JP2013016709A - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】実施形態によれば、パッケージ側面におけるハンダの侵入を抑制して信頼性を向上させた半導体装置が提供される。
【解決手段】実施形態に係る半導体装置は、第1のフレームと、前記第1のフレームに固着された発光素子と、前記第1のフレームから離間して設けられ、金属ワイヤを介して前記半導体素子と電気的に接続された第2のフレームと、前記半導体素子と、前記第1のフレームと、前記第2のフレームと、を覆い、前記第1のフレームの一部と、前記第2のフレームの一部と、を1つの主面に露出させた樹脂パッケージと、を備える。そして、前記第1のフレームおよび前記第2のフレームのいずれかに隣接して併設された第3のフレームであって、その一部が、前記樹脂パッケージの前記主面の端と、前記主面と交差する側面の端と、に跨って露出した第3のフレームを備える。
【選択図】図1

Description

本発明の実施形態は、半導体装置に関する。
半導体装置の小型化の要請に対応するため、ボンディング用の金属フレームを裏面に備えた表面実装型パッケージが用いられる。これらの半導体装置は、例えば、ハンダペーストを印刷したプリント基板の上に載置され、リフロー方式を用いてハンダ付けされる。そして、パッケージの側面にハンダフィレットが形成されたことを確認することにより、半導体装置がプリント基板に正常に固着されたと判断する場合がある。すなわち、パッケージの側面に露出したリードフレームの端面にハンダが這い上がることによりフィレットが形成され、その有無によりフレームとハンダとの間の濡れ性を判定することができる。
しかしながら、例えば、リードフレームの端面を這い上がったハンダが、樹脂パッケージとリードフレームとの隙間に入り込み、半導体装置の信頼度を低下させることがある。そこで、パッケージ側面におけるハンダの侵入を抑制し、信頼性を向上させることが可能な半導体装置が必要とされている。
特開2004−207276号公報
実施形態によれば、パッケージ側面におけるハンダの侵入を抑制して信頼性を向上させた半導体装置が提供される。
実施形態に係る半導体装置は、第1のフレームと、前記第1のフレームに固着された半導体素子と、前記第1のフレームから離間して設けられ、金属ワイヤを介して前記半導体素子と電気的に接続された第2のフレームと、前記半導体素子と、前記第1のフレームと、前記第2のフレームと、を覆い、前記第1のフレームの一部と、前記第2のフレームの一部と、を1つの主面に露出させた樹脂パッケージと、を備える。そして、前記第1のフレームおよび前記第2のフレームのいずれかに隣接して併設された第3のフレームであって、その一部が、前記樹脂パッケージの前記主面の端と、前記主面と交差する側面の端と、に跨って露出した第3のフレームを備える。
第1の実施形態に係る半導体装置を示す模式図である。 第1の実施形態に係る半導体装置をプリント基板へ実装する過程を示す模式図である。 第2の実施形態に係る半導体装置を示す模式図である。 第2の実施形態の変形例に係る半導体装置を示す模式図である。 第2の実施形態の別の変形例に係る半導体装置を示す模式図である。 第3の実施形態に係る半導体装置を示す模式図である。 第4の実施形態に係る半導体装置を示す模式図である。 第5の実施形態に係る半導体装置を示す模式図である。 比較例に係る半導体装置を示す模式図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面中の同一部分には同一番号を付してその詳しい説明は適宜省略し、異なる部分について適宜説明する。
[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態に係る半導体装置100を示す模式図である。図1(a)は、半導体装置100を上面10aの側から見た平面図である。図1(b)は、図1(a)におけるIb−Ib断面を示す。図1(c)は、図1(a)における短辺側の側面10cを示す。
半導体装置100は、半導体素子7と、第1のフレームであるリードフレーム3と、第2のフレームであるリードフレーム5と、を備える。そして、半導体素子7と、リードフレーム3と、リードフレーム5と、を覆う樹脂パッケージ10を備える。
半導体素子7は、リードフレーム3に固着される。そして、金属ワイヤ12を介してリードフレーム5に電気的に接続される。例えば、金属ワイヤ12の一端は、半導体素子7の電極13にボンディングされ、他の一端がリードフレーム5の表面(上面)にボンディングされる。リードフレーム5は、リードフレーム3から離間して設けられ、例えば、同一面に並んで配置される。
樹脂パッケージ10の1つの主面には、リードフレーム3の一部と、リードフレーム5の一部と、が露出する。例えば、図1(b)に示すように、樹脂パッケージ10の1つの主面である裏面10bには、リードフレーム3の裏面、および、リードフレーム5の裏面が露出する。ここで、樹脂パッケージ10の裏面10bとは、例えば、プリント基板に実装される際のボンディング面である。また、リードフレーム3の裏面とは、半導体素子7が固着された表面(上面)の反対側の面であり、リードフレーム5の裏面とは、金属ワイヤ12の一端がボンディングされた表面(上面)の反対側の面である。
半導体装置100は、第3のフレームであるリードフレーム15を備える。リードフレーム15は、リードフレーム3および5のいずれかに隣接して併設される。例えば、図1(a)に示すように、リードフレーム15は、リードフレーム3およびリードフレーム5から離間して設けても良い。さらに、図1(b)および(c)に示すように、リードフレーム15の一部は、樹脂パッケージ10の裏面10bの端と、裏面10bに交差する側面10cの端と、に跨って露出する。言い換えれば、樹脂パッケージの裏面10bの端に露出するリードフレーム15の一部と、側面10cの端に露出するリードフレームの一部が、裏面10bと側面10cとの間の角でつながって設けられる。本実施形態に示すように、リードフレーム3および5の両方に、それぞれ隣接した2つのリードフレーム15を設けても良いし、いずれか片方でも良い。
リードフレーム15は、リードフレーム3および5との間に境界を画する部分を介して設けられる。すなわち、図1(a)および(b)に示すように、リードフレーム3とリードフレーム15との間、および、リードフレーム5と、リードフレーム15との間において、それぞれ境界を画する境界部9aを介して設けられる。
また、樹脂パッケージ10の裏面10bに平行な平面視において、リードフレーム3および5の外縁から樹脂パッケージ10の側面に向けて延在する吊りピン3aおよび5aが設けられる。吊りピン3aおよび5aは、例えば、リードフレーム15の一部が露出する側面10cを除く他の側面に向けて延在するように設ける。
半導体素子7は、例えば、発光ダイオード(Light Emitting Diode:LED)であり、発光面側を上にして、裏面に設けられた電極をリードフレーム3の上面に向けてダイボンディングされる。発光面側の電極13は、金属ワイヤ12を介してリードフレーム5に電気的に接続される。そして、半導体装置100では、リードフレーム3とリードフレーム5との間に駆動電流を流すことによりLEDを発光させ、樹脂パッケージ10の上面10aから光りを放射させることができる。
図2は、第1の実施形態に係る半導体装置100をプリント基板21へ実装する過程を示す模式図である。図2(a)は、半導体装置100をプリント基板21に載置する過程を示し、図2(b)は、半導体装置100をプリント基板21にハンダ付けした状態を示している。図2(c)は、図2(b)におけるIIc−IIc断面を示している。
図2(a)に示すように、プリント基板21の上に設けられたランドパターン23および25の上に半導体装置100を載置する。この際、ランドパターン23が、リードフレーム3およびそれに隣接するリードフレーム15に接し、ランドパターン25が、リードフレーム5およびそれに隣接するリードフレーム15に接するように載置する。ランドパターン23および25の上には、例えば、ハンダペースト27aおよび28aが印刷される。なお、同図には、プリント基板21のうちのランドパターン23および25が設けられた部分が示されている。
次に、半導体装置100が載置されたプリント基板21を、リフロー炉に入れて加熱する。これにより、ハンダペースト27aおよび28aから溶媒を蒸発させ、同時に、溶融したハンダ27bおよび28bにより半導体装置100をプリント基板に固着させる。この時、溶融したハンダ27bおよび28bは、樹脂パッケージ10の裏面に露出したリードフレーム3および5、15の表面に広がって付着する。さらに、樹脂パッケージ10の裏面に露出したリードフレーム15の表面に馴染んだハンダが、裏面からつながって側面に露出したリードフレーム15の端面に這い上がり、図2(b)および(c)に示すように、フィレット29が形成される。
例えば、半導体装置100において、リードフレーム15が設けられなければ、樹脂パッケージ10の側面には金属面が露出しない。したがって、図2(b)に示すフィレット29は形成されず、リードフレーム3および5の接合面は、樹脂パッケージ10に覆われて目視することができない。このため、リードフレーム3とハンダ27bとの間の濡れ性、および、リードフレーム5とハンダ28bとの間の濡れ性を確認することができない。
これに対し、リードフレーム15を備える半導体装置100では、樹脂パッケージ10の側面にフィレット29が形成される。このため、そのフィレットの有無を目視検査することにより、半導体装置100の接着強度が不足するプリント基板21を選別し、取り除くことができる。これにより、プリント基板21を装着する器機の信頼度を向上させることができる。
さらに、フィレット29にハンダごてを当て、ハンダ27bおよび28bを溶融させることが可能である。これにより、例えば、電気的な特性に不具合が生じた半導体装置100を外し、正常なものに取り替えることも可能となり、プリント基板21の製造コストを低減することができる。
また、図2(c)および図9(b)に示すように、リフローの過程において、樹脂パッケージ10が熱収縮し、その側面においてリードフレームと樹脂パッケージ10との間の接合面が開き、隙間9fが生じる場合がある。
例えば、図9に示す比較例に係る半導体装置900では、リードフレーム3および5の端面が樹脂パッケージ10の側面に露出する構造となっている。このような構造では、樹脂パッケージ10の側面に隙間9fが生じると、リードフレーム3および5の端面を這い上がったハンダもしくはフラックスが、半導体素子7の近傍まで、または、金属ワイヤのボンディング部まで、隙間9fに沿って入り込むことがある。そして、樹脂封じされた半導体素子7の気密性を劣化させ、また、ボンディング部の強度を低下させる。そして、半導体装置100の信頼性を低下させることがある。
これに対し、本実施形態に係る半導体装置100では、樹脂パッケージ10と、リードフレーム15と、の間の隙間9fに沿ったハンダの進行を、境界部9aにおいて阻止する。これにより、ハンダやフラックスがリードフレーム3および5までの侵入することを防ぎ、半導体装置100の信頼性を向上させることができる。
さらに、本実施形態では、半導体装置100をプリント基板21にボンディングする際の歩留りも向上させることができる。例えば、半導体装置100を固着するリフロー過程において、半導体装置100が溶融したハンダの上に乗って移動し、その固定位置がずれることがある。これを防ぐ為には、樹脂パッケージ10の裏面に露出するリードフレーム3および5の形状を、所定のパットデザインに適合するように設けることが望ましい。そして、その好ましいデザインでは、樹脂パッケージ10の裏面10bの外縁よりも内側に、リードフレーム3および5の露出部を設けることが望ましい。
例えば、図9に示す半導体装置900の構造では、上記の好ましいデザインと、樹脂パッケージの側面にフィレットを形成することは、相容れない要請であり両方を充足することができない。これに対し、本実施形態では、リードフレーム3および5の露出部と、フィレット形成のためのリードフレーム15とが、境界部9aを介して離間して設けられている。これにより、リードフレーム3および5の形状を所定のパッドデザインに適合するように形成し、且つ、リードフレーム15の端面にフィレットを設けることが可能となる。これにより、半導体装置100の位置ズレを抑制し、ボンディング歩留りを向上させることができる。
[第2の実施形態]
図3は、第2の実施形態に係る半導体装置を示す模式図である。図3(a)は、半導体装置200を示し、図3(b)は、半導体装置300を示している。同図に示すように、リードフレーム3およびリードフレーム5のいずれかと、リードフレーム15と、の間を、幅および厚さの少なくともいずれかが異なる接続部により接続することができる。本実施形態では、接続部として連結ピン31および33を用いる。
例えば、図3(a)に示す半導体装置200のように、リードフレーム3とリードフレーム15との間を複数の連結ピン31により部分的につなぐ。同図に示す例では、2つの連結ピン31が設けられているが、3つ以上の連結ピン31を設けても良い。また、連結ピン31の厚さを、リードフレーム3およびリードフレーム15の厚さよりも薄く設けても良い。リードフレーム5とリードフレーム15との間に設けられる連結ピン31も同じである。
図3(b)に示す半導体装置300では、リードフレーム3とリードフレーム15との間を部分的につなぐ連結ピン33を設ける。同図に示す例では、図3(a)に示す連結ピン31よりも幅の広い連結ピン33が1つ設けられているが、連結ピン31と同じ幅であっても良い。また、連結ピン33の厚さを、リードフレーム3およびリードフレーム15の厚さよりも薄くしても良い。すなわち、図3(b)に示す半導体装置300では、連結ピン33の数が1つである点で、図3(a)に示す半導体装置200と相違するとも言える。リードフレーム5とリードフレーム15との間に設けられる連結ピン33も同じである。
また、リードフレーム3とリードフレーム15との間をつなぐ連結ピンの数と、リードフレーム5とリードフレーム15との間をつなぐ連結ピンの数とが、相違しても良いし、それぞれの連結ピンの幅が異なっても良い。
このように、連結ピン31または33を設けることにより、リードフレーム15の強度を向上させることができる。例えば、リードフレーム3、5、15、および、その上に成形した樹脂をダイサー等を用いて切断することにより、個別の半導体装置を分離する。この際に、小片化されるリードフレーム15の変形や剥がれ等を抑制することができる。
リードフレーム3および5と、リードフレーム15と、の境界を画する部分は、それぞれの間に介在する境界部9bである。境界部9bは、連結ピン31もしくは33により複数の部分に分離される。
本実施形態でも、樹脂パッケージ10の側面に生じる隙間9f(図2(c)参照)に沿って侵入するハンダを、境界部9bにより遮断することができる。そして、樹脂パッケージ10の裏面10bに露出するリードフレーム3および5の形状を好ましいデザインに適合させ、リフロー過程における半導体装置200および300の位置ずれを抑制することができる。
図4は、第2の実施形態の変形例に係る半導体装置400を示す模式図である。図4(a)は、樹脂パッケージ10の上面10aの側から見た平面図を示し、図4(b)は、図4(a)におけるIVb−IVb断面を示している。図4(c)は、図4(a)における短辺側の側面10cを示している。
半導体装置400におけるリードフレーム15は、樹脂パッケージ10の裏面10bの端から側面10cに跨る窪み41を有する点で、図3(a)に示した半導体装置200と相違する。すなわち、リードフレーム3および5と、リートフレーム15と、の間は連結ピン31でつながれ、半導体装置200と同じ作用効果を生ずる。この場合も、リードフレーム15の一部は、樹脂パッケージ10の裏面10bの端から側面10cの端に跨って露出する。すなわち、裏面10bの側に露出するリードフレームの表面と、側面10cの側に露出する表面と、がつながって設けられる。
本実施形態では、リードフレーム15の裏面側に設けられた窪み41にハンダが入り込みフィレット29が形成され易くなる。例えば、ダイサー等の切断面であるリードフレーム15の端面15aには、その芯材である銅などが露出する。このため、リードフレーム15の端面15aは、ハンダとの馴染みが悪く、フィレット29の形成にムラを生じることがある。これに対し、リードフレーム15の裏面、および、窪み41の内面には、例えば、銀メッキを施すことが可能であり、ハンダに馴染みやすい面とすることができる。これにより、窪み41の内面に沿って溶融したハンダを入り込ませ、そこにムラ無くフィレットを形成することができる。
図5は、第2の実施形態の別の変形例に係る半導体装置500を示す模式図である。図5(a)は、樹脂パッケージ10の上面10aの側から見た平面図を示し、図5(b)は、図5(a)におけるVb−Vb断面を示す。
半導体装置500では、リードフレーム15の上面に段差を設け、樹脂パッケージ10の側面10cに露出するリードフレーム15の端部43の厚さを、リードフレーム3および5に近接する部分の厚さよりも薄くする。これにより、樹脂パッケージ10とリードフレーム15との噛み合わせが強くなり、リードフレーム3および5へのハンダやフラックスの浸入を、さらに抑制することができる。
[第3の実施形態]
図6は、第3の実施形態に係る半導体装置600を示す模式図である。図6(a)は、樹脂パッケージ10の上面10aの側から見た平面図を示し、図6(b)は、図6(a)における長辺側の側面を示している。
図6(a)に示すように、樹脂パッケージ10の平面形状が長方形の場合、リードフレーム15を長辺側に設けても良い。リードフレーム15は、リードフレーム3および5から離間して設けられ、その端面15bおよび15cは、長辺側の側面に露出する。
本実施形態でも、第1の実施形態と同じ作用効果が得られる。また、リードフレーム15と、リードフレーム3および5と、の間に連結ピン31を設けても良いし、図4に示す窪み41、もしくは、図5に示す段差を設けても良い。
図6(b)に示すように、本実施形態では、リードフレーム15の一部が露出しない短辺側の側面に限らず、長辺側の側面にも吊りピン3bおよび5bの端面が露出する。また、例えば、リードフレーム3および5の外縁から樹脂パッケージ10の短辺側の側面に向けて延在する吊りピンだけを設け、長辺側の側面に吊りピンの端面が露出しない形態としても良い。
図6(a)では、樹脂パッケージ10の長辺側における両方の側面に、それぞれリードフレーム15の端面15aおよび15bが露出する。しかしながら、この実施例に限定される訳ではなく、片側だけに端面15bまたは15cが露出する構成であってもよい。また、リードフレーム3に隣接して設けられたリードフレーム15の端面15bと、リードフレーム5に隣接して設けられたリードフレーム15の端面15cとが、1つの側面に露出する構成であっても良い。
[第4の実施形態]
図7は、第4の実施形態に係る半導体装置700を示す模式図である。図7(a)は、樹脂パッケージ10の上面10aの側から見た平面図を示し、図7(b)は、図7(a)におけるVIIb−VIIb断面を示している。図7(c)は、図7(a)における短辺側の側面10cを示している。
本実施形態では、リードフレーム3と、リードフレーム15と、の間に、接続部として、リードフレーム3および15よりも薄い境界部45が設けられる。図7(b)に示すように、境界部45では、リードフレーム3の上面と、リードフレーム15の上面と、の間に溝が形成される。リードフレーム5と、リードフレーム15と、の間に設けられる境界部45も同様である。さらに、図4および図5に示す窪み41および段差を、リードフレーム15に設けても良い。
樹脂パッケージ10の側面10cに露出するリードフレーム15の端面15aには、フィレット29が形成される。そして、樹脂パッケージ10と、リードフレーム15と、の間の隙間9fに入り込むハンダやフラックスは、境界部45の溝の中に形成された樹脂により遮られ、リードフレーム3および5まで侵入しない。
[第5の実施形態]
図8は、第5の実施形態に係る半導体装置800を示す模式図である。図8(a)は、半導体装置800を樹脂パッケージ50の上面側から見た斜視図であり、図8(b)は、樹脂パッケージ50の裏面側から見た斜視図である。
半導体装置800の樹脂パッケージ50は、樹脂枠51と、その内部に充填された透明樹脂53と、を含む。図8(a)に示すように、樹脂枠51の中央に設けられた凹部51aの底面には、リードフレーム3の上面の一部が露出し、半導体素子7(例えば、LEDチップ)が固着される。そして、同じ底部に露出したリードフレーム5の上面の一部と、半導体素子7と、が金属ワイヤ12により電気的に接続される。
樹脂枠51は、例えば、酸化チタンを含む白色樹脂であり、LEDチップの放射する光を反射する。そして、凹部51aには、透明樹脂が充填される。これにより、リードフレーム3の上面に固着されたLEDチップから放射される光は、樹脂枠51の内面で反射され、樹脂パッケージ50の上面50aから放出される。
図8(b)に示すように、樹脂パッケージ50の裏面50bには、リードフレーム3および5のそれぞれの裏面が露出する。さらに、リードフレーム15が、リードフレーム3および5との間の境界を画する部分である境界部51bを介して設けられる。
リードフレーム15は、その裏面を樹脂パッケージ50の裏面50bに露出させ、端面15aを樹脂パッケージ50の側面50cに露出する。これにより、樹脂パッケージ50の側面にフィレット29が形成される。また、樹脂パッケージ50と、リードフレーム15との間の隙間に入り込むハンダやフラックスを、境界部51bに充填される樹脂により遮断することができる。さらに、樹脂パッケージ50の裏面50bに露出するリードフレーム3および5の形状を好ましいデザインに適合させ、リフローの過程における半導体装置800の位置ずれを抑制することができる。
上記の実施形態において、半導体素子7をLEDチップとして説明したが、これに限られる訳ではなく、例えば、受光素子などの光センサであっても良い。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
3、5、15・・・リードフレーム、 3a、5a、3b、5b・・・吊りピン、 7・・・半導体素子、 9a、9b、51b・・・境界部、 10、50・・・樹脂パッケージ、 10a、50a・・・上面、 10b、50b・・・裏面、 10c、50c・・・側面、 9f・・・隙間、 12・・・金属ワイヤ、 13・・・電極、 15a、15b、15c・・・端面、 21・・・プリント基板、 23、25・・・ランドパターン、 27a、28a・・・ハンダペースト、 27b、28b・・・ハンダ、 29・・・フィレット、 31、33・・・連結ピン、 41・・・窪み、 43・・・端部、 45・・・境界部、 51・・・樹脂枠、 51a・・・凹部、 53・・・透明樹脂、100〜900・・・半導体装置

Claims (6)

  1. 第1のフレームと、
    前記第1のフレームに固着された半導体素子と、
    前記第1のフレームから離間して設けられ、金属ワイヤを介して前記半導体素子と電気的に接続された第2のフレームと、
    前記半導体素子と、前記第1のフレームと、前記第2のフレームと、を覆い、前記第1のフレームの一部と、前記第2のフレームの一部と、を1つの主面に露出させた樹脂パッケージと、
    前記第1のフレームおよび前記第2のフレームのいずれかに隣接して併設された第3のフレームであって、その一部が、前記樹脂パッケージの前記主面の端と、前記主面と交差する側面の端と、に跨って露出した第3のフレームと、
    を備えたことを特徴とする半導体装置。
  2. 前記第1のフレームおよび前記第2のフレームの前記いずれかと、前記第3のフレームと、は、離間してなることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  3. 前記第1のフレームおよび前記第2のフレームの前記いずれかと、前記第3フレームと、は、前記第1のフレームおよび前記第2のフレームの前記いずれかとは幅および厚さの少なくともいずれかが異なる接続部により接続されてなることを特徴とする請求項2記載の半導体装置。
  4. 前記第3のフレームは、前記主面の端から前記側面に跨る窪みを有することを特徴とする請求項2または3に記載の半導体装置。
  5. 前記側面に露出した前記第3のフレームの端部の厚さは、前記第1のフレームおよび前記第2のフレームの前記いずれかに近接する部分の厚さよりも薄いことを特徴とする請求項2または3に記載の半導体装置。
  6. 前記第1のフレームおよび前記第2のフレームは、前記主面に平行な平面視において、それぞれの外縁から前記第3フレームが露出しない前記樹脂パッケージの側面に向けて延在する複数の吊りピンを備えたことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の半導体装置。
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