JP2012109328A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置に関し、特にリードフレームを用いた半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device using a lead frame.
従来の半導体装置は、半導体チップを金属製のダイパッドに接合し、半導体チップの電極端子とリードとを金属ワイヤを用いて接続した構造となっている。半導体チップをダイパッドにダイボンド材を用いて接合することにより、半導体チップから発生する熱を、ダイパッドを介して放熱することが可能となる。 A conventional semiconductor device has a structure in which a semiconductor chip is bonded to a metal die pad, and electrode terminals and leads of the semiconductor chip are connected using a metal wire. By bonding the semiconductor chip to the die pad using a die bond material, it is possible to dissipate heat generated from the semiconductor chip through the die pad.
近年、半導体チップの高集積化に伴い、半導体チップの発熱量が増大している。一般に、半導体チップは、その底面がダイボンド材を介してダイパッドと接合されている。このため、半導体チップにおいて発生する熱は、その底面からダイパッドに伝わり、放熱される。一方、半導体チップの微細化も進められており、半導体チップの底面積は小さくなる傾向にある。このため、半導体チップの底面からダイパッドへ放熱することが次第に困難となってきている。 In recent years, the amount of heat generated by a semiconductor chip is increasing with the high integration of the semiconductor chip. Generally, the bottom surface of a semiconductor chip is bonded to a die pad via a die bond material. For this reason, the heat generated in the semiconductor chip is transferred from the bottom surface to the die pad and radiated. On the other hand, miniaturization of semiconductor chips has been promoted, and the bottom area of the semiconductor chips tends to be small. For this reason, it has become increasingly difficult to dissipate heat from the bottom surface of the semiconductor chip to the die pad.
半導体チップからダイパッドへ効率良く放熱するために、半導体チップの底面からだけでなく、側面からもダイパッドへ熱を伝えられるようにすることが考えられる。具体的には、ダイパッドに凹部を設け、この凹部に半導体チップをはめ込むことが考えられる。例えば、特許文献1にはダイパッドに浅い凹部を有するリードフレームが開示されている。しかし、この凹部は半導体チップの位置決め用であり、その深さは半導体チップの厚さの5分の1程度である。また、半導体チップの側面と凹部の壁面とは接合されていない。このため、半導体チップからダイパッドへの熱の伝達にはほとんど寄与しない。 In order to efficiently dissipate heat from the semiconductor chip to the die pad, it may be possible to transfer heat to the die pad not only from the bottom surface of the semiconductor chip but also from the side surface. Specifically, it is conceivable to provide a recess in the die pad and fit a semiconductor chip in the recess. For example, Patent Document 1 discloses a lead frame having a shallow recess in a die pad. However, this recess is for positioning the semiconductor chip, and its depth is about one fifth of the thickness of the semiconductor chip. Further, the side surface of the semiconductor chip and the wall surface of the recess are not joined. For this reason, it hardly contributes to the transfer of heat from the semiconductor chip to the die pad.
また、特許文献2には、半導体チップを取り囲むような側壁部を有する深皿形状のダイパッドを有するリードフレームが開示されている。しかし、このリードフレームは半導体チップの吸湿を低減することを目的としており、半導体チップの側面と凹部の側壁との間には封止樹脂が充填されている。このため、半導体チップの側面からダイパッドへの熱の伝達効率は非常に低い。 Patent Document 2 discloses a lead frame having a deep dish-shaped die pad having a side wall portion surrounding a semiconductor chip. However, this lead frame is intended to reduce moisture absorption of the semiconductor chip, and a sealing resin is filled between the side surface of the semiconductor chip and the side wall of the recess. For this reason, the heat transfer efficiency from the side surface of the semiconductor chip to the die pad is very low.
特許文献3には、上部が広がった傾斜した壁面を有する凹部の底面に半導体チップを接合した例が開示されている。この場合には、半導体チップが発光ダイオードであり、凹部は発光ダイオードからの光を効率良く外部に取り出すために設けられている。このため、半導体チップの側面と凹部の壁面との間隔が大きく、さらに半導体チップの側面と凹部の壁面との間には樹脂又はガラス等が充填されている。従って、半導体チップの側面からの放熱にはほとんど寄与しない。 Patent Document 3 discloses an example in which a semiconductor chip is bonded to the bottom surface of a recess having an inclined wall surface with an upper portion spread. In this case, the semiconductor chip is a light emitting diode, and the recess is provided in order to efficiently extract light from the light emitting diode to the outside. For this reason, the distance between the side surface of the semiconductor chip and the wall surface of the recess is large, and the space between the side surface of the semiconductor chip and the wall surface of the recess is filled with resin or glass. Therefore, it hardly contributes to heat radiation from the side surface of the semiconductor chip.
特許文献4には、凹部内に半導体チップを配置し、半導体チップの側面と凹部の壁面との間に伝熱性物質を充填した半導体装置が開示されている。 Patent Document 4 discloses a semiconductor device in which a semiconductor chip is disposed in a recess, and a heat transfer material is filled between a side surface of the semiconductor chip and a wall surface of the recess.
しかしながら、前記従来の半導体装置には、以下のような問題がある。半導体チップの底面及び側面と、凹部の底面及び壁面との間に充填する伝熱性物質には、フィラーを混合したペースト状のダイボンド材又はフィルム状のダイボンド材等を使用する必要がある。これらのダイボンド材の熱伝導率は、0.2W/m・K〜数W/m・K程度でしかない。これは半導体チップの基板であるシリコン(約148W/m・K)及びダイパッドである銅合金(約200W/m・K〜360W/m・K)と比べて、桁違いに低い。また、金属はんだ(数十W/m・K)と比べても非常に低い。さらに、伝熱性物質を半導体チップと凹部との間に均一に充填するためには、半導体チップと凹部との間に十分な隙間を確保しなければならない。このため、半導体チップからダイパッドへの十分な熱の伝達ができないという問題がある。 However, the conventional semiconductor device has the following problems. It is necessary to use a paste-like die-bonding material or a film-like die-bonding material in which a filler is mixed as the heat transfer material filled between the bottom surface and side surface of the semiconductor chip and the bottom surface and wall surface of the recess. The thermal conductivity of these die bond materials is only about 0.2 W / m · K to several W / m · K. This is an order of magnitude lower than silicon (about 148 W / m · K) which is a substrate of a semiconductor chip and copper alloy (about 200 W / m · K to 360 W / m · K) which is a die pad. Moreover, it is very low compared with metal solder (several tens of W / m · K). Furthermore, in order to uniformly fill the heat conductive material between the semiconductor chip and the recess, a sufficient gap must be ensured between the semiconductor chip and the recess. For this reason, there is a problem that sufficient heat cannot be transferred from the semiconductor chip to the die pad.
本発明は、前記の問題を解決し、半導体チップからダイパッドへ効率良く放熱する半導体装置を実現できるようにすることを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above problems and to realize a semiconductor device that efficiently dissipates heat from a semiconductor chip to a die pad.
前記の目的を達成するため、本発明は半導体装置を、ダイパッドに形成された余剰のダイボンド材を流し込む部分を有する凹部にダイボンド材を介して半導体チップを接合する構成とする。 In order to achieve the above object, according to the present invention, a semiconductor device is configured such that a semiconductor chip is bonded to a recess having a portion into which an excessive die bond material formed on a die pad is poured, via the die bond material.
本発明に係る半導体装置は、ダイパッドを含むリードフレームと、ダイパッドのチップ搭載領域にダイボンド材により接合された半導体チップとを備え、チップ搭載領域は、半導体チップに間隔をおいて外嵌する第1の部分と、第1の部分よりもその壁面と半導体チップの側面との間隔が大きい第2の部分とを含む凹部であり、半導体チップの側面と凹部の壁面との間にはダイボンド材が充填されている。 A semiconductor device according to the present invention includes a lead frame including a die pad, and a semiconductor chip bonded to a chip mounting area of the die pad by a die bonding material, and the chip mounting area is externally fitted to the semiconductor chip at an interval. And a second portion having a larger distance between the wall surface and the side surface of the semiconductor chip than the first portion, and a die bond material is filled between the side surface of the semiconductor chip and the wall surface of the recess. Has been.
本発明の半導体装置は、チップ搭載領域が、半導体チップに間隔をおいて外嵌する第1の部分と、第1の部分よりもその壁面と半導体チップの側面との間隔が大きい第2の部分とを含む凹部である。このため、半導体チップをチップ搭載部に接合する際に、余剰のダイボンド材は第2の部分に流れ込む。従って、第1の部分における半導体チップの側面と凹部の壁面との間隔を小さくしても、半導体チップの側面と凹部の壁面との間に均一にダイボンド材が充填された状態で接合される。その結果、半導体チップの側面からダイパッドへ効率良く熱を伝えることができ、放熱性に優れた半導体装置を実現することができる。 In the semiconductor device of the present invention, the chip mounting region has a first part that is fitted over the semiconductor chip with a space therebetween, and a second part in which the space between the wall surface and the side surface of the semiconductor chip is larger than the first part. It is a recessed part containing these. For this reason, when the semiconductor chip is bonded to the chip mounting portion, excess die bond material flows into the second portion. Therefore, even if the distance between the side surface of the semiconductor chip and the wall surface of the recess in the first portion is reduced, the bonding is performed in a state where the die bond material is uniformly filled between the side surface of the semiconductor chip and the wall surface of the recess. As a result, heat can be efficiently transferred from the side surface of the semiconductor chip to the die pad, and a semiconductor device having excellent heat dissipation can be realized.
本発明の半導体装置において、半導体チップは、平面方形状であり、第2の部分は、半導体チップの角部と対応する部分に形成されていてもよい。 In the semiconductor device of the present invention, the semiconductor chip may have a planar rectangular shape, and the second portion may be formed at a portion corresponding to a corner portion of the semiconductor chip.
本発明の半導体装置において、凹部は、半導体チップの厚さの2分の1以上且つ半導体チップの厚さ未満の深さとすればよい。 In the semiconductor device of the present invention, the recess may have a depth that is at least one half of the thickness of the semiconductor chip and less than the thickness of the semiconductor chip.
本発明の半導体装置において、第1の部分における半導体チップの側面と凹部の壁面との間隔は、5μm以上且つ200μm以下とすればよい。 In the semiconductor device of the present invention, the distance between the side surface of the semiconductor chip and the wall surface of the recess in the first portion may be 5 μm or more and 200 μm or less.
本発明の半導体装置において、半導体チップは、平面方形状であり、半導体チップの厚さは、長辺の長さの20分の1以上とすればよい。 In the semiconductor device of the present invention, the semiconductor chip has a planar rectangular shape, and the thickness of the semiconductor chip may be at least 1/20 of the length of the long side.
本発明の半導体装置において、ダイパッドにおける凹部が形成された部分の厚さは、ダイパッドの他の部分における厚さと等しくてもよい。 In the semiconductor device of the present invention, the thickness of the portion of the die pad where the recess is formed may be equal to the thickness of the other portion of the die pad.
本発明の半導体装置において、凹部は、半切断プレス加工により形成してもよい。 In the semiconductor device of the present invention, the recess may be formed by half-cut pressing.
本発明の半導体装置において、ダイパッドは、その上面が凹部の側から外縁部に向かって次第に低くなるように傾斜していてもよい。 In the semiconductor device of the present invention, the die pad may be inclined so that the upper surface thereof gradually decreases from the concave side toward the outer edge.
本発明の半導体装置において、ダイパッドは、底板と底板の上に接合された枠体とを有していてもよい。 In the semiconductor device of the present invention, the die pad may have a bottom plate and a frame joined on the bottom plate.
本発明の半導体装置において、枠体は、その高さが凹部の側から外縁部に向かって次第に低くなるように傾斜していてもよい。 In the semiconductor device of the present invention, the frame body may be inclined so that its height gradually decreases from the recess side toward the outer edge portion.
本発明の半導体装置は、半導体チップ及びリードフレームを封止する絶縁モールドをさらに備え、リードフレームは、絶縁モールドの外側に突出した複数のリードを有していてもよい。 The semiconductor device of the present invention may further include an insulating mold that seals the semiconductor chip and the lead frame, and the lead frame may have a plurality of leads protruding outside the insulating mold.
本発明の半導体装置において、複数のリードの1つは、ダイパッドと一体であってもよい。 In the semiconductor device of the present invention, one of the plurality of leads may be integrated with the die pad.
本発明の半導体装置において、半導体チップはチップ端子を有し、チップ端子とリードとはバンプにより接続されていてもよい。 In the semiconductor device of the present invention, the semiconductor chip may have a chip terminal, and the chip terminal and the lead may be connected by a bump.
本発明の半導体装置において、ダイパッドは、実装基板に実装された際に、半導体チップを搭載した面と反対側の面が実装基板側となるように、リードと接続されていてもよい。 In the semiconductor device of the present invention, the die pad may be connected to the lead so that the surface opposite to the surface on which the semiconductor chip is mounted becomes the mounting substrate side when mounted on the mounting substrate.
本発明の半導体装置において、ダイパッドは、実装基板に実装された際に、半導体チップを搭載した面が実装基板側となるように、リードと接続されていてもよい。 In the semiconductor device of the present invention, the die pad may be connected to the lead so that the surface on which the semiconductor chip is mounted is on the mounting substrate side when mounted on the mounting substrate.
本発明の半導体装置において、ダイパッドは、半導体チップを搭載した面と反対側の面が絶縁モールドから露出していてもよい。 In the semiconductor device of the present invention, the surface of the die pad opposite to the surface on which the semiconductor chip is mounted may be exposed from the insulating mold.
本発明の半導体装置において、リードは、絶縁モールドに覆われたインナーリード部と、絶縁モールドから突出したアウターモールド部とを有し、インナーリード部の厚さは、アウターリード部側の部分よりも、半導体チップ側の部分において薄くてもよい。 In the semiconductor device of the present invention, the lead has an inner lead portion covered with an insulating mold and an outer mold portion protruding from the insulating mold, and the thickness of the inner lead portion is larger than that of the portion on the outer lead portion side. The semiconductor chip side portion may be thin.
本発明の半導体装置において、インナーリード部の厚さは、アウターリード部側から半導体チップ側に向かって連続的に薄くなっていてもよい。 In the semiconductor device of the present invention, the thickness of the inner lead portion may be continuously reduced from the outer lead portion side toward the semiconductor chip side.
本発明の半導体装置において、半導体チップは、発光ダイオードであってもよい。 In the semiconductor device of the present invention, the semiconductor chip may be a light emitting diode.
本発明に係る半導体装置によれば、半導体チップからダイパッドへ効率良く放熱する半導体装置を実現できる。 The semiconductor device according to the present invention can realize a semiconductor device that efficiently dissipates heat from a semiconductor chip to a die pad.
図1(a)及び(b)に示すように、一実施形態に係る半導体装置は、QFP(Quad Flat Package)タイプの半導体装置であり、半導体チップ101が、リードフレーム102に搭載されている。リードフレーム102は、半導体チップ101を搭載するダイパッド121と、半導体チップ101のチップ端子111とワイヤ131により接続されたリード122とを有している。半導体チップ101及びリードフレーム102は、樹脂からなる絶縁モールド133により封止されている。但し、図1(a)においては、ワイヤ131及び絶縁モールド133の図示を省略している。リード122は、絶縁モールド133に覆われたインナーリード部122Aと、絶縁モールド133の外側に突出したアウターリード部122Bとを有している。半導体チップ101は、ダイパッド121のチップ搭載領域にダイボンド材132により接合されている。チップ搭載領域は、ダイパッド121に形成された凹部124である。凹部124は、半導体チップ101に間隔をおいて外嵌した第1の部分124aと、半導体チップ101の角部と対応する部分に設けられた第2の部分124bとを含む。第2の部分124bは、半導体チップ101の側面と凹部の壁面との間隔が第1の部分124aよりも大きい。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the semiconductor device according to an embodiment is a QFP (Quad Flat Package) type semiconductor device, and a
本実施形態においては、凹部124の深さは、半導体チップ101の高さとほぼ等しく、半導体チップ101は底面だけでなく、側面の大部分もダイボンド材132によりダイパッド121と接合されている。このため、半導体チップ101とダイパッド121との接触面積Aは、A=L×B+(L+B)×H×2となる。但し、Lは半導体チップ101の縦方向の長さであり、Bは半導体チップ101の横方向の長さであり、Hは半導体チップ101の厚さである。このように、底面だけがダイパッド121と接合されている場合よりも、(L+B)×Hだけ接触面積が大きくなる。熱抵抗θは、θ=t/(λ・A) (但し、λはダイボンド材の熱伝導率であり、tはダイボンド材の厚さである。)であるため、半導体チップ101を凹部に収容して接触面積Aを大きくすることにより、熱抵抗θを低減できる。
In the present embodiment, the depth of the
熱抵抗θを小さくするためには、接触面積Aを大きくするだけでなく、ダイボンド材の厚さtをできるだけ薄くすることが好ましい。半導体チップを凹部に搭載する場合、凹部のサイズを半導体チップの外形と正確に同じにできれば、半導体チップの側面と凹部の壁面とが直接接するため最も熱抵抗を小さくできる。しかし、実際にはこのような加工は不可能である。このため、予め凹部にダイボンド材を薄く塗布し、半導体チップの側面と凹部の壁面との間にダイボンド材が均一に充填されるようにする必要がある。しかし、ダイボンド材は一般にフィラーを含み粘度が大きいため、塗布する厚さを薄くすることには限界がある。また、半導体チップの側面と凹部の壁面との間隔を小さくするためには、ダイボンド材を塗布する厚さを正確に制御する必要がある。例えば、ダイボンド材が不足すればボイドが発生する。一方、過剰になればダイボンド材があふれ出し、半導体チップの素子形成面に回り込んでしまう。このため、半導体チップの側面と凹部の壁面との間隔を小さくすることは困難である。 In order to reduce the thermal resistance θ, it is preferable not only to increase the contact area A but also to reduce the thickness t of the die bond material as much as possible. When mounting the semiconductor chip in the recess, if the size of the recess can be made exactly the same as the outer shape of the semiconductor chip, the side surface of the semiconductor chip and the wall surface of the recess are in direct contact with each other, so that the thermal resistance can be minimized. However, such processing is actually impossible. For this reason, it is necessary to apply a thin die bond material to the recesses in advance so that the die bond material is uniformly filled between the side surface of the semiconductor chip and the wall surface of the recess. However, since the die bond material generally contains a filler and has a large viscosity, there is a limit to reducing the thickness to be applied. In addition, in order to reduce the distance between the side surface of the semiconductor chip and the wall surface of the recess, it is necessary to accurately control the thickness at which the die bond material is applied. For example, if the die bond material is insufficient, voids are generated. On the other hand, if it becomes excessive, the die bond material overflows and wraps around the element formation surface of the semiconductor chip. For this reason, it is difficult to reduce the distance between the side surface of the semiconductor chip and the wall surface of the recess.
一方、本実施形態の半導体装置は、凹部124が半導体チップ101に間隔をおいて外嵌した第1の部分124aと、半導体チップ101の角部と対応する部分に設けられた第2の部分124bとを含む。このため、第1の部分124aにおける余剰のダイボンド材は、第2の部分124bに流れ込む。このため、第1の部分124aにおいて半導体チップ101の側面と凹部124の壁面との間隔を非常に小さくすることができる。例えば、第1の部分124aにおける半導体チップ101の側面と凹部124の壁面との間隔は、5μm〜200μm程度とすることができる。このため、ダイボンド材132の厚さtを薄くすることができ、熱抵抗をさらに低減できる。
On the other hand, in the semiconductor device according to the present embodiment, the
本実施形態においては、凹部124の深さを半導体チップ101の厚さとほぼ等しくしている。このようにすれば、半導体チップ101を凹部124に収容した際に半導体チップ101側面のほぼ全面がダイパッド121と接合されることになり、接触面積を最大とすることができる。しかし、必ずしも凹部124の深さを半導体チップ101の厚さと等しくする必要はなく、半導体チップ101の厚さの1/10以上あれば、接触面積の増大による熱抵抗の低減効果が得られ、より効果的に熱抵抗を低減するためには1/2以上とすることが好ましい。但し、凹部124の深さが半導体チップ101の厚さよりも大きくなると、半導体チップ101の素子形成面にダイボンド材132が回り込むおそれがある。このため、凹部124の深さは半導体チップ101の厚さよりも小さいことが好ましい。半導体チップ101の下面と凹部124の底面との間にもダイボンド材132が存在するため、凹部124の深さは厳密には半導体チップ101の厚さと半導体チップ101の下側に存在するダイボンド材132の厚さとの和に基づいて設計する必要がある。しかし、半導体チップ101の下側に存在するダイボンド材132の厚さは、半導体チップ101の厚さよりも薄く、通常は無視してかまわない。
In the present embodiment, the depth of the
半導体チップ101の形状は特に問わないが、あまりにも極端に厚さが薄い場合には、側面からの放熱が小さくなる。半導体チップ101が平面方形状の場合には、半導体チップの厚さが、長辺の長さの1/20以上である場合には、チップ搭載部を凹部とする効果が特に大きくなる。但し、半導体チップの厚さは、基板の厚さによってほぼ決まるため、最大でも0.5mm〜0.8mm程度となる。
The shape of the
本実施形態においては、第2の部分124bを平面三角形状としているが、余剰のダイボンド材132を吸収できればよく、どの様な平面形状であってもよい。例えば、図2に示すように平面方形状としてもよく、図3に示すように平面円形状としてもよい。本実施形態においては、半導体チップ101が平面方形状であり、その4つの角部に対応して第2の部分124bを4個所設けているが、全ての角部の設ける必要はなく、少なくとも1つの角部に設けられていればよい。また、角部以外の部分に設けられていてもよい。但し、全ての角部又は対称の角部若しくは辺部に余剰のダイボンド材132を吸収する部分を設けることによりダイボンド材132の流れを対称にし、半導体チップ101と凹部124との間に均一にダイボンド材132を充填することが容易となる。このため、半導体チップ101から周囲への不均一な熱伝導をおさえることができる。半導体チップ101は平面方形状である必要はなく、平面三角形状、平面6角形状又は平面8角形状等の平面多角形状や平面円形状等であって問題はない。
In the present embodiment, the
図1〜3においては、ダイパッド121の凹部124を囲む部分の上面が平坦に形成されている例を示したが、図4に示すように凹部124を囲む部分は、その高さが外縁部に向かって次第に低くなるように傾斜していてもよい。このようにすれば、ワイヤ131がダイパッド121と接触する危険性を小さくすることができる。
1 to 3 show an example in which the upper surface of the portion surrounding the
図1〜3においては、ダイパッド121の半導体チップ101を搭載する面と反対側の面(裏面)が絶縁モールド133に覆われている構成を示したが、図5に示すようにダイパッド121の裏面が絶縁モールド133から露出している構成としてもよい。このような構成とすれば、ダイパッド121の裏面にヒートシンク又は冷却器等を直接接触させることができ、放熱性をさらに向上させることができる。
1 to 3 show a configuration in which the surface (back surface) opposite to the surface on which the
凹部124は、どのようにして形成してもよい。例えば、銅合金等の金属板を切削又はエッチングすることにより形成すればよい。また、半切断プレス加工等により形成してもよい。この場合には、図6に示すようにダイパッド121の裏面に凹部124に対応して凸部が形成される。このため、ダイパッド121の厚さは、凹部124と他の部分とにおいてほぼ等しくなる。プレスの精度等にもよるが、凹部124における厚さd1と他の部分における厚さd2との差は±10%以下とすることができる。また、ダイパッド121の裏面に凸部が形成されているため、ダイパッド121の裏面を絶縁モールド133から露出させることが容易となるという利点も得られる。
The
また、図7に示すように底板121Aと枠体121Bとを接合することにより、凹部124を形成してもよい。このようにすれば、インナーリード部122Aの端部と、ダイパッド121の端部と平面視において重ねることができ、半導体装置のサイズを大きくすることなく、ダイパッド121のサイズを大きくすることが容易にできるという利点も得られる。また、図7に示すように、半導体チップ101側から反対側に向かって枠体121Bの高さが次第に低くなるようにすることが容易であり、このようにすればワイヤ131とダイパッド121とが接触する危険性を小さくすることができる。なお、底板121Aの裏面は絶縁モールド133に覆われていなくてもよい。
Further, as shown in FIG. 7, the
図1〜7において、半導体チップ101のチップ端子111とインナーリード部122Aとをワイヤ131により接続する例を示したが、図8に示すようにバンプ134により接続してもよい。バンプ134は、高さを100μm以下とすればよい。このようにすれば、リード122と半導体チップ101との間隔を小さくでき、半導体チップ101において発生した熱をリード122へ効率良く伝達し、放熱することができる。
1-7, the example which connected the
図8は、半導体装置をプリント基板等の実装基板151等に実装した際に、ダイパッド121の裏面が実装基板151側となるようにした例を示しているが、図9に示すようにダイパッド121の裏面が実装基板151と反対側となるようにしてもよい。図8及び図9においても、ダイパッド121の裏面は絶縁モールド133に覆われていなくてもよい。
FIG. 8 shows an example in which the back surface of the
図8及び図9においては、インナーリード部122Aの厚さを一定とした例を示したが、図10及び図11に示すように半導体チップ101側においてアウターリード部122B側よりも厚さを薄くしてもよい。このようにすることにより、リード122のピッチを狭くすることができ、ピン数が多い場合にも半導体装置を小さくできる。
8 and 9 show an example in which the thickness of the
図10及び図11においては、インナーリード部122Aの厚さを連続的に変化させた例を示したが、図12及び図13に示すように、段差を設けるようにしてもよい。段差を設ける場合には、図14及び図15に示すようにしてもよい。
10 and 11, the example in which the thickness of the
図16に示すように、半導体チップ101を発光ダイオード(LED)又はレーザダイオード等の発光素子としてもよい。この場合には絶縁モールド133の一部を、透明樹脂等からなる透明窓136とすればよい。LEDの場合にはチップの底面積が小さい場合が多く、側面からも放熱できるようにすることの効果が大きい。発光素子に代えて、可視光若しくは赤外光等の受光素子又はイメージセンサ等とすることも可能である。
As shown in FIG. 16, the
また、図17に示すようにリード122の1つをダイパッド121と一体としてもよい。このようにすれば、ダイパッド121のトータルの面積が大きくなるため、放熱効果をさらに向上させることができる。また、半導体チップ101の裏面に電極を設け、ダイボンド材132を導電性とすれば、ダイパッド121と一体となったリード122とチップ端子111とをワイヤ131により接続しなくてもよい。QFPの場合にも、リード122の少なくとも1つをダイパッド121と一体としてもよい。
Further, as shown in FIG. 17, one of the
本実施形態において、ダイパッド121及びリード122は銅又は銅を含む合金等とすればよい。チップ端子111とリード122とを接続するワイヤは例えばアルミニウム線とすればよい。バンプ134は、金ワイヤバンプ又ははんだバンプ等とすればよい。絶縁モールド133は、絶縁性の樹脂又はセラミックス等とすればよい。
In the present embodiment, the
ダイボンド材は、熱伝導率λが1W/m・K〜50W/m・K程度ある材料を用いることが好ましい。可能であればさらに熱伝導率が高い材料であってもよい。また、厚さが薄いことが好ましく、ダイボンド材の材質により異なるが1μm〜40μm程度とすることが好ましい。種々の材質のダイボンド材を用いることができるが、熱ストレスの観点から、銀に代表される金属等のフィラーを樹脂へ配合したペースト又はグリスが好ましい。樹脂は熱伝導率が高いものが好ましく、エポキシ及びアクリル等を用いることができる。この場合、樹脂骨格の熱伝導率を0.2W/m・K〜0.5W/m・Kとすることができ、さらに樹脂骨格を改良することにより樹脂骨格の熱伝導率を1W/m・K程度まで高めることができる。このような、樹脂に金属等のフィラーを加えたダイボンド材の場合、ほとんどの熱伝導をフィラーにて担うことができる。フィラーは金属だけでなく、カーボンナノチューブ等の炭素フィラーとしてもよい。金属又は炭素フィラーを配合したダイボンド材を用いることによりλを1W/m・K〜20W/m・K程度とすることができる。金属フィラーを配合したペースト等を用いることによりコストも低減できる。接合部の厚さを薄くするためには配合するフィラーの径をできるだけ小さくすることが好ましい。はんだ等の溶融金属からなるダイボンド材を用いた場合には接合工程のコストがかかるが、λを50W/m・K程度とすることができ、熱伝導をより向上できる。溶融金属の場合、金属側の濡れ性を向上させることにより接合部の厚さをより薄くすることができる。 As the die bond material, a material having a thermal conductivity λ of about 1 W / m · K to 50 W / m · K is preferably used. If possible, a material having higher thermal conductivity may be used. Moreover, it is preferable that thickness is thin, and although it changes with materials of die-bonding material, it is preferable to set it as about 1 micrometer-40 micrometers. Various die-bonding materials can be used, but from the viewpoint of thermal stress, a paste or grease in which a filler such as a metal represented by silver is blended with a resin is preferable. The resin preferably has high thermal conductivity, and epoxy, acrylic, or the like can be used. In this case, the thermal conductivity of the resin skeleton can be 0.2 W / m · K to 0.5 W / m · K, and the thermal conductivity of the resin skeleton can be improved to 1 W / m · K by further improving the resin skeleton. It can be increased to about K. In the case of such a die bond material in which a filler such as a metal is added to a resin, most heat conduction can be carried by the filler. The filler may be not only a metal but also a carbon filler such as a carbon nanotube. Λ can be set to about 1 W / m · K to 20 W / m · K by using a die bond material containing a metal or a carbon filler. Cost can also be reduced by using a paste or the like containing a metal filler. In order to reduce the thickness of the joint portion, it is preferable to reduce the diameter of the filler to be blended as much as possible. When a die bond material made of a molten metal such as solder is used, the cost of the joining process is high, but λ can be set to about 50 W / m · K, and the heat conduction can be further improved. In the case of molten metal, the thickness of the joint can be further reduced by improving the wettability on the metal side.
本発明に係る半導体装置は、半導体チップからダイパッドへ効率良く放熱する半導体装置を実現でき、特に発熱量が大きい半導体装置等として有用である。 The semiconductor device according to the present invention can realize a semiconductor device that efficiently dissipates heat from a semiconductor chip to a die pad, and is particularly useful as a semiconductor device that generates a large amount of heat.
101 半導体チップ
102 リードフレーム
111 チップ端子
121 ダイパッド
121A 底板
121B 枠体
122 リード
122A インナーリード部
122B アウターリード部
124 凹部
124a 第1の部分
124b 第2の部分
131 ワイヤ
132 ダイボンド材
133 絶縁モールド
134 バンプ
136 透明窓
151 実装基板
101
Claims (19)
前記ダイパッドのチップ搭載領域にダイボンド材により接合された半導体チップとを備え、
前記チップ搭載領域は、前記半導体チップに間隔をおいて外嵌する第1の部分と、前記第1の部分よりもその壁面と前記半導体チップの側面との間隔が大きい第2の部分とを含む凹部であり、
前記半導体チップの側面と前記凹部の壁面との間には前記ダイボンド材が充填されていることを特徴とする半導体装置。 A lead frame including a die pad;
A semiconductor chip bonded to the chip mounting area of the die pad by a die bond material;
The chip mounting area includes a first portion that is fitted on the semiconductor chip with a space therebetween, and a second portion that has a larger space between the wall surface and the side surface of the semiconductor chip than the first portion. A recess,
The semiconductor device is characterized in that the die bond material is filled between a side surface of the semiconductor chip and a wall surface of the recess.
前記第2の部分は、前記半導体チップの角部と対応する部分に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor chip has a planar rectangular shape,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the second portion is formed in a portion corresponding to a corner portion of the semiconductor chip.
前記半導体チップの厚さは、長辺の長さの20分の1以上であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor chip has a planar rectangular shape,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the thickness of the semiconductor chip is 1/20 or more of the length of the long side.
前記リードフレームは、前記絶縁モールドの外側に突出した複数のリードを有していることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 An insulating mold for sealing the semiconductor chip and the lead frame;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the lead frame includes a plurality of leads protruding outside the insulating mold.
前記チップ端子と前記リードとはバンプにより接続されていることを特徴とする請求項11に記載の半導体装置。 The semiconductor chip has a chip terminal,
The semiconductor device according to claim 11, wherein the chip terminal and the lead are connected by a bump.
前記インナーリード部の厚さは、前記アウターリード部側の部分よりも、前記半導体チップ側の部分において薄いことを特徴とする請求項11に記載の半導体装置。 The lead has an inner lead portion covered with the insulating mold and an outer mold portion protruding from the insulating mold,
12. The semiconductor device according to claim 11, wherein the thickness of the inner lead portion is thinner in the portion on the semiconductor chip side than the portion on the outer lead portion side.
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