JP2011210893A - 半導体装置及びリードフレーム - Google Patents

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Abstract

【課題】半導体装置内の部材間の剥離及び封止用樹脂に於けるクラックの発生を防止する。
【解決手段】半導体素子、当該半導体素子の平面寸法よりも小さな平面寸法を有するダイパッド、前記ダイパッドより延在された複数の吊りリード、前記半導体素子、前記ダイパッドならびに前記吊りリードを被覆する封止用樹脂を具備し、前記吊りリードは、前記ダイパッドに於ける半導体素子搭載面に連続する第1の主面の幅が、当該ダイパッドの他方の面に連続する第2の主面の幅よりも小とされてなることにより、半導体素子と吊りリードの接触時の接触面積を小さくして両者間の剥離を防止すると共に、加熱下で生じる応力の集中を回避して封止用樹脂に於けるクラックの発生を防止する。
【選択図】図3

Description

本発明は、樹脂封止構造を有する半導体装置ならびに当該半導体装置に適用されるリードフレームに関する。
半導体装置として、リードフレームのダイパッド(ダイステージ)に、ダイス付け材(ダイボンド材)を用いて半導体素子(半導体チップ)が搭載・固着され、当該半導体素子の電極端子とリードフレームのインナーリードとの間がボンディングワイヤにより接続され、更に半導体素子、ボンディングワイヤ、ダイパッドならびにインナーリードなどが封止用樹脂により被覆されてなる所謂樹脂封止型半導体装置が知られている。
当該樹脂封止型半導体装置に於いては、半導体素子の種類、外形寸法、ならびにリードフレームの外部接続用端子部(アウターリード)の導出構造・配置構成などに応じて、種々の形態のリードフレームが適用される。
かかるリードフレームの構成として、一つに、搭載される半導体素子の平面外形寸法よりも大きい平面寸法を有するダイパッド、所謂標準ダイパッド構造を有するリードフレームが知られている。
一方、搭載される半導体素子の平面外形寸法よりも小さな平面寸法を有するダイパッドを、吊りリードによって支持する、所謂小ダイパッド構造のリードフレームも周知である。
特開平4−134853号公報 特開平7−7124号公報
前記標準ダイパッド構造のリードフレームを用いた半導体装置にあっては、その試験時或いは基板実装時の加熱条件によっては、当該半導体装置内に於いて、ダイパッド部とダイス付け材との間、或いはダイパッド部と封止用樹脂との間に、剥離を生ずる場合がある。
当該剥離は、ダイパッド、ダイス付け材、ならびに封止用樹脂の材質の相違、或いは当該ダイパッドとダイス付け材との接触面積、ダイパッド部と封止用樹脂との接触面積などに基づく、各部材間の密着性の低下により発生するとされている。
これに対し、小面積のダイパッドを具備する構造(以下小ダイパッド構造)のリードフレームを用いた場合には、当該ダイパッドを設けることにより、ダイパッドとダイス付け材との接触面積、ならびにダイパッドと封止用樹脂との接触面積を低減することができ、比較的密着性が良いとされる封止用樹脂と半導体素子との接触面積を増加させることができる。
従って、前述の如き標準ダイパッド構造のリードフレームを用いた場合などに生ずる剥離の防止に対して効果が得られる。
しかしながら、当該小ダイパッド構造を適用した場合であっても、小ダイパッドのサイズや小ダイパッド下面の樹脂厚によっては、当該半導体装置内の封止用樹脂に於けるクラックの発生を招来してしまう。
かかる小ダイパッド構造を採用した樹脂封止型半導体装置の一例を、半導体装置500として、図10及び図11に示す。
図10は、当該半導体装置500を、ダイパッド(ダイステージ)側から透視的に示すものであり、且つ封止用樹脂の一部を除いた状態を示している。また、図11(A)は、図10に於ける線X5−X5に於ける断面を示し、図11(B)は、図10に於ける線Y5−Y5に於ける断面を示している。更に、図11(C)は、図10に於ける線Z5−Z5に於ける断面を示している。
当該半導体装置500にあっては、ダイパッド(ダイステージ)11上に、ダイス付け材(ダイボンド材)21を用いて半導体素子(半導体チップ)31が搭載・固着されており、当該半導体素子31に於ける複数の電極端子32は、ボンディングワイヤ41を介してリード端子13のインナーリード13aに接続されている。前記ダイパッド11からは、4本の吊りリード12が延在している。
そして、当該ダイパッド11、半導体素子31、ボンディングワイヤ41、リード端子13のインナーリード13a、ならびに吊りリード12などが、封止用樹脂51により被覆されている。
リード端子13のアウターリード13bは、当該半導体装置500の外部接続用端子を構成する。
当該半導体装置500に於いては、ダイパッド11から延在された前記4本の吊りリード12は、それぞれ比較的広い幅(幅W7)を有し、当該ダイパッド11から互いに90°異なる方向に延在して配設されている。
また、当該半導体装置500にあっては、ダイパッド11上に、半導体素子31が平行に、即ち平坦に搭載されない場合、或いは樹脂封止処理の際にダイパッド11に変形(浮き沈み)が生じた場合などには、吊りリード12が半導体素子31に接触する状態が生じてしまう。かかる状態を図11(B)に示す。
円61により囲繞された部分が、半導体素子31と吊りリード12とが接触した部位を示している。
この様な接触を生ずると、吊りリード12が幅広であることから、当該吊りリード12と半導体素子31との接触面積も比較的大きく、また当該接触部位の近傍に於いては、封止用樹脂51が充填されない空間が生じてしまう。
この様な空間に於いては、封止用樹脂51中に含まれる水分が集合する一方、当該封止用樹脂51を介しての半導体素子31と吊りリード12と間の密着力も低下する。
この為、当該半導体装置500を、電子機器に於ける配線基板(マザーボード)上に実装する際などに、はんだ材の再溶融(リフロー)処理の為の高温状態に晒すと、前記接触部位の近傍に於いて、半導体素子31と吊りリード12との間に剥離を生じてしまう。
即ち、高温状態に晒されることにより、前記水分が膨張して、密着力が低下している半導体素子31と吊りリード12との間を更に押し広げ、広範囲にわたる剥離を生じてしまう。図10に於いて、部位61が、当該剥離部を示す。
当該半導体装置500を、配線基板(マザーボード)上に実装する際に適用されるはんだ材が所謂鉛(Pb)フリーはんだである場合には、その再溶融(リフロー)処理温度がより高いことから、水分の膨張に伴う半導体素子31と吊りリード12との間の押し広げ、これによる剥離はより容易に、且つ広範囲に及んでしまう。
一方、かかる小ダイパッド構造を採用した半導体装置にあって、より幅の狭い吊りリードを備えたリードフレームを適用した樹脂封止型半導体装置を、半導体装置600として、図12及び図13に示す。
図12は、当該半導体装置600を、ダイパッド(ダイステージ)側から透視的に示すものであり、且つ封止用樹脂の一部を除いた状態を示している。また、図13(A)は、図12の線X6−X6に於ける断面を示し、図13(B)は、図12の線Y6−Y6に於ける断面を示す。更に、図13(C)は、図12の線に於けるZ6−Z6断面を示している。
当該半導体装置600にあっても、リードフレームのダイパッド11上に、ダイス付け材(ダイボンド材)21を用いて半導体素子(半導体チップ)31が搭載・固着されており、当該半導体素子31の複数の電極端子32は、リード端子13のインナーリード13aに対してボンディングワイヤ41により接続されている。そして、ダイパッド11からは、4本の吊りリード12が延在している。
そして、当該ダイパッド11、半導体素子31、ボンディングワイヤ41、リード端子13のインナーリード13a、ならびに吊りリード12などが、封止用樹脂51により被覆されている。
リード端子13のアウターリード13bは、当該半導体装置600の外部接続用端子を構成する。
当該半導体装置600に於いては、ダイパッド11から延在された4本の吊りリード12は、前述の半導体装置500に於ける吊りリード12よりも狭い幅(幅W8)を有し、当該ダイパッド11から互いに90°異なる方向に延在して配設されている。
当該吊りリード12の幅が狭いことから、かかる吊りリード12と半導体素子31との接触面積は小さく、またその接触部位近傍に於いて、封止用樹脂51が充填されない空間が生じたとしても、その容積は極めて小さい(図示せず)。
この為、封止用樹脂51の中に含まれる水分の膨張を生じたとしても、吊りリード端子13と半導体素子31との間を押し広げる力は、前記半導体装置500の場合に比べ小さい。
従って、当該接触界面周辺の半導体素子31と封止用樹脂51との密着は維持され、広範囲にわたる剥離の発生は防止される。
しかしながら、かかる構成にあっては、温度サイクル試験後に於いて、前記ダイパッド11の周縁部に於ける封止用樹脂51にクラック(割れ)を生じてしまう場合がある。
かかる状態を図13(A)に示す。部位71が、封止用樹脂51に於いて生じたクラックである。
即ち、封止用樹脂51に於けるクラックは、半導体装置600に対する加熱或いは冷却の際に、当該封止用樹脂51も熱膨張・収縮するが、この時生ずる応力が半導体装置の中央部に集中し易いことにより生ずる。
当該応力が、封止用樹脂51の剪断応力程に大きくなると、半導体装置600の中央部に位置するダイパッド11の近傍に於いて、当該封止用樹脂51に、其処を起点とするクラック71が生じてしまう。
当該応力は、吊りリード12の幅が広い場合には分散され易いが、当該吊りリード12の幅が狭い場合にはその分散が効果的に行われず、当該応力の集中を抑制・防止することが困難である。
この為、前述の如く、封止用樹脂51中に、クラック71を生じ易い。
前述の如く、小ダイパッド構造を採用した樹脂封止型半導体装置にあっては、標準ダイパッド構造に於いて生じ易い封止用樹脂と吊りリードとの間の剥離を防止・抑制することができる。
しかしながら、温度サイクルが印可された場合に生ずる応力を吸収することができず、ダイパッドの周囲近傍に於いて、封止用樹脂にクラックを生じてしまう。
本発明は、半導体素子が搭載・固着されるダイパッドに連続するところの吊りリードの幅方向に於ける断面構成を検討し、半導体素子と吊りリードとの接触、封止用樹脂とリードフレームとの間の剥離、ならびに当該封止用樹脂に於けるクラックの発生を防止・低減することができる半導体装置を得ようとするものである。
本発明の一観点によれば、半導体素子、当該半導体素子の平面寸法よりも小さな平面寸法を有するダイパッド、前記ダイパッドより延在された複数の吊りリード、前記半導体素子、前記ダイパッドならびに前記吊りリードを被覆する封止用樹脂を具備し、前記吊りリードは、前記ダイパッドに於ける半導体素子搭載面に連続する第1の主面の幅が、当該ダイパッドの他方の面に連続する第2の主面の幅よりも小とされてなることを特徴とする半導体装置が提供される。
また、本発明の他の観点によれば、半導体素子搭載用ダイパッド、前記ダイパッドより延在された複数の吊りリードを具備し、前記吊りリードは、前記ダイパッドの半導体素子搭載面に連続する第1の主面の幅が、当該ダイパッドの他方の主面に連続する第2の主面の幅よりも小とされてなることを特徴とするリードフレームが提供される。
開示の半導体装置によれば、樹脂封止部内に於ける部材間の剥離、及びクラックの発生を抑え、半導体装置の品質及び信頼性の向上を図ることが可能となる。
本発明の第1の実施の形態に係るリードフレームの構成を示す平面模式図である。 本発明の第1の実施の形態に係るリードフレームに於ける吊りリードの構成を示す断面模式図である。 本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の構成を示す平面模式図である。 本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の構成を示す断面模式図である。 本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の別例の構成を示す断面模式図である。 本発明の第2の実施の形態に係るリードフレームの構成を示す平面模式図である。 本発明の第2の実施の形態に係るリードフレームに於ける吊りリードの構成を示す断面模式図である。 本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置の構成を示す平面模式図である。 本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置の構成を示す断面模式図である。 従来の半導体装置(その1)の構成を示す平面模式図である。 従来の半導体装置(その1)の構成を示す断面模式図である。 従来の半導体装置(その2)の構成を示す平面模式図である。 従来の半導体装置(その2)の構成を示す断面模式図である。
以下、本発明による半導体装置について、実施の形態をもって説明する。
(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態に於けるリードフレーム80を、図1に示す。
当該図1には、銅(Cu)板からなる金属板に対するプレス加工などにより形成された、一つのリードフレーム80が示されている。
図1は、当該リードフレーム80に於ける、半導体素子が搭載・固着される主面側を表している。
図示される一つのリードフレーム80は、一個の樹脂封止型半導体装置の形成に適用される。
そして、当該リードフレーム80には枠部111が存在し、他の半導体装置形成用リードフレームが形成されている(図示せず)。
当該リードフレーム80は、ダイパッド(ダイステージ)112、当該ダイパッド112から互いに異なる方向に延在する4本の吊りリード113を具備している。
そして、当該吊りリード113の間に配置され、ダムバー(タイバー)114をもって相互に接続され、且つ略同一平面に配置された、複数本のリード端子115を具備している。
ここで、当該ダイパッド112は、平面形状が円形であって、同図に破線をもって示される矩形状の半導体素子121の外形寸法よりも小さな平面外形寸法を有している。
また、4本の吊りリード113は、ダイパッド112の主面と平行な平面に於いて、互いに90°異なる方向に、そして前記半導体素子121の四隅にほぼ対応して延在している。
当該吊りリード113は、その長さ方向に沿って、前記ダイパッド112の上面、即ち半導体素子121の搭載・固着面と同一の平面を有し、且つある幅W1を有する第1の部位と、当該ダイパッド112の下面(裏面)と同一の平面を有し、且つ前記第1の部位よりも大なる幅W2を有する第2の部位を具備している。
即ち、前記第1の部位が、半導体素子121の裏面に対向して、近接することとなる。
一方、前記リード端子115のそれぞれは、ダムバー(タイバー)114を境として、内側(ダイパッド112側)がインナーリード115aと称され、外側(枠部111側)がアウターリード115bと称される。
当該ダムバー114は、それぞれ前記吊りリード113の延長部にまで到達して配設され、一体化されている。
そして、当該リードフレーム80を用いた樹脂封止型半導体装置の製造工程にあっては、先ず前記ダイパッド112上に、銀(Ag)ペーストなどのダイス付け材(ダイボンド材、図示せず)を介して半導体素子121が搭載・固着される。
当該半導体素子121は、ダイパッド112よりも大きな平面外形寸法を有する。
当該ダイパッド112上に固着された半導体素子121の電極端子(図示せず)は、金(Au)線などのボンディングワイヤ(図示せず)を介して、対応する前記インナーリード115aに接続される。
次いで、当該半導体素子121、ボンディングワイヤ、インナーリード115a、ならびにダイパッド112及び吊りリード113は、エポキシ系樹脂からなる封止用樹脂(図示せず)により封止される。樹脂封止方法としては、所謂トランスファモールド法が適用される。
この時、溶融状態にある封止用樹脂は、前記ダムバー114によって、アウターリード115b側への流動が阻止される。
樹脂封止の後、当該リードフレーム80は、図1に於ける点線L1に沿って、即ちリード端子115のアウターリード115bの外端部と枠部111との間に於いて切断され、形成された半導体装置は、枠部111から分離される。
この時、リード端子115の相互間、ならびに当該リード端子115と吊りリード113との間に在るダムバー114も同時に切断除去されて、各リード端子115は独立したものとされる。
そして、必要であれば、当該リード端子115の曲げ加工も同時に行われ、その形状が整えられる。
これにより、樹脂封止部の平面形状が矩形状を有する樹脂封止型半導体装置が形成される。
かかる半導体装置に於いて、前記ダイパッド113は、樹脂封止型半導体装置のほぼ中央部に位置している。
尚、前記リードフレーム80の材料としては、前記銅(Cu)の他、当該銅(Cu)を含む合金、或いは鉄(Fe)及びニッケル(Ni)を含む合金(所謂42アロイ)などの金属材料を適用することができる。
また、当該リードフレーム80の形成法としては、前記プレス加工の他、エッチング加工を適用することもできる。
何れの方法にあっても、通常は、1枚の短冊状の板材に、複数個の半導体装置形成部を配置する。
そして、各半導体装置形成部に於けるダイパッド(ダイステージ)に半導体素子が搭載・固着されて、樹脂封止型半導体装置の製造が行われる。
本実施の形態にあっては、この様なリードフレーム80に於ける吊りリード113の構成、特に当該吊りリード113の断面構造について、特徴的構成を有する。
本実施の形態に於けるリードフレーム80の、吊りリード113の断面構造を、図2(A)に示す。
当該断面は、図1に於ける線Z1−Z1に於ける断面である。
尚、長方形SCは、当該リードフレーム80上に搭載・固着される半導体素子121を模式的に示している。
図1ならびに図2(A)に示される如く、当該吊りリード113は、前記ダイパッド(ダイステージ)112の上面、即ち半導体素子121の搭載・固着面と同一の平面に於いて、幅W1を有する第1の部位171と、当該ダイパッド112の下面(裏面)と同一の平面に於いて前記第1の部位171よりも大なる幅W2を有する第2の部位172を具備している。
即ち、吊りリード113に於ける、ダイパッド112の半導体素子搭載側の主面(上面)に連続する主面の幅W1は、当該ダイパッド112の半導体素子非搭載面に連続する他方の主面(裏面)の幅W2よりも小とされている。
当該第1の部位171は、当該吊りリード113の幅方向のほぼ中央に位置している。
そして、前記第2の部位172の幅W2が当該第1の部位171の幅W1よりも大であることから、当該吊りリード113の延在する方向に沿って、第1の部位171の両側には幅W10、深さ(高さ)d1を有する段差部173が存在する。
当該段差部173は、前記第1の部位171が略垂直に立ち上がる形状を有している。
従って、当該段差部173を除いて吊りリード113のほぼ中央部に於ける第1の部位171は、リードフレーム80と等しい厚さを有する。
かかる吊りリード113に於ける、前記第1の部位171の設定、即ち段差部173の形成は、前述の如く、プレス加工或いはエッチング加工により形成されたリードフレーム80に対し、再度プレス加工を施すことにより行うことができる。
即ち、プレス加工或いはエッチング加工により幅W2をもって形成された吊りリード113に対し、その半導体素子の搭載・固着面側の面に再度プレス加工を施すことにより、段差部173ならびに幅W1を有する第1の部位171を形成する。
尚、該吊りリード113に於いて、ダイパッド112の半導体素子搭載側の主面(上面)に連続する主面の幅W1を、当該ダイパッド112の半導体素子非搭載面に連続する他方の主面(裏面)の幅W2よりも小とするための手段としては、プレス加工の他、面取り加工或いはエッチング処理を適用することもできる。
即ち、金属板材に対するプレス加工により、所定の幅(例えば、幅W2)をもって断面矩形状の吊りリード113を形成した後、その一方の主面(上面)側の角部に対して、面取り加工を行うことにより、直線状傾斜部174を形成する。
面取り加工法によれば、吊りリード内に生じる加工歪みを抑制することができる。
当該面取り加工により整形された吊りリード113の断面を、図2(B)に示す。
尚、此処に於いても、当該ダイパッド112に搭載・固着される半導体素子121を、長方形SCをもって模式的に示している。
即ち、当該吊りリード113は、その側面から一方の主面(上面)に対して、直線状に連続する傾斜部174を有している。当該傾斜部174は、当該吊りリード113の両側面に配設される。
この為、当該一方の主面(上面)171は、他方の主面(下面)172の幅W2よりも小である幅W1を有する。
そして、当該一方の主面(上面)171から、深さd1をもって、直線状傾斜部174が形成されている。
一方、エッチング加工を適用する場合には、金属板材に対するプレス加工により、所定の幅(例えば、幅W2)をもって断面矩形状の吊りリード113を形成した後、当該吊りリード113の両主面に幅の異なるエッチングマスク層を配設する。
当該吊りリード113の一方の主面(上面、ダイパッド112の半導体素子搭載側の主面に連続する面)に配設されるエッチングマスク層の幅は、他方の主面(下面)に配設されるエッチングマスク層の幅よりも小とされる。
そして、当該吊りリード113の両面から、等方性エッチングを施すことにより、その側面部に円弧状の傾斜部175a,175bを形成する。
当該エッチング加工により整形された吊りリード113の断面を、図2(C)に示す。
尚、此処に於いても、当該ダイパッド112に搭載・固着される半導体素子121を、長方形SCをもって模式的に示している。
即ち、当該吊りリード113は、その側面から一方の主面(上面)に対して円弧状に連続する第1の傾斜部175a、ならびに側面から他方の主面(下面)に対して円弧状に連続する第2の傾斜部175bを有している。当該傾斜部175aならびに175bは、当該吊りリード113の両側面に配設される。
第1の傾斜部175aは、第2の傾斜部175bよりも、当該吊りリード113の厚さ方向に深く、深さd1をもって形成されており、当該吊りリード113の一方の主面(上面)は、他方の主面(下面)の幅W2よりも小である幅W1を有する。
前記リードフレーム80を適用して形成された半導体装置100を、図3に示す。尚、吊りリード113は、前記図2(A)に示す断面形状を有する。
図3(A)は、当該半導体装置100を、半導体素子121側から透視的に見た状態を示し、図3(B)は、当該半導体装置100を、ダイパッド側112から透視的に見た状態を示す。
尚、当該図3(A),図3(B)では、封止用樹脂の一部を取り除いた状態を示している。
また、当該図3(B)に於ける線X2−X2に沿う断面を図4(A)に、線Y2−Y2に沿う断面を図4(B)に、更に線Z2−Z2に沿う断面を図4(C)に示している。
即ち、被搭載半導体素子121の平面外形寸法よりも小さな平面寸法を有するダイパッド(ダイステージ)112上に、ダイス付け材(ダイボンド材)131を介して半導体素子121が搭載・固着されている。
当該半導体素子121の電極端子122は、ボンディングワイヤ141を介してインナーリード115aに接続されている。
そして、当該半導体素子121、ボンディングワイヤ141、ダイパッド112、吊りリード113、ならびにインナーリード115aは、封止用樹脂151より被覆されている。
当該封止用樹脂151の平面外形は矩形状を有し、その4辺から、それぞれ複数のアウターリード115bが導出され、外部接続用端子を構成している。
当該半導体装置100にあっては、ダイパッド112上に配置されたダイス付け材131の存在により、ダイパッド112から延在された吊りリード113の上面と半導体素子121の裏面との間には、当該ダイス付け材131の厚さにほぼ相当する隙間部Dが形成されている。
吊りリード113は、ダイパッド112の下面(裏面)と同一の平面に於いて幅広部W2を有することからその機械的強度は大きく、半導体素子121との間の隙間部Dは、当該吊りリード113の延在する方向に沿って維持される。
従って、半導体素子121と吊りリード113との対向部である当該隙間部Dには、封止用樹脂151が容易に充填され、当該隙間部Dに封止用樹脂151の未充填部は生じない。
この時、当該封止用樹脂151は、吊りリード113に於ける段差部173と半導体素子121の裏面との間にも充填される。
即ち、当該半導体素子121の裏面は、吊りリード113との間に於いて、当該吊りリード113に於ける段差部173に充填された封止用樹脂151とは、広い領域をもって接触することができる。
これにより、当該半導体素子121と封止用樹脂151との間は、強固に一体化される。
当該段差部173の寸法(幅W10、深さd1)は、封止用樹脂151の材料、特性などに基づいて、設定される。
即ち、当該封止用樹脂151の粘性、当該封止用樹脂151中に含まれるフィラーのサイズ(粒径)などを考慮して、樹脂封止処理の際、封止用樹脂151の樹脂成分ならびにフィラーが、半導体素子121と段差部173との間に進入できる寸法を選択する。
例えば、フィラーの平均サイズ(平均粒径)が50μm程度であれば、段差部173の深さ方向の寸法d1は、50μm〜80μm程に設定される。
この様に、当該段差部173の深さd1を、所定粒径のフィラーが進入可能な寸法とすれば、封止用樹脂151の樹脂成分は、少なくとも当該フィラーの粒径と同等の厚さをもって半導体素子121の裏面に接することになる。
これにより、当該封止用樹脂151と半導体素子121との間は強固に接続され、吊りリード113と半導体素子121との間もより強固に固着される。
上述の如く、当該段差部173の深さd1を、平均サイズ(平均粒径)が50μm程のフィラーが進入できる深さとすれば、かかる効果は発揮される。
尚、当該段差部173の深さ方向の寸法d1は、吊りリード113の全厚さの1/2〜2/3程に設定することが好ましい。
かかる範囲を超えると、当該段差部173の幅W10にも関連するが、吊りリード113の機械的強度が低下し、樹脂封止の際、ダイパッド112の平坦性の低下、ならびに吊りリード113と半導体素子121との接触を生じ易い。
一例として、段差部173を設けた吊りリード113は、当該吊りリード113の厚さを125μmとした場合、表面側の幅W1を500μm、裏面側の幅W2を1600μm、段差部173の幅W10を450μm、段差部173の深さd1を60μmとすることができる。
かかる段差部173の配設による効果は、前記図2(B)或いは図2(C)に示されるところの、傾斜部174或いは175a,175bを配設した吊りリード113に於いても同様に発揮される。
即ち、当該吊りリード113にあっても、幅広部がW2を有することからその機械的強度は大きく、半導体素子121との間の隙間部Dは、当該吊りリード113の延在する方向に維持される。
従って、半導体素子121と吊りリード113との対向部である隙間部Dには、封止用樹脂151が容易に充填され、当該隙間部Dに封止用樹脂151の未充填部は生じない。
この時、当該封止用樹脂151は、図5(A)ならびに図5(B)に示される様に、吊りリード113に於ける傾斜部174或いは傾斜部175aと半導体素子121の裏面との間にも充填される。
即ち、当該半導体素子121の裏面は、吊りリード113との間に於いて、当該吊りリード113に於ける傾斜部174或いは傾斜部175aに充填された封止用樹脂151とは、広い領域をもって接触することができる。
これにより、当該半導体素子121と封止用樹脂151との間は強固に一体化される。
当該傾斜部174或いは傾斜部175a,175bの形態(傾斜角、曲率など)についても、封止用樹脂の材料、特性などに基づいて設定される。
但し、当該傾斜部174或いは傾斜部175a,175bを配設する際にも、その深さ方向の寸法d1は、吊りリード113の全厚さの1/2〜2/3程に設定することが好ましい。
かかる範囲を超えると、当該傾斜部の幅W10にも関連するが、吊りリードの機械的強度が低下してしまい、樹脂封止の際、ダイパッドの浮き沈み、ならびに吊りリードと半導体素子との接触を生じ易い。
直線状の傾斜部174を設けた吊りリード113は、当該吊りリード113の厚みを例えば125μmとした場合、表面側の幅W1を600μm、裏面側の幅W2を1300μm、傾斜部174の幅W10を350μm、深さd1を80μmとすることができる。
湾曲状の傾斜部175a,175bを設けた吊りリード113の寸法は、当該吊りリード113の厚みを例えば125μmとした場合、表面側の幅W1を600μm、裏面側の幅W2を1000μm、湾曲状の傾斜部175aの幅W10を200μm、湾曲状の傾斜部175aの深さd1を80μmとすることができる。
前述の如く、本実施の形態に於ける半導体装置100にあっては、吊りリード113に於いて、ダイパッド(ダイステージ)112の半導体素子搭載側の主面(上面)に連続する主面の幅W1が、当該ダイパッド112の半導体素子非搭載面に連続する他方の主面(裏面)の幅W2よりも小さく、狭い。
当該吊りリード113は、幅W1もって半導体素子121に対向することから、仮に当該半導体素子121と接触する状態を生じた場合であっても、その接触面積は極めて限られる。
この為、加熱された際に、封止用樹脂151中の水分が気化したとしても、吊りリード113と半導体素子121との接触界面を押し広げる力が抑えられ、半導体素子121と封止用樹脂151との間に於ける剥離の発生、拡大が抑制・防止される。
即ち、接触面積が小さくなることに加え、接触部以外での封止用樹脂151による被覆が強固なことにより、剥離現象は効果的に防止・抑制される。
一方、当該吊りリード113は、ダイパッド112の半導体素子非搭載面に連続する他方の主面(裏面)が、大きな幅W2を有することから、加熱された際に封止用樹脂151に発生する応力を分散させることができる。
これより、ダイパッド112の縁部近傍への応力の集中を緩和することができ、当該縁部近傍の封止用樹脂151に於けるクラックの発生が抑制・防止される。
即ち、本実施の態様にあっては、半導体素子121と封止用樹脂151との間の剥離、ならびに当該封止用樹脂151に於けるクラックの発生が効果的に抑制・防止されて、高い信頼性を有する樹脂封止型半導体装置を実現することができる。
加えて、当該吊りリード113は、その幅方向の中央部に於いて、前記ダイパッド112と同じ厚さを有している。従って、その機械的強度は維持されている。
更に、当該吊りリード113は、ダイパッド112の主面と平行な平面に於いて、互いに90°異なる方向に、そして前記半導体素子121の四隅にほぼ対応して延在していることから、当該ダイパッド112、ならびに当該ダイパッド112に載置される半導体素子121に傾きを生ずることなく、これらを支持する。
尚、本実施の形態にあっては、前記図4に示される様に、半導体装置100は、ダイパッド112上面、即ち半導体素子121の搭載面の高さが、インナーリード115aの上面、即ちボンディングワイヤ141が接続される面の高さよりも低くされている。
この様な形態は、リードフレームに対して折り曲げ加工(ダウンセット加工)を施し、前記吊りリード113を湾曲させることにより形成される。
当該折り曲げ加工(ダウンセット加工)により、ダイパッド112に載置された半導体素子121の上面が、インナーリード115aの上面と同等の高さに位置することが可能となる。
従って、当該半導体素子121の電極端子122とインナーリード115aとの間を、ボンディングワイヤ141により接続する際、その接続信頼性を高めることができる。
また、ダイパッド112の上面の高さが、インナーリード115aの上面の高さよりも低くされていることにより、当該ダイパッド112に載置された半導体素子121は、樹脂封止用金型に於けるキャビティ空間の、高さ方向のほぼ中央部に位置することとなる。
従って、当該キャビティ内に注入されて流動する封止用樹脂151は、半導体素子121の上面側ならびに下面側をほぼ等しい流速をもって流れ、当該封止用樹脂内に於けるボイドの発生、或いはダイパッドの撓みの発生などを防止・抑制することができる。
(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施の形態に於けるリードフレーム85を、図6に示す。
当該図6には、銅(Cu)板からなる金属板に対するプレス加工などにより形成された、一つのリードフレーム85が示されている。
図6は、当該リードフレーム85に於ける、半導体素子が搭載・固着される主面側を表している。
図示される一つのリードフレーム85は、一個の樹脂封止型半導体装置の形成に適用される。
そして、当該リードフレーム85には枠部111が存在し、他の半導体装置形成用リードフレームが形成されている(図示せず)。
当該リードフレーム85は、ダイパッド(ダイステージ)112、当該ダイパッドから互いに異なる方向に延在する4本の吊りリード113、ならびに当該吊りリード113間に、ダムバー(タイバー)114をもって相互に接続され、且つ略同一平面に配置された、複数本のリード端子115を具備している。
ここで、ダイパッド112は、平面形状が円形であって、同図に破線をもって示される矩形状の半導体素子121の外形寸法よりも小さな平面外形寸法を有している。
また、4本の吊りリード113は、ダイパッド112の主面と平行な平面に於いて、互いに90°異なる方向に、そして前記半導体素子121の四隅にほぼ対応して延在している。
当該図6に於ける線Z3a−Z3aに沿う断面を図7(A)に、また図6に於ける線Z3b−Z3bに沿う断面を図7(B)に示す。尚、当該リードフレーム85上に搭載・固着される半導体素子121を、長方形SCをもって模式的に示している。
図示される如く、本実施の態様に於ける吊りリード113は、ダイパッド112の近傍に位置して当該ダイパッド112に連続する部位113Aと、半導体素子121の隅部(コーナー部)近傍に位置する部位113Bとの幅が異なっている。
即ち、吊りリード113は、ダイパッド112の近傍に位置して当該ダイパッド112に連続する部位113Aから、半導体素子121の隅部近傍に位置する部位113Bに向かい、その最大幅が漸次減少している。
そして、当該吊りリード113に於けるダイパッド112の半導体素子非搭載面に連続する主面(下面)の、当該ダイパッド112に連続する部位の幅W4は、半導体素子121の隅部近傍に位置する部位の幅W6よりも大きい。
そして、当該吊りリード113の、ダイパッド112の近傍に位置して当該ダイパッド112の上面に連続する部位113Aの幅W3は、半導体素子121の隅部近傍に位置する部位113Bの上面の幅W5よりも大きい。
即ち、当該幅W3は幅W4よりも小であり、また幅W5は幅W6よりも小である。
そして、当該吊りリード113の、ダイパッド112の半導体素子搭載側の主面(上面)に連続する主面と他方の主面(下面)との間、即ち側面部には、深さd2を有する直線状の傾斜部174が形成されている。
ダイパッド112の近傍に位置して当該ダイパッド112の上面に連続する部位113Aに於ける傾斜部174の幅W11は、半導体素子121の隅部近傍に位置する部位113Bに於ける傾斜部174の幅W12よりも大きい。
尚、当該傾斜部174の幅(W11,W12)、傾斜角、ならびに深さd2は、ダイパッド112の近傍に位置して当該ダイパッド112に連続する部位113Aと、半導体素子121の隅部近傍に位置する部位113Bとに於いて、同一とすることも、異ならしめることもできる。
かかるリードフレーム85を適用して形成された半導体装置200を、図8に示す。
図8(A)は、当該半導体装置200を、半導体素子121側から透視的に見た状態を示し、図8(B)は、当該半導体装置200を、ダイパッド112側から透視的に見た状態を示す。
尚、当該図8(A)、図8(B)では、封止用樹脂151の一部を取り除いた状態を示している。
また、当該図8(B)に於ける線X4−X4に沿う断面を図9(A)に、線Y4−Y4に沿う断面を図9(B)に、線Z4a−Z4aに沿う断面を図9(C)に、更に線Z4b−Z4bに沿う断面を図9(D)に示している。
即ち、被搭載半導体素子の平面外形寸法よりも小さな平面寸法を有するダイパッド112上に、ダイス付け材(ダイボンド材)131を介して半導体素子121が搭載・固着されている。
当該半導体素子121の電極端子122は、ボンディングワイヤ141を介してインナーリード115aに接続されている。
そして、当該半導体素子121、ボンディングワイヤ141、ダイパッド112、吊りリード113、ならびにインナーリード115aは、封止用樹脂151により被覆されている。
当該封止用樹脂151の平面外形は矩形状を有し、その4辺から、それぞれ複数のアウターリード(外部接続用端子)115bが導出されている。
当該半導体装置200にあっては、ダイパッド(ダイステージ)112上に配置されたダイス付け材131の存在により、ダイパッド112より延在する吊りリード113の上面と半導体素子121の裏面との間には、当該ダイス付け材131の厚さにほぼ相当する隙間部Dが形成されている。
当該吊りリード113は、ダイパッド112の下面(裏面)と同一の平面に於いて幅広部を有することからその機械的強度は大きく、半導体素子121との間の隙間部Dは、当該吊りリード113の延在する方向に沿って維持される。
従って、半導体素子121と吊りリード113との対向部である当該隙間部Dには、封止用樹脂151が容易に充填され、当該隙間部Dに封止用樹脂151の未充填部は生じない。
この時、当該封止用樹脂151は、当該吊りリード113に於ける傾斜部174と半導体素子121の裏面との間にも充填される。
即ち、当該半導体素子121の裏面は、吊りリード113との間に於いて、当該吊りリード113に於ける傾斜部174に充填された封止用樹脂151とは、広い領域をもって接触することができる。
これにより、当該半導体素子121と封止用樹脂151との間は強固に一体化される。
当該傾斜部174の寸法(幅W11,W12、深さd2)は、封止用樹脂151の材料、特性などに基づいて、設定される。
即ち、当該封止用樹脂151の粘性、当該封止用樹脂151中に含まれるフィラーのサイズ(粒径)などを考慮して、樹脂封止処理の際、封止用樹脂151の樹脂成分ならびにフィラーが、半導体素子121と吊りリード113に於ける傾斜部174との間に進入できる寸法を選択する。
前述の如く、本実施の形態に於ける半導体装置200にあっては、吊りリード113に於いて、ダイパッド112の半導体素子搭載側の主面(上面)に連続する主面の幅W3,W5が、当該ダイパッド112の半導体素子非搭載面に連続する他方の主面(裏面)の幅W4,W6よりも小さく、狭い。
しかも、吊りリード113は、ダイパッド112近傍から半導体素子121の隅部近傍に、その幅を漸次減じていることから、その半導体素子121の搭載側の主面(上面)が当該半導体素子121の隅部に対向する面積はより小さい。
即ち、当該吊りリード113は、幅W5もって半導体素子121に対向することから、仮に当該半導体素子121と接触する状態を生じた場合であっても、その接触面積は極めて限られる。
この為、加熱された際に、封止用樹脂151中の水分が気化したとしても、吊りリード113と半導体素子121との接触界面を押し広げる力が抑えられ、半導体素子121と封止用樹脂151との間に於ける剥離の発生、拡大が抑制・防止される。
即ち、接触面積が小さくなることに加え、接触部以外での封止用樹脂151による被覆が強固なことにより、剥離現象は効果的に抑えられる。
一方、当該吊りリード113は、ダイパッド112の半導体素子非搭載面に連続する他方の主面(裏面)が大きな幅を有することから、加熱された際に発生する応力を分散させることができる。
これより、ダイパッド112の縁部近傍への応力の集中を緩和することができ、当該縁部近傍に位置する封止用樹脂151に於けるクラックの発生を防止・抑制することができる。
即ち、本実施の態様にあっても、半導体素子121と封止用樹脂151との間の剥離、ならびに封止用樹脂151に於けるクラックの発生が効果的に防止・抑制されて、高い信頼性を有する樹脂封止型半導体装置を実現することができる。
加えて、当該吊りリード113は、その幅方向の中央部に於いて、前記ダイパッド112と同じ厚さを有している。従って、その機械的強度は維持されている。
更に、当該吊りリード113は、ダイパッド112の主面と平行な平面に於いて、互いに90°異なる方向に、そして前記半導体素子121の四隅にほぼ対応して延在していることから、当該ダイパッド112、ならびに当該ダイパッド112に載置される半導体素子121に傾きを生ずることなく、これらを支持することができる。
尚、当該吊りリード113に形成される直線状の傾斜部174は、他の形態に置き換えることができる。
即ち、前記第1の実施形態に於いて示した、段差部、或いは両面円弧状傾斜部とすることができる。
また、前記ダイパッド112の近傍に位置して当該ダイパッド112に連続する部位から、半導体素子121の隅部近傍に位置する部位に向かいその幅を、段階的に(ステップ状に)減少させることも可能である。
尚、本発明に於いて、前記吊りリード113は、その数を4本に限定されるものではない。必要とされる半導体装置の構造に対応して、当該吊りリード113の数は選択される。
また、当該吊りリード113に配設される段差部は、フィラーの流動を可能とする範囲に於いて、当該吊りリード113の幅方向に沿って、階段状とするか、或いは複数の列状としてもよい。
更に、当該吊りリード113に配設される段差部又は傾斜部は、当該吊りリードが半導体素子と対向する領域の全長にわたり配設することを要しない。
半導体装置内部に於ける剥離及び/或いはクラックの発生の防止・抑制に効果を得ることができるのであれば、該吊りリードが半導体素子と対向する領域に対し、選択的に段差部又は傾斜部を配設することとしてもよい。
以上説明した実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1) 半導体素子と、
前記半導体素子が搭載され、前記半導体素子の平面寸法より小さい平面サイズを有するダイパッドと、前記ダイパッドから延在された複数の吊りリードとを含むリードフレームと、
前記半導体素子、前記ダイパッド及び前記吊りリードを封止する樹脂と、
を有し、
前記ダイパッドの前記半導体素子と接する面に連続する前記吊りリードの第1面の幅は、前記第1面の裏面の第2面の幅より狭いことを特徴とする半導体装置。
(付記2) 前記吊りリードの前記第1面と前記第2面との間に於ける側面には、段差が設けられていることを特徴とする付記1記載の半導体装置。
(付記3) 前記吊りリードの前記第1面と前記第2面との間に於ける側面には、直線状の傾斜面が設けられていることを特徴とする付記1記載の半導体装置。
(付記4) 前記吊りリードの前記第1面と前記第2面との間に於ける側面には、円弧状の傾斜面が設けられていることを特徴とする付記1記載の半導体装置。
(付記5) 前記吊りリードは、前記ダイパッドから延在する方向に沿って、その幅が狭くなっていることを特徴とする付記1記載の半導体装置。
(付記6) 前記吊りリードは、前記半導体素子の4隅部に対応して、前記ダイパッドから4方向に位置することを特徴とする付記1記載の半導体装置。
(付記7) 前記半導体素子は、前記ダイパッドに、接合部材を介して搭載されていることを特徴とする付記1乃至6のいずれかに記載の半導体装置。
(付記8) 前記リードフレームは、アウターリードとインナーリードからなる複数のリードを有し、
前記半導体素子の電極パッドと、前記インナーリードとは、ワイヤにより電気的に接続されていることを特徴とする付記1乃至7のいずれかに記載の半導体装置。
(付記9) 半導体素子が搭載されるダイパッドと、
前記ダイパッドより延在された複数の吊りリードと、
を含み、
前記ダイパッドの前記半導体素子と接する面に連続する前記吊りリードの第1面の幅は、前記第1面の裏面の第2面の幅より狭いことを特徴とするリードフレーム。
(付記10) 前記吊りリードの前記第1面と前記第2面との間に於ける側面には、段差が設けられていることを特徴とする付記9記載のリードフレーム。
(付記11) 前記吊りリードの前記第1面と前記第2面との間に於ける側面には、直線状の傾斜面が設けられていることを特徴とする付記9記載のリードフレーム。
(付記12) 前記吊りリードの前記第1面と前記第2面との間に於ける側面には、円弧状の傾斜面が設けられていることを特徴とする付記9記載のリードフレーム。
(付記13) 前記吊りリードは、前記ダイパッドから延在する方向に沿って、その幅が狭くなっていることを特徴とする付記9記載のリードフレーム。
80,85 リードフレーム
111 枠部
112,11 ダイパッド
113,12 吊りリード
114 ダムバー(タイバー)
115,13 リード端子
121,31 半導体素子
122,32 電極端子
141,41 ボンディングワイヤ
151,51 封止用樹脂
173 段差部
174,175a,175b 傾斜部
100,200, 500,600 半導体装置
61 剥離部
71 クラック

Claims (8)

  1. 半導体素子と、
    前記半導体素子が搭載され、前記半導体素子の平面寸法より小さい平面サイズを有するダイパッドと、前記ダイパッドから延在された複数の吊りリードとを含むリードフレームと、
    前記半導体素子、前記ダイパッド及び前記吊りリードを封止する樹脂と、
    を有し、
    前記ダイパッドの前記半導体素子と接する面に連続する前記吊りリードの第1面の幅は、前記第1面の裏面の第2面の幅より狭いことを特徴とする半導体装置。
  2. 前記吊りリードの前記第1面と前記第2面との間に於ける側面には、段差が設けられていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  3. 前記吊りリードの前記第1面と前記第2面との間に於ける側面には、直線状の傾斜面が設けられていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  4. 前記吊りリードの前記第1面と前記第2面との間に於ける側面には、円弧状の傾斜面が設けられていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  5. 前記吊りリードは、前記ダイパッドから延在する方向に沿って、その幅が狭くなっていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  6. 前記吊りリードは、前記半導体素子の4隅部に対応して、前記ダイパッドから4方向に位置することを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  7. 半導体素子が搭載されるダイパッドと、
    前記ダイパッドより延在された複数の吊りリードと、
    を含み、
    前記ダイパッドの前記半導体素子と接する面に連続する前記吊りリードの第1面の幅は、前記第1面の裏面の第2面の幅より狭いことを特徴とするリードフレーム。
  8. 前記吊りリードは、前記ダイパッドから延在する方向に沿って、その幅が狭くなっていることを特徴とする請求項7記載のリードフレーム。
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