JP2556294B2 - 樹脂封止型半導体装置 - Google Patents

樹脂封止型半導体装置

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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、樹脂封止型半導体装置
に関し、特に半導体装置の低熱抵抗化パッケージング技
術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子の高密度化、高機能化により
その体積当たりの発熱量は増加傾向にある。そこで、安
価な樹脂封止型パッケージの半導体装置においても低熱
抵抗パッケージ構造を採用されるようになってきてい
る。樹脂封止型の低熱抵抗型パッケージの代表的なもの
としては、放熱板タイプとヒートスプレッダタイプとが
知られている。これらは、放熱板上に半導体チップを搭
載した状態で樹脂モールドを行ったものであり、前者
は、放熱板が樹脂モールドの表面に露出するタイプをい
い、後者は放熱板がモールド樹脂内に封止されたものを
いう。この内、後者は耐湿信頼性が高いことから半導体
集積回路において賞用されている。
【０００３】図４は、この種従来のヒートスプレッダ型
半導体装置の構造を示す断面図である。同図に示される
ように、Ｃｕからなるヒートスプレッダ１１は、リード
フレームのリード（以下、ＬＦリードと記す）３にポリ
イミド等からなる絶縁テープ１２により接着されてい
る。半導体チップ１は、Ａｇペースト等からなるダイボ
ンド材４にてヒートスプレッダ１１上に固着されてい
る。半導体チップ上のパッドとＬＦリード３との間はボ
ンディングワイヤ５にて接続され、全体はエポキシ樹脂
等からなる封止樹脂にて封止されている。
【０００４】この従来の半導体装置は以下のように組み
立てられる。予め、ヒートスプレッダ１１が絶縁テープ
１２にて接着されているリードフレームを用意し、ヒー
トスプレッダ１１上にＡｇペーストを塗布し、半導体チ
ップ１を搭載する。２３０℃程度の温度で熱処理をおこ
なってＡｇペーストをキュアし、半導体チップを固着す
る。次に、超音波併用熱圧着法（thermo-sonic bondin
g：ＴＳ法）を用いて、半導体チップのパッドとＬＦリ
ード３間をＡｕ線からなるボンディングワイヤ５にて接
続する。このとき、リードフレームおよび半導体チップ
は、２３０℃程度に加熱される。次いで、トランスファ
モールド（transfer molding）法を用いて樹脂封止を行
う。最後に、リードフレームのメッキ、切断を行い、リ
ード成形を行って完成品を得る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述したヒートスレッ
ダタイプでは、ヒートスプレッダが予めリードフレーム
に接着されている構造となっているため、接着剤（絶縁
テープ）がダイボンド、ワイヤボンディングの両工程に
おいて、かなりの高温にさらされることになり、その熱
履歴が長くなることにより劣化の恐れが生じる。
【０００６】その一方で、半導体チップは昨今の設計ル
ールの微細化により微細化、高集積化が進められ、パッ
ド面積も縮小されつつある。ところが、リードフレーム
の方は半導体チップの微細化に見合う程度には縮小され
ていないため、半導体チップとリードフレームのボンデ
ィング個所との距離が長くなり、長ワイヤボンディング
が必要となってきている。この長ワイヤボンディングを
位置精度高く行うためには、超音波の低エネルギー化が
必要となり、また、上述したようにチップ上のパッド面
積が縮小された場合には、Ａｕボールの小型化も必要と
なる。
【０００７】このような状況下にあって、ボンディング
ワイヤの接着強度を確保するためには、半導体チップお
よびリードフレームをより高温（例えば３００℃）に保
持することが必要となる。また、半導体チップのダイボ
ンドについてもより強固により低抵抗でアイランド（従
来例の場合はヒートスプレッダ）に接続したいという要
求がある。この要求に応えるには、Ａｇガラス・ペース
トの使用が有望であるが、これを採用する場合にはやは
り高温（例えば３５０℃）での熱処理が必要となる。し
かし、従来のヒートスプレッダ型の半導体装置では、接
着剤（絶縁テープ）の劣化が問題となるため、このよう
な高温熱処理を加えることができず、高い接着強度、低
抵抗の接続を実現することは困難であった。
【０００８】また、従来のヒートスプレッダ型のもので
は、より高温（〜５００℃）の接続技術が必要となる、
ＴＡＢ（tape automated bonding）方式のボンディング
が不可能であるため、ＴＡＢリードを用いた半導体装置
には適用することができなかった。
【０００９】本発明のこのような状況に鑑みてなされた
ものであって、その目的とするところは、高温ボンディ
ング技術を採用しうるヒートスプレッダ型半導体装置を
提供することであり、このことにより、放熱性に優れか
つダイボンド強度が高く、ダイボンド部およびワイヤボ
ンディング部での接続抵抗の低い樹脂封止型半導体装置
を提供しうるようにしようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、半導体チップ（１）の上面に形成
された電極とリードフレームのインナーリード（３）と
が導電体（４、１０）によって接続され、前記半導体チ
ップの上面に放熱板（６）が接着され、これら全体が樹
脂（８）にて封止されているものであって、前記放熱板
には１乃至複数の開口（６ｂ）が形成され該開口が封止
樹脂にて充填されていることを特徴とする樹脂封止型半
導体装置、が提供される。
【００１１】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。 ［第１の実施例］図１は、本発明の第１の実施例を示す
断面図である。同図に示すように、半導体チップ１は、
リードフレームのアイランド２上にダイボンド材４にて
固着されており、半導体チップ上のパッドとＬＦリード
３との間は、ボンディングワイヤ５で接続されている。
半導体チップ１上には、絶縁性接着剤７にてヒートスプ
レッダ６が固着されており、全体は封止樹脂８にて封止
されている。
【００１２】図２に、ヒートスプレッダ６の例を斜視図
にて示す。同図に示されるように、ヒートスプレッダ６
の中央部には凹部６ａが形成されており、これによりボ
ンディングワイヤの接触が避けられるようになってい
る。また、図２（ａ）、（ｂ）に示されるように、ヒー
トスプレッダ６には、トランスファモールド工程中にお
ける樹脂の流れを確保するための複数の開口６ｂが形成
されている。この開口６ｂの形状、位置、個数は、樹脂
封止金型の形状、封止樹脂の注入口の形状等により適宜
に決定される。この開口を設けたことにより、ヒートス
プレッダを大きくしても封止性が確保されるので、より
大きな金属板を使うことができ、高い放熱性を実現でき
る。また、この開口６ｂは封止後アンカー効果によりヒ
ートスプレッダ６と封止樹脂８との結合を強固にする。
【００１３】ヒートスプレッダ６は、半導体チップ１の
発熱素子の形成されている表面近くに接着されているた
め、効果的に熱を放散させることができる。また、この
ヒートスプレッダが封止樹脂中に埋め込まれたことによ
り、樹脂封止パッケージの反りを効果的に防止すること
ができる。
【００１４】次に、本実施例の半導体装置の製造方法に
ついて説明する。銅（Ｃｕ）からなるリードフレームの
アイランド２上にダイボンド材４としてＡｇガラス・ペ
ーストを塗布し、半導体チップ１を搭載して４００℃に
て焼成を行った。次に、超音波併用熱圧着法を用いて、
半導体チップのパッドとＬＦリード３間をＡｕ線からな
るボンディングワイヤ５にて接続する。このときの加熱
温度は２８０℃であった。次に、絶縁性接着剤７として
熱硬化型シリコン樹脂をチップ上に塗布し、Ｃｕ製のヒ
ートスプレッダ６を載置した後、２００℃にてキュアを
行った。その後、１８０℃でのトランスファモールド法
により、パッケージングを行い、さらに、リードフレー
ムのメッキ、切断、成形を行って完成品を得る。
【００１５】上述のように、本発明による半導体装置の
組み立て工程では、ヒートスプレッダの接着後には、高
温の熱処理が実施されないので、接着剤が劣化すること
はなくなる。また、ボンディング工程が、ヒートスプレ
ッダの接着工程の前に設定されているので、十分の高温
にてダイボンディング、ワイヤボンディングを実施する
ことができるようになり、高い接着強度のボンディン
グ、低抵抗の接続が可能となり、半導体装置の信頼性を
向上させることができる。
【００１６】［第２の実施例］図３は、本発明の第２の
実施例の断面図である。本実施例は、ＱＦＰ（quadflat
package）構造のインナーリードボンディングにＴＡＢ
リードを用いたＴＡＢ−ＱＦＰ構造の半導体装置におい
て、低熱抵抗パッケージが必要な場合に適用されるもの
である。図３において、図１の実施例の部分と対応する
部分には同一の参照番号が付せられているので重複する
説明は省略するが、本実施例においては、半導体チップ
１には、バンプ９が形成されており、このバンプ９とＬ
Ｆリード３との間はＴＡＢリード１０により接続されて
いる。
【００１７】ＴＡＢ−ＱＦＰでは、ＴＡＢリードのＬＦ
リードへのボンディング（ＴＡＢリードのアウタリード
ボンディング）の際に、高温（約５００℃）の熱処理が
必要であり、そのため、ヒートスプレッダをリードフレ
ームに接着剤で接着しておく従来のヒートスプレッダ構
造では、ＴＡＢ方式を採用することはできなかった。し
かし、本発明のように、アウタリードボンディング後に
ヒートスプレッダを半導体チップに接着する構造とする
ことにより、ＴＡＢ−ＱＦＰ構造の半導体装置において
も、ヒートスプレッダ方式の低熱抵抗化手段を採用する
ことが可能となる。
【００１８】以上好ましい実施例について説明したが、
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本願発
明の要旨を変更しない範囲内において各種の変更が可能
である。例えば、実施例では、ガルウィング（gull-win
g)タイプのパッケージについて説明したが、本発明は、
ＳＯＪ（small outline J-leaded package）型半導体装
置等他のタイプの半導体装置にも適用が可能である。ま
た、封止樹脂として高熱伝導性タイプのものを用いるこ
とができる。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によるヒー
トスプレッダタイプの半導体装置は、通常のアイランド
一体型リードフレームを使用して製造されるものである
ので、ダイボンディング、ワイヤボンディングにおい
て、高温のボンディング技術を採用することが可能にな
る。したがって、本発明によれば、半導体チップを低抵
抗でかつ安定してマウントすることができ、また、長ワ
イヤボンディングが必要となった場合にも高い精度でか
つ良好な接続状態にてワイヤボンディングを行うことが
できる。また、パッケージ中に金属板が埋め込まれたこ
とによりパッケージの反りが低減され、コプラナリティ
が改善される。さらに、金属板に開口を設けたことによ
り、金属板を大きくしても樹脂封止時に樹脂の流れを阻
害しないようにすることができるとともに封止樹脂と金
属板との密着性を向上させことができる。本発明のパッ
ケージ構造の低熱抵抗化効果については、一般に、低熱
抵抗化効果は金属板の大きさに影響されるところ、本発
明では構造的に従来のヒートスプレッダと同等の大きさ
の金属板が使用できるので、従来のヒートスプレッダタ
イプ並の一般樹脂封止パッケージ比３０％の低熱抵抗化
が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の断面図。
【図２】本発明の実施例に用いられるヒートスプレッダ
の斜視図。
【図３】本発明の第２の実施例の断面図。
【図４】従来例の断面図。
【符号の説明】
１ 半導体チップ ２ アイランド ３ ＬＦリード（リードフレームのリード） ４ ダイボンド材 ５ ボンディングワイヤ ６、１１ ヒートスプレッダ ６ａ 凹部 ６ｂ 開口 ７ 絶縁性接着剤 ８ 封止樹脂 ９ バンプ １０ ＴＡＢリード １２ 絶縁テープ

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体チップの上面に形成された電極と
    リードフレームのインナーリードとが導電体によって接
    続され、前記半導体チップの上面に放熱板が接着され、
    これら全体が樹脂にて封止されている樹脂封止型半導体
    装置であって、前記放熱板には１乃至複数の開口が設け
    られかつ該開口内が封止樹脂にて充填されていることを
    特徴とする樹脂封止型半導体装置。
  2. 【請求項２】 前記放熱板が、概略凹の字から凵の部分
    を除去した断面形状をしており、その下へ突出した部分
    の底面が前記半導体チップの上面に接着されていること
    を特徴とする請求項１記載の樹脂封止型半導体装置。
  3. 【請求項３】 前記導電体がＴＡＢリードであることを
    特徴とする請求項１記載の樹脂封止型半導体装置。
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