JP2012244038A - リードフレーム並びに該リードフレームを備えた半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂バリの形成を防止しつつ、封止樹脂にクラックが発生することを防止する。
【解決手段】半導体装置は、半導体チップ１と、上面に接着部材３を介して半導体チップ１が固着されたダイパッド２Ａ、ダイパッド２Ａの周囲に配置されたリード２Ｂ、及びダイパッド２Ａに接続された吊りリード２Ｃを有するリードフレーム２と、半導体チップ１とリード２Ｂとを電気的に接続する金属細線４と、半導体チップ１、ダイパッド２Ａ、リード２Ｂ、吊りリード２Ｃ及び金属細線４を一体的に封止する封止樹脂５とを備えている。ダイパッド２Ａにおける周縁部２ｐには、段差部６が設けられている。ダイパッド２Ａにおける周縁部２ｐ以外の部分の下面は、封止樹脂５から露出されている。段差部６内には、封止樹脂５が入り込んでいる。段差部６の深さは、段差部６の段差面からダイパッド２Ａの側面に向かって大きくなっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、リードフレーム並びに該リードフレームを備えた半導体装置及びその製造方法に関する。

近年、ＱＦＰ（Quad Flat Package）、ＳＯＰ（Small Out-line Package）及びＱＦＮ（Quad Flat Non-Lead Package）等の、リードフレームを備えた半導体装置が幅広く普及している。このような半導体装置のうち、半導体チップの発熱量が多い場合には、半導体チップの熱を外部へ放熱する目的で、上面に半導体チップが固着されたダイパッドの下面を、封止樹脂から露出させた構造を採る。

以下に、第１の従来の半導体装置の構成について、図９(a) 及び(b) を参照しながら説明する。

図９(a) 及び(b) に示すように、第１の従来の半導体装置は、半導体チップ１１と、リードフレーム１２と、金属細線１４と、封止樹脂１５とを備えている。リードフレーム１２は、ダイパッド１２Ａと、リード１２Ｂと、吊りリード１２Ｃとを有している。接着部材１３により、ダイパッド１２Ａの上面には、半導体チップ１１が固着されている。金属細線１４により、半導体チップ１１の電極パッド１１ａと、リード１２Ｂとが電気的に接続されている。封止樹脂１５により、半導体チップ１１、リードフレーム１２及び金属細線１４は、一体的に密封封止されている。

第１の従来の半導体装置では、回路動作時に発生する半導体チップ１１の熱を外部へ放熱する目的で、ダイパッド１２Ａの下面が、封止樹脂１５から露出されている。

以下に、第１の従来の半導体装置の製造方法について説明する。

まず、枠部、ダイパッド１２Ａ、枠部に接続されたリード１２Ｂ及び一端部がダイパッド１２Ａに接続され他端部が枠部に接続された吊りリード１２Ｃを有するリードフレーム１２を準備する。その後、接着部材１３により、ダイパッド１２Ａの上面に、半導体チップ１１を固着する。その後、金属細線１４により、半導体チップ１１の電極パッド１１ａと、リード１２Ｂとを電気的に接続する。

その後、トランスファーモールド法により、半導体チップ１１、リードフレーム１２及び金属細線１４を一体的に密封封止する封止樹脂１５を形成する。具体的には、下金型と上金型とを合わせた金型のキャビティー内に、リードフレーム１２を載置する。このとき、ダイパッド１２Ａの下面が、下金型の載置面と接するように、リードフレーム１２を載置する。その後、金型を加熱しながら、金型に設けられた注入口から、キャビティー内に熱硬化性の樹脂を注入し、キャビティー内に樹脂を充填する。充填された樹脂を硬化して封止樹脂１５を形成した後、下金型と上金型とを開いて、金型からリードフレーム１２を取り出す。

その後、押し抜き加工により、枠部とリード１２Ｂとの間及び枠部と吊りリード１２Ｃとの間を切断して、枠部を切り離す。

以上のようにして、第１の従来の半導体装置を製造する。なお、枠部は、上記の通り、半導体装置の製造途中で切り離されるため、半導体装置の構成を示す図９(a) 及び(b) には、枠部が図示されない。

しかしながら、第１の従来の半導体装置では、以下に示す問題がある。

キャビティー内に樹脂を注入する樹脂注入時に、例えば樹脂の注入圧等により、ダイパッドにおける周縁部が、下金型の載置面から離間して、ダイパッドにおける周縁部と下金型の載置面との間に、隙間が生じる。生じた隙間に樹脂が浸入し、ダイパッドの下面における周縁部に、樹脂バリが形成される。このため、ダイパッドの下面を、封止樹脂から十分に露出させることができないという問題がある。従って、半導体チップの熱を、外部へ十分に放熱することができない。

この問題を回避するために、特許文献１に記載の技術が提案されている。特許文献１に記載された第２の従来の半導体装置では、図１０に示すように、ダイパッド１２Ａにおける周縁部に、深さが一定の段差部２６を形成する。これにより、キャビティー内に樹脂が完全に充填される以前の比較的早い段階で、樹脂を、段差部２６と下金型の載置面とによって形成された空間に入り込ませて硬化することができる。このため、ダイパッド１２Ａにおける周縁部以外の部分が、下金型の載置面から離間して、樹脂バリが形成されることを防止することができる。このように、第２の従来の半導体装置では、空間に入り込ませた樹脂が先行して硬化する性質を利用して、樹脂バリの形成を防止する。

なお、特許文献２には、次の技術が提案されている。特許文献２に記載された第３の従来の半導体装置では、図１１に示すように、ダイパッド１２Ａにおける周縁部に、段差部３６を形成し、段差部３６の底面に、溝３７を形成する。これにより、段差部３６と下金型の載置面とによって形成された空間に入り込んだ樹脂を、樹脂の注入圧を緩衝する緩衝材として作用させる。特に、段差部３６の底面に溝３７を形成することにより、空間に入り込んだ樹脂の緩衝材としての作用を高める。

特開２００１−１７７０３５号公報 特開２００２−２３７５５０号公報

しかしながら、第２の従来の半導体装置では、以下に示す問題がある。

近年、電子機器に対する小型化の要求に伴い、半導体装置に対する薄型化の要求が高まっている。半導体装置を薄型化するには、リードフレームの厚さを薄くする必要がある。第２の従来の半導体装置では、リードフレーム１２の厚さを薄くするに従って、ダイパッド１２Ａに形成された段差部２６の深さが小さくなって、封止樹脂１５における段差部２６に入り込んだ入り込み部分の厚さが薄くなる。このため、封止樹脂１５の形成後に封止樹脂１５とリードフレーム１２との線膨張係数の差異に起因して発生する応力により、入り込み部分に、クラックが発生するという問題がある。

クラックの発生を防止するには、段差部２６の深さを大きくして、入り込み部分の厚さを厚くする手法が考えられる。しかしながら、段差部２６の深さを大きくすると、段差部２６と下金型の載置面とによって形成された空間に入り込ませた樹脂が、先行して硬化する性質が失われるため、樹脂バリの形成を防止することができない。

前記に鑑み、本発明の目的は、樹脂バリの形成を防止しつつ、封止樹脂にクラックが発生することを防止することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る半導体装置は、半導体チップと、上面に接着部材を介して半導体チップが固着されたダイパッド、ダイパッドの周囲に配置されたリード、及びダイパッドに接続された吊りリードを有するリードフレームと、半導体チップとリードとを電気的に接続する金属細線と、半導体チップ、ダイパッド、リード、吊りリード及び金属細線を一体的に封止する封止樹脂とを備え、ダイパッドにおける周縁部には、段差部が設けられており、ダイパッドにおける周縁部以外の部分の下面は、封止樹脂から露出されており、段差部内には、封止樹脂が入り込んでおり、段差部の深さは、段差部の段差面からダイパッドの側面に向かって大きくなっている。

本発明に係る半導体装置によると、ダイパッドにおける周縁部に、段差部を設け、段差部の深さを、段差部の段差面からダイパッドの側面に向かって大きくする。これにより、封止樹脂における段差部に入り込んだ入り込み部分の厚さを、段差部の段差面からダイパッドの側面に向かって厚くして、入り込み部分の剛性を高めて、入り込み部分に発生する応力を緩和することができる。従って、封止樹脂の形成後に封止樹脂とリードフレームとの線膨張係数の差異に起因して発生する応力により、入り込み部分に、クラックが発生することを防止することができる。

さらに、段差部の深さを、段差部の段差面からダイパッドの側面に向かって大きくする。これにより、段差部における段差面側の部分の深さを、小さくすることができる。このため、キャビティー内に樹脂が完全に充填される以前の比較的早い段階で、樹脂を、段差部と下金型の載置面とによって形成された空間に入り込ませて、空間における段差面側の部分に入り込ませた樹脂を硬化することができる。このため、ダイパッドにおける周縁部以外の部分が、下金型の載置面から離間して、樹脂バリが形成されることを防止することができる。このように、段差部における段差面側の部分の深さを、小さくすることができるため、空間における段差面側の部分に入り込ませた樹脂が、先行して硬化する性質が失われることを最小限に留めることができる。

本発明に係る半導体装置において、段差部の深さは、段差部の段差面からダイパッドの側面に向かって、一定の割合で大きくなっており、段差部の底面は、平坦面であってもよい。

本発明に係る半導体装置において、段差部の底面は、凸曲面であり、段差部の底面の曲率は、段差部の段差面からダイパッドの側面に向かって大きくなっていることが好ましい。

本発明に係る半導体装置において、段差部の底面における段差面側の端部は、ダイパッドにおける周縁部以外の部分の下面と略平行であることが好ましい。

このようにすると、段差部における段差面側の部分の深さを、小さく一定にすることができる。このため、空間における段差面側の部分に入り込ませた樹脂が、先行して硬化する性質が失われることが殆どない。

本発明に係る半導体装置において、ダイパッドの側面の位置での段差部の深さを、Ｄ１とし、段差部の段差面の位置での段差部の深さを、Ｄ２とし、段差部の幅をＷとした場合、Ｄ１−Ｄ２≧Ｗ／８が成立していることが好ましい。

本発明に係る半導体装置において、ダイパッドにおける周縁部の上面と、ダイパッドにおける周縁部以外の部分の上面とは、面一であり、ダイパッドの側面の位置でのダイパッドの厚さは、ダイパッドにおける周縁部以外の部分の厚さから、段差部の段差面の位置での段差部の深さを差し引いた長さよりも短くてもよい。

本発明に係る半導体装置において、ダイパッドにおける周縁部は、ダイパッドの上面側に曲げられており、ダイパッドの側面の位置でのダイパッドの厚さは、ダイパッドにおける周縁部以外の部分の厚さから、段差部の段差面の位置での段差部の深さを差し引いた長さと同一であってもよい。

前記の目的を達成するため、本発明に係る半導体装置の製造方法は、枠部、ダイパッド、枠部に接続されたリード、及び一端部がダイパッドに接続され他端部が枠部に接続された吊りリードを有するリードフレームを準備する工程（ａ）と、ダイパッドの上面に、接着部材を介して、半導体チップを固着する工程（ｂ）と、金属細線により、半導体チップとリードとを電気的に接続する工程（ｃ）と、半導体チップ、ダイパッド、リード、吊りリード及び金属細線を一体的に封止する封止樹脂を形成する工程（ｄ）と、工程（ｄ）の後に、枠部とリードとの間及び枠部と吊りリードとの間を切断する工程（ｅ）とを備え、工程（ａ）は、ダイパッドにおける周縁部に、段差部を形成する工程を含み、工程（ｄ）において、ダイパッドにおける周縁部以外の部分の下面が封止樹脂から露出されると共に、段差部内に封止樹脂が入り込むように、封止樹脂が形成され、段差部の深さは、段差部の段差面からダイパッドの側面に向かって大きくなっている。

本発明に係る半導体装置の製造方法によると、ダイパッドにおける周縁部に、段差部を設け、段差部の深さを、段差部の段差面からダイパッドの側面に向かって大きくする。これにより、封止樹脂における段差部に入り込んだ入り込み部分の厚さを、段差部の段差面からダイパッドの側面に向かって厚くして、入り込み部分の剛性を高めて、入り込み部分に発生する応力を緩和することができる。従って、封止樹脂の形成後に封止樹脂とリードフレームとの線膨張係数の差異に起因して発生する応力により、入り込み部分に、クラックが発生することを防止することができる。

さらに、段差部の深さを、段差部の段差面からダイパッドの側面に向かって大きくする。これにより、段差部における段差面側の部分の深さを、小さくすることができる。このため、キャビティー内に樹脂が完全に充填される以前の比較的早い段階で、樹脂を、段差部と下金型の載置面とによって形成された空間に入り込ませて、空間における段差面側の部分に入り込ませた樹脂を硬化することができる。このため、ダイパッドにおける周縁部以外の部分が、下金型の載置面から離間して、樹脂バリが形成されることを防止することができる。

本発明に係る半導体装置の製造方法において、工程（ａ）は、第１の金型を用いたプレス加工により、板状のダイパッドの下面における周縁部に、第１の金型を当接させて押圧して、段差部を形成する工程を含み、第１の金型におけるダイパッドの下面と当接する面は、ダイパッドの下面に対して傾斜する傾斜面、又は凹曲面であることが好ましい。

本発明に係る半導体装置の製造方法において、工程（ａ）は、第２の金型を用いたプレス加工により、板状のダイパッドの下面における周縁部に、第２の金型を当接させて押圧して、深さが一定の段差部を形成する工程（ａ１）と、曲げ加工により、深さが一定の段差部の底面に荷重を印加して、ダイパッドにおける周縁部を、ダイパッドの上面側に曲げる工程（ａ２）とを含み、工程（ａ２）において、段差部の深さが、段差部の段差面からダイパッドの側面に向かって大きくなることが好ましい。

前記の目的を達成するため、本発明に係るリードフレームは、枠部と、上面に半導体チップが固着されるダイパッドと、ダイパッドの周囲に配置され、枠部に接続されたリードと、一端部がダイパッドに接続され他端部が枠部に接続された吊りリードとを備え、ダイパッドにおける周縁部には、段差部が設けられており、段差部の深さは、段差部の段差面からダイパッドの側面に向かって大きくなっている。

本発明に係るリードフレームによると、ダイパッドにおける周縁部に、段差部を設け、段差部の深さを、段差部の段差面からダイパッドの側面に向かって大きくする。これにより、本発明に係るリードフレームを備えた半導体装置において、樹脂バリの形成を防止しつつ、封止樹脂にクラックが発生することを防止することができる。

本発明に係るリードフレームにおいて、段差部の深さは、段差部の段差面からダイパッドの側面に向かって、一定の割合で大きくなっており、段差部の底面は、平坦面であってもよい。

本発明に係るリードフレームにおいて、段差部の底面は、凸曲面であり、段差部の底面の曲率は、段差部の段差面からダイパッドの側面に向かって大きくなっていることが好ましい。

本発明に係るリードフレームにおいて、段差部の底面における段差面側の端部は、ダイパッドにおける周縁部以外の部分の下面と略平行であることが好ましい。

本発明に係るリードフレームにおいて、ダイパッドにおける周縁部の上面と、ダイパッドにおける周縁部以外の部分の上面とは、面一であり、ダイパッドの側面の位置でのダイパッドの厚さは、ダイパッドにおける周縁部以外の部分の厚さから、段差部の段差面の位置での段差部の深さを差し引いた長さよりも短くてもよい。

本発明に係るリードフレームにおいて、ダイパッドにおける周縁部は、ダイパッドの上面側に曲げられており、ダイパッドの側面の位置でのダイパッドの厚さは、ダイパッドにおける周縁部以外の部分の厚さから、段差部の段差面の位置での段差部の深さを差し引いた長さと同一であってもよい。

本発明に係るリードフレーム並びに該リードフレームを備えた半導体装置及びその製造方法によると、樹脂バリの形成を防止しつつ、封止樹脂にクラックが発生することを防止することができる。

図１(a) 〜(c) は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の構成を示す図であり、図１(a) は、平面図であり、図１(b) は、図１(a) に示すIb-Ib線における断面図であり、図１(c) は、段差部を含む部分の構成を示す断面図であり、図１(b) に示す点線で囲まれた部分の構成を示す拡大断面図である。 図２(a) 及び(b) は、本発明の第１の実施形態に係るリードフレームの構成を示す図であり、図２(a) は、平面図であり、図２(b) は、図２(a) に示すIIb-IIb線における断面図である。 図３(a) は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図であり、図３(b) は、段差部を含む部分の構成を示す断面図であり、図３(a) に示す点線で囲まれた部分の構成を示す拡大断面図である。 図４は、第２の従来の半導体装置における、封止樹脂に発生する応力を示す図である。 図５は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置における、封止樹脂に発生する応力を示す図である。 図６は、本発明の第１の実施形態の変形例１に係る半導体装置における、段差部を含む部分の構成を示す断面図である。 図７は、本発明の第１の実施形態の変形例２に係る半導体装置における、段差部を含む部分の構成を示す断面図である。 図８は、本発明の第１の実施形態の変形例３に係る半導体装置における、段差部を含む部分の構成を示す断面図である。 図９(a) 及び(b) は、第１の従来の半導体装置の構成を示す図であり、図９(a) は、平面図であり、図９(b) は、図９(a) に示すIXb-IXb線における断面図である。 図１０は、第２の従来の半導体装置における、段差部を含む部分の構成を示す断面図である。 図１１は、第３の従来の半導体装置における、段差部を含む部分の構成を示す断面図である。

以下に、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

（第１の実施形態）
以下に、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置について、図１(a) 〜(c) を参照しながら説明する。

図１(a) 及び(b) に示すように、本実施形態に係る半導体装置は、半導体チップ１と、リードフレーム２と、金属細線４と、封止樹脂５とを備えている。リードフレーム２は、上面に接着部材３を介して半導体チップ１が固着されたダイパッド２Ａと、ダイパッド２Ａの周囲に配置されたリード２Ｂと、一端部がダイパッド２Ａに接続された吊りリード２Ｃとを有している。

例えば銀を含む樹脂又ははんだ等からなる接着部材３により、半導体チップ１がダイパッド２Ａの上面に固着されている。例えば金又は銅等からなる金属細線４により、半導体チップ１の表面に形成された電極パッド１ａと、リード２Ｂとが電気的に接続されている。例えばエポキシ系樹脂等を含む封止樹脂５により、半導体チップ１、ダイパッド２Ａ、リード２Ｂ、吊りリード２Ｃ及び金属細線４は、一体的に密封封止されている。リードフレーム２は、例えば鉄又は銅を主成分とした合金からなる。

図１(a) に示すように、複数のリード２Ｂは、ダイパッド２Ａの側方から外方に向かって放射状に延びている。吊りリード２Ｃは、一端部がダイパッド２Ａの角部に接続され、ダイパッド２Ａから外方に向かって延びている。

図１(b) に示すように、リード２Ｂにおける封止樹脂５外に突出した部分は、断面形状が階段形状になるように曲げられている。一端部がダイパッド２Ａに接続された吊りリード２Ｃは、断面形状が階段形状になるように曲げられ、吊りリード２Ｃにおける一端部（即ち、ダイパッド２Ａに接続された端部）の高さは、吊りリード２Ｃにおける他端部の高さよりも低い。

図１(c) に示すように、ダイパッド２Ａにおける周縁部２ｐには、段差部６が設けられている。段差部６の底面（言い換えれば、ダイパッド２Ａにおける周縁部２ｐの下面）の高さは、ダイパッド２Ａにおける周縁部２ｐ以外の部分の下面の高さよりも高い。ダイパッド２Ａにおける周縁部２ｐ以外の部分の下面は、封止樹脂５から露出されている。段差部６内には、封止樹脂５が入り込んでおり、段差部６の段差面及び底面は、封止樹脂５で覆われている。

ダイパッド２Ａの側面の位置Ｐ１での段差部６の深さを深さＤ１、段差部６の段差面の位置Ｐ２での段差部６の深さを深さＤ２とした場合、深さＤ１は深さＤ２よりも大きく（Ｄ１＞Ｄ２）、段差部６の深さは、段差部６の段差面（位置Ｐ２）からダイパッド２Ａの側面（位置Ｐ１）に向かって、例えば一定の割合で、大きくなっている。段差部６の底面は、平坦面である。

図１(c) に示すように、ダイパッド２Ａにおける周縁部２ｐの上面と、ダイパッド２Ａにおける周縁部２ｐ以外の部分（言い換えれば、下面が封止樹脂５から露出した部分）の上面とは、面一である。ダイパッド２Ａの側面の位置Ｐ１でのダイパッド２Ａの厚さｔは、ダイパッド２Ａにおける周縁部２ｐ以外の部分の厚さＴから、深さＤ２を差し引いた長さよりも短い（ｔ＜Ｔ−Ｄ２）。

段差部６の底面は、位置Ｐ２から位置Ｐ１に向かって傾斜する傾斜面である。段差部６の底面は、ダイパッド２Ａにおける周縁部２ｐ以外の部分の下面に対して、角度Ａで、傾斜している。

以下に、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図２(a) 及び(b) 並びに図３を参照しながら説明する。

まず、図２(a) 及び(b) に示すように、リードフレーム２を準備する。リードフレーム２は、枠部２Ｄ、枠部２Ｄ内に配置されたダイパッド２Ａ、ダイパッド２Ａの周囲に配置され且つ枠部２Ｄに接続されたリード２Ｂ、及び一端部がダイパッド２Ａに接続され他端部が枠部２Ｄに接続され且つダイパッド２Ａを支持する吊りリード２Ｃを有している。なお、後述の通り、枠部２Ｄは、半導体装置の製造途中で切り離されるため、半導体装置の構成を示す図１(a) 及び(b) には、枠部２Ｄが図示されない。

図２(a) 及び(b) に示すリードフレームは、例えば、以下のようにして製造される。

まず、プレス加工により、板状のリードフレーム基材における所定の領域を打ち抜く。又は、エッチングにより、板状のリードフレーム基材における所定の領域を除去する。これにより、枠部、板状のダイパッド、枠部に接続されたリード、及び一端部がダイパッドに接続され他端部が枠部に接続された吊りリードが形成される。

次に、ダイパッドにおける周縁部に、段差部６を形成する。段差部６は、例えば、次のようにして形成される。プレス加工により、板状のダイパッドの下面における周縁部に、金型を当接させて押圧して、段差部６を形成する。金型におけるダイパッドの下面と当接する当接面は、板状のダイパッドの下面に対して傾斜する傾斜面である。金型は、段差部６の形状と嵌合する形状を有している。

次に、吊りリード２Ｃを、断面形状が階段形状になるように曲げて、吊りリード２Ｃにおける一端部（即ち、ダイパッド２Ａに接続された端部）の高さを、吊りリード２Ｃにおける他端部（即ち、枠部に接続された端部）の高さよりも低くする。これにより、ダイパッド２Ａの高さを、枠部２Ｄの高さよりも低くする。

以上のようにして、図２(a) 及び(b) に示すリードフレームが製造される。

以上のようにして製造されたリードフレームを準備した後、ダイパッド２Ａの上面に、接着材を塗布し、塗布された接着材に、半導体チップ１を押し付け、接着材を固化する。このように、ダイパッド２Ａの上面に、接着部材３を介して、半導体チップ１を固着する。

次に、熱圧着又は超音波圧着により、金属細線４の一端を、半導体チップ１の表面に形成された電極パッド１ａに接続する一方、金属細線４の他端を、リード２Ｂに接続する。このように、金属細線４により、半導体チップ１の表面に形成された電極パッド１ａと、リード２Ｂとを電気的に接続する。

次に、トランスファーモールド法により、半導体チップ１、ダイパッド２Ａ、リード２Ｂ、吊りリード２Ｃ及び金属細線４を一体的に密封封止する封止樹脂５を形成する。具体的には、図３(a) に示すように、下金型７Ａと上金型７Ｂとを合わせた金型７のキャビティー内に、リードフレーム２を載置する。このとき、ダイパッド２Ａにおける周縁部２ｐ以外の部分の下面が、下金型７Ａの載置面と接するように、リードフレーム２を載置する。その後、金型７を加熱しながら、金型７に設けられた注入口（図示省略）から、キャビティー内に熱硬化性の樹脂（例えば、エポキシ系樹脂）を注入し、キャビティー内に樹脂を充填する。充填された樹脂を硬化して封止樹脂５を形成した後、下金型７Ａと上金型７Ｂとを開いて、金型７からリードフレーム２を取り出す。

本実施形態では、キャビティー内に樹脂が完全に充填される以前の比較的早い段階で、樹脂を、段差部６と下金型７Ａの載置面とによって形成された空間に入り込ませて、空間における段差面側の部分に入り込ませた樹脂を硬化することができる。例えば、空間における位置Ｐ２から位置Ｐ３までの部分（図３(b) 参照）に入り込ませた樹脂を硬化することができる。

次に、押し抜き加工により、枠部２Ｄとリード２Ｂとの間及び枠部２Ｄと吊りリード２Ｃとの間を切断して、枠部２Ｄを切り離す。

次に、リード２Ｂにおける封止樹脂５外に突出した部分を、断面形状が階段形状になるように曲げる。

以上のようにして、本実施形態に係る半導体装置を製造することができる。

ところで、既述の通り、第２の従来の半導体装置では、封止樹脂１５における段差部２６に入り込んだ部分に、クラックが発生する。これは、以下の理由による。

樹脂が硬化して封止樹脂が形成された後、加熱された金型からリードフレームが取り出され、金型から伝播した熱により加熱された封止樹脂及びリードフレーム等の温度は、徐々に降下して、室温になる。

封止樹脂は、リードフレームと比較して、線膨張係数が大きく、温度が降下するに従って、急激に収縮する性質を持つ。よって、封止樹脂の形成後（特に、加熱された封止樹脂及びリードフレーム等の温度が室温にまで降下した後）に、封止樹脂は、収縮して変形する。これに対し、リードフレームは、封止樹脂と比較して、線膨張係数が小さい。よって、封止樹脂の形成後に、リードフレームは、殆ど変形しない。

このように、封止樹脂とリードフレームとの線膨張係数の差異に起因して、封止樹脂の形成後に、封止樹脂の変形とリードフレームの変形とのミスマッチ（不整合）が生じる。これにより、封止樹脂におけるリードフレームの近傍に位置する部分に、大きい応力が発生する。特に、封止樹脂における段差部に入り込んだ部分（厚さが薄い部分）に、最も大きい応力が発生する。

従って、第２の従来の半導体装置では、封止樹脂１５における段差部２６に入り込んだ部分に、クラックが発生する。

以下に、本発明の有効性について、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置と第２の従来の半導体装置とを比較しながら説明する。

第２の従来の半導体装置では、図１０に示すように、段差部２６の深さが、段差部２６の段差面からダイパッド１２Ａの側面に向かって、一定である。これに対し、本実施形態に係る半導体装置では、図１(c) に示すように、段差部６の深さが、段差部６の段差面からダイパッド２Ａの側面に向かって、大きくなっている。

封止樹脂における、ある位置で発生する応力を、数値シミュレーションによって求め、位置と応力との関係を図４及び図５に示す。図４は、第２の従来の半導体装置の場合について示し、図５は、本実施形態に係る半導体装置の場合について示す。

図５に示す３つの実線は、それぞれ、Ｄ２＝Ｄ１−Ｗ／８の時の応力、Ｄ２＝Ｄ１−Ｗ／４の時の応力、Ｄ２＝Ｄ１−Ｗ／２の時の応力を示す。一方、図５に示す点線は、図４に示す実線と同一であり、Ｄ２＝Ｄ１の時の応力を示す。幅Ｗは、図５から判るように、段差部６の幅、即ち、段差部６の段差面（位置Ｐ２）からダイパッド２Ａの側面（位置Ｐ１）までの幅である。Ｄ２＝Ｄ１−Ｗ／８の時の角度Ａ（図１(c) 参照）は、７°程度である。Ｄ２＝Ｄ１−Ｗ／４の時の角度Ａは、１４°程度である。Ｄ２＝Ｄ１−Ｗ／２の時の角度Ａは、２７°程度である。

図４に示すように、封止樹脂に発生する応力は、位置Ｐ２から位置Ｐｘに向かって、大きくなり、位置Ｐｘで、極大値を持ち、位置Ｐｘから位置Ｐ２に向かって、小さくなっている。従って、第２の従来の半導体装置では、封止樹脂１５における段差部２６に入り込んだ部分における、位置Ｐｘの近傍で、クラックが発生する。

図５に示すように、Ｄ２＝Ｄ１−Ｗ／８の場合、位置Ｐ２から位置Ｐｙまで、ほぼ一定の応力を持ち、位置Ｐｙから位置Ｐ１に向かって、応力が小さくなっている。Ｄ２＝Ｄ１−Ｗ／４の場合、位置Ｐ２から位置Ｐ１に向かって、応力が緩やかに小さくなっている。Ｄ２＝Ｄ１−Ｗ／２の場合、位置Ｐ２から位置Ｐ１に向かって、応力がさらに緩やかに小さくなっている。このように、いずれの場合も、応力は、明確な極大値を持たずに、小さくなっている。従って、本実施形態に係る半導体装置では、封止樹脂５における段差部６に入り込んだ部分に、クラックが発生することはない。

深さＤ１から深さＤ２を差し引いた値は、幅Ｗの８分の１程度以上であることが好ましい（Ｄ１−Ｄ２≧Ｗ／８）。角度Ａは、７°程度以上であることが好ましい。段差部６の幅Ｗは、キャビティー内に注入する樹脂の種類（例えば粘度又はフィラー径）等に応じて設定され、例えば、５０μｍ程度以上で且つ２００μｍ程度以下であることが好ましい。深さＤ１は、例えば５０μｍである。深さＤ２は、例えば２５μｍである。幅Ｗは、例えば１００μｍである。角度Ａは、例えば１４°である。

本実施形態によると、図１(c) に示すように、ダイパッド２Ａにおける周縁部２ｐに、段差部６を設け、段差部６の深さを、段差部６の段差面（位置Ｐ２）からダイパッド２Ａの側面（位置Ｐ１）に向かって大きくする。これにより、封止樹脂５における段差部６に入り込んだ入り込み部分の厚さを、位置Ｐ２から位置Ｐ１に向かって厚くして、入り込み部分の剛性を高めて、入り込み部分に発生する応力を緩和することができる。従って、封止樹脂５の形成後に封止樹脂５とリードフレーム２との線膨張係数の差異に起因して発生する応力により、入り込み部分に、クラックが発生することを防止することができる。

さらに、段差部６の深さを、位置Ｐ２から位置Ｐ１に向かって、一定の割合で、大きくする。これにより、段差部６における段差面側の部分（例えば、位置Ｐ２から位置Ｐ３までの部分）の深さを、小さくすることができる。このため、キャビティー内に樹脂が完全に充填される以前の比較的早い段階で、樹脂を、段差部６と下金型７Ａの載置面とによって形成された空間に入り込ませて、空間における段差面側の部分（例えば、位置Ｐ２から位置Ｐ３までの部分）に入り込ませた樹脂を硬化することができる。このため、ダイパッド２Ａにおける周縁部２ｐ以外の部分が、下金型７Ａの載置面から離間して、樹脂バリが形成されることを防止することができる。従って、ダイパッド２Ａにおける周縁部２ｐ以外の部分の下面を、封止樹脂５から露出することができるため、半導体チップ１の熱を外部に放熱することができる。このように、本実施形態では、段差部６における段差面側の部分の深さを、小さくすることができるため、空間における段差面側の部分に入り込ませた樹脂が、先行して硬化する性質が失われることを最小限に留めることができる。

（第１の実施形態の変形例１）
以下に、本発明の第１の実施形態の変形例１に係る半導体装置について、図６を参照しながら説明する。なお、図６において、第１の実施形態における構成要素と同様の構成要素には、図１(c) に示す符号と同一の符号を付す。従って、本変形例１では、第１の実施形態と同様の説明を適宜省略する。

図６に示すように、深さＤ１は、深さＤ２よりも大きく（Ｄ１＞Ｄ２）、段差部６ｘの深さは、段差部６ｘの段差面（位置Ｐ２）からダイパッド２Ａの側面（位置Ｐ１）に向かって、例えば一定の割合で、大きくなっている。段差部６ｘの底面は、平坦面である。

ダイパッド２Ａにおける周縁部２ｐｘは、ダイパッド２Ａの上面側に曲げられている。ダイパッド２Ａの側面の位置Ｐ１でのダイパッド２Ａの厚さｔは、ダイパッド２Ａにおける周縁部２ｐｘ以外の部分の厚さＴから、深さＤ２を差し引いた長さと同一である（ｔ＝Ｔ−Ｄ２）。

ダイパッド２Ａにおける周縁部２ｐｘは、角度Ａで、曲げられている。図６から判るように、角度Ａは、段差部６ｘの底面が、ダイパッド２Ａにおける周縁部２ｐｘ以外の部分の下面に対して傾斜する角度である。

ダイパッド２Ａにおける周縁部２ｐｘの上面は、位置Ｐ２から位置Ｐ１に向かって傾斜する傾斜面である。ダイパッド２Ａにおける周縁部２ｐｘの上面は、ダイパッド２Ａにおける周縁部２ｐｘ以外の部分の上面に対して、角度Ａと同一の角度で、傾斜している。

角度Ａは、７°程度以上であることが好ましい。さらに、ダイパッドにおける周縁部の曲げ時にダイパッドが破断されることがないように、角度Ａは、４５°程度以下であることが好ましい。角度Ａの上限値（例えば４５°程度）は、ダイパッド２Ａにおける周縁部２ｐｘの曲げ加工性等に応じて設定される。深さＤ１は、例えば５０μｍである。深さＤ２は、例えば２５μｍである。幅Ｗは、例えば１００μｍである。角度Ａは、例えば１４°である。

段差部６ｘは、例えば、以下のようにして形成される。

プレス加工により、板状のダイパッドの下面における周縁部に、金型を当接させて押圧して、例えば深さが一定の段差部を形成する。段差部の深さは、段差部の段差面からダイパッドの側面に向かって一定である。金型におけるダイパッドの下面と当接する当接面は、板状のダイパッドの下面に対して平行な面である。

次に、曲げ加工により、ダイパッドにおける周縁部以外の部分を固定した状態で、段差部の底面に荷重を印加して、ダイパッドにおける周縁部を、ダイパッドの上面側に曲げる。これにより、段差部６ｘの深さを、段差部６ｘの段差面からダイパッド２Ａの側面に向かって大きくする。

本変形例１によると、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本変形例１では、ダイパッドにおける周縁部に、深さが一定の段差部を形成した後、ダイパッドにおける周縁部を、ダイパッドの上面側に曲げる場合を具体例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ダイパッドにおける周縁部に、段差部の段差面からダイパッドの側面に向かって深さが大きくなる段差部を形成した後、ダイパッドにおける周縁部を、ダイパッドの上面側に曲げてもよい。

（第１の実施形態の変形例２）
以下に、本発明の第１の実施形態の変形例２に係る半導体装置について、図７を参照しながら説明する。なお、図７において、第１の実施形態における構成要素と同様の構成要素には、図１(c) に示す符号と同一の符号を付す。従って、本変形例２では、第１の実施形態と同様の説明を適宜省略する。

本変形例２と第１の実施形態との相違点は、以下の点である。

第１の実施形態では、当接面が傾斜面である金型を、板状のダイパッドの下面における周縁部に当接させて押圧して、段差部６を形成する。これに対し、本変形例２では、当接面が凹曲面である金型を、板状のダイパッドの下面における周縁部に当接させて押圧して、段差部６ｙを形成する。

図７に示すように、深さＤ１は、深さＤ２よりも大きく（Ｄ１＞Ｄ２）、段差部６ｙの深さは、段差部６ｙの段差面（位置Ｐ２）からダイパッド２Ａの側面（位置Ｐ１）に向かって、例えば変化する割合で、大きくなっている。段差部６ｙの底面は、凸曲面である。段差部６ｙの底面の曲率は、位置Ｐ２から位置Ｐ１に向かって大きくなっている。

段差部６ｙの底面における段差面側の端部、例えば、段差部６ｙの底面における位置Ｐ２から位置Ｐ３までの端部は、ダイパッド２Ａにおける周縁部２ｐｙ以外の部分の下面と略平行である。言い換えれば、段差部６ｙの底面における段差面側の端部の曲率は、実質的に０である。

ダイパッド２Ａにおける周縁部２ｐｙの上面と、ダイパッド２Ａにおける周縁部２ｐｙ以外の部分の上面とは、面一である。ダイパッド２Ａの側面の位置Ｐ１でのダイパッド２Ａの厚さｔは、ダイパッド２Ａにおける周縁部２ｐｙ以外の部分の厚さＴから深さＤ２を差し引いた長さよりも短い（ｔ＜Ｔ−Ｄ２）。

幅ｗは、例えば、幅Ｗ（即ち、位置Ｐ２から位置Ｐ１までの幅）の４分の１程度以上であることが好ましい。幅ｗは、図７から判るように、位置Ｐ２から位置Ｐ３までの幅である。深さＤ１は、例えば５０μｍである。深さＤ２は、例えば２５μｍである。幅Ｗは、例えば１００μｍである。幅ｗは、例えば２５μｍである。

本変形例２によると、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

さらに、段差部６ｙの底面における段差面側の端部（例えば、位置Ｐ２から位置Ｐ３までの端部）を、ダイパッド２Ａにおける周縁部２ｐｙ以外の部分の下面と略平行にすることができる。これにより、段差部６ｙにおける段差面側の部分（例えば、位置Ｐ２から位置Ｐ３までの部分）の深さを、小さく一定にすることができる。このため、段差部６ｙと下金型７Ａの載置面とによって形成された空間における段差面側の部分（例えば、位置Ｐ２から位置Ｐ３までの部分）に入り込ませた樹脂が、先行して硬化する性質が失われることが殆どない。

（第１の実施形態の変形例３）
以下に、本発明の第１の実施形態の変形例３に係る半導体装置について、図８を参照しながら説明する。なお、図８において、第１の実施形態における構成要素と同様の構成要素には、図１(c) に示す符号と同一の符号を付す。従って、本変形例３では、第１の実施形態と同様の説明を適宜省略する。

本変形例３と変形例１との相違点は、以下の点である。

変形例１では、ダイパッドにおける周縁部に、深さが一定の段差部を形成した後、ダイパッドにおける周縁部を、湾曲せずに曲げる。これに対し、本変形例３では、ダイパッドにおける周縁部に、深さが一定の段差部を形成した後、ダイパッドにおける周縁部を、湾曲して曲げる。

図８に示すように、深さＤ１は、深さＤ２よりも大きく（Ｄ１＞Ｄ２）、段差部６ｚの深さは、段差部６ｚの段差面（位置Ｐ２）からダイパッド２Ａの側面（位置Ｐ１）に向かって、例えば変化する割合で、大きくなっている。段差部６ｚの底面は、凸曲面である。段差部６ｚの底面の曲率は、位置Ｐ２から位置Ｐ１に向かって、大きくなっている。

段差部６ｚの底面における段差面側の端部、例えば、段差部６ｚの底面における位置Ｐ２から位置Ｐ３までの端部は、ダイパッド２Ａにおける周縁部２ｐｚ以外の部分の下面と略平行である。言い換えれば、段差部６ｚの底面における段差面側の端部の曲率は、実質的に０である。

ダイパッド２Ａにおける周縁部２ｐｚは、ダイパッド２Ａの上面側に曲げられている。ダイパッド２Ａの側面の位置Ｐ１でのダイパッド２Ａの厚さｔは、ダイパッド２Ａにおける周縁部２ｐｚ以外の部分の厚さＴから深さＤ２を差し引いた長さと同一である（ｔ＝Ｔ−Ｄ２）。

ダイパッド２Ａにおける周縁部２ｐｚの上面は、位置Ｐ２から位置Ｐ１に向かって湾曲する凹曲面である。段差部６ｚの底面は、位置Ｐ２から位置Ｐ１に向かって湾曲する凸曲面である。

深さＤ１は、例えば５０μｍである。深さＤ２は、例えば２５μｍである。幅Ｗは、例えば１００μｍである。幅ｗは、例えば２５μｍである。

本変形例３によると、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、変形例２と同様に、段差部６ｚの底面における段差面側の端部（例えば、位置Ｐ２から位置Ｐ３までの端部）を、ダイパッド２Ａにおける周縁部２ｐｚ以外の部分の下面と略平行にすることができるため、変形例２と同様の効果を得ることができる。

本発明は、樹脂バリの形成を防止しつつ、封止樹脂にクラックが発生することを防止することができ、リードフレーム並びに該リードフレームを備えた半導体装置及びその製造方法に有用である。

１ 半導体チップ
１ａ 電極パッド
２ リードフレーム
２Ａ ダイパッド
２Ｂ リード
２Ｃ 吊りリード
２ｐ，２ｐｘ，２ｐｙ，２ｐｚ 周縁部
３ 接着部材
４ 金属細線
５ 封止樹脂
６，６ｘ，６ｙ，６ｚ 段差部
Ｗ，ｗ 幅
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３ 位置
Ｄ１，Ｄ２ 深さ
Ａ 角度
Ｔ，ｔ 厚さ

Claims (16)

1. 半導体チップと、
   上面に接着部材を介して前記半導体チップが固着されたダイパッド、前記ダイパッドの周囲に配置されたリード、及び前記ダイパッドに接続された吊りリードを有するリードフレームと、
   前記半導体チップと前記リードとを電気的に接続する金属細線と、
   前記半導体チップ、前記ダイパッド、前記リード、前記吊りリード及び前記金属細線を一体的に封止する封止樹脂とを備え、
   前記ダイパッドにおける周縁部には、段差部が設けられており、
   前記ダイパッドにおける周縁部以外の部分の下面は、前記封止樹脂から露出されており、
   前記段差部内には、前記封止樹脂が入り込んでおり、
   前記段差部の深さは、前記段差部の段差面から前記ダイパッドの側面に向かって大きくなっていることを特徴とする半導体装置。
2. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記段差部の深さは、前記段差部の段差面から前記ダイパッドの側面に向かって、一定の割合で大きくなっており、
   前記段差部の底面は、平坦面であることを特徴とする半導体装置。
3. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記段差部の底面は、凸曲面であり、
   前記段差部の底面の曲率は、前記段差部の段差面から前記ダイパッドの側面に向かって大きくなっていることを特徴とする半導体装置。
4. 請求項３に記載の半導体装置において、
   前記段差部の底面における段差面側の端部は、前記ダイパッドにおける周縁部以外の部分の下面と略平行であることを特徴とする半導体装置。
5. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記ダイパッドの側面の位置での前記段差部の深さを、Ｄ１とし、前記段差部の段差面の位置での前記段差部の深さを、Ｄ２とし、前記段差部の幅をＷとした場合、Ｄ１−Ｄ２≧Ｗ／８が成立していることを特徴とする半導体装置。
6. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記ダイパッドにおける周縁部の上面と、前記ダイパッドにおける周縁部以外の部分の上面とは、面一であり、
   前記ダイパッドの側面の位置での前記ダイパッドの厚さは、前記ダイパッドにおける周縁部以外の部分の厚さから、前記段差部の段差面の位置での前記段差部の深さを差し引いた長さよりも短いことを特徴とする半導体装置。
7. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記ダイパッドにおける周縁部は、前記ダイパッドの上面側に曲げられており、
   前記ダイパッドの側面の位置での前記ダイパッドの厚さは、前記ダイパッドにおける周縁部以外の部分の厚さから、前記段差部の段差面の位置での前記段差部の深さを差し引いた長さと同一であることを特徴とする半導体装置。
8. 枠部、ダイパッド、前記枠部に接続されたリード、及び一端部が前記ダイパッドに接続され他端部が前記枠部に接続された吊りリードを有するリードフレームを準備する工程（ａ）と、
   前記ダイパッドの上面に、接着部材を介して、半導体チップを固着する工程（ｂ）と、
   金属細線により、前記半導体チップと前記リードとを電気的に接続する工程（ｃ）と、
   前記半導体チップ、前記ダイパッド、前記リード、前記吊りリード及び前記金属細線を一体的に封止する封止樹脂を形成する工程（ｄ）と、
   前記工程（ｄ）の後に、前記枠部と前記リードとの間及び前記枠部と前記吊りリードとの間を切断する工程（ｅ）とを備え、
   前記工程（ａ）は、前記ダイパッドにおける周縁部に、段差部を形成する工程を含み、
   前記工程（ｄ）において、前記ダイパッドにおける周縁部以外の部分の下面が前記封止樹脂から露出されると共に、前記段差部内に前記封止樹脂が入り込むように、前記封止樹脂が形成され、
   前記段差部の深さは、前記段差部の段差面から前記ダイパッドの側面に向かって大きくなっていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
9. 請求項８に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記工程（ａ）は、第１の金型を用いたプレス加工により、板状のダイパッドの下面における周縁部に、前記第１の金型を当接させて押圧して、前記段差部を形成する工程を含み、
   前記第１の金型における前記ダイパッドの下面と当接する面は、前記ダイパッドの下面に対して傾斜する傾斜面、又は凹曲面であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
10. 請求項８に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記工程（ａ）は、
    第２の金型を用いたプレス加工により、板状のダイパッドの下面における周縁部に、前記第２の金型を当接させて押圧して、深さが一定の段差部を形成する工程（ａ１）と、
    曲げ加工により、深さが一定の前記段差部の底面に荷重を印加して、前記ダイパッドにおける周縁部を、前記ダイパッドの上面側に曲げる工程（ａ２）とを含み、
    前記工程（ａ２）において、前記段差部の深さが、前記段差部の段差面から前記ダイパッドの側面に向かって大きくなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
11. 枠部と、
    上面に半導体チップが固着されるダイパッドと、
    前記ダイパッドの周囲に配置され、前記枠部に接続されたリードと、
    一端部が前記ダイパッドに接続され他端部が前記枠部に接続された吊りリードとを備え、
    前記ダイパッドにおける周縁部には、段差部が設けられており、
    前記段差部の深さは、前記段差部の段差面から前記ダイパッドの側面に向かって大きくなっていることを特徴とするリードフレーム。
12. 請求項１１に記載のリードフレームにおいて、
    前記段差部の深さは、前記段差部の段差面から前記ダイパッドの側面に向かって、一定の割合で大きくなっており、
    前記段差部の底面は、平坦面であることを特徴とするリードフレーム。
13. 請求項１１に記載のリードフレームにおいて、
    前記段差部の底面は、凸曲面であり、
    前記段差部の底面の曲率は、前記段差部の段差面から前記ダイパッドの側面に向かって大きくなっていることを特徴とするリードフレーム。
14. 請求項１３に記載のリードフレームにおいて、
    前記段差部の底面における段差面側の端部は、前記ダイパッドにおける周縁部以外の部分の下面と略平行であることを特徴とするリードフレーム。
15. 請求項１１に記載のリードフレームにおいて、
    前記ダイパッドにおける周縁部の上面と、前記ダイパッドにおける周縁部以外の部分の上面とは、面一であり、
    前記ダイパッドの側面の位置での前記ダイパッドの厚さは、前記ダイパッドにおける周縁部以外の部分の厚さから、前記段差部の段差面の位置での前記段差部の深さを差し引いた長さよりも短いことを特徴とするリードフレーム。
16. 請求項１１に記載のリードフレームにおいて、
    前記ダイパッドにおける周縁部は、前記ダイパッドの上面側に曲げられており、
    前記ダイパッドの側面の位置での前記ダイパッドの厚さは、前記ダイパッドにおける周縁部以外の部分の厚さから、前記段差部の段差面の位置での前記段差部の深さを差し引いた長さと同一であることを特徴とするリードフレーム。

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