JP2013074215A - リードフレーム及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、樹脂成形において、ダイパッドの変形が起こり難いアルミニウム素材のリードフレームと、軽量で製造コストの安い半導体装置を提供する。

【解決手段】本発明のリードフレームは、アルミニウム素材を使用し、ダイパッド部に切欠き部を設けることにより、樹脂成形時におけるリードフレームの変形を抑制している。また、このリードフレームを使用して、製造したフルモールド型の樹脂封止型半導体装置とすることを特徴とする。

【選択図】図２

Description

本発明は、リードフレーム及び半導体装置に関し、特にアルミニウム材料を使用したリードフレーム及び樹脂封止型半導体装置に関する。

半導体装置では、小型化及び軽量化が要求されている。これに伴いリードフレームを用いる半導体装置において、リードフレームは、多種の金属素材が検討されている。その中では、鉄または鉄合金素材のリードフレームや、銅または銅合金素材のリードフレームが主流となっている。近年の状況として、素材の高騰からコストの安いアルミニウム素材が検討されている。ただし、アルミニウム素材の硬度は、銅素材の硬度に比べ低い。

半導体装置において、アルミまたはアルミ合金からなるリードフレームが従来技術として知られている（例えば、特許文献１参照、図２）これにより、軽量化された半導体装置とすることができる。

樹脂封止型半導体装置の樹脂封止方法において、成形金型に固定ピンを設けダイパッドを固定して、樹脂成形をおこなうことが従来技術として知られている（例えば、特許文献２参照、図２Ｂ）これにより、樹脂成形においてダイパッドの変形を防止することができる。

特開平７−１８３４３９号公報 特開平５−３２６５８７号公報

一般的に、半導体装置は軽量化、小型化、低コストが要求され、その中で、アルミ材料が検討されている。

しかしながら、従来技術は、軽量化な半導体装置を得られるが、アルミニウムの硬度が低いため、樹脂成形時にリードフレームが変形するという課題がある。また、モールド金型により変形を防止できるが、固定ピンはモールド金型に設けるため、金型が複雑になり、金型のコストが上がり、半導体装置の製造コストに影響するという課題がある。

従って、本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、変形の起こり難いアルミニウムリードフレームと、製造コストの安い半導体装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために、本発明は、以下に掲げる構成とした。本発明のリードフレームは、アルミニウム素材を使用し、ダイパッド部に切欠き部を設けている。また、このリードフレームを使用して、製造したフルモールド型の樹脂封止型の半導体装置とすることを特徴とする。

本発明は、ダイパッド部に貫通する切欠き部を設けて、樹脂充填の応力を抑制するので、樹脂成形時に変形を抑制するリードフレームを提供することができる効果を奏する。また、従来の素材（Ｃｕ等）のリードフレームと同等に樹脂成形でき、簡単な構造の金型が使用できるので、製造が容易でコストの安い半導体装置を提供することができる効果を奏する。

本発明の実施例１に係るリードフレームの平面図と側面図である。 本発明の実施例１に係る半導体装置の透視平面図と透視側面図である。 本発明の実施例１に係る半導体装置を製造する金型を説明する平面図と側面断面図である。 本発明の実施例１に係る半導体装置の樹脂成形を説明する側面断面図である。 本発明の実施例１に係るリードフレーム切欠き部を拡大した平面図と側面図である。 本発明の変形例１に係るリードフレーム切欠き部を拡大した平面図と側面図である。 本発明の変形例２に係るリードフレーム切欠き部を拡大した平面図と側面図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものであり、寸法関係の比率等は現実のものとは異なる。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

以下、図面を参照して本発明の実施例１に係るリードフレーム１を説明する。図１は、本発明の実施例１に係るリードフレーム１の平面図と側面図である。図２は、本発明の実施例１に係る半導体装置１１の透視平面図と透視側面図である。

図１に示すように、リードフレーム１は、ヘッダー吊り部２、ダイパッド３、インナーリード４、アウターリード５、タイバー６、キャリア７、切欠き部８とで構成されている。

ヘッダー吊り部２は、ダイパッド３とキャリア７を連結保持している。ダイパッド３は、端部をヘッダー吊り部２とインナーリード４で連結保持している。インナーリード４とアウターリード５は対になっており、電気的端子となる部位である。

タイバー６とキャリア７は各部位を連結してリードフレーム形態としている支持枠である。タイバー６は内部にある支持枠であり、キャリア７は外周にある支持枠となっている。図１では、半導体装置１個相当の図であるが、実際のリードフレームは、タイバー６やキャリア７の延長方向に例えば１０個連結された状態とすることが可能である。

切欠き部８は、ダイパッド３上に加工され、平面上で左右端面部にある凹形状であり、垂直上の溝となっている。図５参照。また、ダイパッド３上の位置としては、平面上に見て、後述する樹脂充填口であるゲート部２３とは逆の位置に設けている。

ここで、リードフレーム１の材質は、アルミニウム又はアルミニウム合金が使用され、めっき等の表面処理は不要である。これにより、軽量化、低コスト化が可能である。

さらに、インナーリード４の一箇所は、ダイパッド３と連結され、ダイパッド３はデプレス（ダウンセット）された状態とするため曲げ加工を施している。リードフレーム１の素材がアルミニウムであるため、銅や鉄素材と比較すると、素材硬度から加工部が強度的に弱くなることが懸念される。

図２に示すように、半導体装置１１は、リードフレーム１、接合材１２、半導体素子１３、ワイヤ１４、樹脂封止体１５とで構成され、３端子の半導体装置としている。

半導体装置１１は、リードフレーム１のダイパッド３の上に、接合材１２を用いて半導体素子１３を搭載する。また、半導体素子１３上の電極からインナーリード４にワイヤ１４を接合する。ワイヤ１４は、ワイヤボンディング装置を用いて、アルミワイヤボンディングすることができる。

樹脂封止体１５は、ダイパッド３全体とインナーリード４と半導体素子１３とワイヤ１４を覆うように、フルモールド型の樹脂封止をおこない、端部からはアウターリード５が突出している。

次に、半導体装置１１の製造方法について説明する。

リードフレーム１のダイパッド３の一方の面に、接合材１２を用いて、半導体装置１３を接合する。例えば、接合材１２は導電性接着剤であり、半導体素子１３はダイオード素子である。

さらに半導体素子１４の上面電極（図示せず）とインナーリード４の端部をワイヤ１４で接合し、電気的配線をおこなう。例えば、ワイヤ１４はアルミワイヤである。半導体素子１４の上面電極は、一般的にアルミが使われ、インナーリードもアルミであることから、ワイヤボンディング装置により、アルミワイヤボンディングを容易におこなうことができる。

次に、図３に示すように、半導体装置１１は、樹脂成形金型２０を用いて樹脂封止をおこなう。樹脂成形金型２０は、モールド上金型２１とモールド下金型２２とで構成されている。

図３の平面図は、モールド下金型２２に、リードフレーム１が載置された状態である。モールド下金型２２には、キャビティ２５が掘り込まれており、リードフレーム１のダイパッド３とインナーリー４がキャビティ２５に入り込んでいる。また、モールド下金型２２のリードフレーム１のヘッダー吊り部２側には、樹脂の充填口であるゲート部２３が設けられている。さらに、モールド下金型２２のリードフレーム１のインナーリード４側には、キャビティ２５内の排気口であるエアベント部２４が設けられている。

モールド上金型２１は、モールド下金型２２同様にキャビティ２５が掘り込まれており、ゲート部とエアベント部はない。（図示省略）

図３の側面図は、モールド上金型２１とモールド下金型２２にリードフレーム１が挟持された状態である。

次に、図４は、半導体装置１の樹脂成形を説明する側面断面図である。（Ａ）は従来の樹脂成形の状態を説明し、（Ｂ）は本発明の樹脂成形の状態を説明する。

図４（Ａ）が示すように、樹脂成形金型２０のキャビティ２５空間にダイパッド３が位置している状態略図である。トランスファーモールド成形法で、樹脂封止体１５となる流動可能な溶融樹脂２６がゲート部２３から注入される。ダイパッド３においてヘッダー吊り部２（図示せず）からインナーリード４（図示せず）方向へ溶融樹脂２５が充填されている途中経過状態図であり、モールド下金型２２側のキャビティ２５空間はダイパッド３がデプレスされているために狭い状態であり、溶融樹脂２６の流動は遅い。これに対し、モールド上金型２１側のキャビティ２５空間はダイパッド３が下金型方向へデプレスされているために広い状態であり、溶融樹脂２６の流動は早い。ここでは、半導体素子１３は小さいので、図示を省略している。

このとき、流動量の大きいほうの溶融樹脂２６が先にエアベント２４側の側面（キャビティエンド）に到達し、モールド下金型２２方向へ樹脂の流れが方向転換し、ダイパッド３端部を押しつける力が働く。これにより、ダイパッド３の端部がモールド下金型２２方向への変形が発生する。このときは、モールド下金型２２側の溶融樹脂２５はまだ、キャビティエンドに到達してない（図中右側）。キャビティ２５内部に溜まっている空気はエアベント部２４から溶融樹脂２６によって、押し出される。

図４（Ｂ）が示すように、本発明の半導体装置においては、リードフレーム１のダイパッド３に切欠き部８が備わっている状態で、樹脂封止をおこなう。従来と同様に溶融樹脂２６がゲート部２３から注入される。溶融樹脂２６の流動状態は初期の段階においては、従来と同一である。キャビティ２５のモールド上金型２１側を流れる溶融樹脂２６はダイパッド３の切欠き部８に到達すると、その凹形状の空間をダイパッド３のモールド上金型２１面からモールド下金型２２面へ流れ出し、上面側の勢いを弱める。下面側へ流れ出した溶融樹脂２６は下面側の溶融樹脂２６と合流する。このとき、上面側から、溶融樹脂２６によりダイパッド３の端部を押す力が弱まり、下面側からの押す力とで、ダイパッド３の端部の変形させる力を打ち消し合うので、変形がない。

樹脂充填が終了すると、樹脂成形金型２０から樹脂封止体１５が成形されたリードフレーム１を取り出し、不要な部位であるヘッダー吊り部２、タイバー６、キャリア７を切断する。 以上により、１つの半導体装置１１が完成する。

次に、上述の実施例１に係るリードフレーム１と半導体装置１１の効果を説明する。

本発明の実施例１に係るリードフレームは、アルミ素材を用いて、ダイパッド部に切欠き部を設け、フルモールド型樹脂成形をしている。これにより、樹脂成形において、リードフレームの変形を抑制することが可能である。

また、本発明の実施例１に係る半導体装置は、上述のアルミリードフレームを用いるので、軽量化がおこなえ、樹脂成形において、簡単な構造の金型が使用できるので、製造が容易でコストの安い半導体装置とすることが可能である。

上述のように、本発明の実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。

上述の例では、切欠き部８をダイパッド３に垂直な凹形状溝としたが、流動方向に傾斜を備えた形状としてもよい。これにより、溶融樹脂２６が切欠き部８に入り込み易くなる。図６参照。

また、切欠き部８は、平面上で左右端面部にある凹形状としたが、リードフレーム１のダイパッド３が厚さのある異形条リードフレームとして用いた場合、断面上で凹形状としてもよい。図７参照。

また、切欠き部８の数量は任意である。

また、リードフレーム１の表面には適宜めっきを設けてもよい。この場合には、一般的な亜鉛置換めっきを施し、ニッケルめっきするとよい。これにより、接合材にはんだを用いることができ、強固な接着ができる。

また、切欠き部８は図面上では、コの字形状としたが、略Ｕの字形状であってもよい。

１、リードフレーム
２、ヘッダー吊り部
３、ダイパッド
４、インナーリード
５、アウターリード
６、タイバー
７、キャリア
８、切欠き部
１１、半導体装置
１２、接合材
１３、半導体素子
１４、ワイヤ
１５、樹脂封止体
２０、樹脂成形金型
２１、モールド上金型
２２、モールド下金型
２３、ゲート部
２４、エアベント部
２５、キャビティ
２６、溶融樹脂

Claims (3)

1. 半導体装置に用いられるダイパッドを有するリードフレームおいて、アルミまたはアルミ合金の素材からなり、前記ダイパッドに切欠き部を設けていることを特徴とするリードフレーム。
   
2. 前記リードフレームの断面は前記ダイパッドの厚さが厚い異形状であり、前記切欠き部は前記ダイパッドの平面上で凹形状であることを特徴とする請求項１に記載のリードフレーム。
   
3. 請求項１乃至請求項２に記載のリードフレームを用いて樹脂封止する半導体装置において、半導体素子が搭載された前記ダイパッド全体を覆うフルモールド型の樹脂封止体であることを特徴とする半導体装置。

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