JP2665169B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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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、モータドライバ、音声
増幅用パワーＩＣ、高速動作論理素子等のように比較的
発熱量の大きな半導体素子を封止するのに適した半導体
装置に係り、特にパッケージ本体に放熱用金属板を組み
込んだ半導体装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のこの種の半導体装置のパッケージ
構造を図９を参照して説明する。半導体素子１は放熱用
金属板２にダイボンディングされているとともに、複数
本のリード端子３との間を金属細線４で電気的に接続さ
れている。各リード端子３はパッケージ本体５から導出
されて、ほぼＬの字状に屈曲形成されている。放熱用金
属板２は平面視でリード端子３の先端部と重なる程の大
きな面積であるので、放熱用金属板２やリード端子３等
を一枚の金属板を打ち抜いたりして形成することはでき
ない。そこで放熱用金属板２は、リード端子３等を含む
リードフレームとは個別に形成され、半導体素子１が組
み込まれる前にリード端子３に絶縁性接着剤６を介して
接続されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成を有する従来例の場合には、次のような問題が
ある。すなわち、従来の半導体装置によれば、絶縁性接
着剤６の耐熱性はそれ程高くないので、半導体装置の組
み立て工程でリードフレームを高温に曝すことができな
いという制約がある。また、ワイヤーボンディング工程
において、ヒーターブロック上にリードフレームが載置
されると、ヒーターブロックからの熱は、放熱用金属板
２、絶縁性接着剤６を介してリード端子３の先端部に伝
達される。絶縁性接着剤６は熱伝導性が低いので、リー
ド端子３が加熱され難い。そのため、上記の熱的制約と
あいまってワイヤーボンディング時のリード端子３の温
度が低くなり、金属細線４の接続に悪影響を与えるとい
う問題点もある。
【０００４】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、パッケージの熱抵抗が小さく、かつ耐
熱性に優れてワイヤーボンディング性を低下させること
のない半導体装置およびその製造方法を提供することを
目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、次のような構成をとる。すなわ
ち、請求項１に記載の発明は、半導体素子をダイパッド
上に固着し、前記ダイパッドの周辺に配置された複数本
のリード端子の先端部と前記半導体素子とを金属細線で
それぞれ接続し、前記半導体素子および金属細線等をパ
ッケージ本体内に封止し、前記パッケージ本体内からリ
ード端子の他端部を導出してなる半導体装置において、
平面視で前記リード端子の先端部と重なり合う大きさの
放熱板を、前記リード端子の先端部との間に小間隙を介
在させて、前記ダイパッドの下面に、超音波接合、スポ
ット溶接、カシメ結合の中のいずれかの接合法で、直接
的に接合したものである。
【０００６】請求項２に記載の発明は、半導体素子をダ
イパッド上に固着し、前記ダイパッドの周辺に配置され
た複数本のリード端子の先端部と前記半導体素子とを金
属細線でそれぞれ接続し、前記半導体素子および金属細
線等をパッケージ本体内に封止し、前記パッケージ本体
内からリード端子の他端部を導出してなる半導体装置の
製造方法において、前記ダイパッド上に半導体素子を固
着する前に、平面視で前記リード端子の先端部と重なり
合う大きさの放熱板を、前記リード端子の先端部との間
に小間隙が介在するように前記ダイパッドの下面に当接
し、前記当接されたダイパッドの上面と前記放熱板の下
面とを多数の小突起を表面に備えた一対の金具で押圧挟
持し、少なくとも一方の金具に超音波を付与して前記ダ
イパッドの下面に前記放熱板を直接的に接合するもので
ある。
【０００７】
【作用】本発明の作用は次のとおりである。請求項１に
記載の発明によれば、半導体装置が駆動されることに伴
って半導体素子から発生した熱は、主としてダイパッド
から熱容量の大きな放熱板に効率よく伝達され、さらに
放熱板からパッケージ本体やリード端子等を介して外部
へ、あるいは放熱用基板から直接に実装基板へ放出され
る。ダイパッドの下面に放熱板が直接的に接合されてい
るので、放熱板を接着剤を介してリード端子に接続した
ときのような熱的制約がない。また、ワイヤーボンディ
ング時には、リード端子の先端部を放熱板側に押し付け
て接触させることにより、通常、放熱板の下面に配備さ
れるヒーターブロックの熱は放熱板を介してリード端子
に効率よく伝達される。
【０００８】請求項２に記載の発明によれば、積層され
たダイパッドの上面と放熱板の下面とを多数の小突起を
表面に備えた一対の金具で押圧挟持し、少なくとも一方
の金具に超音波を付与することにより、ダイパッドと放
熱板との接触面で超音波が作用し両者が一体に接合され
る。前記金具で押圧挟持されることにより、放熱板の下
面に多数の小さな窪みが生じる。この窪みはパッケージ
本体の成型用樹脂と放熱板との接触面積を拡げ、両者の
密着性を高める。
【０００９】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１は本発明に係る半導体装置の一実施例の構成
を示した断面図である。半導体素子１０は、半田等の低
融点金属や銀ペースト等によってダイパッド１１上にダ
イボンディングされている。ダイパッド１１の周辺に複
数本のリード端子１２の先端部が配置され、これらのリ
ード端子１２と半導体素子１０とが金線等の金属細線１
３で電気的に接続されている。ダイパッド１１やリード
端子１２は、銅合金や鉄・ニッケル合金等からなる同じ
リードフレームから分離形成されたものである。ダイパ
ッド１１は細いダイパッドリード１４で両端部を支持さ
れている。このダイパッドリード１４の中間部が下方へ
屈曲されることで、ダイパッド１１がリード端子１２よ
りも下方へ若干沈み込んだ状態になっている。
【００１０】ダイパッド１１の下面に放熱用金属板１５
が接着剤等を介さずに直接的に接合されている。放熱用
金属板１５は、平面視でリード端子１２の先端部と重な
り合う大きさの矩形状を呈している。放熱用金属板１５
は熱伝導性の良い銅合金やアルミニウムなどで形成され
ている。放熱用金属板１５はダンウンセットされたダイ
パッド１１の下面に接合されているので、放熱用金属板
１５とリード端子１２との間に小間隙が介在している。
この間隙は例えば、０．２〜０．４ｍｍ程度である。放
熱用金属板１５をダイパッド１１に直接的に接合する手
法としては、例えば超音波接合、スポット溶接、カシメ
結合などが用いることができる。ただし、接合の容易性
および広範囲の良好な接合性を得る上で、超音波接合が
好ましい。超音波による接合手法については、後に詳し
く説明する。
【００１１】上述した半導体素子１０、金属細線１３、
放熱用金属板１５等がエポキシ樹脂等で一体成型される
ことにより、パッケージ本体１６が形成されている。こ
のパッケージ本体１６からリード端子１２が導出され、
ほぼＬの字状に屈曲形成されている。
【００１２】以上のように構成された半導体装置がプリ
ント配線基板等に実装されて駆動されると、半導体素子
１０から発生した熱は、主としてダイパッド１１から熱
容量の大きな放熱用金属板１５に効率よく伝達され、さ
らに放熱用金属板１５からパッケージ本体１６やリード
端子１２を介して外部へ放出される。
【００１３】次に、上述した半導体装置の製造方法を説
明する。図２に示すように、上述した半導体装置を組み
立てるために、ダイパッド１１やリード端子１２等が一
体的に形成されたリードフレーム２０が用いられる。こ
のリードフレーム２０に半導体素子１０が組み込まれる
前に、ダイパッド１１の下面に放熱用金属板１５が超音
波で接合される。以下、図３〜図５を参照して説明す
る。
【００１４】図３に示すように、受け金具３１上に放熱
用金属板１５を載置し、さらに放熱用金属板１５とダイ
パッド１１とが当接して重なり合うように、リードフレ
ーム２０を位置決め載置する。受け金具３１の上方に超
音波を供給する超音波ホーン３２が配備され、その先端
部に押さえ金具３３が取り付けられている。受け金具３
１の上面および押さえ金具３３の下面に多数の小突起３
１ａ，３３ａがそれぞれ形成されている。
【００１５】放熱用金属板１５とリードフレーム２０の
位置決めが終わると、図４に示すように、超音波ホーン
３２が下降して押さえ金具３３でダイパッド１１上を加
圧するとともに、押さえ金具３３を介して超音波を印加
する。放熱用金属板１５の下面は受け金具３１の小突起
３１ａに食い込み、またダイパッド１１の上面は押さえ
金具３３の小突起３３ａに食い込んでいるので、各金具
３１，３３との間の滑りは発生しない。その結果、印加
された超音波が放熱用金属板１５とダイパッド１１との
界面に作用することにより、放熱用金属板１５とダイパ
ッド１１とが接合される。図５に接合された状態を示
す。放熱用金属板１５の下面には、受け金具３１の小突
起３１ａの食い込み跡である小さな窪み１５ａが形成さ
れる。
【００１６】このようにして放熱用金属板１５が接合さ
れたダイパッド１１上に半導体素子１０をダイボンディ
ングした後、半導体素子１０とリード端子１２とが金属
細線１３で接続される。このワイヤーボンディング過程
を図６に示す。半導体素子１０がダイボンディングされ
たリードフレーム２０は、ヒーターブロック３４上に載
置される。そして、リード端子１２の先端部近傍がリン
グ状の押さえ板３５で押さえ込まれることにより、リー
ド端子１２が弾性変形して下方の放熱用金属板１５に押
圧接触される。その結果、ヒーターブロック３４の熱は
放熱用金属板１５を介してリード端子１２に効率よく伝
わるので、ワイヤーボンディング性が向上する。なお、
図中の符号３６はワイヤーボンディング用のキャピラリ
である。ワイヤーボンディング後、押さえ板３５を上昇
させると、リード端子１２は弾性的に復元して、リード
端子１２と放熱用金属板１５との間隙が確保される。
【００１７】ワイヤーボンディングされたリードフレー
ム２０はモールド工程に送られ、周知のトランスファモ
ールド法により成型されてパッケージ本体１６が形成さ
れる。このとき、図７に示すように、放熱用金属板１５
の下面に形成された多数の小さな窪み１５ａ内に成型用
樹脂１６ａが入り込むので、放熱用金属板１５と成型用
樹脂１６ａとの接触面積が拡がる。その結果、放熱用金
属板１５と成型用樹脂１６ａの接合強度が向上して、放
熱用金属板１５と成型用樹脂１６ａとの剥離や、パッケ
ージ本体１６のクラック等を防止することができる。
【００１８】なお、本発明は上述した実施例に限らず、
例えば次のように変形実施することができる。 図１に示した実施例では、放熱用金属板１５をパッ
ケージ本体１６内に埋め込んだが、図８に示すように、
肉厚の放熱用金属板３７を、その下面がパッケージ本体
１６の下面から露出するように、パッケージ本体１６に
組み込んでもよい。このような半導体装置によれば、実
装時に放熱用金属板３７に蓄積された熱をプリント配線
基板等に直接逃がすことができるので、半導体装置の熱
抵抗を一層低減することができる。
【００１９】 また、本発明は、実施例のようなパッ
ケージ本体の対向する２側面からリード端子が導出され
たフラットパッケージに限らず、例えばパッケージ本体
の４側面からリード端子が導出されたＱＦＰ（Quad Fla
t Package)、ＤＩＰ（DualIn-Line Package) 、ＳＩＰ
（Single In-Line Package) 等にも適用することができ
る。
【００２０】 実施例では、ダイパッドの下面に接合
する放熱板として金属板を用いたが、必ずしも金属板に
限定されず、熱伝導性の良好な板材であればよい。
【００２１】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば次のような効果を奏する。請求項１に記載の発
明によれば、半導体素子が固着されたダイパッドの下面
に放熱板が直接的に接合されているので、半導体素子か
ら発生した熱が効率よく放出され、熱抵抗の小さなパッ
ケージを実現することができる。
【００２２】また、放熱板を接着剤を介してリード端子
に接続するものと比較して、半導体装置の組み立て工程
における熱的制約が少ない。また、ワイヤーボンディン
グ工程では、リード端子先端部を放熱板に押し付けて接
触させることにより、通常、放熱板の下面に配備される
ヒーターブロックからの熱を放熱板を介してリード端子
に効率よく伝達できるので、ワイヤーボンディングの信
頼性を向上することもできる。
【００２３】さらに、本発明によれは、放熱板を取りつ
けるための接着剤が不要で、しかも、放熱板とは個別に
形成されるリードフレームとしては、低消費電力の半導
体装置に使用される通常のリードフレームを使うことが
できるので、製造コストを低減することができる。
【００２４】請求項２に記載の発明によれば、ダイパッ
ドと放熱板とを一対の金具で押圧挟持し、少なくとも一
方の金具を介して超音波を付与することにより、ダイパ
ッドと放熱板とを直接的に接合しているので、ダイパッ
ドと放熱板とを比較的容易に、しかも広い面積にわたっ
て均質に接合させることができる。また、多数の小突起
がある金具で押圧挟持されることにより、放熱板の下面
に生じた多数の小さな窪みは、パッケージ本体の成型時
に、成型用樹脂と放熱板との接触面積を拡げて密着性を
高めるので、放熱板と成型用樹脂との剥離や、パッケー
ジ本体のクラック等を防止することができ、半導体装置
の信頼性が高められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体装置の一実施例の構成を示
した断面図である。
【図２】リードフレームの一部および放熱用金属板を示
した斜視図である。
【図３】超音波による放熱用金属板の取り付け過程を示
した図である。
【図４】超音波による放熱用金属板の取り付け過程を示
した図である。
【図５】リードフレームに放熱用金属板が取り付けられ
た状態を示した図である。
【図６】ワイヤーボンディング過程を示した図である。
【図７】パッケージ本体の一部拡大断面図である。
【図８】別実施例の構成を示した断面図である。
【図９】従来装置の説明図である。
【符号の説明】
１０…半導体素子 １１…ダイパッド １２…リード端子 １３…金属細線 １５…放熱用金属板 １６…パッケージ本体

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体素子をダイパッド上に固着し、前
    記ダイパッドの周辺に配置された複数本のリード端子の
    先端部と前記半導体素子とを金属細線でそれぞれ接続
    し、前記半導体素子および金属細線等をパッケージ本体
    内に封止し、前記パッケージ本体内からリード端子の他
    端部を導出してなる半導体装置において、平面視で前記
    リード端子の先端部と重なり合う大きさの放熱板を、前
    記リード端子の先端部との間に小間隙を介在させて、前
    記ダイパッドの下面に、超音波接合、スポット溶接、カ
    シメ結合の中のいずれかの接合法で、直接的に接合した
    ことを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項２】 半導体素子をダイパッド上に固着し、前
    記ダイパッドの周辺に配置された複数本のリード端子の
    先端部と前記半導体素子とを金属細線でそれぞれ接続
    し、前記半導体素子および金属細線等をパッケージ本体
    内に封止し、前記パッケージ本体内からリード端子の他
    端部を導出してなる半導体装置の製造方法において、前
    記ダイパッド上に半導体素子を固着する前に、平面視で
    前記リード端子の先端部と重なり合う大きさの放熱板
    を、前記リード端子の先端部との間に小間隙が介在する
    ように前記ダイパッドの下面に当接し、前記当接された
    ダイパッドの上面と前記放熱板の下面とを多数の小突起
    を表面に備えた一対の金具で押圧挟持し、少なくとも一
    方の金具に超音波を付与して前記ダイパッドの下面に前
    記放熱板を直接的に接合することを特徴とする半導体装
    置の製造方法。
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