JP2012028744A - 半導体装置用パッケージおよびその製造方法ならびに半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】リードフレームと樹脂との隙間からの封止樹脂漏れや、外気あるいは水分の侵入を抑制することを目的とする。
【解決手段】本発明の半導体装置用パッケージは、リードフレーム１，２の少なくとも樹脂部３の開口内に露出する部分の側面に段差１０を設けることにより、リードフレーム１，２と樹脂との密着力が向上し、リードフレーム１，２と樹脂との隙間からの封止樹脂漏れや、外気あるいは水分の侵入を抑制することができる。
【選択図】図１

Description

リードフレームを保持しながら半導体素子の搭載領域を形成する樹脂部内に封止樹脂が設けられる半導体装置とそれに用いる半導体装置用パッケージに関する。
従来の半導体装置用パッケージについて図６を用いて説明する。
図６は従来の半導体装置用パッケージの構成を示す概略図であり、図６（ａ）は上面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＸ−Ｘ’断面図、図６（ｃ）は従来の半導体装置用パッケージを用いた半導体装置の構成を示す図である。
従来の半導体装置用パッケージは、図６に示すように、インナーリードに半導体素子の搭載領域を備えるリードフレーム２１と、インナーリードに半導体装置との接続領域を備えるリードフレーム２２と、リードフレーム２１およびリードフレーム２２上面においてこれらを保持すると共に半導体素子の搭載領域を開口して形成される樹脂部２３と、リードフレーム２１およびリードフレーム２２の側面および底面に設けられてリードフレーム２１およびリードフレーム２２を保持する樹脂２４とからなる。
このような半導体装置用パッケージを用いる半導体装置は、半導体装置用パッケージの搭載領域に半導体素子２５を搭載し、半導体素子２５と接続領域をワイヤ２６で接続し、半導体素子２５とワイヤ２６を封止するように、樹脂部２３の開口内部に封止樹脂２７を充填することにより形成される。
特開２０１０−９８２７６号公報
しかしながら、従来半導体装置用パッケージでは、リードフレーム２１，２２と樹脂２４または樹脂部２３との密着力が不足する場合がある。例えば、樹脂２４または樹脂部２３の形成時に、樹脂注入後冷却工程における熱収縮により、リードフレーム２１，２２と樹脂２４との間に隙間２８が生じる場合がある。また、外力等の応力によりリードフレーム２１，２２と樹脂２４との間に隙間２８が生じる場合がある。このように、リードフレーム２１，２２と樹脂２４との間に隙間２８が生じると、半導体装置の形成時における封止樹脂２７のポッティングの際に封止樹脂２７が隙間２８から漏れ出し、外観不良や樹脂部２３の開口内部の封止樹脂２７不足、あるいは、漏れ出した封止樹脂２７が外部端子に付着して接続不良や実装不良を引き起こす問題点があった。また、隙間２８から外気や水分が封止樹脂２７に浸入し、封止樹脂２７に気泡が発生したり、封止樹脂２７の耐湿性が低化したりする問題点もあった。また、リードフレーム２１，２２が不安定な状態で固定されることになり、半導体素子の搭載位置のずれや接続不良を引き起こす問題点もあった。
本発明は、上記問題点を解決するものであり、リードフレームと樹脂との隙間からの封止樹脂漏れや、外気あるいは水分の侵入を抑制することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の半導体装置用パッケージは、主面に素子搭載領域を備える１または複数の第１のリードフレームと、主面に接続領域を備えて電気的に独立して形成される１または複数の第２のリードフレームと、前記第１のリードフレームおよび前記第２のリードフレームの前記主面上に前記素子搭載領域および前記接続領域を開口して形成される樹脂部と、少なくとも前記開口内で前記樹脂部から露出する前記第１のリードフレームおよび前記第２のリードフレームのそれぞれの側面に形成される段差と、前記第１のリードフレームと前記第２のリードフレームの前記主面に対する側面の少なくとも一部および前記第１のリードフレームと前記第２のリードフレームとの間隙に設けられる保持樹脂とを有することを特徴とする。
また、前記段差が前記第１のリードフレームおよび前記第２のリードフレームの前記主面側に形成されることが好ましい。
また、前記段差が前記第１のリードフレームおよび前記第２のリードフレームの前記主面に対する裏面側に形成されることが好ましい。
また、前記段差が前記第１のリードフレームおよび前記第２のリードフレームの前記主面側および前記主面に対する裏面側に形成されることが好ましい。
また、前記段差がそれぞれ断続的に形成される複数の段差からなることが好ましい。
また、前記段差がそれぞれ連続的に形成される１つの段差からなることが好ましい。
また、前記保持樹脂が前記主面に対する裏面にも設けられても良い。
また、前記樹脂部の開口内で前記第１のリードフレームと前記第２のリードフレームとの間隙から露出する前記保持樹脂の表面に凹凸が形成されても良い。
また、前記凹凸を複数の突起で形成しても良い。
また、前記凹凸を複数の凹みで形成しても良い。
また、前記凹凸を１または複数の溝で形成しても良い。
また、前記樹脂部がリフレクタであり、光半導体装置用パッケージとして用いても良い。
さらに、本発明の半導体装置用パッケージの製造方法は、リードフレームの主面に対する側面に段差を形成するリードフレーム加工工程と、前記リードフレームを金型内に載置する金型工程と、前記金型内に樹脂を注入して素子搭載領域を開口する樹脂部および前記リードフレームを保持する保持樹脂を形成する樹脂注入工程とを有し、前記段差が少なくとも前記開口内で前記樹脂部から露出する前記リードフレームの側面に形成されることを特徴とする。
また、前記段差をコイニングにより形成しても良い。
さらに、本発明の半導体装置は、前記半導体装置用パッケージと、前記素子搭載領域に搭載される半導体素子と、前記半導体素子と前記接続領域とを電気的に接続する導電材と、前記樹脂部の開口部の内部を封止する封止樹脂とを有することを特徴とする。
また、前記半導体装置用パッケージと、前記素子搭載領域に搭載される光半導体素子と、前記光半導体素子と前記接続領域とを電気的に接続する導電材と、前記リフレクタの開口部の内部を封止する透光性樹脂とを有し、光半導体装置であっても良い。
以上により、リードフレームと樹脂との隙間からの封止樹脂漏れや、外気あるいは水分の侵入を抑制することができる。
リードフレームの少なくとも樹脂部の開口内に露出する部分の側面に段差を設けることにより、リードフレームと樹脂との密着力が向上し、リードフレームと樹脂との隙間からの封止樹脂漏れや、外気あるいは水分の侵入を抑制することができる。特に、水分の浸入を防ぐことで水分の膨張および収縮によるパッケージの破壊を防止することができる。
さらに、リードフレームが確実に固定できるので、半導体素子の搭載位置精度が向上し、接続が安定する。
実施の形態１における半導体装置用パッケージの構成を示す図 本発明の半導体装置用パッケージの製造工程を示す工程断面図 実施の形態２における半導体装置用パッケージの構成を示す図 実施の形態３の半導体装置用パッケージにおけるリードフレーム間の樹脂の構成を示す図 実施の形態３における半導体装置の構成を示す図 従来の半導体装置用パッケージの構成を示す概略図
（実施の形態１）
まず、図１，図２を用いて実施の形態１における半導体装置用パッケージの構成および製造方法を説明する。
図１は実施の形態１における半導体装置用パッケージの構成を示す図であり、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＸ−Ｘ’断面図、図１（ｃ）は裏面図である。図２は本発明の半導体装置用パッケージの製造工程を示す工程断面図である。
図１において、１はインナーリードに半導体素子の搭載領域４を備えるリードフレーム、２はインナーリードに半導体装置との接続領域５を備えるリードフレーム、３はリードフレーム１およびリードフレーム２上に形成されてこれらを保持すると共に搭載領域４と接続領域５を囲んで保護する樹脂部、６はリードフレーム１、２の間隙、側面、必要に応じて裏面に設けられてリードフレーム１、２を保持する保持樹脂、１０はリードフレーム１、２の互いに対向する側面の内の少なくとも樹脂部３から開口内部で露出する部分に形成される段差である。本発明の半導体装置用パッケージは、樹脂部３から開口内部で露出するリードフレーム１，２の側面にリードフレーム厚を薄くする段差１０を設けることにより、リードフレーム１，２と保持樹脂６との密着力が向上し、隙間の発生を抑制することができる。
図１では、リードフレーム２を１本備える２端子の半導体装置用パッケージを示しているが、リードフレーム２を複数備える構成であってもかまわない。その場合、段差１０を、少なくとも樹脂部３から開口内部で露出する領域における、リードフレーム１、２の互いに対向する側面の他に、隣接するリードフレーム２間の互いに対向する側面にも形成することが望ましい。
次に、図２を用いて本発明の半導体装置用パッケージの製造方法を説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、リードフレーム１，２の対向する側面の内、少なくとも樹脂部３から開口内部で露出する部分に段差１０を形成する。これらの段差１０の形成は、コイニングによって形成しても良いし、エッチングによって形成しても良く、形成方法は任意である。特にコイニング形成をプレス加工で行えば、高精度で量産性に優れる。
次に、図２（ｂ）に示すように、樹脂部３を形成するための金型７内にリードフレーム１，２を載置する。この状態で、金型７の樹脂注入口８から樹脂を注入する。注入された樹脂は、金型７内の空間に充填され、樹脂部３および保持樹脂６を形成する。
最後に、図２（ｃ）に示すように、樹脂を硬化させた後、金型７を外すことにより、リードフレーム１，２上に樹脂部３を設け、少なくともリードフレーム１，２の側面および間隙の保持樹脂６と樹脂部３とでリードフレーム１，２を保持する半導体装置用パッケージが完成する。
このように、リードフレーム１、２の互いに対向する側面の内の少なくとも樹脂部３から開口内部で露出する部分に段差を形成することにより、少なくとも封止樹脂が注入される部分のリードフレーム１，２と保持樹脂６との密着力が向上し、隙間の発生を抑制することができるため、樹脂部３の開口内に封止樹脂が注入されても封止樹脂漏れや、開口内への外気あるいは水分の侵入を抑制することができる。
以上の製造方法の説明では、リードフレーム１，２の素子搭載面に対する裏面にも保持樹脂６を設けていたが、リードフレーム１，２を十分保持することができれば、図１に示したように半導体装置用パッケージの薄型化のために、リードフレーム１，２の裏面には保持樹脂６を設けない構成とすることもできる。
この場合、図２（ｂ）に示す金型７に代わり、図２（ｄ）に示すような金型９を用いることにより、裏面に保持樹脂を設けない半導体装置用パッケージを形成することができる。
（実施の形態２）
次に、図３を用いて実施の形態２における半導体装置用パッケージの構成を説明する。
図３は実施の形態２における半導体装置用パッケージの構成を示す図であり、段差の構成例を示す図である。
実施の形態１では、リードフレーム１，２の半導体素子の搭載面である上面側に段差１０を設け、上面に対する裏面にリードフレーム厚の薄い部分を残す構成にしたが、図３（ａ）に示すように、リードフレーム１、２の互いに対向する側面の内の少なくとも樹脂部３から開口内部で露出する部分におけるリードフレーム１，２の上面に対する裏面に段差１１を設ける構成にすることもできる。このように裏面側に段差１１を設けた場合であっても、上面側に段差１０を設けた場合と同様に、少なくとも封止樹脂が注入される部分のリードフレーム１，２と保持樹脂６との密着力が向上し、隙間の発生を抑制することができるため、樹脂部３の開口内に封止樹脂が注入されても封止樹脂漏れや、開口内への外気あるいは水分の侵入を抑制することができる。
さらに、リードフレーム１，２の裏面側の段差１１部分にも保持樹脂６が充填されるため、アンカー効果により保持樹脂６によるリードフレーム１，２の保持力が向上し、リードフレーム１，２の裏面に形成される保持樹脂６の必要性が低減され得る。その場合、保持樹脂６をリードフレーム１，２の間隙および側面にのみ形成し、リードフレーム１，２の裏面には形成しない構成とすることが容易になり、半導体装置用パッケージの薄型化を容易に図ることもできる。
また、図３（ｂ）に示すように、リードフレーム１，２の表裏両面に段差１０および段差１１を同時に形成することもできる。これにより、少なくとも封止樹脂が注入される部分のリードフレーム１，２と保持樹脂６との密着力がより向上し、隙間の発生を抑制することができるため、封止樹脂漏れや、外気あるいは水分の侵入の抑制をより確実にすることができる。特に、水分の浸入を防ぐことで、封止樹脂に浸入した水分の膨張および収縮により、封止樹脂や樹脂部３が破壊されることによるパッケージの破壊を防止することができる。また、アンカー効果が向上し保持樹脂６によるリードフレーム１，２の保持力がさらに向上するため、より容易にリードフレーム１，２裏面の保持樹脂６を形成しない構成とすることができる。さらに、樹脂によるリードフレームを確実に固定できるので、半導体素子の搭載位置精度が向上し、接続が安定する。
さらに、実施の形態１では、段差１０をリードフレーム１，２の対向する辺と平行に連続的に形成したが、実施の形態２では、図３（ｃ）に示すように、段差１０または段差１１あるいはその両方を、リードフレーム１，２の対向する辺と平行に断続的に複数個並べた構成とすることもできる。このように、段差１０または段差１１を断続的に形成することにより、段差の間にも保持樹脂６が充填され、さらに密着力および保持力を向上することができる。
なお、図３（ｄ）に示すような、段差１０の奥行きＡ、深さａ，段差１１の奥行きＢ、深さｂの寸法については、以下のような効果を比較衡量して決定することが望ましい。すなわち、奥行きＡや奥行きＢを大きくすると段差１０，１１に充填される保持樹脂量が多くなり、またリードフレーム１，２と保持樹脂との接触面積が大きくなるためリードフレーム１，２と保持樹脂との密着力が向上するが、奥行きＡを大きくすると搭載領域または接続領域の面積が小さくなり、奥行きＢを大きくすると、リードフレーム１，２の裏面に保持樹脂を形成しない場合であっても、リードフレーム１，２の露出面積が縮小され放熱効率が低化する。また、深さａや深さｂを大きくすると段差１０，１１に充填される保持樹脂量が多くなり、またリードフレーム１，２と保持樹脂との接触面積が大きくなるためリードフレーム１，２と保持樹脂との密着力が向上すると共に、段差１０，１１中の樹脂の流通が容易になり樹脂充填効率が向上するが、リードフレーム１，２の厚みが薄くなりすぎるとリードフレーム１，２の強度が不足するようになる。
また、半導体装置用パッケージの製造工程は、実施の形態１の図２を用いた説明と同様である。
上記実施の形態１および実施の形態２の半導体装置用パッケージにおいて、リードフレーム１，２の上面の樹脂部３をリフレクタとすることにより、光半導体装置用パッケージとすることもできる。この場合、リフレクタの材料となる樹脂を光の反射率の高い樹脂を用いるか、リフレクタの素子搭載面側の表面を光の反射率の高い材料でコーティングすることが、発光効率の向上のために好ましい。また、リフレクタの素子搭載面側の表面に素子搭載面側に向かう傾斜を設けることが、発光効率の向上のために好ましい。
（実施の形態３）
次に、図４を用いて実施の形態３における半導体装置用パッケージの構成を説明する。
図４は実施の形態３の半導体装置用パッケージにおけるリードフレーム間の樹脂の構成を示す図であり、図４（ａ）は凹凸として突起を設ける場合を例示する要部斜視図、図４（ｂ）は凹凸として凹みを設ける場合を例示する要部斜視図、図４（ｃ）は凹凸として溝を設ける場合を例示する要部斜視図である。
実施の形態３における半導体装置用パッケージは、実施の形態１あるいは実施の形態２における半導体装置用パッケージの保持樹脂６のリードフレーム１，２間から露出する表面に凹凸を形成することを特徴とする。
図４に示すように、樹脂部３はリードフレーム１表面の搭載領域４およびリードフレーム２表面の接続領域５を囲む。保持樹脂６はリードフレーム１，２の周囲の一部やリードフレーム１，２間にも形成され、樹脂部３開口内のリードフレーム１とリードフレーム２との間において、搭載領域４および接続領域５が形成される面から露出している。このような、保持樹脂６の少なくともリードフレーム１とリードフレーム２との間から露出している領域の表面に凹凸を形成する。あらかじめ保持樹脂６の露出表面に凹凸を形成しておくことにより、リードフレームと樹脂との隙間からの封止樹脂漏れや、外気あるいは水分の侵入を抑制しながら、半導体装置用パッケージに半導体装置を搭載し、樹脂部３で囲まれた領域に封止樹脂を封止する場合に、保持樹脂６と封止樹脂との接触面積が増加し、保持樹脂６と封止樹脂との密着性が向上するため、封止樹脂のはがれを防止し、確実に封止樹脂を封止することができる。
凹凸の具体的な形状は、例えば、保持樹脂６の表面に複数の突起３１を形成する形状（図４（ａ））、複数の凹み３２を形成する形状（図４（ｂ））、１または複数の溝３３を、リードフレーム１の側面のリードフレーム２と対向する面と平行な方向、直行する方向、あるいはそれらを組み合わせた方向等、任意の方向に形成する形状（図４（ｃ））、あるいはこれらの突起３１、凹み３２、溝３３を組み合わせた形状とすることができる。突起３１あるいは凹み３２の形状は任意であり、球面、角柱、角錐等とすることができ、また、これらを組み合わせても良い。突起３１あるいは凹み３２の大きさは任意であり、様々な大きさの突起３１あるいは凹み３２を複数設けても良いし、大きさを統一しても良い。また、突起３１あるいは凹み３２を規則的に整列させても良いし、不規則に配置しても良い。また、溝３３の長さ、幅、深さ等のサイズも任意である。さらに、図４では、実施の形態１の半導体装置用パッケージの露出する保持樹脂６に凹凸を設ける場合を例に図示しているが、実施の形態２に示すような、様々な段差形状が形成されたリードフレーム１，２間から露出する保持樹脂６にも図４（ａ）〜図４（ｃ）に例示されるような凹凸を設けることもできる。
上記のような凹凸を形成する際には、図２の金型７あるは金型９に、凹凸を形成するための形状を形成しておくことにより、樹脂部３および保持樹脂６の形成と同時に凹凸を形成することができる。また、保持樹脂６の形成後に、切削やエッチング等の加工により凹凸を形成しても良い。
（実施の形態４）
次に、図５を用いて実施の形態１〜実施の形態３における半導体装置用パッケージを用いた半導体装置の構成を説明する。
図５は実施の形態３における半導体装置の構成を示す図であり、図５（ａ）は上面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＸ−Ｘ’断面図である。
実施の形態３における半導体装置は、図５に示すように、実施の形態１〜実施の形態３における半導体装置用パッケージの搭載領域４上に導電性接着剤等で半導体素子１３を固着し、半導体素子１３と接続領域５とをワイヤ１４等の導電性材料で電気的に接続し、半導体素子１３とワイヤ１４とを封止するように、樹脂部３とリードフレーム１，２とで囲まれた領域に封止樹脂１５を形成することにより形成される。この時、リードフレーム１，２の裏面に樹脂を設けない半導体装置用パッケージを用いた場合には、半導体素子１３の動作時に発生する熱を素早く放出することができる。また、半導体装置の薄型化を図ることが可能となる。
ここで、上述の光半導体装置用パッケージを用い、半導体素子１３として光半導体素子を搭載し、封止樹脂１５として透光性樹脂を用いることにより、光半導体装置を形成することもできる。
本発明は、リードフレームと樹脂との隙間からの封止樹脂漏れや、外気あるいは水分の侵入を抑制することができ、リードフレームを保持しながら半導体素子の搭載領域を形成する樹脂部内に封止樹脂が設けられる半導体装置とそれに用いる半導体装置用パッケージ等に有用である。
１ リードフレーム
２ リードフレーム
３ 樹脂部
４ 搭載領域
５ 接続領域
６ 保持樹脂
７ 金型
８ 注入口
９ 金型
１０ 段差
１１ 段差
１３ 半導体素子
１４ ワイヤ
１５ 封止樹脂
２１ リードフレーム
２２ リードフレーム
２３ 樹脂部
２４ 樹脂
２５ 半導体素子
２６ ワイヤ
２７ 封止樹脂
２８ 隙間

Claims (16)

  1. 主面に素子搭載領域を備える１または複数の第１のリードフレームと、
    主面に接続領域を備えて電気的に独立して形成される１または複数の第２のリードフレームと、
    前記第１のリードフレームおよび前記第２のリードフレームの前記主面上に前記素子搭載領域および前記接続領域を開口して形成される樹脂部と、
    少なくとも前記開口内で前記樹脂部から露出する前記第１のリードフレームおよび前記第２のリードフレームのそれぞれの側面に形成される段差と、
    前記第１のリードフレームと前記第２のリードフレームの前記主面に対する側面の少なくとも一部および前記第１のリードフレームと前記第２のリードフレームとの間隙に設けられる保持樹脂と
    を有することを特徴とする半導体装置用パッケージ。
  2. 前記段差が前記第１のリードフレームおよび前記第２のリードフレームの前記主面側に形成されることを特徴とする請求項１記載の半導体装置用パッケージ。
  3. 前記段差が前記第１のリードフレームおよび前記第２のリードフレームの前記主面に対する裏面側に形成されることを特徴とする請求項１記載の半導体装置用パッケージ。
  4. 前記段差が前記第１のリードフレームおよび前記第２のリードフレームの前記主面側および前記主面に対する裏面側に形成されることを特徴とする請求項１記載の半導体装置用パッケージ。
  5. 前記段差がそれぞれ断続的に形成される複数の段差からなることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の半導体装置用パッケージ。
  6. 前記段差がそれぞれ連続的に形成される１つの段差からなることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の半導体装置用パッケージ。
  7. 前記保持樹脂が前記主面に対する裏面にも設けられることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の半導体装置用パッケージ。
  8. 前記樹脂部の開口内で前記第１のリードフレームと前記第２のリードフレームとの間隙から露出する前記保持樹脂の表面に凹凸が形成されることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の半導体装置用パッケージ。
  9. 前記凹凸を複数の突起で形成することを特徴とする請求項８記載の半導体装置用パッケージ。
  10. 前記凹凸を複数の凹みで形成することを特徴とする請求項８記載の半導体装置用パッケージ。
  11. 前記凹凸を１または複数の溝で形成することを特徴とする請求項８記載の半導体装置用パッケージ。
  12. 前記樹脂部がリフレクタであり、光半導体装置用パッケージとして用いることを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の半導体装置用パッケージ。
  13. リードフレームの主面に対する側面に段差を形成するリードフレーム加工工程と、
    前記リードフレームを金型内に載置する金型工程と、
    前記金型内に樹脂を注入して素子搭載領域を開口する樹脂部および前記リードフレームを保持する保持樹脂を形成する樹脂注入工程と
    を有し、前記段差が少なくとも前記開口内で前記樹脂部から露出する前記リードフレームの側面に形成されることを特徴とする半導体装置用パッケージの製造方法。
  14. 前記段差をコイニングにより形成することを特徴とする請求項１３記載の半導体装置用パッケージの製造方法。
  15. 請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の半導体装置用パッケージと、
    前記素子搭載領域に搭載される半導体素子と、
    前記半導体素子と前記接続領域とを電気的に接続する導電材と、
    前記樹脂部の開口部の内部を封止する封止樹脂と
    を有することを特徴とする半導体装置。
  16. 請求項１２記載の半導体装置用パッケージと、
    前記素子搭載領域に搭載される光半導体素子と、
    前記光半導体素子と前記接続領域とを電気的に接続する導電材と、
    前記リフレクタの開口部の内部を封止する透光性樹脂と
    を有し、光半導体装置であることを特徴とする半導体装置。
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