JP2016062904A - 半導体装置 - Google Patents

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英志 嶋田
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Abstract

【課題】半田のクラックの発生を抑制できる半導体装置を提供する。【解決手段】半導体素子が樹脂封止されたパッケージ部11と、複数の第1リード12と、複数の第2リード13と、放熱板14と、を備える。複数の第1リード12は、パッケージ部11の一方の側面11s1から突出し、底面12bの少なくとも一部がパッケージ部11の底面11bとほぼ面一になっている。複数の第2リード13は、パッケージ部11の他方の側面11s2から突出し、底面13bがパッケージ部11の底面11bとほぼ面一になっている。放熱板14は、パッケージ部11の底面11bに設けられ、複数の第2リード13の少なくとも何れかに接続されている。複数の第1リード12の長さは、複数の第2リード13の長さより長い。【選択図】図1

Description

本発明の実施形態は、半導体装置に関する。
パワーMOSFET等が樹脂封止された表面実装型の半導体装置(半導体パッケージ)が知られている。この半導体装置は、リードがフラットリードになっており、裏面に放熱板が設けられている。そして、半導体装置を基板に実装する際にリードと共に放熱板も半田付けされる。これにより、省スペース化できると共に高い放熱特性を得ることができる。このような構成では、熱サイクルが長期間加えられた場合、半導体装置と基板との熱膨張係数の違いにより、より大きな応力が発生し易い。従って、半田にクラックが発生する恐れがある。
特開平5−206361号公報
本発明が解決しようとする課題は、半田のクラックの発生を抑制できる半導体装置を提供することである。
実施形態によれば、表面実装型の半導体装置は、半導体素子が樹脂封止されたパッケージ部と、複数の第1リードと、複数の第2リードと、放熱板と、を備える。前記複数の第1リードは、前記パッケージ部の一方の側面から突出し、底面の少なくとも一部が前記パッケージ部の底面とほぼ面一になっている。前記複数の第2リードは、前記パッケージ部の他方の側面から突出し、底面が前記パッケージ部の底面とほぼ面一になっている。前記放熱板は、前記パッケージ部の底面に設けられ、前記複数の第2リードの少なくとも何れかに接続されている。前記複数の第1リードの長さは、前記複数の第2リードの長さより長い。
(a)は、第1の実施形態に係る半導体装置の上面図であり、(b)は、(a)の半導体装置の底面図である。 図1の半導体装置を基板に実装した状態を示す側面図である。 (a)は、比較例の半導体装置の上面図であり、(b)は、(a)の半導体装置の底面図である。 図3の半導体装置を基板に実装した状態を示す側面図である。 (a)は、第2の実施形態に係る半導体装置の上面図であり、(b)は、(a)の半導体装置の底面図である。 図5の半導体装置を基板に実装した状態を示す側面図である。 (a)は、第3の実施形態に係る半導体装置の上面図であり、(b)は、(a)の半導体装置の底面図である。 第4の実施形態に係る半導体装置の上面図である。 第5の実施形態に係る半導体装置の上面図である。 第6の実施形態に係る半導体装置の上面図である。 (a)は、第7の実施形態に係る半導体装置の上面図であり、(b)は、(a)の半導体装置の底面図である。 図11の半導体装置を基板に実装した状態の断面図である。 図3の比較例の半導体装置を基板に実装した状態の断面図である。
以下に、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。これらの実施形態は、本発明を限定するものではない。なお、本明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。
(第1の実施形態)
図1(a)は、第1の実施形態に係る半導体装置10の上面図であり、図1(b)は、図1(a)の半導体装置10の底面図である。
図1(a)、(b)に示すように、表面実装型の半導体装置10は、パッケージ部11と、複数の第1リード12と、複数の第2リード13と、放熱板14と、を備える。半導体装置10は、HSOP(Heatsink Small Outline Package)型のパッケージと称される場合もある。
パッケージ部11は、例えば、ほぼ直方体形状を有し、半導体素子が樹脂封止されている。半導体素子は、例えば、パワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)などである。
複数の第1リード12は、パッケージ部11の一方の側面11s1から突出し、底面12bがパッケージ部11の底面11bとほぼ面一になっている。つまり、第1リード12はフラットリードになっている。第1リード12は、ほぼ等間隔で配置されている。各第1リード12は、第1リード12の先端側、即ち一方の側面11s1から離れた側の先端側部分12tiと、先端側部分12tiから連続した、一方の側面11s1側の付け根側部分12baと、を有する。
複数の第2リード13は、パッケージ部11の一方の側面11s1と向かい合う他方の側面11s2から突出し、底面13bがパッケージ部11の底面11bとほぼ面一になっている。つまり、第2リード13はフラットリードになっている。第2リード13は、ほぼ等間隔で配置されている。
放熱板14は、パッケージ部11の底面11bに設けられ、複数の第2リード13に接続されている。放熱板14と第2リード13は、一体に形成されている。放熱板14の底面14bは、第2リード13の底面13b及びパッケージ部11の底面11bとほぼ面一になっている。放熱板14は、樹脂封止された半導体素子の熱を放熱するように構成されている。なお、放熱板14は、第2リード13の少なくとも何れかに接続されていればよい。
複数の第1リード12の長さL1は、複数の第2リード13の長さL2より長い。例えば、長さL1は、長さL2の2倍程度であってもよい。長さL1は、パッケージ部11の一方の側面11s1から第1リード12の先端までの長さである。長さL2は、パッケージ部11の他方の側面11s2から第2リード13の先端までの長さである。
半導体素子がパワーMOSFETである場合には、複数の第2リード13及び放熱板14は、パワーMOSFETのドレイン電極に接続されていてもよい。
図2は、図1の半導体装置10を基板20に実装した状態を示す側面図である。図2では、パッケージ部11の第1及び第2のリード12,13が設けられていない側面側から半導体装置10を見ている。図2に示すように、電子機器100は、半導体装置10と、基板20と、半田31,32と、を備える。
基板20は、半導体装置10側の表面20tに設けられた第1ランド21と第2ランド22とを有する。第1ランド21は、第1リード12の先端側部分12tiに半田31を挟んで向かい合うように設けられている。第1ランド21は、第1リード12の付け根側部分12baに半田31を挟んで向かい合うようには設けられていない。第2ランド22は、第2リード13及び放熱板14に半田32を挟んで向かい合うように設けられている。
半田31は、第1リード12の先端側部分12tiの底面12bと第1ランド21との間に設けられ、これらを電気的、機械的に接続している。半田31は、第1リード12の付け根側部分12baには設けられていない。
半田32は、第2リード13及び放熱板14と、第2ランド22との間に設けられ、これらを接続している。半田31,32は、例えば、鉛フリー半田である。
ここで、比較のために、比較例の半導体装置10Xについて説明する。
図3(a)は、比較例の半導体装置10Xの上面図であり、図3(b)は、図3(a)の半導体装置10Xの底面図である。図4は、図3の半導体装置10Xを基板20Xに実装した状態を示す側面図である。図3,4では、図1,2と共通する構成部分には同一の符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。
図3(a)に示すように、比較例の半導体装置10Xでは、複数の第1リード12Xの長さL2は複数の第2リード13の長さL2とほぼ同じである点が、図1等の第1の実施形態と異なる。
図4に示すように、基板20Xの第1ランド21Xは、第1リード12Xの全体に半田31Xを挟んで向かい合うように設けられている。そして、半田31Xは、第1リード12Xの底面12Xbの全面と第1ランド21Xとを接続している。
このような構成において、低温(例えば−40℃以下)から高温(例えば100℃以上)までの変化を繰り返す熱サイクルが長期間加えられた場合、半導体装置10Xと基板20との熱膨張係数の違いにより応力が繰り返し発生し、特に第1リード12Xに応力が加えられる。本発明者等は、第1リード12Xの中でも、特に最外方の2つの第1リード12Xに最も強い応力が加えられることを独自に知得した。この結果、第1リード12Xと半田31Xとの間の界面に力が加えられるため、半田31Xにクラックが発生し易い。例えば、クラックは、第1リード12Xの底面12Xbと半田31Xとの間であって、パッケージ部11側又は第1リード12Xの先端側に発生する。このようなクラックは、鉛フリー半田を用いる場合に発生し易い。
一方、第2リード13は、放熱板14と共に比較的広い面積で基板20に半田付けされているため、応力の影響を受けにくい。従って、半田31Xと比較して、第2リード13側の半田32には比較的クラックが発生し難い。
クラックが発生すると、リードとランドとの間の電気抵抗が増加すると共に、半導体装置10Xの熱抵抗も増加する。
このような比較例に対して、本実施形態によれば、第1リード12の長さL1が第2リード13の長さL2より長いので、図2に示すように、第1リード12の先端部分12tiを、比較例の第1リード12Xとほぼ同一の面積で半田付けした上で、第1リード12の付け根側部分12baを半田付けしないようにできる。これにより、第1リード12に応力が加わった場合に、この半田付けされていない付け根側部分12baが曲がる(しなる)ことで、応力を吸収できる。これにより、半田31に加えられる応力を低減することができる。また、比較例に比して第1リード12の半田付けされる面積を減らす必要がないため、半田31と第1リード12との間の接合強度を低下させる恐れも無い。従って、半田31のクラックの発生を抑制できる。
(第2の実施形態)
第2の実施形態では、第1リードの一部が湾曲している点が第1の実施形態と異なる。
図5(a)は、第2の実施形態に係る半導体装置10Aの上面図であり、図5(b)は、図5(a)の半導体装置10Aの底面図である。図6は、図5の半導体装置10Aを基板20に実装した状態を示す側面図である。図5,6では、図1,2と共通する構成部分には同一の符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。
各第1リード12Aは、第1リード12Aの先端側の先端側部分12tiと、先端側部分12tiから連続し、パッケージ部11の一方の側面11s1側に設けられた、湾曲している湾曲部12Abaと、を有する。湾曲部12Abaは、弾性体として機能する。図6に示すように、第1リード12Aの湾曲部12Abaは、一方の側面11s1から離れるに従って、基板20から離れるように延びた後、底面11bとほぼ同一面に達するまで基板20に近づくように延びる。つまり、湾曲部12Abaは、側面から見て、基板20から離れる方向に凸となるように湾曲している。第1リード12Aの先端側部分12tiの底面、即ち、第1リード12Aの底面12Abの少なくとも一部は、パッケージ部11の底面11bとほぼ面一になっている。このように、湾曲部12Abaは、底面11bより基板20側には突出していないので、半導体装置10Aの表面実装に影響を及ぼさないようになっている。
複数の第1リード12Aの長さL1は、複数の第2リード13の長さL2より長い。この長さL1は、第1の実施形態と同じであってもよい。
このような構成により、本実施形態によれば、第1の実施形態と同様に、実装の際に第1リード12Aの湾曲部分12Abaを第1ランド21に半田付けしないようにできる。これにより、応力が加わった場合に、この半田付けされていない湾曲部分12Abaがしなることで応力を吸収できる。湾曲部分12Abaは、弾性を有しており、第1の実施形態の根元部分12baよりしなり易い。これにより、半田31に加えられる応力を第1の実施形態より低減することができる。従って、半田31のクラックの発生をより効果的に抑制できる。
なお、湾曲部分12Abaの形状は、図示した例に限らず、2ヶ所以上で基板20から離れる方向に凸となるように湾曲していてもよい。
(第3の実施形態)
第3の実施形態は、第1リードの幅を広くしている点が、第1の実施形態と異なる。
図7(a)は、第3の実施形態に係る半導体装置10Bの上面図であり、図7(b)は、図7(a)の半導体装置10Bの底面図である。図7では、図1と共通する構成部分には同一の符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。
複数の第1リード12Bは、パッケージ部11の一方の側面11s1から突出し、底面12Bbがパッケージ部11の底面11bとほぼ面一になっている。第1リード12Bは、ほぼ等間隔で配置されている。
複数の第1リード12Bのうち最外方に位置する2つの第1リード12Bの少なくとも一部の幅w2は、他の第1リード12Bの幅w1より広い。図示する例では、最外方に位置する2つの第1リード12Bにおいて、先端側の幅w2が他の第1リード12Bが存在しない方向に広くなっており、パッケージ部11側の幅w1は他の第1リード12Bの幅w1とほぼ等しい。例えば、幅w2は、幅w1の2倍程度であってもよい。
複数の第1リード12Bの長さL2は、複数の第2リード13の長さL2とほぼ同じである。
このような構成により、本実施形態によれば、最外方の2つの第1リード12Bの半田付けされる面積が増えるので、最外方の2つの第1リード12Bと半田との間の接合強度を増加させることができる。従って、この部分の半田のクラックの発生を抑制できる。比較例で説明したように、最外方の2つの第1リード12Bに最も強い応力がかかるため、この部分の半田のクラックの発生を抑制することが効果的である。
また、最外方に位置する2つの第1リード12Bの幅w2が他の第1リード12Bが存在しない方向に広くなっており、且つ、複数の第1リード12Bのうち最外方に位置していない第1リード12Bの幅を広くしていないので、隣り合う2つの第1リード12Bの間隔は比較例と同じであり、2つの第1リード12B同士が半田によって短絡する可能性が増す恐れもない。
なお、最外方に位置する2つの第1リード12Bにおいて、パッケージ部11側の幅が他の第1リード12Bの幅w1より広く、先端側の幅が他の第1リード12Bの幅w1とほぼ等しくてもよい。
(第4の実施形態)
第4の実施形態では、第2リードの幅も広くしている。
図8は、第4の実施形態に係る半導体装置10Cの上面図である。図8では、図7と共通する構成部分には同一の符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。
図8に示すように、複数の第2リード13Cのうち、最外方に位置する2つの第2リード13Cの少なくとも一部の幅は、他の第2リード13Cの幅より広い。
このような構成により、本実施形態によれば、最外方の2つの第1リード12Bの半田付けされる面積に加え、最外方の2つの第2リード13Cの半田付けされる面積も増えるので、最外方の2つの第2リード13Cと半田との間の接合強度も増加させることができる。従って、この部分の半田のクラックの発生も抑制できる。比較例で説明したように、第2リード13Cは、放熱板14と一体になっているため応力の影響を受けにくいが、本実施形態の構成により、更に応力の影響を受けにくくできる。
(第5の実施形態)
第5の実施形態では、第1リードの幅を全体的に広くしている。
図9は、第5の実施形態に係る半導体装置10Dの上面図である。図9では、図7と共通する構成部分には同一の符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。
複数の第1リード12Dのうち最外方に位置する2つの第1リード12Dの全体の幅w2は、他の第1リード12Dの幅w1より広い。
このような構成により、本実施形態によれば、第3の実施形態と比較して、最外方の2つの第1リード12Dの半田付けされる面積を更に増やすことができるので、最外方の2つの第1リード12Dと半田との間の接合強度を更に増加させることができる。従って、この部分の半田のクラックの発生をより抑制できる。
なお、最外方に位置する2つの第2リード13の全体の幅も、他の第2リード13の幅より広くしてもよい。
(第6の実施形態)
第6の実施形態は、第1の実施形態と第3の実施形態とを組み合わせた半導体装置に関する。
図10は、第6の実施形態に係る半導体装置10Eの上面図である。図10では、図7と共通する構成部分には同一の符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。
複数の第1リード12Eのうち最外方に位置する2つの第1リード12Eの少なくとも一部の幅w2は、他の第1リード12Eの幅w1より広い。最外方に位置する2つの第1リード12Eにおいて、先端側部分12Etiの幅w2は、付け根側部分12Ebaの幅w1より広い。
また、複数の第1リード12Eの長さL1は、複数の第2リード13の長さL2より長い。
このような構成により、本実施形態によれば、第1の実施形態の効果および第3の実施形態の効果の両者を得ることができる。即ち、最外方の2つの第1リード12Eの先端側部分12Etiの半田付けされる面積が増えるので、この部分の半田の接合強度を増加させることができる。また、第1リード12Eの付け根側部分12Ebaを半田付けしないようにできる。これにより、この半田付けされていない付け根側部分12Ebaが曲がることで、応力を吸収できる。従って、第1及び第3の実施形態よりも半田のクラックの発生を抑制できる。
(第7の実施形態)
第7の実施形態では、パッケージ部の底面から内部第1リードが露出している。
図11(a)は、第7の実施形態に係る半導体装置10Fの上面図であり、図11(b)は、図11(a)の半導体装置10Fの底面図である。図12は、図11の半導体装置10Fを基板20Fに実装した状態の断面図である。図12は、図11(a)の半導体装置10FのA−A線に沿った断面に対応する。図11,12では、図1,2と共通する構成部分には同一の符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。
図11(a)に示すように、半導体装置10Fを上面から見た場合には、図3(a)の比較例の半導体装置10Xと同様の外形を有している。
図11(b)と図12に示すように、半導体装置10Fは、それぞれが、第1リード12Fに隣接してパッケージ部11Fの底面11Fbに形成された開口OP1内に設けられ、第1リード12Fから連続した複数の内部第1リード12Fiを有する。内部第1リード12Fiは、それぞれが、第1リード12Fの底面12Fbから連続し、その底面12Fbに対して傾斜した底面12Fib1と、底面12Fib1から連続し、底面12Fbとほぼ平行な底面12Fib2と、を有する。つまり、内部第1リード12Fiの底面12Fib2は、第1リード12Fの底面12Fb及びパッケージ部11Fの底面11Fbよりもパッケージ部11Fの内部側に位置している。
図12に示すように、放熱板14上には半導体素子S1が設けられている。半導体素子S1と内部第1リード12Fiとは、ワイヤw1で接続されている。
基板20Fの第1ランド21Fは、第1リード12F及び内部第1リード12Fiに半田31Fを挟んで向かい合うように設けられている。
半田31Fは、第1リード12Fと第1ランド21Fとの間、及び、内部第1リード12Fiと第1ランド21Fとの間に設けられ、これらを電気的、機械的に接続している。
ここで、比較のために、前述した比較例の半導体装置10Xの断面について説明する。
図13は、図3の比較例の半導体装置10Xを基板20Xに実装した状態の断面図である。図13に示すように、比較例の半導体装置10Xの第1リード12Xおよび内部第1リード12Xiの形状は、本実施形態の第1リード12Fおよび内部第1リード12Fiの形状と同一である。しかし、比較例の半導体装置10Xでは、内部第1リード12Xiの底面は、樹脂部11bXで覆われており、パッケージ部11から露出していない点が、本実施形態の半導体装置10Fと異なる。
基板20Xの第1ランド21Xの長さは、第1リード12Xの長さに合わせて、本実施形態の第1ランド21Fの長さよりも短くなっている。
本実施形態の半導体装置10Fは、比較例の半導体装置10Xにおけるパッケージ部11の底面11bの樹脂部11bXを除去して開口OP1を形成することにより、内部第1リード12Xiの底面を露出させ、作製してもよい。樹脂部11bXの除去方法は特に限られないが、例えば、レーザを照射して除去してもよい。
このように、本実施形態によれば、第1リード12Fの底面12Fbに加えて内部第1リード12Fiの底面12Fib1,12Fib2も半田付けできるため、第1リード12Fの半田付けされる面積を増やすことができる。これにより、半田31Fと、第1リード12F及び内部第1リード12Fiとの間の接合強度が増すようになる。従って、半田31Fのクラックの発生を抑制できる。
また、内部第1リード12Fiの傾斜した底面12Fib1付近に形成された半田31Fにおいて、応力が内部第1リード12Fiと半田31Fとの界面の垂線方向に分散されるため、半田31Fのクラックの発生を効果的に抑制できる。
また、比較例の半導体装置10Xから内部第1リード12Xiを覆っている樹脂部11bXを取り除くだけで作製できるので、新たな金型等を用意することなく、安価且つ簡単に製造できる。
なお、本実施形態を第3から第5の実施形態の何れかに組み合わせてもよい。つまり、複数の第1リード12Fのうち最外方に位置する2つの第1リード12Fの少なくとも一部の幅は、他の第1リード12Fの幅より広くてもよい。これにより、幅が広い第1リード12Fの半田の強度を更に増加させることができる。従って、この部分の半田のクラックの発生を更に抑制できる。
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。
10,10A,10B,10C,10D,10E,10F 半導体装置
11,11F パッケージ部
12,12A,12B,12D,12E,12F 第1リード
12Aba 湾曲部
13,13C 第2リード
14 放熱板

Claims (7)

  1. 表面実装型の半導体装置であって、
    半導体素子が樹脂封止されたパッケージ部と、
    前記パッケージ部の一方の側面から突出し、底面の少なくとも一部が前記パッケージ部の底面とほぼ面一になっている複数の第1リードと、
    前記パッケージ部の他方の側面から突出し、底面が前記パッケージ部の底面とほぼ面一になっている複数の第2リードと、
    前記パッケージ部の底面に設けられ、前記複数の第2リードの少なくとも何れかに接続された放熱板と、を備え、
    前記複数の第1リードの長さは、前記複数の第2リードの長さより長いことを特徴とする半導体装置。
  2. 前記各第1リードは、前記パッケージ部の前記一方の側面側に設けられた湾曲部を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  3. 表面実装型の半導体装置であって、
    半導体素子が樹脂封止されたパッケージ部と、
    前記パッケージ部の一方の側面から突出し、底面が前記パッケージ部の底面とほぼ面一になっている複数の第1リードと、
    前記パッケージ部の他方の側面から突出し、底面が前記パッケージ部の底面とほぼ面一になっている複数の第2リードと、
    前記パッケージ部の底面に設けられ、前記複数の第2リードの少なくとも何れかに接続された放熱板と、を備え、
    前記複数の第1リードのうち最外方に位置する2つの前記第1リードの少なくとも一部の幅は、他の前記第1リードの幅より広いことを特徴とする半導体装置。
  4. 前記複数の第2リードのうち、最外方に位置する2つの前記第2リードの少なくとも一部の幅は、他の前記第2リードの幅より広いことを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。
  5. 前記複数の第1リードの長さは、前記複数の第2リードの長さより長いことを特徴とする請求項3又は請求項4に記載の半導体装置。
  6. 表面実装型の半導体装置であって、
    半導体素子が樹脂封止されたパッケージ部と、
    前記パッケージ部の一方の側面から突出し、底面が前記パッケージ部の底面とほぼ面一になっている複数の第1リードと、
    それぞれが、前記第1リードに隣接して前記パッケージ部の底面に形成された開口内に設けられ、前記第1リードから連続し、前記第1リードの底面に対して傾斜した底面を有する複数の内部第1リードと、
    前記パッケージ部の他方の側面から突出し、底面が前記パッケージ部の底面とほぼ面一になっている複数の第2リードと、
    前記パッケージ部の底面に設けられ、前記複数の第2リードの少なくとも何れかに接続された放熱板と、
    を備えることを特徴とする半導体装置。
  7. 前記複数の第1リードのうち最外方に位置する2つの前記第1リードの少なくとも一部の幅は、他の前記第1リードの幅より広い、
    ことを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。
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