JP2014067880A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】治具PED上にリードフレームLF1が配置され、治具PEDに設けられた突起部PJU上にクリップフレームCLFが配置される。この状態で、加熱処理(リフロー)が実施される。この場合、High−MOSチップCHP(H)とHigh−MOSクリップCLP(H)の間に第1空間が形成され、かつ、Low−MOSチップCHP(L)とLow−MOSクリップCLP(L)の間に第1空間が形成された状態で、この第1空間に充填された高融点半田HS2が溶融する。このとき、上述した第1空間は、高融点半田HS2が溶融したとしても、第1空間のサイズ(特に、高さ寸法)が変化することなく、第1空間が保持される。
【選択図】図23
Description
<DC/DCコンバータの回路構成および動作>
図1は、降圧型DC/DCコンバータの回路構成を示す図である。図1に示すように、降圧型DC/DCコンバータでは、入力端子TE1とグランドGNDとの間にHigh−MOSトランジスタQHとLow−MOSトランジスタQLが直列接続されている。そして、High−MOSトランジスタQHとLow−MOSトランジスタQLとの間のノードNAとグランドGNDとの間にインダクタLと負荷RLが直列接続されており、負荷RLと並列にコンデンサCが接続されている。
次に、High−MOSトランジスタQHがオフしている場合を考える。この場合、Low−MOSトランジスタQLがオンしていることから、インダクタLにかかる電圧は、0−Vout=−Voutとなる。したがって、オフ期間TOFFにおける電流の増加分ΔIOFFは、式(2)で与えられる。
このとき、定常状態となると、インダクタLを流れる電流は、スイッチング動作の1周期の間に増減しないことになる。言い換えれば、1周期の間にインダクタLに流れる電流が増減する場合、まだ定常状態に達していないことを意味する。したがって、定常状態では、式(3)が成立する。
この式(3)に式(1)の関係および式(2)の関係を代入すると、以下に示す式(4)を得ることができる。
この式(4)において、TON≧0、および、TOFF≧0であることから、Vout<Vinであることがわかる。すなわち、図1に示す降圧型DC/DCコンバータは、入力電圧Vinよりも低い出力電圧Voutを出力する回路であることがわかる。そして、式(4)から制御回路CCによるスイッチング動作を制御することにより、オン期間TONとオフ期間TOFFを変化させることで、入力電圧Vinよりも低い任意の出力電圧Voutを得ることができることがわかる。特に、オン期間TONとオフ期間TOFFとが一定になるように制御すれば、一定の出力電圧Voutを得ることができる。
上述したDC/DCコンバータに含まれる制御回路CC、Low−MOSトランジスタQL、および、High−MOSトランジスタQHは、例えば、1パッケージ化した半導体装置として製品化される。この1パッケージ化した半導体装置は、図1に示すインダクタLやコンデンサCを含んでいないため、DC/DCコンバータの一部を構成する半導体装置であるが、便宜上、DC/DCコンバータを構成する半導体装置と呼ぶこともある。
続いて、本実施の形態1における半導体装置PK1の特徴構成について説明する。この特徴は、半導体チップ(Low−MOSチップCHP(L)およびHigh−MOSチップCHP(H))と金属板(Low−MOSクリップCLP(L)およびHigh−MOSクリップCLP(H))との接続信頼性を向上させるために施された製造方法の工夫点に基づくものである。つまり、本実施の形態1における半導体装置PK1の特徴構成は、製造方法に工夫を施した結果、生じたものである。言い換えれば、本実施の形態1における半導体装置の特徴構成は、製造方法上の特徴が反映された痕跡ということができる。なお、製造方法の特徴については後述する。
本実施の形態1における半導体装置は、例えば、図4に示すように、DC/DCコンバータの一部を構成する半導体装置PK1であり、QFNパッケージで実装構成されている。そこで、以下では、DC/DCコンバータの一部を構成するQFNパッケージからなる半導体装置PK1の製造方法を例に挙げて、本実施の形態1における技術的思想について説明する。
次に、本実施の形態1における半導体装置PK1の製造方法の特徴点について説明する。本実施の形態1における半導体装置PK1の製造方法の特徴点は、図5に示すステップS106〜ステップS110までの工程に存在する。以下に、この工程の詳細について図面を参照しながら説明する。
前記実施の形態1では、ドライバICチップCHP(C)と、High−MOSチップCHP(H)と、Low−MOSチップCHP(L)とを封止体で封止した半導体装置について説明したが、前記実施の形態1における技術的思想は、例えば、High−MOSチップCHP(H)とLow−MOSチップCHP(L)を封止体で封止した半導体装置にも適用することができる。
次に、本実施の形態2の変形例2について説明する。実施の形態2では、High−MOSチップCHP(H)とLow−MOSチップCHP(L)を封止体で封止した半導体装置に関する技術において、Low−MOSクリップCLP(L)だけを使用する例について説明した。本変形例では、High−MOSチップCHP(H)とLow−MOSチップCHP(L)を封止体で封止した半導体装置に関する技術において、High−MOSクリップCLP(H)とLow−MOSクリップCLP(L)を使用する例について説明する。
前記実施の形態1では、ドライバICチップCHP(C)と、High−MOSチップCHP(H)と、Low−MOSチップCHP(L)とを封止体で封止した半導体装置について説明したが、前記実施の形態1における技術的思想は、例えば、パワーMOSFET(スイッチング用電界効果トランジスタ)が形成されている単体の半導体チップを封止体で封止した半導体装置にも適用することができる。
C コンデンサ
CC 制御回路
CHP(C) ドライバICチップ
CHP(L) Low−MOSチップ
CHP(H) High−MOSチップ
CHP3 半導体チップ
CLF クリップフレーム
CLF2 クリップフレーム
CLF3 クリップフレーム
CLP(L) Low−MOSクリップ(Low−MOS金属板、Low−MOS導体板)
CLP(H) High−MOSクリップ(High−MOS金属板、High−MOS導体板)
CLP3 クリップ
DT ダイシングテープ
FPT(L) 第1部分
FPT(H) 第1部分
GND グランド
GP(L) ゲート電極パッド
GP(H) ゲート電極パッド
H 突起部の高さ
HL 吊りリード
HS1 高融点半田
HS2 高融点半田
L インダクタ
LD リード
LF1 リードフレーム
LF2 リードフレーム
LF3 リードフレーム
MR 樹脂
NA ノード
OP1 開口部
OP1(A) 開口部
OP1(B) 開口部
OP2 開口部
OP2(A) 開口部
OP2(B) 開口部
PD 電極パッド
PED 治具
PIN 位置決めピン
PJU 突起部
PK1 半導体装置
PR 製品領域
QH High−MOSトランジスタ
QL Low−MOSトランジスタ
RL 負荷
RPT(L) 第4部分
RPT(H) 第4部分
SD1 側面
SD2 側面
SD3 側面
SD4 側面
SP(L) ソース電極パッド
SP(H) ソース電極パッド
SPC1 第1空間
SPC2 第2空間
SPT(L) 第2部分
SPT(H) 第2部分
TAB(C) チップ搭載部
TAB(H) チップ搭載部
TAB(L) チップ搭載部
TE1 入力端子
TP テープ
TPT(L) 第3部分
TPT(H) 第3部分
T1 クリップの厚さ
T2 半田の厚さ
T3 半導体チップの厚さ
T4 半田の厚さ
T5 リードフレームの厚さ
UR 単位領域
Vin 入力電圧
Vout 出力電圧
VPT(L) 第5部分
VPT(H) 第5部分
W ワイヤ
Claims (20)
- (a)チップ搭載部とリードとを備えた第1領域が行列状に複数配置された第1リードフレームを準備する工程と、
(b)前記チップ搭載部の上面上に第1導電性接着材を介して半導体チップを搭載する工程と、
(c)金属板を備えた第2領域が、前記第1リードフレームの前記第1領域内の配列ピッチと同一の配列ピッチで行列状に複数配置された第2リードフレームを準備する工程と、
(d)前記半導体チップの電極パッド上に前記金属板が位置するように前記第1リードフレーム上に前記第2リードフレームを重ねることにより、前記金属板を前記半導体チップの前記電極パッドと前記リードとに第2導電性接着材を介して搭載する工程と、
(e)前記(d)工程後、前記第1導電性接着材および前記第2導電性接着材を第1温度で加熱する工程と、
(f)前記半導体チップを覆うように前記第1リードフレーム内の複数の前記第1領域を一括封止して封止体を形成する工程と、を有し、
前記金属板は、前記半導体チップの前記電極パッドに接続される第1部分、前記リードに接続される第2部分、前記第1部分および前記第2部分を繋ぐ第3部分を有し、
前記(d)工程では、前記金属板の前記第1部分と前記半導体チップの前記電極パッドとの間に第1空間を有しながら、前記第2導電性接着材が前記第1空間内で前記金属板の前記第1部分と前記半導体チップの前記電極パッドとに接触するように前記第1リードフレーム上に前記第2リードフレームを搭載し、
前記(e)工程は、前記第1空間が保持された状態で行なわれる半導体装置の製造方法。 - 請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
前記(d)工程は、前記第1リードフレームおよび前記第2リードフレームを治具上に配置することにより行なうものであって、
前記治具は、その主面上に突起部を有し、
前記突起部の前記主面からの高さは、前記チップ搭載部の厚さ、前記第1導電性接着材の厚さ、および、前記半導体チップの厚さの合計厚さよりも大きく、
前記(d)工程は、前記第1リードフレームを前記治具の前記主面上に配置し、前記第2リードフレームを前記治具の前記突起部上に配置することにより行なう半導体装置の製造方法。 - 請求項2に記載の半導体装置の製造方法において、
前記治具は、前記主面上に位置決めピンを有し、
前記第1リードフレームは、前記治具の前記位置決めピンが挿入される第1位置決め穴を有し、
前記第2リードフレームは、前記治具の前記位置決めピンが挿入される第2位置決め穴を有し、
前記第1リードフレームの前記第1位置決め穴と前記第2リードフレームの前記第2位置決め穴とに前記治具の前記位置決めピンを挿入した時に、前記第2リードフレームの前記第2位置決め穴は、前記第2リードフレームの前記金属板の前記第1部分が、前記半導体チップの前記電極パッドの直上に位置するように前記第2リードフレームに形成されている半導体装置の製造方法。 - 請求項3に記載の半導体装置の製造方法において、
前記(e)工程は、前記第1リードフレームおよび前記第2リードフレームを前記治具上に配置した状態で行なう半導体装置の製造方法。 - 請求項4に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1リードフレームの前記第1位置決め穴および前記第2リードフレームの前記第2位置決め穴は、それぞれ少なくとも2穴を有し、
一方の穴は円形状であって、もう一方の穴は長穴形状である半導体装置の製造方法。 - 請求項3に記載の半導体装置の製造方法において、
前記位置決めピンのサイズは、前記突起部のサイズよりも小さく、かつ、前記位置決めピンは、前記突起部上に設けられており、
前記第1リードフレームに形成されている前記第1位置決め穴は、前記突起部および前記位置決めピンが挿入されるサイズであり、
前記第2リードフレームに形成されている前記第2位置決め穴は、前記位置決めピンが挿入されるサイズである半導体装置の製造方法。 - 請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
(g)前記(f)工程後、前記第1リードフレーム内の複数の前記第1領域のそれぞれの間の領域を切断して個片化する工程と、を有し、
前記第2リードフレームに設けられている前記金属板は、前記第2領域内において吊りリードに支持されており、
前記(g)工程は、前記第1リードフレームを切断する際、前記第2リードフレームの前記吊りリードも切断する半導体装置の製造方法。 - 請求項7に記載の半導体装置の製造方法において、
前記(g)工程後、前記吊りリードの切断面は、前記封止体の側面から露出し、かつ、前記封止体の前記側面と同一平面となっている半導体装置の製造方法。 - 請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
前記(d)工程では、前記金属板の前記第2部分と前記リードとの間に第2空間を有し、前記第2導電性接着材が前記第2空間内で前記金属板の前記第2部分と前記リードとに接触するように前記第1リードフレーム上に前記第2リードフレームを配置する半導体装置の製造方法。 - 請求項9に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1空間の高さ寸法と前記第2空間の高さ寸法は、同一の高さ寸法である半導体装置の製造方法。 - 請求項9に記載の半導体装置の製造方法において、
前記金属板の前記第1部分は、前記金属板の前記第2部分よりも高い位置にある半導体装置の製造方法。 - 請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
前記金属板の前記第1部分の面であって、前記半導体チップの前記電極パッドと接続される前記面は平坦面となっている半導体装置の製造方法。 - 請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
前記半導体チップは、スイッチング用電界効果トランジスタを含み、かつ、前記電極パッドが形成された表面と前記表面とは反対の裏面を有し、
前記電極パッドは、ソース電極パッドであって、前記裏面にはドレイン電極が形成されている半導体装置の製造方法。 - 請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1導電性接着材および前記第2導電性接着材は、半田である半導体装置の製造方法。 - (a)第1チップ搭載部、第2チップ搭載部、第3チップ搭載部、および、リードを備えた第1領域が行列状に複数配置された第1リードフレームを準備する工程と、
(b)第1スイッチング用電界効果トランジスタを含む第1半導体チップ、第2スイッチング用電界効果トランジスタを含む第2半導体チップ、および、前記第1スイッチング用電界効果トランジスタおよび前記第2スイッチング用電界効果トランジスタを制御する制御回路を含む第3半導体チップを準備する工程と、
(c)前記第1チップ搭載部の上面上に第1導電性接着材を介して前記第1半導体チップを搭載する工程と、
(d)前記第2チップ搭載部の上面上に前記第1導電性接着材を介して前記第2半導体チップを搭載する工程と、
(e)前記第3チップ搭載部の上面上に前記第1導電性接着材を介して前記第3半導体チップを搭載する工程と、
(f)第1金属板と第2金属板とを備えた第2領域が、前記第1リードフレームの前記第1領域内の前記第1チップ搭載部の配列ピッチと同一の配列ピッチで行列状に複数配置された第2リードフレームを準備する工程と、
(g)前記第1半導体チップの第1ソース電極パッド上に前記第1金属板が位置するように、かつ、前記第2半導体チップの第2ソース電極パッド上に前記第2金属板が位置するように前記第1リードフレーム上に前記第2リードフレームを配置することにより、
前記第1金属板を前記第1半導体チップの前記第1ソース電極パッドと前記第2チップ搭載部の前記上面とに第2導電性接着材を介して搭載し、
前記第2金属板を前記第2半導体チップの前記第2ソース電極パッドと前記リードとに前記第2導電性接着材を介して搭載する工程と、
(h)前記(g)工程後、前記第1導電性接着材および前記第2導電性接着材を第1温度で加熱する工程と、
(i)前記第1半導体チップ、前記第2半導体チップおよび前記第3半導体チップを覆うように前記第1リードフレーム内の複数の前記第1領域を一括封止して封止体を形成する工程と、を有し、
前記第1金属板は、前記第1半導体チップの前記第1ソース電極パッドに接続される第1部分、前記第2チップ搭載部の上面に接続される第2部分、前記第1部分および前記第2部分を繋ぐ第3部分を有し、
前記第2金属板は、前記第2半導体チップの前記第2ソース電極パッドに接続される第4部分、前記リードに接続される第5部分、前記第4部分および前記第5部分を繋ぐ第6部分を有し、
前記(g)工程では、前記第1金属板の前記第1部分と前記第1半導体チップの前記第1ソース電極パッドとの間に第1空間を有しながら、前記第2導電性接着材が前記第1空間内で前記第1金属板の前記第1部分と前記第1半導体チップの前記第1ソース電極パッドとに接触するように、かつ、前記第2金属板の前記第4部分と前記第2半導体チップの前記第2ソース電極パッドとの間に第2空間を有しながら、前記第2導電性接着材が前記第2空間内で前記第2金属板の前記第4部分と前記第2半導体チップの前記第2ソース電極パッドとに接触するように、前記第1リードフレーム上に前記第2リードフレームを搭載し、
前記(h)工程は、前記第1空間および前記第2空間が保持された状態で行なわれる半導体装置の製造方法。 - 請求項15に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1空間の高さ寸法と前記第2空間の高さ寸法とは、同一の高さ寸法である半導体装置の製造方法。 - 請求項15に記載の半導体装置の製造方法において、
前記(h)工程後、前記(i)工程前に、前記第1半導体チップの第1ゲート電極パッドと前記第3半導体チップの第1電極パッドとを第1金属ワイヤにより電気的に接続し、
前記第2半導体チップの第2ゲート電極パッドと前記第3半導体チップの第2電極パッドとを第2金属ワイヤにより電気的に接続する工程を有する半導体装置の製造方法。 - (a)第1上面および前記第1上面とは反対側の第1下面を有するチップ搭載部と、
(b)前記チップ搭載部の前記第1上面上に搭載され、電極パッドが形成された表面を有する半導体チップと、
(c)前記半導体チップの前記電極パッドと電気的に接続されたリードと、
(d)前記半導体チップの前記電極パッドと前記リードとを電気的に接続する金属板と、
(e)平面視における形状が四角形状であって、第2上面、前記第2上面とは反対側の第2下面、前記第2上面と前記第2下面との間に配置された複数の側面を有し、前記チップ搭載部の一部、前記半導体チップ、前記リードの一部、および、前記金属板の一部を封止する封止体と、を備え、
前記金属板は、前記半導体チップの前記電極パッドと電気的に接続された第1部分、前記リードと電気的に接続された第2部分、前記第1部分および前記第2部分とを繋ぐ第3部分、および、前記第3部分に接続され、その端部が、平面視において前記封止体の外縁に向かって延びた第4部分を有し、
前記金属板の前記第4部分の端面は、前記封止体の前記複数の側面の内の第1側面から露出し、前記第4部分の端面と前記封止体の前記第1側面とが同一平面となっている半導体装置。 - 請求項18に記載の半導体装置において、
前記封止体は、前記第1側面と対向する第2側面を有し、
前記金属板は、前記第3部分に接続され、その端部が、平面視において前記封止体の外縁に向かって延びた第5部分を有し、
前記金属板の前記第5部分の端面は、前記封止体の前記第2側面から露出し、前記第5部分の端面と前記封止体の前記第2側面とが同一平面となっている半導体装置。 - 請求項18に記載の半導体装置において、
前記封止体は、前記第1側面と直交する第3側面を有し、
前記金属板は、前記第3部分に接続され、その端部が、平面視において前記封止体の外縁に向かって延びた第5部分を有し、
前記金属板の前記第5部分の端面は、前記封止体の前記第3側面から露出し、前記第5部分の端面と前記封止体の前記第3側面とが同一平面となっている半導体装置。
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