JP2016532297A - 半導体パッケージ構造及びその成形方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、半導体パッケージ構造及びその成形方法を提供し、前記半導体パッケージ構造は、ヒートシンクフレーム（２）とリードフレーム（１）とを含み、前記ヒートシンクフレーム（２）にヒートシンク（４）が接続され、前記リードフレーム（１）のチップキャリア（２１）にチップ（３）が貼り付けられ、前記ヒートシンク（４）とチップ（３）とは結合材（５）により接続され、前記リードフレーム（１）に第１ピン（２２）が設けられ、前記ヒートシンクフレーム（２）に第２ピン（４３）と第３ピン（４４）とが設けられている。前記半導体パッケージ構造の成形方法は、第２ピン（４３）と第３ピン（４４）をヒートシンク（４）の上面に設置し、第１ピン（２２）はチップキャリア（２１）の底部の電極と接続されて電流の入力端となり、ヒートシンクフレーム（２）における３つの第２ピン（４３）はチップ（３）の上面の電極と接続されて電流の出力端となり、ヒートシンクフレーム（２）における第３ピン（４４）は導線が溶接されて電流の制御端となる。これによって、導線の使用が大幅に減少され、熱量の消耗が減少される。射出成形後、半導体の両面からコロイドが露出することで、両面放熱を実現し、半導体の放熱機能を向上させる。

Description

本出願は、２０１３年０９月２６日に提出され、出願番号が２０１３１０４４３９６３．４であり、出願人が「杰群電子科技（東莞）有限公司」であり、発明の名称が「半導体パッケージ構造及びその成形方法」である中国特許出願の優先権を主張するものであり、当該中国出願はその全文が引用により本出願に組み入れられる。
本発明は半導体パッケージ分野に関し、具体的には、半導体パッケージ構造及びその成形方法に関する。
近年、半導体部品の集積度がますます高くなることに伴い、その記憶容量、信号処理速度及びパワーもますます高くなるが、その体積がますます小さくなっている。このような傾向により半導体集積回路の急速な発展が加速されている。その中、リードフレームは、半導体集積回路の骨格であり、集積回路又はディスクリート素子のチップキャリヤーとして、ボンディングワイヤによりチップ内部回路の引出端とアウターリードとの電気的接続を実現し電気回路を形成する重要な部材であり、外部導線と接続する架け橋として働く。リードフレームはチップキャリアとピンとからなる。その中、チップキャリアはパッケージング工程でチップに機械的支持を提供し、ピンはチップをパッケージの外に接続する電気的通路である。リードフレームは、まず、電子素子パッケージングにおいて支持作用を果たしながら、樹脂がリード間で突然に湧き出ることを防止し、プラスチックに支持を提供し、次に、チップを基板に接続してチップ配線回路基板の電気チャネル及びホットチャネルを提供するように機能することが明らかである。集積回路が使用されている際に、熱量の発生が避けられず、特に、出力が大きい回路では、より多い熱量が発生するため、作業時にリードフレームが良い熱伝導性を持つことが求められ、さもなければ、作業時には熱量が多いにもかかわらずすぐに放熱できなくなり、チップが焼損される恐れがある。リードフレームは主に、集積回路チップに機械的支持キャリヤーを提供し、導電媒体として集積回路を外部回路に接続して電気信号を伝送し、及びパッケージ材料とともにチップが作業時に発生した熱を外に発散させるように機能する。
従来のリードフレームは、ヒートシンクにより熱を発散させるが、チップにピンが多過ぎるため、放熱が遅過ぎるという欠点を有するとともに、従来のリードフレームとヒートシンクとの結合には他の欠陥が多く存在し、例えば、結合が精確ではなく、効率が低いとの欠陥などが挙げられる。
特許文献１の中国実用新案には、リードフレームとヒートシンクとを含むリードフレームの放熱パッケージ構造が開示され、その中、前記リードフレームの周りに貫通穴が開けられ、前記貫通穴と嵌合するように、ヒートシンクに突起部が設けられており、前記リードフレーム及びヒートシンクとは、貫通穴と突起部とがパンチングされて係合することにより接続されている。前記パッケージ構造では、突起部のパンチング係合との接続方法が採用されたが、放熱機能には限りがある。
特許文献２には、集積回路リードフレームのヒートシンクが開示されており、当該実用新案に関する集積回路リードフレームのヒートシンクは、フィンの底面の中部に凹溝が設けられ、凹溝内には凹溝と一致するようにマッチングされるインサートが設けられており、インサートの外面にＡｇめっき層を有する。しかし前記集積回路リードフレームのヒートシンクの放熱機能には限りがある。
中国実用新案第２０１６２９３０５号明細書 中国実用新案第２０２３９４９５１号明細書
本発明は、構造が明確で簡潔であり、放熱機能が優れた半導体パッケージ構造を提供するとともに、少なくともパッケージ構造が明確で簡潔であり、放熱機能が優れたことを実現する半導体パッケージ構造の成形方法を提供する。
本発明は、まず、ヒートシンクフレームとリードフレームとを含み、前記ヒートシンクフレームにヒートシンクが接続され、前記リードフレームのチップキャリアにチップが貼り付けられ、前記ヒートシンクとチップとは結合材により接続され、前記リードフレームに第１ピンが設けられ、前記ヒートシンクフレームに第２ピンと第３ピンとが設けられている半導体パッケージ構造を提供する。
その中、前記リードフレームにおける４つの第１ピンはチップキャリアの底部の電極と接続されて電流の入力端となり、ヒートシンクフレームにおける３つの第２ピンはチップの上面の電極と接続されて電流の出力端となり、ヒートシンクフレームにおける第３ピンは導線が溶接されて電流の制御端となる。
好ましくは、リードフレームとヒートシンクフレームとの位置の精確な重ね合いを制御するため、前記リードフレームに位置決め溝が設けられ、前記ヒートシンクフレームに位置決めピンが設けられている。
好ましくは、チップキャリアとヒートシンクとをそれぞれのフレームに接続し、及び接続強度を向上させるため、前記リードフレームとヒートシンクフレームには、ぞれぞれ第１リンクロッドと第２リンクロッドとが設けられている。
本発明は同時に半導体パッケージ構造の成形方法を提供し、当該方法は、
リードフレームのチップキャリアの周りにハーフエッチング領域が設けられ、第１ピンがチップキャリアに接続され、チップキャリアの電極を直接第１ピンと導通させ、前記第１ピンに第１半田上がり穴が設けられ、前記リードフレームに位置決め溝と第１リンクロッドとが更に設けられている、リードフレームを準備するステップと、
結合材によりチップキャリアにチップを溶接する、チップ溶接ステップと、
ヒートシンクフレームに第２ピンと第３ピンとが設けられ、第２ピンと第３ピンとに第２半田上がり穴がそれぞれ設けられ、前記ヒートシンクフレームに第２リンクロッドと位置決めピンとが更に設けられ、前記ヒートシンクフレームにヒートシンクが接続されている、ヒートシンクフレームを準備するステップと、
結合材によりヒートシンクとチップとを溶接するとともに、ヒートシンクフレームにおける位置決めピンをリードフレームにおける位置決め溝に差し込む、チップとヒートシンクとの溶接ステップと、
導線により第３ピンをチップと接続して導通を実現する、導線溶接ステップと、
導線が溶接された半導体を治具に載せてオーブンに送り込んでベーキングし、ベーキング後の結合材が固化し、これによって、半導体全体の高度が確定される、ベーキングステップと、
リードフレームの背面に粘着テーピングを貼り付けることによって、射出時に半導体の上面と粘着テーピングの表面とが研磨工具の上下面に貼合され、これによって、成形後に半導体の両面からコロイドが露出する、射出成形ステップと、
コロイドの外に露出している第１ピン、第２ピン、第３ピン及びリードフレームにＳｎ層をめっきし、この時、第１半田上がり穴と第２半田上がり穴とにもＳｎ層をめっきする、電気めっきステップと、モールドを使用して余分のリードフレーム、ヒートシンクフレーム、第１リンクロッド及び第２リンクロッドをカットするとともに、第１ピン、第２ピン及び第３ピンの余分をカットする、ピンのカットと成形ステップと、を含む。
好ましくは、前記ヒートシンクフレームに、チップ上のヒートシンクのバランスを取るための支持ピンが設けられている。
好ましくは、取り付ける際に各ピンのピン位置を区別できず半導体を逆に取り付けることを防止するため、前記リードフレームにピン位置識別穴が設けられている。
その中、射出時に樹脂を確実に保持できるために、前記リードフレーム及びヒートシンクフレームに背面ハーフエッチング領域と正面ハーフエッチング領域とが設けられている。
より好ましくは、余分がカットされた後、第１ピン、第２ピン及び第３ピンにできるだけＳｎ層を多く含ませるために、第１ピン、第２ピン、及び第３ピンをカットする際のカット位置は第１半田上がり穴と第２半田上がり穴にある。
より好ましくは、溶接の能率を向上させるために、チップにヒートシンクを溶接する際に、一回の溶接に付きリードフレーム毎に１００個のヒートシンクを溶接する。
本発明は、少なくとも以下の利点を有する：
１、第２ピンと第３ピンとをヒートシンクの上面に設置することで、導線の使用を減少し、作業のプロセスを減少し、放熱を加速するとともに、第２リンクロッドの使用を減少し、後続の射出成形及び第２リンクロッドをカットする課題を解決する。
２、第１ピンはチップキャリアの底部の電極と接続されて電流の入力端となり、ヒートシンクフレームにおける３つの第２ピンはチップの上面の電極と接続されて電流の出力端となり、ヒートシンクフレームにおける第３ピンは導線が溶接されて電流の制御端となる。これによって、導線の使用が大幅に減少され、熱量の消耗が減少される。
３、射出成形後、半導体の両面からコロイドが露出することで、両面放熱を実現し、半導体の放熱機能を向上させる。
４、位置決め溝と位置決めピンにより、リードフレームとヒートシンクフレームとの位置の重ね合いを精確に制御できる。
５、第１半田上がり穴と第２半田上がり穴とを設置することにより、ピンのカットと成形後に側壁におけるＳｎ層を残し、半導体と回路板との溶接の信頼性を向上させる。
６、ヒートシンクを一定の高度で突出させ、治具による押圧とベーキングを行い、及びリードフレームに粘着テーピングを貼り付ける工程などにより、コロイドの溢出やチップの破裂を効果的に防止する。
本発明の実施例又は従来技術に関する技術方案をより明確に説明するために、以下、実施例又は従来技術を説明する過程で使用される図面を簡単に紹介する。明らかなように、後述される図面は本発明のいくつかの実施例だけであり、当業者は、創造的な労働を行わない前提下で、これらの図面に応じて他の図面を獲得することもできる。
図１は本発明の半導体パッケージ構造の構造概略図である。 図２は本発明のリードフレームの構造概略図である。 図３は本発明のリードフレームの側面図である。 図４は本発明のヒートシンクフレームの構造概略図である。 図５は本発明のヒートシンクフレームの側面図である。
以下、本発明の実施例における図面を結合しながら、本発明の実施例における技術方案を明確で完全に記載する。本発明の実施例に基づいて、当業者が創造的な労働を行わない前提下で獲得した全ての他の実施例は本発明の保護範囲に属するものである。
本発明の図１〜図５を参照すると、本発明は、ヒートシンクフレーム２とリードフレーム１とを含み、ヒートシンクフレーム２にヒートシンク４が接続され、リードフレーム１のチップキャリア２１にチップ３が貼り付けられ、ヒートシンク４とチップ３とは結合材５により接続され、その中、リードフレーム１に第１ピン２２が設けられ、ヒートシンクフレーム２に第２ピン４３と第３ピン４４とが設けられている半導体パッケージ構造を提供する。
具体的には、リードフレーム１における４つの第１ピン２２はチップキャリア２１の底部の電極と接続されて電流の入力端となり、ヒートシンクフレーム２における３つの第２ピン４３はチップ３の上面の電極と接続されて電流の出力端となり、ヒートシンクフレーム２における第３ピン４４は導線が溶接されて電流の制御端となる。
具体的には、リードフレーム１に位置決め溝２５が設けられ、ヒートシンクフレーム２に位置決めピン４８が設けられている。更に具体的には、リードフレーム１とヒートシンクフレーム２には、ぞれぞれ第１リンクロッド２７と第２リンクロッド４６とが設けられている。その中、結合材５は、当業者が公知する任意種類の結合材の一つであり、本発明におけるその目的を達成できれば良い。
図１〜図５を参照すると、本発明は同時に半導体パッケージ構造の成形方法を提供し、当該方法は、
リードフレーム１のチップキャリア２１の周りにハーフエッチング領域２３が設けられ、第１ピン２２がチップキャリア２１に接続され、チップキャリア２１の電極を直接第１ピン２２と導通させ、前記第１ピン２２に第１半田上がり穴２４が設けられ、前記リードフレーム１に位置決め溝２５、ピン位置識別穴２６及び第１リンクロッド２７が更に設けられている、リードフレーム１を準備するステップと、
結合材５によりチップキャリア２１の上面にチップ３を溶接する、チップ３の溶接ステップと、
前記ヒートシンクフレーム２に背面ハーフエッチング領域４１と正面ハーフエッチング領域４２とが設けられているとともに、第２ピン４３と第３ピン４４とが設けられ、第２ピン４３と第３ピン４４とに第２半田上がり穴４５が設けられ、前記ヒートシンクフレーム２に第２リンクロッド４６、支持ピン４７及び位置決めピン４８とが更に設けられ、前記ヒートシンクフレーム２にヒートシンク４が接続されている、ヒートシンクフレーム２を準備するステップと、
結合材５によりヒートシンク４とチップ３とを溶接するとともに、ヒートシンクフレーム２における位置決めピン４８をリードフレーム１における位置決め溝２５に差し込む、チップ３とヒートシンク４との溶接ステップと、
導線により第３ピン４４をチップ３と接続して導通を実現する、導線溶接ステップと、
導線が溶接された半導体を治具に載せてオーブンに送り込んでベーキングし、ベーキング後の結合材が固化し、これによって、半導体全体の高度が確定される、ベーキングステップと、
リードフレーム１の背面に粘着テーピングを貼り付けることによって、射出時に半導体の上面と粘着テーピングの表面とが研磨工具の上下面に貼合され、これによって、成形後に半導体の両面からコロイドが露出する、射出成形ステップと、
コロイドの外に露出している第１ピン２２、第２ピン４３、第３ピン４４及びリードフレーム１にＳｎ層をめっきし、この時、第１半田上がり穴２４と第２半田上がり穴４５とにもＳｎ層をめっきする、電気めっきステップと、モールドを使用して余分のリードフレーム１、ヒートシンクフレーム２、第１リンク２７及び第２リンク４６をカットするとともに、第１ピン２２、第２ピン４３及び第３ピン４４の余分をカットする、ピンのカットと成形ステップと、を含む。
上記内容は、具体的な好適実施形態を結合して本発明について行われたより詳しい説明であり、本発明の具体的な実施がこれらの説明に限定されると認定してはいけない。当業者にとって、発明の要旨から逸脱しない前提下で、いくつか簡単な推論又は置換を行うことができるが、これらは本発明が保護しようとする範囲に属するものである。

Claims (10)

  1. ヒートシンクフレームとリードフレームとを含み、前記ヒートシンクフレームにヒートシンクが接続され、前記リードフレームのチップキャリアにチップが貼り付けられ、前記ヒートシンクとチップとは結合材により接続されている半導体パッケージ構造であって、前記リードフレームに第１ピンが設けられ、前記ヒートシンクフレームに第２ピンと第３ピンとが設けられている、ことを特徴とする半導体パッケージ構造。
  2. 前記リードフレームにおける４つの第１ピンはチップキャリアの底部の電極と接続されて電流の入力端となり、ヒートシンクフレームにおける３つの第２ピンはチップの上面の電極と接続されて電流の出力端となり、ヒートシンクフレームにおける第３ピンは導線が溶接されて電流の制御端となる、ことを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージ構造。
  3. 前記リードフレームに位置決め溝が設けられ、前記ヒートシンクフレームに位置決めピンが設けられている、ことを特徴とする請求項２に記載の半導体パッケージ構造。
  4. 前記リードフレームとヒートシンクフレームには、ぞれぞれ第１リンクロッドと第２リンクロッドとが設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージ構造。
  5. 半導体パッケージ構造の成形方法であって、
    リードフレームのチップキャリアの周りにハーフエッチング領域が設けられ、第１ピンがチップキャリアに接続され、チップキャリアの電極を直接第１ピンと導通させ、前記第１ピンに第１半田上がり穴が設けられ、前記リードフレームに位置決め溝と第１リンクロッドとが更に設けられている、リードフレームを準備するステップと、
    結合材によりチップキャリアにチップを溶接する、チップ溶接ステップと、
    ヒートシンクフレームに第２ピンと第３ピンとが設けられ、第２ピンと第３ピンとに第２半田上がり穴がそれぞれ設けられ、前記ヒートシンクフレームに第２リンクロッドと位置決めピンとが更に設けられ、前記ヒートシンクフレームにヒートシンクが接続されている、ヒートシンクフレームを準備するステップと、
    結合材によりヒートシンクとチップとを溶接するとともに、ヒートシンクフレームにおける位置決めピンをリードフレームにおける位置決め溝に差し込む、チップとヒートシンクとの溶接ステップと、
    導線により第３ピンをチップと接続して接続を実現する、導線溶接ステップと、
    導線が溶接された半導体を治具に載せてオーブンに送り込んでベーキングし、ベーキング後の結合材が固化し、これによって、半導体全体の高度が確定される、ベーキングステップと、
    リードフレームの背面に粘着テーピングを貼り付けることによって、射出時に半導体の上面と粘着テーピングの表面とが研磨工具の上下面に貼合され、これによって、成形後に半導体の両面からコロイドが露出する、射出成形ステップと、
    コロイドの外に露出している第１ピン、第２ピン、第３ピン及びリードフレームにＳｎ層をめっきし、この時、第１半田上がり穴と第２半田上がり穴とにもＳｎ層がめっきされる、電気めっきステップと、
    モールドを使用して余分のリードフレーム、ヒートシンクフレーム、第１リンクロッド及び第２リンクロッドをカットするとともに、第１ピン、第２ピン及び第３ピンの余分をカットする、ピンのカットと成形ステップと、を含む、ことを特徴とする半導体パッケージ構造の成形方法である。
  6. 前記ヒートシンクフレームに、チップ上のヒートシンクのバランスを取るための支持ピンが設けられている、ことを特徴とする請求項５に記載の半導体パッケージ構造の成形方法。
  7. 前記リードフレームにピン位置識別穴が設けられている、ことを特徴とする請求項５に記載の半導体パッケージ構造の成形方法。
  8. 前記ヒートシンクフレームに、背面ハーフエッチング領域と正面ハーフエッチング領域とが設けられている、ことを特徴とする請求項５に記載の半導体パッケージ構造の成形方法。
  9. 第１ピン、第２ピン、及び第３ピンをカットする際のカッティング位置は第１半田上がり穴と第２半田上がり穴にある、ことを特徴とする請求項５に記載の半導体パッケージ構造の成形方法。
  10. チップにヒートシンクを溶接する際に、一回の溶接につきリードフレーム毎に１００個のヒートシンクを溶接する、ことを特徴とする請求項５に記載の半導体パッケージ構造の成形方法。
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