドは、
前記半導体チップを載せる側の平面である第１面と、
前記第１面の反対側の面であって、かつ、前記第１面と平行な面である第２面と、
前記ダイパッドの周縁部が前記第１面側に屈曲した羽根部とを有し、
前記ダイパッドのうち前記羽根部の底面と前記第２面との境界部分には、前記ダイパッド内部に向かって深くなる溝が形成され、
前記溝を構成する２つの壁面のうちの一方は前記第２面と接し、前記２つの壁面のうちの他方は、前記羽根部の底面の一部を構成し、
前記第２面と、前記第２面に接する前記溝の壁面とにより形成される、前記ダイパッドの前記第２面の端部の形状は鋭角であることを特徴とする、
リードフレーム。
前記溝を構成する２つの壁面のなす角は、鋭角であって、かつ、前記ダイパッドの前記第２面と、前記第２面と接する前記溝の壁面とがなす角度より大きいことを特徴とする、
請求項１に記載のリードフレーム。
前記溝の先端形状は円弧形状であることを特徴とする、
請求項２に記載のリードフレーム。
請求項１〜３のいずれかに記載のリードフレームを備える半導体装置であって、
前記半導体装置は、
前記ダイパッドの前記第１面と接着部材により接着される半導体チップと、
前記半導体チップと金属線により電気的に接続されるリードとを備え、
前記ダイパッド、前記金属線、前記半導体チップおよび前記リードは、封止樹脂により封止され、
前記ダイパッドの前記第２面は、前記封止樹脂から外部に露出していることを特徴とする、
半導体装置。