JP2518994B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置に係り、特に
樹脂パッケージ上に半導体素子を載置するステージの一
部が露出した構成を有する半導体装置に関する。半導体
素子には作動中に発熱するものがあり、この種の半導体
素子は効率良く冷却する必要がある。このため、半導体
素子を封止する樹脂パッケージに半導体素子を冷却する
ための放熱フィンを設けた構成の半導体装置がある。
【０００２】また、半導体素子はステージに搭載された
上で樹脂封止されるが、半導体素子の冷却効率を向上さ
せるため、ステージの一部を樹脂パッケージの表面に露
出させ、この露出部分に放熱フィンを配設した構造の半
導体装置も提供されている。このように、ステージが樹
脂パッケージ内に完全に封止されない構造の半導体装置
では、耐湿性及び強度が低下しないよう構成することが
重要となる。
【０００３】
【従来の技術】図９は従来における半導体装置１を示
し、同図（Ａ）は断面図を、同図（Ｂ）は平面図を、そ
れぞれ示している。半導体装置１は、半導体素子２，ス
テージ３，リード４，樹脂パッケージ５，放熱板６等に
より構成されている。半導体素子２はステージ３の一面
（以下、背面という）にダイ付けされることにより搭載
されており、この半導体素子２と複数のリード４はＡｕ
（金）ワイヤ７により接続されている。複数のリード４
のアウターリード部は樹脂パッケージ５の外部に延出し
ており、例えばガルウイング状に成形されている。
【０００４】樹脂パッケージ５は、上記の半導体素子
２，ステージ３，リード４のインナーリード部分を樹脂
封止している。また、樹脂パッケージ５の上部にはキャ
ビテイ部８が形成されており、このキャビテイ部８内に
は放熱板６が例えば高熱伝導性接着材９により接着固定
されている。
【０００５】また、前記したステージ３の半導体素子２
が配設された面と異なる面（以下、上面という）は、キ
ャビテイ部８の底面において樹脂パッケージ５より外部
に露出した構造とされている。この構成とすることによ
り、半導体素子２で発生する熱はステージ３，高熱伝導
性接着材９を介して放熱板６に効率良く熱伝導してゆ
き、放熱効率を向上させることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】図１０は、樹脂パッケ
ージ５のモールド工程が終了した直後のまだ放熱板６及
び高熱伝導性接着材９が配設されていない状態の半導体
装置１を示している。同図に示すように、モールド工程
直後では、ステージ３の上面は樹脂パッケージ５より外
部に露出した状態となっている。
【０００７】このように、ステージ３が樹脂パッケージ
５上に露出した構成の場合、ステージ３の上面と樹脂パ
ッケージ５との境界部位（図１０に矢印Ｐで示す部位）
より樹脂パッケージ５内に水分が侵入するおそれがあ
る。一方、従来の半導体装置１では、ステージ３は単に
板形状とされただけの構成（即ち、上面と背面の面積が
同一）とされていた。
【０００８】このため、上記境界部位Ｐと半導体素子２
との距離が短く、水分（水蒸気，他の液体等を含む）が
侵入した場合に容易に半導体素子２に至ってしまい、半
導体素子２が損傷するおそれがあるという問題点があっ
た。また、モールド時における樹脂の収縮及び何らかの
外部要因により半導体装置１に図１０中矢印Ｆで示す力
が作用した場合、単に板形状とされたステージ３では樹
脂パッケージ５に対する固着力が弱いため、ステージ３
が樹脂パッケージ５より外部に押し出されてしまうおそ
れがあるという問題点があった。
【０００９】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、ステージの樹脂パッケージに対する固着力を向上
すると共に樹脂パッケージ内への水分の侵入を防止しう
る半導体装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明では、半導体素子と、第１の面に該半導体素
子を載置するステージと、該半導体素子を外部回路と電
気的に接続するリードと、該半導体素子を樹脂封止する
樹脂パッケージとを具備し、該ステージの一部が該樹脂
パッケージより外部に露出した構造を有する半導体装置
において、該ステージの上記第１の面とは反対側の第２
の面に、該樹脂パッケージを構成する樹脂より成り、該
第２の面を露出させる所定数の開口部を有する所定厚さ
のステージ保持部を有する構成とした。
【００１１】また、半導体素子と、第１の面に該半導体
素子を載置するステージと、該半導体素子を外部回路と
電気的に接続するリードと、該半導体素子を樹脂封止す
る樹脂パッケージとを具備し、該ステージの一部が該樹
脂パッケージより外部に露出した構造を有する半導体装
置において、該ステージの上記第１の面とは反対側の第
２の面に、該樹脂パッケージを構成する樹脂より成り、
該第２の面を露出させる所定数の開口部を有する所定厚
さのステージ保持部を有する構成とすると共に、上記開
口部に嵌合する突出部を有する放熱部材を、該突出部を
上記開口部に嵌合させて上記ステージ保持部上に設けた
構成とした。 また、前記放熱部材は、該樹脂パッケージ
の表面側周縁部分に、切欠部を有する構成とした。
【００１２】
【作用】第２の面を露出させる所定数の開口部を有し且
つ所定厚さを有する構成のステージ保持部は、ステージ
と樹脂パッケージとの固着力を強くするように作用す
る。
【００１３】開口部に嵌合する突出部を有する放熱部材
を、該突出部を上記開口部に嵌合させて上記ステージ保
持部上に設けた構成は、放熱性を向上させるように作用
する。
【００１４】放熱部材が、樹脂パッケージの表面側周縁
部分に、切欠部を有する構成は、この切欠部が接着材で
埋められるように作用する。
【００１５】
【実施例】次に本発明の実施例について図面と共に説明
する。図１は本発明の第１実施例である半導体装置１０
を示している。同図において１１は半導体素子であり、
本発明の要部となるステージ１２の背面にダイ付けされ
ることにより搭載されている。尚、ステージ１２の構造
は説明の便宜上、後に詳述する。
【００１６】また、図中１３は複数本配設されるリード
（鉄合金，銅合金などにより構成される）であり、この
リード１３のインナーリード部１３ａと半導体素子１１
とはＡｕワイヤ１４により電気的に接続されている。こ
のリード１３のアウターリード部１３ｂは樹脂パッケー
ジ１５の外部に延出しており、例えばガルウイング状に
成形されている。
【００１７】樹脂パッケージ１５は、例えばエポキシ系
樹脂をモールドすることにより成形されている。この樹
脂パッケージ１５内には、上記の半導体素子１１，ステ
ージ１２，リード１３のインナーリード部１３ａが樹脂
封止される。また、樹脂パッケージ１５の上部にはキャ
ビテイ部１６が形成されており、このキャビテイ部１６
内には放熱部材（鉄合金，銅合金，セラミックなどによ
り構成される）を構成する放熱板１７が例えばＭＥ９９
０Ｊにてなる高熱伝導性接着材１８により接着固定され
ている。
【００１８】ここで、本発明の要部となるステージ１２
について、図１に加え図２を用いて以下説明する。尚、
図２はステージ１２を拡大して示す図である。ステージ
１２は、例えば４２アロイ等のリードフレーム材料によ
り構成された板状の部材であり、その四隅位置にはモー
ルド時にステージ１２を所定位置に支持するためのサポ
ートバー１９が延在している。また、ステージ１２の半
導体素子１１を搭載する側の面と異なる側の面（上面）
１２ａには、外周に沿って凹部２０が形成されており段
差部を形成している。即ち、ステージ１２は半導体素子
１１が搭載される背面の面積に比べて、上面１２ａの面
積の方が小さくなっている。
【００１９】凹部２０の形成方法としては、ステージ１
２の凹部形成位置を除いてレジストを配設した上で、ス
テージ１２の厚さに対し途中位置までエッチングを行う
ハーフエッチングを行う。凹部２０の形成方法として
は、他に切削加工法やプレス加工法が考えられるが、こ
のハーフエッチング法による方が容易に凹部２０を形成
することができる。
【００２０】凹部２０が形成されたステージ１２に対
し、樹脂モールド処理を行い樹脂パッケージ１５を形成
すると、上面１２ａのみが樹脂パッケージ１５より外部
に露出し、他の部分は樹脂パッケージ１５内に埋設され
た構成となる。即ち、樹脂モールド時に、凹部２０内に
も樹脂が配設された構造となる。
【００２１】上記のように、ステージ１２に形成された
凹部２０内にも樹脂が配設されることにより、上面１２
ａと樹脂パッケージ１５との境界部位（図１に矢印Ｐで
示す）から半導体素子１１に至るまでの距離が長くな
り、この境界部位から侵入する水分が半導体素子１１に
届き難くなる。これにより、半導体素子１１の水分によ
る損傷の発生を防止することができ、半導体装置１０の
信頼性を向上させることができる。
【００２２】また、樹脂モールド処理時におけるパッケ
ージ樹脂の収縮及び何らかの外的要因により図中矢印Ｆ
で示す外力が作用したとしても、ステージ１２は凹部２
０が形成された複雑な形状であり、かつ凹部２０に樹脂
パッケージ１５を構成する樹脂が配設されているため、
ステージ１２と樹脂パッケージ１５との固着力は強い。
よって、上記のような外力が印加されたとしてもステー
ジ１２が樹脂パッケージ１５から離脱してしまうような
ことはなく、これによっても半導体装置１０の信頼性を
向上させることができる。
【００２３】図３乃至図５はステージ１２の変形例を示
すものである。各図において、（Ａ）は平面図、（Ｂ）
以降は（Ａ）に矢印で示した位置で切断した断面を示し
ている。図３に示すステージ１２は、凹部２０をステー
ジ１２の外周全部に連続的に形成するのではなく、各外
周４辺に夫々凹部２０を形成したものである。この構成
とすることにより、図１及び図２に示した構成に比べて
外周縁部分におけるステージ１２の強度を向上させるこ
とができる。
【００２４】また、凹部２０は、サポートバー１９のス
テージ１２への付け根の部分を除いて形成してある。こ
のため、サポートバー１９の強度は少しも損なわれてい
ず、樹脂パッケージをモールドするときに、ステージ１
２は、しっかり支持されており、モールドの際に、ステ
ージ１２が動いてしまう危険はなく、よって、ワイヤ断
線等の不良が発生することがなく、半導体装置の製造の
歩留りは少しも低下しない。
【００２５】また、図４に示すステージ１２は、ブロッ
ク状の凹部２０をステージ１２の外周に沿って複数個形
成したものである。この構成とすることにより、ステー
ジ１２の形状は複雑化し、パッケージ樹脂とステージ１
２との固着力の向上を図ることができ、ステージ１２の
樹脂パッケージ１５からの離脱をより確実に防止するこ
とができる。
【００２６】なお、凹部２０は、サポートバー１９のス
テージ１２への付け根の部分には形成されていず、サポ
ートバーの強度を少しも損なわれていない。更に、図５
に示すステージ１２は、図３に示した構造に類似する
が、凹部２０の内側部位に波形部２０ａを形成したもの
である。この構成としてもパッケージ樹脂と凹部２０の
接触面積は大となりパッケージ樹脂とステージ１２との
固着力を向上させることができる。この凹部２０も、サ
ポートバー１９のステージ１２への付け根の部分には形
成されていず、サポートバーの強度を少しも損なわれて
いない。
【００２７】尚、本発明の変形例として図６に示すよう
に、凹部２０をステージ１２の背面側に形成する構成
（ちょうど、図１に示すステージ１２を逆さまに配設し
た構成）が考えられる。この構成とした場合、境界部位
Ｐから半導体素子１１に至るまでの距離は図１に示した
構成と同様で長いため、水分の侵入を防止する効果は奏
する。しかるに、外力Ｆが印加された場合、上面の面積
が背面の面積に比べて大きい構成では、ステージ１２は
樹脂パッケージ１５より離脱し易い。よって、図６に示
す構成よりも図１に示す構成の半導体装置１０の方がよ
り高い信頼性を実現することができる。
【００２８】図７は本発明の第２実施例である半導体装
置１０を示し、図８は図７に示す半導体装置において放
熱板を分離した構成を示している。図７において（Ａ）
は断面図を、（Ｂ）は平面図を、それぞれ示す。また、
図８において（Ａ）は半導体装置の断面図を、（Ｂ）は
放熱板の平面図を、（Ｃ）は放熱板の下面図を、それぞ
れ示す。
【００２９】図７および図８において図１と同一構成部
分については同一符号を付し、その説明を省略する。ま
た、３０はステージ保持部を、３０ａ1,３０ａ2 （ただ
し、３０ａ2 は図中に表れず）はステージ保持部３０の
開口部を、３１は放熱部材（鉄合金，銅合金，セラミッ
クなどにてなる）を構成する放熱板を、３１ａ1,３１ａ
2 は放熱板３１の突出部を、３１ｂはモールド時に放熱
板３１の位置固定に必要なアンカー効果を得るための切
欠部を、それぞれ示している。
【００３０】背面に半導体素子１１をダイ付けされたス
テージ１２は、樹脂モールド処理で形成される樹脂パッ
ケージ１５によって、上面１２ａの一部のみが外部に露
出するように、他の部分が樹脂パッケージ１５内に埋設
される。すなわち、図８（Ａ）に示すように半導体素子
１１やリード１３が樹脂パッケージ１５にて封止された
状態で、ステージ１２の上面１２ａが露出した部分に対
して、樹脂パッケージ１５を構成する樹脂によって開口
部３０ａ1,３０ａ2 を有するステージ保持部３０が形成
されて配設される。
【００３１】開口部３０ａ1,３０ａ2 は、例えば、円柱
をくり抜いた形状とされ、開口部３０ａ1 は複数個形成
されている。開口部３０ａ2 は、その口径が開口部３０
ａ1よりも大きく、また放熱板３１のステージ保持部３
０の中央部に位置するように形成され、少なくともこの
開口部３０ａ2 においてステージ１２の上面１２ａが露
出する構成とされる。
【００３２】また、開口部３０ａ1,３０ａ2 の深さ、す
なわちステージ保持部３０の厚さは、例えばステージ保
持部３０の直径が20mm、樹脂パッケージ１５の表面から
ステージ１２の上面１２ａまでが 1.2mmである場合に
は、半分の 0.6mmとなるように形成される。
【００３３】これによってステージ１２は、従来からあ
る樹脂パッケージ１５の本体と、本発明になるステージ
保持部３０との間に常に挟持されることとなる。このた
め、モールド時における樹脂の収縮および何らかの外部
要因による力に起因して、ステージ１２が変形しようと
した場合でも、その変位は樹脂パッケージ１５本体とス
テージ保持部３０とによって抑止される。
【００３４】したがって、本発明になるステージ保持部
３０の存在によって、ステージ１２が反ったり剥離した
りする現象が防止されるため、半導体装置１０の信頼性
を向上させることができる。また、ステージ保持部３０
を構成する樹脂がステージ１２の上面１２ａの端部の真
上を覆うように、開口部３０ａ1,３０ａ2 とステージ１
２との位置関係を設計すれば、上面１２ａの露出部分か
ら半導体素子１１に至るまでの水分の侵入経路が長くな
り、水分は半導体素子１１に届きにくくなる。これによ
り、半導体素子１１の水分による損傷の発生を防止する
こができ、半導体装置１０の信頼性を向上させることが
できる。
【００３５】上述のような樹脂モールド処理を行われた
半導体装置１０には、図７のように放熱板３１が取り付
けられる。放熱板３１には、図８（Ｂ）および（Ｃ）に
示すように、前述のステージ保持部３０に設けられた開
口部３０ａ1,３０ａ2 に対応する例えば円柱形状の突出
部３１ａ1,３１ａ2 が設けられており、ステージ保持部
３０と嵌合する構成とされている。
【００３６】また、切欠部３１ｂは放熱板３１をステー
ジ保持部３０に嵌合させたときに樹脂パッケージ１５の
表面側周縁に位置する部分に形成され、放熱板３１を例
えば高熱伝導性接着材１８によって接着固定する際に
は、接着材１８の一部が放熱板３１の切欠部３１ｂの部
分に回り込むので、放熱板３１は樹脂パッケージ１５か
ら剥離しにくいようにアンカー効果によって位置固定さ
れる。
【００３７】
【発明の効果】上述の如く、請求項１の発明によれば、
ステージのうち半導体素子が載置された第１の面とは反
対側の第２の面に、樹脂パッケージを構成する樹脂より
成り、第２の面を露出させる所定数の開口部を有する所
定厚さのステージ保持部を有する構成としたものである
ため、ステージと樹脂パッケージとの固着力が強くな
り、よって、モールド時における樹脂の収縮および何ら
かの外部要因によって外力が印加された場合において
も、ステージは樹脂パッケージ内に確実に保持され、よ
って、半導体装置の信頼性を向上させることが出来る。
また、樹脂パッケージの表面に露出したステージの端部
から半導体素子までの水分の侵入経路を長くして、前記
端部から樹脂パッケージ内に侵入した水分が半導体素子
に到達しにくい構造とすることができるため、水分の侵
入による半導体素子の損傷を防止し、半導体装置の信頼
性を向上させることができる。
【００３８】また、請求項２の発明によれば、開口部に
嵌合する突出部を有する放熱部材を、該突出部を上記開
口部に嵌合させて上記ステージ保持部上に設けた構成と
したため、請求項１の発明による効果に加えて、半導体
装置の放熱性を向上させることが出来る。
【００３９】また、請求項３の発明によれば、放熱部材
が、樹脂パッケージの表面側周縁部分に、切欠部を有す
る構成であるため、この切欠部を放熱部材を樹脂パッケ
ージに接着する接着材により埋めることによって、アン
カー効果が生じ、これによって、放熱部材を樹脂パッケ
ージより剥離しにくい状態で固定することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例である半導体装置の断面図
である。
【図２】図１におけるステージを拡大して示す図であ
る。
【図３】図１におけるステージの変形例を示す図であ
る。
【図４】図１におけるステージの変形例を示す図であ
る。
【図５】図１におけるステージの変形例を示す図であ
る。
【図６】図１に示す半導体装置の変形例を示す図であ
る。
【図７】本発明の第２実施例である半導体装置を示す図
である。
【図８】図７に示す半導体装置において放熱板を分離し
た構成を示す図である。
【図９】従来の半導体装置の一例を示す図である。
【図１０】図９に示す半導体装置において放熱板を取り
除いた構成を示す図である。
【符号の説明】
１０ 半導体装置 １１ 半導体素子 １２ ステージ １２ａ ステージの上面 １３ リード １５ 樹脂パッケージ １６ キャビティ部 １７ 放熱板 １８ 高熱伝導性接着材 １９ サポートバー ２０ 凹部 ３０ ステージ保持部 ３０ａ1,３０ａ2 開口部 ３１ 放熱板 ３１ａ1,３１ａ2 突出部 ３１ｂ 切欠部
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−106456（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−128893（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−194639（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−131449（ＪＰ，Ｕ)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体素子（１１）と、第１の面に該半
    導体素子（１１）を載置するステージ（１２）と、該半
    導体素子（１１）を外部回路と電気的に接続するリード
    （１３）と、該半導体素子（１１）を樹脂封止する樹脂
    パッケージ（１５）とを具備し、該ステージ（１２）の
    一部が該樹脂パッケージ（１５）より外部に露出した構
    造を有する半導体装置において、 該ステージ（１２）の上記第１の面とは反対側の第２の
    面に、該樹脂パッケージ（１５）を構成する樹脂より成
    り、該第２の面を露出させる所定数の開口部（３０ａ 1,
    ３０ａ 2 ）を有する所定厚さのステージ保持部（３０）
    を有する構成としたことを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項２】 半導体素子（１１）と、第１の面に該半
    導体素子（１１）を載置するステージ（１２）と、該半
    導体素子（１１）を外部回路と電気的に接続するリード
    （１３）と、該半導体素子（１１）を樹脂封止する樹脂
    パッケージ（１５）とを具備し、該ステージ（１２）の
    一部が該樹脂パッケージ（１５）より外部に露出した構
    造を有する半導体装置において、 該ステージ（１２）の上記第１の面とは反対側の第２の
    面に、該樹脂パッケージ（１５）を構成する樹脂より成
    り、該第２の面を露出させる所定数の開口部（３０ａ 1,
    ３０ａ 2 ）を有する所定厚さのステージ保持部（３０）
    を有する構成とすると共に、 上記開口部（３０ａ 1, ３０ａ 2 ）に嵌合する突出部（３
    １ａ 1, ３１ａ 2 ）を有する放熱部材（３１）を、該突出
    部（３１ａ 1, ３１ａ 2 ）を上記開口部（３０ａ 1, ３０ａ
    2 ）に嵌合させて上記ステージ保持部（３０）上に設け
    た構成としたことを特 徴とする半導体装置。
  3. 【請求項３】 前記放熱部材（３１）は、該樹脂パッケ
    ージ（１５）の表面側周縁部分に、切欠部（３１ｂ）を
    有する構成としたことを特徴とする請求項２記載の半導
    体装置。
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