JP2015026791A

JP2015026791A - 半導体装置及びリードフレーム

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Publication number: JP2015026791A
Application number: JP2013157002A
Authority: JP
Inventors: 洋平篠竹; Yohei Shinotake
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2013-07-29
Filing date: 2013-07-29
Publication date: 2015-02-05
Anticipated expiration: 2033-07-29
Also published as: JP6363825B2

Abstract

【課題】リードに荷重が加わる場合でも、その荷重がセラミックス基板まで伝達しにくく、セラミックス基板の損傷を未然に防ぐ半導体装置及びリードフレームを提供する。【解決手段】セラミックス基板２と、セラミックス基板２に搭載される半導体チップと、導電性を有しかつ帯板状に形成されて、その長手方向の一端部が前記セラミックス基板に形成された配線パターン２Ａに接合されるリード５と、セラミックス基板２、半導体チップ及びリード５の一端側を封止するモールド樹脂６とを備える。モールド樹脂６によって封止されるリード５のインナーリード部５１に、折れ曲がった形状の折曲部５３、５４が形成されている。【選択図】図２

Description

この発明は半導体装置及びリードフレームに関する。

半導体装置として、例えば、特許文献１に開示されているように、配線基板と、配線基板に搭載される半導体チップと、配線基板に形成された配線パターンに接合されるリードとがモールド樹脂で一体に封止される樹脂封止型の半導体装置が知られている。
ところで、近年、絶縁特性に優れる、比較的安価であるという点から樹脂封止型の半導体装置にも配線基板にセラミックス基板が使用され始めた。

特開２０１３−０７３９８２号公報

配線基板としてセラミックス基板を使用した樹脂封止型の半導体装置にあっては、セラミックス基板自体が高い硬度を持つ反面、脆い性質を持つ。このため、例えば、図６に示すように、半導体装置１００のモールド樹脂１０１から外部へ引き出されたリード（アウターリード部）１０２を実装用として曲げ加工する際に、図７に示すように、リード１０２に外方へ引っ張る方向の荷重Ｆａあるいは逆に内方へ圧縮する方向の荷重（図示略）、が加わる場合がある。このとき、引張荷重Ｆａあるいは圧縮荷重がリード１０２を介して、樹脂封止された内部のセラミックス基板にまで伝達される。そして、セラミックス基板がリード１０２の内端から押圧力を受けクラックが生じる。あるいは、リード１０２の内端が配線パターンに接合された部分から引き剥がれるといった、損傷を受けるおそれがあった。

上記のようなリード１０２を介してセラミックス基板に荷重が加わり損傷する現象は、当該半導体装置１００が実装基板に実装された後も見られる。例えば、図８に示すように、リード１０２を含めた半導体装置１００の熱膨張率と実装基板１０３の熱膨張率の違いから、当該半導体装置１００が、比較的大きな温度変化が生じる箇所に配置される場合に、リード１０２の内端を介して内部のセラミックス基板に過大な引張荷重Ｆａあるいは圧縮荷重Ｆｂが加わるおそれがある。

本発明は、上述した事情に鑑みたものであって、リードに荷重が加わる場合でも、その荷重がセラミックス基板まで伝達しにくく、セラミックス基板の損傷を未然に防ぐことができる半導体装置及びリードフレームを提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明に係る半導体装置は、セラミックス基板と、前記セラミックス基板に搭載される半導体チップと、導電性を有しかつ帯板状に形成されて、その長手方向の一端部が前記セラミックス基板に形成された配線パターンに接合されるリードと、前記セラミックス基板、前記半導体チップ及び前記リードの一端側を封止するモールド樹脂とを備え、前記モールド樹脂によって封止される前記リードのインナーリード部に、折れ曲がった形状の折曲部が形成されていることを特徴とする。

また、本発明に係るリードフレームは、帯板状に形成されるとともに幅方向に間隔をあけて配列され、長さ方向の一端側がセラミックス基板の配線パターンに接合される複数のリードと、これら複数のリードを連結する枠体部とを備え、前記リードの一端部に、折れ曲がった形状の折曲部が形成され、前記折曲部が、前記リードの面方向に沿って折れ曲がる面方向折曲部と、前記リードの厚さ方向に沿って折れ曲がる厚さ方向折曲部とを備えることを特徴とする。

本発明に係る半導体装置によれば、リードのインナーリード部に折曲部が形成されているため、リードに荷重が加わる際に該リードの荷重伝達が折曲部によって低下する。したがって、セラミックス基板と接合されるリードの一端には小さな荷重値となって伝達されることとなる。この結果、セラミックス基板のリードとの接合部分の損傷を未然に防止できる。

また、本発明のリードフレームによれば、リードの面方向に沿って折れ曲がる面方向折曲部と、リードの厚さ方向に沿って折れ曲がる厚さ方向折曲部とを備えるので、リードに荷重が加わる際に該リードの荷重伝達がこれら面方向折曲部及び厚さ方向折曲部によって低下する。したがって、セラミックス基板と接合されるリードの一端には小さな荷重値となって伝達されることとなり、この結果、セラミックス基板のリードとの接合部分の損傷を未然に防止できる。

本発明の一実施形態の半導体装置の製造途中段階の示す平面図である。本発明の一実施形態の半導体装置の一部の断面図である。本発明の一実施形態の半導体装置のリードの一端部の拡大図である。本発明の一実施形態の半導体装置の変形例のリードの一端部の作用説明図である。本発明の一実施形態の半導体装置の他の変形例のリードの一端部の作用説明図である。従来の半導体装置を示す正面図である。従来の半導体装置の課題を示す正面図である。従来の半導体装置の課題を示す正面図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態の半導体装置の製造途中段階の示す平面図、図２は本発明の一実施形態の半導体装置の一部の断面図である。
これらの図に示すように、この実施形態の半導体装置１は、セラミックス基板２と、セラミックス基板２に搭載される半導体チップ３及び受動素子４と、導電性を有しかつ帯板状に形成されたリード５とを備える。セラミックス基板２、半導体チップ３、受動素子４及びリード５の一端側は、モールド樹脂６によって封止されている。つまり、この実施形態の半導体装置１は、樹脂封止型の半導体装置である。

セラミックス基板２は、例えばアルミナにタングステンなどでパターンを形成したものを焼成することにより製作したものや、ガラスにセラミックスを混合した基板に銅でパターンを形成したものを低温で焼成することにより製作したものがある。セラミックス基板２の表面には配線パターン２Ａが形成されている。アルミナ系のセラミックス基板は、高周波特性や熱伝導率に優れる特性を持つ。また、ガラスに窒化珪素等のセラミックスを混合したセラミックス基板は、熱膨張係数が小さい、あるいは絶縁特性が良い等の特性を持つ。いすれのセラミックス基板も、高い硬度を持つ反面脆い性質を持つ。

半導体チップ３は、例えば、ダイオードやドランジスタ等のように通電によって発熱する半導体素子であり、平面視矩形の板状に形成されてその上面及び下面の両方に電極パッドを有して構成されている。半導体チップ３は、その下面が半田によってセラミックス基板２の配線パターン２Ａに接合されることで、セラミックス基板２の上面に重ねて固定されるとともに、配線パターン２Ａに電気接続されている。

受動素子４は、例えば、コンデンサや抵抗等のように電力利得を与えない電気回路部品をいう。受動素子４は、平面視矩形の板状に形成されてその下面に電極パッドを有して構成されている。受動素子４は、その下面が半田によってセラミックス基板２の配線パターン２Ａに接合されることで、セラミックス基板２の上面に重ねて固定されるとともに、配線パターン２Ａに電気接続されている。

モールド樹脂６は、内部に、セラミックス基板２、半導体チップ３、受動素子４及びリード５の一端側を埋設して形成されている。モールド樹脂６は、リード５の他端側が、当該モールド樹脂６から外部へ突出するように形成されている。また、モールド樹脂６としては、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化樹脂が使用される。
なお、図１において、符号Ｐはモールド樹脂６が形成される部分の外側のラインを示している。

リード５について説明すると、リード５は、例えば電源供給用の第１のリード５Ａと、電気信号取り出し用の第２のリード５Ｂに分かれる。図１において、手前側に配置されているリードが第１のリード５Ａであり、奥側に配置されているリードが第２のリード５Ｂである。第１のリード５Ａと第２のリード５Ｂは、ともに、幅方向（図１において左右方向）に間隔をあけて複数配列されている。また、第１のリード５Ａと第２のリード５Ｂは、ともに、モールド樹脂６に埋設されるインナーリード部５１と、モールド樹脂６から外部へ突出するアウターリード部５２とを有する。

第１のリード５Ａの各インナーリード部５１は、一端（インナーリード部５１の先端）の下部が所定の配線パターン２Ａに、半田を介してそれぞれ電気接続されている。また、第２のリード５Ｂの各インナーリード部５１は、一端部の上面が所定の半導体チップ３あるいは所定の配線パターン２Ａに、ワイヤ７を介してそれぞれ電気接続されている。
なお、所定の半導体チップ３と所定の配線パターン２Ａ同士も、ワイヤ７を介してそれぞれ電気接続されている。

第１のリード５Ａのインナーリード部５１について説明すると、第１のリード５Ａのインナーリード部５１には、図１に示すように、リード５の面方向に沿って折れ曲がる面方向折曲部５３を備えるものがある。また、第１のリード５Ａのインナーリード部５１には、リード５の厚さ方向に沿って折れ曲がる厚さ方向折曲部５４を備えるものがある（図１における左から２番目並びに５番目の第１のリード５Ａ参照）。また、第１のリード５Ａのインナーリード部５１には、面方向折曲部５３と厚さ方向折曲部５４の双方備えるものがある（図１において、最も左側に位置する第１のリード５Ａ、並びに左から３番目、４番目の第１のリード５Ａ参照）。

図１において左から３番目の第１のリード５Ａのインナーリード部５１について説明すると、このインナーリード部５１の厚さ方向折曲部５４は、インナーリード部５１の一端をセラミックス基板２から離間させる方向へ折れ曲がる厚さ方向第１折曲部５４Ａと、厚さ方向第１折曲部５４Ａよりもインナーリード部５１の一端側に配置され、インナーリード部５１の一端をセラミックス基板２に近づける方向へ折れ曲がる厚さ方向第２折曲部５４Ｂを備える。

図２の示すように、この実施形態では、厚さ方向第２折曲部５４Ｂが第１のリード５Ａの長手方向に沿って２つ連続して並べられている。これら２つの厚さ方向第２折曲部５４Ｂの間のリード部分は、セラミックス基板２の上面とほぼ平行になっている。さらに、このインナーリード部５１は、厚さ方向第２折曲部５４Ｂよりもインナーリード部５１の一端側に配置され、インナーリード部５１の一端をセラミックス基板２から離間させる方向へ折れ曲がる厚さ方向第３折曲部５４Ｃを備える。

図３にも示すように、インナーリード部５１の厚さ方向第３折曲部５４Ｃよりも一端側に位置する部分５５が、一端に向かうに従いセラミックス基板２に近づくようにセラミックス基板２に対して所定の角度θを有して傾斜している。そして、インナーリード部５１の一端が、セラミックス基板２の配線パターン２Ａに半田を介して電気接続されている。
なお、図３は、この実施形態の半導体装置の第１のリード５Ａの一端部分の拡大図である。

図１はこの実施形態の半導体装置の製造途中段階の示す平面図である。この図において符号６０はリードフレームを示す。リードフレーム６０は、前述したリード５となるリード部６１、リード部６１同士をつなぐリード部連結部６２、リード部６１およびリード部連結部６２をともに所定の剛性を持たせて支持する外枠部６３とを備える。

このリードフレーム６０は最初平板状に形成されているものの、所定の切断加工並びにプレス加工がそれぞれ施されることによって、リード部６１が、平面視所定の外観形状となるように、しかも、厚さ方向第１折曲部５４Ａ、厚さ方向第２折曲部５４Ｂ、及び厚さ方向第３折曲部５４Ｃを有する厚さ方向折曲部５４、並びに面方向折曲部５３を有するように形成される。

また、図１において符号Ｃはリードフレーム６０の切断箇所を示している。所定の製造工程を経た後、セラミックス基板２、半導体チップ３、受動素子４及びリード５の一端側等がモールド樹脂６によって埋設され、その後、前記切断箇所Ｃから切断されることにより、当該半導体装置は外枠部６３から切り離されるとともに個々に切り離される。

次に、上記構成の半導体装置１の作用について説明する。
上記半導体装置１によれば、リード５のインナーリード部５１に折曲部が形成され、このインナーリード部５１の折曲部が、リード５の面方向に沿って折れ曲がる面方向折曲部５３を備えるので、リード５に荷重が加わる際に該リード５の荷重伝達がこの面方向折曲部５３によって低下する。したがって、セラミックス基板２と接合されるリード５の一端には小さな荷重値となって伝達されることとなり、セラミックス基板２のリード５との接合部分の損傷を未然に防止できる。

また、インナーリード部５１の折曲部が、リード５の面方向に沿って折れ曲がる面方向折曲部５３を備えるので、リード５自体の高さ方向（板厚方向）の占有スペースを小さくすることができ、ひいては半導体装置１の高さ寸法を小さくすることが可能である。
また、リード５のインナーリード部５１の折曲部が、リード５の厚さ方向に沿って折れ曲がる厚さ方向折曲部５４を備えるので、リード５に荷重が加わる際に該リード５の荷重伝達がこの厚さ方向折曲部５４によって低下する。したがって、セラミックス基板２と接合されるリード５の一端には小さな荷重値となって伝達されることとなり、この意味においても、セラミックス基板２のリード５との接合部分の損傷を未然に防止できる。

また、インナーリード部５１の折曲部が、リード５の厚さ方向に沿って折れ曲がる厚さ方向折曲部５４を備えるので、リード５自体の面方向の占有スペースを小さくすることができ、ひいては半導体装置１の面方向に沿う寸法、例えば半導体装置１の長さ寸法あるいは半導体装置の幅寸法を小さくすることができる。

また、厚さ方向折曲部５４として、厚さ方向第１折曲部５４Ａと厚さ方向第２折曲部５４Ｂとの２つの折曲部を有しているので、リード５に荷重が加わる際に該リード５の荷重伝達がこれら少なくとも２つの折曲部５４Ａ、５４Ｂによって低下する。この結果、リード５に加わる荷重は、セラミックス基板２と接合されるリードの一端には、より小さな荷重値となって伝達されることとなり、セラミックス基板２のリード５との接合部分の損傷をより一層防止できる。

さらに、厚さ方向折曲部５４として、厚さ方向第２折曲部５４Ｂよりもインナーリード部５１の一端側に配置され、インナーリード部５１の一端をセラミックス基板２から離間させる方向へ折れ曲がる厚さ方向第３折曲部５４Ｃを備え、インナーリード部５１の厚さ方向第３折曲部５４Ｃよりも一端側に位置する部分５５が、一端に向かうに従いセラミックス基板２に近づくようにセラミックス基板２に対して傾斜しているので、インナーリード部５１の厚さ方向第３折曲部５４Ｃより一端側に位置する部分５５の傾斜角θを正確に設定することができる。この結果、リード５の一端のセラミックス基板２への半田を介した接合形態を理想形態に近づけることが可能となる。

以上、上記実施形態により本発明の詳細を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、前記実施形態では、厚さ方向第１折曲部５４Ａ、厚さ方向第２折曲部５４Ｂ、厚さ方向第３折曲部５４Ｃを有する第１のリード５Ａのインナーリード部５１の一端を、セラミックス基板２の配線パターン２Ａへ接合するにあたり、同インナーリード部５１の形状を自然状態に保った状態のまま配線パターン２Ａに接合させていたが、これに限られることなく、図４に示すように、前記インナーリード部５１がセラミックス基板２に対して相対的に近づくように押し付けた状態で、インナーリード部５１の一端をセラミックス基板２の配線パターン２Ａに接合させてもよい。
この場合、インナーリード部５１の厚さ方向第３折曲部５４Ｃよりも一端側に位置する部分５５のセラミックス基板２に対する傾斜角度θａが、図３で示す所定の角度θよりも小さくなる。

インナーリード部５１が複数ある場合、複数のインナーリード部５１の一端全てを、セラミックス基板２に対し同じ高さ位置に設定するのは、製造誤差等があるため困難である。
このとき、前述したように、インナーリード部５１がセラミックス基板２に対して相対的に近づくように押し付けて接合すれば、インナーリード部５１の弾性作用によって、複数のインナーリード部５１の一端全てを、セラミックス基板２に対し同じ高さ位置に設定することができ、インナーリード部５１の一端のセラミックス基板２への接合が容易となる。

また、インナーリード部５１の一端をセラミックス基板２の配線パターン２Ａへ接合するにあたり、図５に示すように、インナーリード部５１をセラミックス基板２に対して相対的に近づくように押し付けて、インナーリード部５１の厚さ方向第３折曲部５４Ｃよりも一端側の部分５５をセラミックス基板２の配線パターン２Ａに面接触させて接合させてもよい。
このような接合方法を実施するには、インナーリード部５１をセラミックス基板２に対して相対的に近づくよう、図４に示すときよりもより強い力で押し付ける方法、あるいは、図４に示す例の場合と同程度の押し付け力で、インナーリード部５１をセラミックス基板２に対して押し付けるものの、インナーリード部５１の厚さ方向第３折曲部５４Ｃよりも一端側に位置する部分５５のセラミックス基板２に対する傾斜角度θを、予め小さな角度に設定する方法が考えられる。

このような構成では、前述の図４に示す例の効果に加え、インナーリード部５１の一端側がセラミックス基板２に対して面接触となるので、このときの、セラミックス基板２への押圧荷重を低減することができ、この点においても、セラミックス基板２の損傷を未然に防ぐことができる効果が得られる。

なお、前記実施形態では、第１のリード５Ａのインナーリード部５１として、面方向折曲部５３と厚さ方向折曲部５４の双方を備えるが、これらのうちいずれか一方のみであってもよい。
また、前記実施形態では、第１のリード５Ａのインナーリード部５１に設ける厚さ方向折曲部５４として、厚さ方向第１折曲部５４Ａ、厚さ方向第２折曲部５４Ｂ及び厚さ方向第３折曲部５４Ｃを備えるが、これに限られることなく、厚さ方向第１折曲部５４Ａと厚さ方向第２折曲部５４Ｂのみを備える構成でも、あるいは厚さ方向第２折曲部５４Ｂのみを備える構成でもよい。

また、上記実施形態においては、半導体装置１の一側がわにのみ、一端側に折曲部を備える第１のリード５Ａを配置しているが、これに限られることなく、半導体装置１の一側とは反対側の他側がわにも、一端側に折曲部を備える第１のリード５Ａを配置してもよい。
また、リード５や半導体チップ３の配列や数、あるいは、セラミックス基板２の形状等は、上記実施形態のものに限らず、半導体装置１の仕様に応じて任意に変更可能である。

１半導体装置
２セラミックス基板
３半導体チップ
５リード
５Ａ第１のリード
５Ｂ第２のリード
６モールド樹脂
７ワイヤ
５１インナーリード部
５２アウターリード部
５３面方向折曲部
５４厚さ方向折曲部
５４Ａ厚さ方向第１折曲部
５４Ｂ厚さ方向第２折曲部
５４Ｃ厚さ方向第３折曲部
５５インナーリード部の厚さ方向第３折曲部よりも一端側に位置する部分

Claims

セラミックス基板と、
前記セラミックス基板に搭載される半導体チップと、
導電性を有しかつ帯板状に形成されて、その長手方向の一端部が前記セラミックス基板に形成された配線パターンに接合されるリードと、
前記セラミックス基板、前記半導体チップ及び前記リードの一端側を封止するモールド樹脂とを備え、
前記モールド樹脂によって封止される前記リードのインナーリード部に、折れ曲がった形状の折曲部が形成されていることを特徴とする半導体装置。
前記インナーリード部の折曲部が、前記リードの面方向に沿って折れ曲がる面方向折曲部を備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
前記インナーリード部の折曲部が、前記リードの厚さ方向に沿って折れ曲がる厚さ方向折曲部を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
前記厚さ方向折曲部が、
前記インナーリード部の一端を前記セラミックス基板から離間させる方向へ折れ曲がる厚さ方向第１折曲部と、
前記厚さ方向第１折曲部よりも前記インナーリード部の一端側に配置され、前記インナーリード部の一端を前記セラミックス基板に近づける方向へ折れ曲がる厚さ方向第２折曲部と、
を備えることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
前記厚さ方向折曲部が、
前記厚さ方向第２折曲部よりも前記インナーリード部の一端側に配置されるとともに、前記インナーリード部の一端を前記セラミックス基板から離間させる方向へ折れ曲がる厚さ方向第３折曲部を備え、
前記インナーリード部の前記厚さ方向第３折曲部よりも一端側に位置する部分が、一端に向かうに従い前記セラミックス基板に近づくように前記セラミックス基板に対して傾斜していることを特徴とする請求項４に記載に半導体装置。
前記インナーリード部がセラミックス基板に対して相対的に近づくように押し付けられた状態で、前記インナーリード部の一端が前記セラミックス基板の前記配線パターンに接合されていることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
前記厚さ方向折曲部が、
前記厚さ方向第２折曲部よりも前記インナーリード部の一端側に配置され、前記インナーリード部の一端を前記セラミックス基板から離間させる方向へ折れ曲げる厚さ方向第３折曲部を備え、
前記インナーリード部がセラミックス基板に対して相対的に近づくように押し付けられた状態で、前記インナーリード部の前記厚さ方向第３折曲部よりも一端側が前記セラミックス基板の前記配線パターンに面接触して接合されていることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
帯板状に形成されるとともに幅方向に間隔をあけて配列され、長さ方向の一端側がセラミックス基板の配線パターンに接合される複数のリードと、これら複数のリードを連結する枠体部とを備え、
前記リードの一端部に、折れ曲がった形状の折曲部が形成され、
前記折曲部が、前記リードの面方向に沿って折れ曲がる面方向折曲部と、前記リードの厚さ方向に沿って折れ曲がる厚さ方向折曲部とを備えることを特徴とするリードフレーム。