JP2011210893A - 半導体装置及びリードフレーム - Google Patents
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Abstract
【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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
当該断面は、図1に於ける線Z1−Z1に於ける断面である。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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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