JP3541751B2 - リードフレームとそれを用いた樹脂封止型半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の半導体素子を効果的に支持することができる機能を有したリードフレームと、それを用いた樹脂封止型半導体装置およびその製造方法に関するものであり、例えば、大きな半導体素子を搭載可能でパワー素子からの発熱を放散するために放熱部下面を露出させた小型の樹脂封止型半導体装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の小型化に対応するために、電子機器に搭載される半導体部品を高密度に実装することが要求され、それにともなって、半導体部品の小型、薄型化が進み複数個の半導体素子を一つの半導体装置に搭載する技術が進んでいる。
【０００３】
以下、従来のダイパッド部露出タイプの樹脂封止型半導体装置に用いるリードフレームについて図面を参照しながら説明する。
【０００４】
図２７は、従来のリードフレームの主要な構成を示す図であり、図２７（ａ）は平面図であり、図２７（ｂ）は図２７（ａ）におけるＡ−Ａ１箇所の断面図である。
【０００５】
図２７に示すように、従来のリードフレームは、銅（Ｃｕ）材よりなるフレーム枠１０１と、そのフレーム枠１０１内に、半導体素子が載置される矩形状のダイパッド部１０２と、ダイパッド部１０２の角部をその先端部で支持し、端部がフレーム枠１０１と接続した吊りリード部１０３と、半導体素子を載置した場合、その載置した半導体素子と金属細線等の接続手段により電気的に接続するビーム状の複数のリード部１０４とより構成されている。そしてリード部１０４は、封止樹脂で封止された際、封止樹脂部に埋設される部分はインナーリード部１０４ａを構成し、封止樹脂部より露出する部分はアウターリード部１０４ｂを構成するものであり、インナーリード部１０４ａとアウターリード部１０４ｂとは、一体で連続して設けられている。
【０００６】
また、従来のリードフレームは、図２７（ｂ）に示すように、ダイパッド部１０２は吊りリード部１０３によって支持されているが、その吊りリード部１０３に設けたディプレス部１０５（屈曲）によってダイパッド部１０２がリード部１０４上面よりも下方に配置されるようダウンセットされているものである。この構造は、半導体素子を搭載して樹脂封止型半導体装置を構成した際、ダイパッド部１０２の下面を封止樹脂部の底面に露出させるための構成である。なお、図示していないが、従来のリードフレームの表面にはメッキが施されているものである。
【０００７】
次に従来の樹脂封止型半導体装置およびその製造方法について説明する。図２８〜図３３は、図２７に示したリードフレームを用いた樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す拡大した断面図である。
【０００８】
まず図２８に示すように、フレーム枠と、そのフレーム枠内に、半導体素子が載置される矩形状であって、ダウンセットされたダイパッド部１０２と、ダイパッド部１０２の角部をその先端部で支持し、端部がフレーム枠と接続した吊りリード部と、半導体素子を載置した場合、その載置した半導体素子と金属細線等の接続手段により電気的に接続するビーム状のリード部１０４とを有したリードフレームを用意する。
【０００９】
そして図２９に示すように、ダイパッド部１０２上に半導体素子１０６として、第１の半導体素子１０６ａを銀ペースト等の接着剤１０７により接着して搭載する。そして第１の半導体素子１０６ａ上に第２の半導体素子１０６ｂを銀ペースト等の接着剤１０７により接着して積層搭載する。
【００１０】
次に図３０に示すように、ダイパッド部１０２上に搭載された第１、第２の半導体素子１０６ａ，１０６ｂの表面の電極パッド（図示せず）とリード部１０４のインナーリード部１０４ａとを金属細線１０８によりそれぞれ電気的に接続する。
【００１１】
次に図３１に示すように、半導体素子を搭載、ワイヤー接続したリードフレームを封止金型内に載置し、トランスファーモールドによってエポキシ系樹脂よりなる封止樹脂１０９を注入し、リードフレームの外囲としてダイパッド部１０２、半導体素子１０６ａ，１０６ｂ、リード部１０４のインナーリード部１０４ａと金属細線１０８の接続領域を封止する。ここではダイパッド部１０２の下面が封止樹脂１０９の底面に露出するように封止する。
【００１２】
次に図３２に示すように、リード部１０４の切断箇所に対して、金型による切断刃でリードカット、リードベンディングを行い、リード成形する。
【００１３】
そして図３３に示すようなリードフレームのダイパッド部１０２上に第１の半導体素子１０６ａが接着剤１０７により搭載され、そして第１の半導体素子１０６ａの上に接着剤１０７により第２の半導体素子１０６ｂが搭載され、その半導体素子１０６ａ，１０６ｂとリード部１０４のインナーリード部１０４ａとが金属細線１０８によりそれぞれ電気的に接続され、外囲が封止樹脂１０９により封止され、そして封止樹脂１０９の側面からはアウターリード部１０４ｂが露出した樹脂封止型半導体装置であって、ダイパッド部１０２の下面が封止樹脂１０９の底面から露出した構造の樹脂封止型半導体装置（ＱＦＰ）を得る。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の樹脂封止型半導体装置においては、ダイパッド部の下面を封止樹脂から露出させ、薄型化、放熱性は実現するものの、以下のような課題があった。
【００１５】
第１に、第１の半導体素子上に搭載する第２の半導体素子は必ずその外径寸法が第１の半導体素子より小さいという制約が必要であった。
【００１６】
第２に、具体的には第１の半導体素子の電極の金属細線による接続可能なキャピラリー等のエリヤを確保する分だけ余分に小さいことが要求される制限、第１，第２の半導体素子の電極位置の金属細線接続上の位置制限、および搭載位置のバラツキによる第１，第２の半導体素子の電極を接続する金属細線同士のタッチによる不良、第２の半導体素子の接着剤の塗布はみ出しバラツキによる電極への悪影響を及ぼさない寸法の確保による制限が必要であった。
【００１７】
第３に、寸法の小さな第２の半導体素子の電極とインナーリード部との接続位置は第１の半導体素子の金属細線の影響を受けない位置にするため、金属細線の長さが長くなり、封止樹脂の注入によるいわゆるワイヤー流れによるタッチ不良が多くなる。このため第２の半導体素子は小さな寸法の搭載制限が生じる。
【００１８】
第４に、ダイパッド部上に搭載する第１の半導体素子上に搭載する第２の半導体素子の接着剤の吸水による耐パッケージクラック性の低下が顕著になる。
【００１９】
第５に、図３３の断面図に示すように、ダイパッド部１０２はインナーリード先端位置より小型にする制限がリードフレームの加工上あり、ダイパッド部１０２に搭載する半導体素子１０６ａ，１０６ｂのサイズの制約が生じ、大型素子の搭載ができず、大型素子を搭載した小型パッケージの実現はできないという課題があった。
【００２０】
第６に、封止樹脂１０９の応力および実装後の応力により半導体素子１０６ａ，１０６ｂが悪影響を受けたり、封止樹脂１０９にクラックが発生するという課題もあった。
【００２１】
第７に、ダイパッド部１０２の上面および側面には、封止樹脂１０９が存在するものの、ダイパッド部１０２の裏面側には、封止樹脂１０９が存在しない。そのために、半導体素子１０６ａ，１０６ｂの下面を接着する接着剤１０７に水分が吸水し、実装時の高温で気化膨張により、ダイパッド部１０２および半導体素子１０６ａ，１０６ｂに対する封止樹脂の保持力が低下して、信頼性が悪化するという課題（ポップコーンクラック）があった。
【００２２】
第８に、特に第１の半導体素子１０６ａを接着剤１０７でダイパッド部１０２の上面に接続すると、熱膨張率の差によって、ダイパッド部１０２が反りを生じ樹脂封止時にダイパッド部１０２の裏面上に封止樹脂の一部がはみ出し、いわゆる樹脂バリが発生するという課題があった。
【００２３】
第９に、実装基板とダイパッド部との接合において、ダイパッド部１０２の裏面上に封止樹脂の一部がはみ出していわゆる樹脂バリが介在すると、実装基板の接続部との接触が不十分となり、放熱特性などの所望の特性を十分発揮できない恐れがある。一方、この樹脂バリはウォータージェットなどの利用によって除去できるが、かかる処理は煩雑な手間を要し、しかも、ウォータージェット工程によってリード表面のメッキ層が剥がれ、また不純物が付着することから、樹脂封止工程後に樹脂封止から露出している部分にメッキを施すことが必要となり、作業能率の低下、信頼性の悪化を招く恐れもあった。
【００２４】
本発明は、以上の諸点に鑑みなされたものであって、その代表的な目的は下記の通りである。
【００２５】
本発明の第１の目的は、複数の素子を搭載するパッケージにおいて、第１の半導体素子を搭載する搭載部材と第２の半導体素子を搭載する搭載部材とを分離することにより、第２の半導体素子の搭載制限を大幅に緩和して大きな半導体素子の搭載を可能にし、半導体素子の搭載自由度の高い樹脂封止型半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【００２６】
本発明の第２の目的は、第１の半導体素子を搭載する搭載部材と第２の半導体素子を搭載する搭載部材とを分離することにより、第１の半導体素子の主面と第２の半導体素子の底面とに封止樹脂の充填を可能にして、信頼性の高い樹脂封止型半導体装置およびその製造に適したリードフレームを提供することにある。
【００２７】
本発明の第３の目的は、第１の半導体素子を搭載する搭載部材と第２の半導体素子を搭載する搭載部材とを分離し、第１の搭載部材（放熱部材）の下面を封止樹脂から露出させた場合における樹脂バリの発生を防止することにより、放熱特性のよい樹脂封止型半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【００２８】
さらに、本発明の第４の目的は、第２の搭載部材をインナーリード部より上部に配することにより、第２の半導体素子をインナーリード部より上部に配することができ、信頼性の高い大きな半導体素子を搭載する小型の樹脂封止型半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【００２９】
さらに、本発明の第５の目的は、搭載部材を吊りリード部に配することにより、放熱部材の下面を封止樹脂から露出させた場合における樹脂バリのない信頼性の高い樹脂封止型半導体装置およびその製造方法と、その製造に適したリードフレームを提供することにある。
【００３０】
本発明の第６の目的は、第１の半導体素子を搭載する第１の搭載部材と第２の半導体素子を搭載する第２の搭載部材とを分離することにより、第１の搭載部材（放熱部材）上に複数個の半導体素子の搭載を可能にして信頼性のある樹脂封止型半導体装置およびその製造に適したリードフレームを提供することにある。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために本発明のリードフレームとそれを用いた樹脂封止型半導体装置およびその製造方法は以下のような構成を有している。
【００３２】
すなわち本発明のリードフレームは、フレーム枠と、前記フレーム枠の開口領域に設けられた第１の半導体素子を支持する第１の支持部と、前記第１の支持部にその先端が対向し、末端が前記フレーム枠に接続した複数のリード部と、前記第１の支持部をその先端部で支持し、末端部が前記フレーム枠と接続した吊りリード部と、前記吊りリード部に設けられた第２の半導体素子を支持する第２の支持部とを有し、前記第２の支持部は前記第１の支持部の上方に配置され、前記第１の支持部の下面と前記リード部の下面とは同一面に配置されているリードフレームである。
【００３４】
本発明の樹脂封止型半導体装置は、第１の半導体素子を支持する第１の支持部と、前記第１の支持部にその先端が対向した複数のリード部と、前記第１の半導体素子の電極と前記リード部とを電気的に接続した金属細線と、前記第１の支持部をその先端部で支持した吊りリード部と、前記吊りリード部に設けられた第２の半導体素子を支持する第２の支持部と、前記第２の半導体素子の電極と前記リード部とを電気的に接続する金属細線と、少なくとも前記第１の半導体素子、前記第２の半導体素子および前記金属細線を封止した封止樹脂を有し、前記第２の支持部は前記第１の支持部の上方に配置され、前記第１の支持部の下面と前記リード部の下面とは同一面に配置されている樹脂封止型半導体装置である。
【００３５】
本発明の樹脂封止型半導体装置の製造方法は、フレーム枠と、前記フレーム枠の開口領域に設けられた第１の半導体素子を支持する第１の支持部と、前記第１の支持部にその先端が対向し、末端が前記フレーム枠に接続した複数のリード部と、前記第１の支持部をその先端部で支持し、末端部が前記フレーム枠と接続した吊りリード部と、前記吊りリード部に設けられた第２の半導体素子を支持する第２の支持部とを有し、前記第２の支持部は前記第１の支持部の上方に配置されているリードフレームを用意する工程と、前記第１の支持部上に第１の半導体素子を搭載する工程と、前記第１の半導体素子と前記複数のリード部の一部のリード部とを金属細線で接続する工程と、前記吊りリード部の第２の支持部上に第２の半導体素子を搭載する工程と、前記第２の半導体素子と前記複数のリード部の一部のリード部とを金属細線で接続する工程と、少なくとも前記第１の半導体素子、第２の半導体素子、金属細線、第１の支持部の上面、第２の支持部、リード部の上面を封止樹脂により封止する工程と、前記複数のリード部の封止樹脂から突出した部分を切断してリード成形する工程とよりなる樹脂封止型半導体装置の製造方法である。
【００３６】
また、少なくとも第１の半導体素子、第２の半導体素子、金属細線、第１の支持部の上面、第２の支持部、リード部の上面を封止樹脂により封止する工程では、少なくとも前記複数のリード部の底面と前記第１の支持部の底面に封止シートを密着させた状態で封止する樹脂封止型半導体装置の製造方法である。
【００３７】
前記構成の通り、第１の半導体素子と第２の半導体素子を搭載する搭載部を分離したため、第１の半導体素子上に第２の半導体素子を搭載しないために第１の半導体素子の電極の金属細線による接続可能なエリヤを確保する分だけ余分に小さいことが要求される制限、第１，第２の半導体素子の電極位置の金属細線接続上の位置制限、および搭載位置のバラツキによる第１，第２の半導体素子電極を接続する金属細線同士のタッチによる不良、第２の半導体素子の接着剤の塗布はみ出しバラツキによる電極への悪影響を及ぼさない寸法の確保による制限を必要としなくなった。
【００３８】
また、第１の半導体素子と第２の半導体素子の間に封止樹脂を存在させることが可能となり、熱および水分に対する封止樹脂の保持力の高い樹脂封止型半導体装置が得られる。また、小さな第１の半導体素子と大きな第２の半導体素子を搭載可能にするため搭載範囲の拡大により大型の半導体素子を搭載した高密度な半導体装置を実現できるものである。
【００３９】
また、第２の半導体素子の電極とインナーリードの接続位置を第１の半導体素子の電極とインナーリードの接続位置より外側に配することができるためワイヤー流れによるタッチ不良が少なくなり安定した生産が可能になった。
【００４０】
また、第１の半導体素子を搭載する放熱板は上面および側面には、封止樹脂が存在するものの裏面側には封止樹脂が存在しない。封止樹脂の応力および実装後の応力により悪影響を受け近傍の封止樹脂にクラックが発生する問題があるが、小さな半導体素子を選択して搭載できるため応力が少なくでき、水分が吸水し、実装時の高温で気化膨張により封止樹脂の保持力が低下して、信頼性が悪化するという問題（ポップコーンクラック）が少なくでき信頼性が向上した。
【００４１】
また、実装基板と放熱部材との接合において、放熱板の裏面上に封止樹脂の一部がはみ出していわゆる樹脂バリが介在すると、実装基板の接続部との接触が不十分となり、放熱特性などの所望の特性を十分発揮できない恐れがあるが、リードフレームの底面の外部端子部、放熱部材の下面に対して封止シートを密着させ樹脂バリを防止して解決できるものである。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のリードフレームとそれを用いた樹脂封止型半導体装置およびその製造方法について、その一実施形態を図面を参照しながら説明する。
【００４３】
まず本発明の第１の実施形態のリードフレームとそれを用いた樹脂封止型半導体装置およびその製造方法について説明する。
【００４４】
図１は本実施形態のリードフレームを示す図であり、図１（ａ）は平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ１箇所の断面図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）のＣ−Ｃ１箇所の断面図である。
【００４５】
図１に示すように、本実施形態のリードフレームは、銅（Ｃｕ）材よりなるフレーム枠１と、そのフレーム枠１の開口領域に設けられた第１の半導体素子を支持する放熱部材２と、放熱部材２をその先端部で支持し、末端部でフレーム枠１と接続した吊りリード部３と、放熱部材２にその先端が対向し、末端がフレーム枠１に接続した複数の信号接続用のリード部４と、放熱部材２の各角部に設けられた第１の半導体素子を支持する第１の支持部５と、放熱部材２を支持した吊りリード部３に第２の半導体素子を支持する第２の支持部６を有したリードフレームであり、吊りリード部３は第２の支持部６をリード部４よりも上方に配置するためにアップセット部Ｕ（屈曲）を有し、また放熱部材２をリード部４と同等の高さに配置するために吊りリード部３にダウンセット部Ｄを有しているものである。またリード部４はインナーリード部４ａとアウターリード部４ｂとにより構成されている。なおインナーリード部４ａの表面には図示しないが銀（Ａｇ）メッキが施されている。また、リードフレーム全面にパラジウム（Ｐｄ）メッキをしてもよい。
【００４６】
本実施形態のリードフレームでは、半導体素子を支持する部分である各支持部は吊りリード部３と放熱部材２上に形成されており、放熱部材２の上面は第１の支持部５を除いてエッチングあるいはプレス加工で凹部を有し、第１の支持部５以外は、樹脂封止により封止樹脂を介在させることができる。樹脂封止した際は、第１の半導体素子の上面と第２の半導体素子の底面とには封止樹脂を介在させることができ、封止樹脂の保持力の高い樹脂封止型半導体装置を実現できるものである。そして第２の半導体素子を支持する第２の支持部６を封止樹脂より露出させない構造にすることができるため、封止樹脂との密着性が増大することになり、境界からの水分や湿気の侵入を抑制できるものである。
【００４７】
また、第２の半導体素子を支持する第２の支持部６は吊りリード部３上にあり、インナーリード部４ａの先端位置より大きな第２の半導体素子を搭載することができ小型の樹脂封止型半導体装置を提供できる。
【００４８】
また、吊りリード部３のダウンセット部Ｄの量を調整することにより、半導体装置の底面より露出する構造として後述する封止シートを使用した樹脂ばりのない製造方法に適したリードフレームである。
【００４９】
なお、第２の支持部６の形状は、本実施形態では角形としているが、形状、位置、面積については搭載する半導体素子の底面積等により設定することができる。また、末端がフレーム枠１に接続した複数の信号接続用のリード部４のインナーリード部４ａの先端は、搭載する半導体素子の電極との金属細線による接続位置によりその長さを設定する。例えば、第１の半導体素子と接続するインナーリード部４ａの先端と第２の半導体素子と接続するインナーリード部４ａの先端位置を別に設定することにより、第１の半導体素子の電極とインナーリード部４ａとを接続する金属細線の長さを短くできる。
【００５０】
また、第２の半導体素子の下部に第１の半導体素子のインナーリード部４ａの先端位置を設定することにより、第１の半導体素子の電極とインナーリード部４ａを接続する金属細線の長さを短くできる。そして信号接続用のリード部４の下面は外部端子部を構成するので、実装基板との接続点となる。先端部が長い場合には段差加工がされ、外部端子部は所望する長さとなり、上面が金属細線の接続点になる。
【００５１】
なお、本実施形態のリードフレームは図１で示した構成よりなるリードフレームパターンが１つではなく複数個、左右、上下の連続した配列になっているものである。
【００５２】
次に本実施形態の樹脂封止型半導体装置およびその製造方法について説明する。
【００５３】
図２〜図９は、図１に示したリードフレームを用いた樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す工程ごとの断面図である。
【００５４】
まず図２に示すようにフレーム枠と、そのフレーム枠の開口領域に設けられ、第１の半導体素子を支持する第１の支持部５を突出して有した放熱部材２と、その放熱部材２をその先端部で支持し、末端部でフレーム枠と接続した吊りリード部と、放熱部材２にその先端が対向してインナーリード部４ａを構成し、末端がフレーム枠に接続した複数のリード部４と、第２の半導体素子を支持する第２の支持部６を吊りリード部に有したリードフレームを用意する。なお便宜上、図中、第１の支持部５と第２の支持部６とを同一断面に表している。
【００５５】
そして図３に示すように、放熱部材２の上面に突出して設けられた第１の支持部５上に第１の半導体素子７ａを銀ペースト等の接着剤８により接着して搭載する。
【００５６】
次に図４に示すように、放熱部材２の第１の支持部５上に搭載された第１の半導体素子７ａの表面の電極パッド（図示せず）とリード部４のインナーリード部４ａとを金属細線９により電気的に接続する。
【００５７】
そして図５に示すように、吊りリード部に設けられた第２の支持部６上に第２の半導体素子７ｂを銀ペースト等の接着剤８により接着して搭載する。
【００５８】
次に図６に示すように、吊りリード部の上方に設けられた第２の支持部６上に搭載された第２の半導体素子７ｂの表面の電極パッド（図示せず）とリード部４のインナーリード部４ａとを金属細線９により電気的に接続する。
【００５９】
次に図７に示すように、封止シート１０を付設した封止金型に半導体素子７ａ，７ｂを搭載したリードフレームを載置して、少なくともリード部４の底面の外部端子部１１、放熱部材２の裏面に対して封止シート１０を密着させる。
【００６０】
次に図８に示すように、封止金型内にトランスファーモールドによってエポキシ系樹脂よりなる封止樹脂１２を注入し、リードフレームの外囲として半導体素子７ａ，７ｂを含む上面領域を樹脂封止する。すなわち、第１，第２の半導体素子７ａ，７ｂ、リード部４のインナーリード部４ａと金属細線９の接続領域を封止する。これにより第１，第２の半導体素子７ａ，７ｂ間にも封止樹脂１２が充填される。また、信号接続用のリード部４の上部にある溝部１３にも封止樹脂１２が充填され、底面露出のリード部４（外部端子）が封止樹脂１２より離脱するのを防止している。図示はしていないが外部端子部１１の上面にはつば部があり、同様の働きを有している。この場合、封止シートを用いて外部端子部１１、放熱部材の底面をマスクした状態で樹脂封止することができ、樹脂バリのないスタンドオフを有した樹脂底面となる。また、この樹脂封止により、放熱部材２の下面を放熱機能を有するように封止樹脂１２の底面に露出させ、また外部端子部１１面を露出させる。
【００６１】
次に図９に示すように、樹脂封止後は、封止シートをピールオフによりリード部４、放熱部材２等の底面から除去する。そしてリード部４の切断箇所に対して、金型による切断刃でリードカットを行い、リードフレームの放熱部材２の第１の支持部５上に第１の半導体素子７ａが接着剤８により搭載され、吊りリード部の第２の支持部６上に第２の半導体素子７ｂが接着剤８により搭載され、第１，第２の半導体素子７ａ，７ｂの電極とリード部４のインナーリード部４ａとが金属細線９により電気的に接続され、外囲が封止樹脂１２により封止され、そして封止樹脂１２の底面から外部端子部１１、放熱部材２の下面が露出した構造の樹脂封止型半導体装置を得る。アウターリード部４ｂは短く切断されて封止樹脂の側面と実質的に同一面となる。
【００６２】
本実施形態の樹脂封止型半導体装置は、図９に示した通り、電極パッドを有する第１の半導体素子７ａと、その第１の半導体素子７ａを接着剤８で接着する第１の支持部５を有した放熱部材２と、電極パッドを有する第２の半導体素子７ｂを接着剤８で接着する第２の支持部６と、放熱部材２にその先端部が対向し、末端が外部端子となる複数の信号接続用のリード部４と、第１、第２の半導体素子７ａ，７ｂの電極パッドとリード部４とを電気的に接続した金属細線９と、半導体素子７ａ，７ｂ、リード部４および金属細線９を封止した封止樹脂１２とを備え、放熱部材２、外部端子部１１の下面は封止樹脂１２より露出している樹脂封止型半導体装置で外部端子部１１が実装時の接続点になる。
【００６３】
本実施形態の樹脂封止型半導体装置において、リード部４より上部にアップセットされた吊りリード部に設けた第２の支持部６と吊りリード部に保持された放熱部２にある第１の支持部５は、リードフレームの加工により寸法を決定するため第１，第２の半導体素子７ａ，７ｂの間隔が保たれ、封止樹脂１２による位置のシフトによる金属細線９のショート、封止樹脂１２の充填不良等が少ない。また、第１，第２の半導体素子７ａ，７ｂ間に封止樹脂１２が存在し、吸水性の高い接着剤を少なくする接着法のため、接着剤による影響が少なく封止樹脂１２の保持力によるパッケージクラックの発生が少ない信頼性の高い樹脂封止型半導体装置である。また、リード部４より上部にアップセットされた吊りリード部に設けた第２の支持部６にインナーリード部４ａに覆い被さるような大きな外形の半導体素子を搭載することができ、第２の半導体素子７ｂとリード部４とを接続する金属細線９の長さを短くでき、小型の樹脂封止型半導体装置を提供できる。
【００６４】
また、第１の半導体素子７ａとリード部４とを接続する金属細線９の位置を第２の半導体素子７ｂとリード部４とを接続する位置より内側にすることができるため、金属細線９自体の長さを短くでき、搭載する半導体素子の大きさの制限や電極パッドの位置、金属細線のループ形状の制約が少なくなる。
【００６５】
また、第２の半導体素子７ｂを支持する第２の支持部６は封止樹脂１２より露出させない構造であるため、封止樹脂１２との密着性が増大することになり、境界からの水分や湿気の侵入が抑制される。第１の半導体素子７ａを搭載する放熱部材２と第１の半導体素子７ａとの底面の間にも封止樹脂１２を充填できるため、パッケージクラックの発生等を防止して耐湿性が向上するものである。
【００６６】
従来、発熱の多い半導体素子であっても大型の半導体素子の上に搭載しなければならないことが多かったが、本実施形態の構造では、第１の半導体素子７ａとして、バイポーラ等の発熱の多い小型の半導体素子を搭載できるため、効率よく実装基板に熱を逃がすことができる。また、第１の半導体素子７ａを支持する第１の支持部５は第１の半導体素子７ａより小型にすることができ、放熱部材２の熱による反りを少なくして放熱部材２に樹脂バリの発生を少なくでき、対パッケージクラック性が向上し、また、封止シートを使用しなくてもよい場合もある。また、リードフレームの加工上の制限と素子上のパッド数等を考慮し、インナーリードの位置を金属細線の接続位置に適した配置にすることにより生産性、品質が向上できる。
【００６７】
次に本発明の第２の実施形態のリードフレームとそれを用いた樹脂封止型半導体装置およびその製造方法について説明する。
【００６８】
図１０は本実施形態のリードフレームを示す図であり、図１０（ａ）は平面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＤ−Ｄ１箇所の断面図、図１０（ｃ）は図１０（ａ）のＥ−Ｅ１箇所の断面図である。
【００６９】
図１０に示すように、本実施形態のリードフレームは、銅（Ｃｕ）材よりなるフレーム枠１と、そのフレーム枠１の開口領域に設けられた第１の半導体素子を支持する第１の支持部５と、その第１の支持部５をその先端部で支持し、末端部でフレーム枠１と接続した吊りリード部３と、第１の支持部５にその先端が対向し、末端がフレーム枠１に接続した複数の信号接続用のリード部４と、第１の支持部５の各辺に接続した吊りリード部３に第２の半導体素子を支持する第２の支持部６を有したリードフレームであり、第２の支持部６をリード部４よりも上方に配置するためにアップセット部Ｕ、第１の支持部５をリード部４より高い位置に配置するために吊りリード部３にダウンセット部Ｄとを有しているものである。
【００７０】
また、第２の半導体素子を支持する第２の支持部６は、吊りリード部３上にありインナーリード部４ａの先端位置に覆い被さるような大きな外形の第２の半導体素子を搭載することができる。
【００７１】
また、リード部４はインナーリード部４ａとアウターリード部４ｂとにより構成されている。インナーリード部４ａの表面には図示しないが銀メッキが施されている。また、リードフレーム全面にパラジウム（Ｐｄ）メッキをしてもよい。
【００７２】
本実施形態のリードフレームでは、第２の半導体素子を支持する部分である第２の支持部６は吊りリード部３上に形成され、樹脂封止した際は、第１の半導体素子の底面と第２の半導体素子の底面とに封止樹脂を介在させることができ、封止樹脂の保持力の高い樹脂封止型半導体装置を実現できるものである。そして第１，第２の半導体素子を支持する支持部を封止樹脂より露出させない構造にすることができるため、封止樹脂との密着性が増大することになり、境界からの水分や湿気の侵入を抑制できるものである。
【００７３】
また、第２の半導体素子の下部に第１の半導体素子のインナーリード部４ａの先端位置を設定することにより、第１の半導体素子の電極とインナーリード部４ａとを接続する金属細線の長さを短くできる。またリード部４の下面は外部端子部を構成し、実装基板との接続点となる。そして先端部には段差加工がされ外部端子部は所望する長さとなり、上面のインナーリード部４ａが第２の半導体素子の電極の接続点となり、段差部が第２の半導体素子の電極の金属細線の接続点になる。
【００７４】
また、本実施形態のリードフレームは図１０で示した構成よりなるリードフレームパターンが１つではなく複数個、左右、上下の連続した配列になっているものである。
【００７５】
次に本実施形態の樹脂封止型半導体装置およびその製造方法について説明する。
【００７６】
図１１〜図１７は、図１０に示したリードフレームを用いた樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す工程ごとの断面図である。
【００７７】
まず図１１に示すようにフレーム枠と、そのフレーム枠の開口領域に設けられた第１の半導体素子を支持する第１の支持部５と、その第１の支持部５をその先端部で支持し、末端部でフレーム枠と接続した吊りリード部と、第１の支持部５にその先端が対向し、末端がフレーム枠に接続した複数のリード部４と、第１の支持部５の上方に位置し、第２の半導体素子を支持する第２の支持部６を吊りリード部に有したリードフレームを用意する。
【００７８】
そして図１２に示すように、用意した第１の支持部５の下面側に第１の半導体素子７ａを銀ペースト等の接着剤８により接着して搭載する。
【００７９】
次に図１３に示すように、第１の支持部５の下面に搭載した第１の半導体素子７ａの表面の電極パッド（図示せず）とリード部４のインナーリード部４ａの下面とを金属細線９により電気的に接続する。
【００８０】
そして図１４に示すように、吊りリード部の上面に設けられた第２の支持部６の上面に第２の半導体素子７ｂを銀ペースト等の接着剤８により接着して搭載する。
【００８１】
次に図１５に示すように、吊りリード部の上面に設けられた第２の支持部６上面に搭載された第２の半導体素子７ｂの表面の電極パッド（図示せず）とリード部４のインナーリード部４ａとを金属細線９により電気的に接続する。
【００８２】
次に図１６に示すように、半導体素子を搭載し、金属細線で電気的に接続したリードフレームを封止金型内に載置し、トランスファーモールドによってエポキシ系樹脂よりなる封止樹脂１２を注入し、リードフレームの外囲として第１，第２の半導体素子７ａ，７ｂ、リード部４のインナーリード部４ａと金属細線９の接続領域を封止する。これにより第１，第２の半導体素子７ａ，７ｂ間にも封止樹脂１２が充填される。
【００８３】
次に図１７に示すように、リード部４の所望の切断箇所に対して、金型による切断刃でリードカットを行い、リードフレームの第１の支持部５下面に第１の半導体素子７ａが接着剤８により搭載され、吊りリード部の第２の支持部６上に第２の半導体素子７ｂが接着剤８により搭載され、第１，第２の半導体素子７ａ，７ｂの電極とリード部４のインナーリード部４ａとが金属細線９によりそれぞれ電気的に接続され、外囲が封止樹脂１２により封止され、そして封止樹脂１２の底面からはリード部４の底面が外部端子部１１として露出した樹脂封止型半導体装置を得る。
【００８４】
本実施形態の樹脂封止型半導体装置は、図１７に示すように、電極パッドを有する第１の半導体素子７ａと、その第１の半導体素子７ａを接着剤８で接着する第１の支持部５と、電極パッドを有する第２の半導体素子７ｂを接着剤８で接着する第２の支持部６と、第１の支持部５にその先端が対向し、末端が外部端子となる複数の信号接続用のリード部４と、第１，第２の半導体素子７ａ，７ｂの電極パッドとリード部４とを電気的に接続した金属細線９と、第１，第２の半導体素子７ａ，７ｂ、リード部４および金属細線９等を封止した封止樹脂１２とを備えた樹脂封止型半導体装置であって、底面からは外部端子部１１が露出して実装時の接続点になるものである。
【００８５】
リード部４より上部にアップセットされた吊りリード部に設けた第２の支持部６と吊りリード部に支持された第１の支持部５とはリードフレームの加工により寸法を決定するため、第１、第２の半導体素子７ａ，７ｂの間隔が保たれ、封止樹脂１２による位置のシフトによる金属細線９のショート、封止樹脂１２の充填不良等が少ない。さらに第１，第２の半導体素子７ａ，７ｂ間に封止樹脂１２が存在し、吸水性の高い接着剤による影響が少なく封止樹脂１２の保持力によるパッケージクラックの発生の少ない信頼性の高い樹脂封止型半導体装置である。
【００８６】
また、リード部４より上部にアップセットされた吊りリード部に設けた第２の支持部６にリード先端部に覆い被さるような大きな外形の半導体素子を搭載することができ、第２の半導体素子７ｂとリード部４とを接続する金属細線９の長さを短くでき、小型の半導体装置を提供できる。
【００８７】
また、第１の半導体素子７ａとリード部４とを接続する金属細線９の位置は信号接続用のリード部４の薄く加工された裏面に接続するため、第２の半導体素子７ｂとリード部４とを接続する位置に影響しないため、搭載する半導体素子の大きさの制限やパッド位置、金属細線のループ形状の制約が少なくなる。また、第２の半導体素子７ｂの大きさにより、接続位置はリード部４の上面の溝部と溝部との間でなくてもよく、金属細線９の長さを考慮して薄く加工したインナーリード部でもよい。
【００８８】
また、第１の半導体素子７ａを支持する第１の支持部５、第２の半導体素子７ｂを支持する第２の支持部６は、ともに封止樹脂１２より露出させない構造であるため、封止樹脂１２との密着性が増大することになり、境界からの水分や湿気の侵入が抑制されるためパッケージクラックの発生等を防止して耐湿性が向上するものである。また、リードフレームの加工上の制限と素子上のパッド数等を考慮しインナーリードの位置を金属細線の接続位置に適した配置にすることにより生産性、品質を向上できる。
【００８９】
次に本発明の第３の実施形態のリードフレームとそれを用いた樹脂封止型半導体装置およびその製造方法について説明する。
【００９０】
図１８は本実施形態のリードフレームを示す図であり、図１８（ａ）は平面図であり、図１８（ｂ）は図１８（ａ）のＦ−Ｆ１箇所の断面図、図１８（ｃ）は図１８（ａ）のＧ−Ｇ１箇所の断面図である。
【００９１】
本実施形態のリードフレームは、銅（Ｃｕ）材よりなるフレーム枠１と、そのフレーム枠１の開口領域に設けられた第１，第２の半導体素子を支持する第１の支持部５を有する放熱部材２と、第１の支持部５をその先端部で支持し、末端部でフレーム枠１と接続した吊りリード部３と、第１の支持部５にその先端が対向し、末端がフレーム枠１に接続した複数の信号接続用のリード部４と、第１の支持部５の各辺に設けられた吊りリード部３に第３の半導体素子を支持する第２の支持部６を有したリードフレームであり、第１の支持部５を有する放熱部材２をリード部４とほぼ同等の位置に配置するために吊りリード部３にダウンセット部Ｄと、第２の支持部６をリード部４よりも上方に配置するためにアップセット部Ｕを有しているものである。また放熱部材２に切り欠きを有し、第１の半導体素子と第２の半導体素子を平面的に搭載するための領域分割がされており、応力緩和される構造となっている。なお、リード部４はインナーリード部４ａとアウターリード部４ｂにより構成されている。
【００９２】
本実施形態のリードフレームでは、半導体素子を支持する部分である第２の支持部６は吊りリード部３上に形成され、樹脂封止した際は、第１、第２の半導体素子の上面と第３の半導体素子の底面とには封止樹脂を介在させることができ、封止樹脂の保持力の高い樹脂封止型半導体装置を実現できるものである。そして半導体素子を支持する放熱部材２を封止樹脂の底面より露出させる構造にすることができる。
【００９３】
また、吊りリード部３のダウンセット部量を調整することにより半導体装置の底面より樹脂バリがなく露出した構造に使用できるリードフレームである。また、本実施形態のリードフレームは図１８で示した構成よりなるリードフレームパターンが１つではなく複数個、左右、上下の連続した配列になっているものである。
【００９４】
次に本実施形態の樹脂封止型半導体装置およびその製造方法について説明する。図１９〜図２５は本実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す工程ごとの断面図である。
【００９５】
まず図１９に示すように、フレーム枠と、そのフレーム枠の開口領域に設けられた第１，第２の半導体素子を支持する第１の支持部５を有する放熱部材２と、その放熱部材２をその先端部で支持し、末端部でフレーム枠と接続した吊りリード部と、第１の支持部５にその先端が対向し、末端がフレーム枠に接続した複数のリード部４と、第３の半導体素子を支持する第２の支持部６を吊りリード部に有したリードフレームを用意する。
【００９６】
そして図２０に示すように、第１の支持部５上に第１，第２の半導体素子７ａ，７ｂを銀ペースト等の接着剤８によりそれぞれ接着して搭載する。
【００９７】
次に図２１に示すように、搭載された第１，第２の半導体素子７ａ，７ｂの表面の電極パッド（図示せず）とリード部４のインナーリード部４ａとを金属細線９により電気的に接続する。
【００９８】
そして図２２に示すように、吊りリード部の上面に設けられた第２の支持部６上に第３の半導体素子７ｃを銀ペースト等の接着剤８により接着して搭載する。
【００９９】
次に図２３に示すように、吊りリード部上の第２の支持部６上に搭載された第３の半導体素子７ｃの表面の電極パッド（図示せず）とリード部４のインナーリード部４ａとを金属細線９により電気的に接続する。
【０１００】
次に図２４に示すように、リードフレームを封止金型内に載置し、トランスファーモールドによってエポキシ系樹脂よりなる封止樹脂１２を注入し、リードフレームの外囲として支持部５，６、第１，第２，第３の半導体素子７ａ，７ｂ，７ｃ、リード部４のインナーリード部４ａと金属細線９の接続領域を封止する。
【０１０１】
次に図２５に示すように、リード部４の切断箇所に対して、金型による切断刃でリードカットを行い、支持部５上に第１，第２の半導体素子７ａ，７ｂが接着剤８により搭載され、吊りリード部の第２の支持部６上に第３の半導体素子７ｃが接着剤８により搭載され、各半導体素子の電極とインナーリード部４ａとが金属細線９により電気的に接続され、外囲が封止樹脂１２により封止され、そして封止樹脂１２の底面からは外部端子部１１、放熱部材２が露出した構造の樹脂封止型半導体装置を得る。
【０１０２】
本実施形態の樹脂封止型半導体装置は、図２６の透視平面図に示すように、電極パッドを有する第１，第２の半導体素子７ａ，７ｂと、半導体素子を接着剤８で接着する第１の支持部５を有する放熱部材２と、電極パッドを有する第３の半導体素子７ｃを接着剤８で接着する第２の支持部６と、第１の支持部５にその先端が対向し、底面が外部端子となる複数の信号接続用のリード部４と、各半導体素子の電極パッドとリード部４とを電気的に接続した金属細線９と、半導体素子７ａ，７ｂ，７ｃ、リード部４および金属細線９を封止した封止樹脂１２とを備え、放熱部材２の下面、外部端子部１１が封止樹脂１２の底面より露出して、外部端子部１１が実装時の接続点になる。
【０１０３】
なお、図２６において、第３の半導体素子７ｃは透明体として外形のみを表示し樹脂の外形位置までの内部透視図とした。また複数の信号接続用のリード部４はその数を減じて模式的に図示した。
【０１０４】
第３の半導体素子７ｃを支持する第２の支持部６を封止樹脂１２より露出させない構造であるため、封止樹脂１２との密着性が増大することになり、境界からの水分や湿気の侵入が抑制される。また前記した各実施形態と同様にパッケージクラックの発生の少ない信頼性の高い樹脂封止型半導体装置である。
【０１０５】
従来、平面的に配列するため困難であった半導体素子を多く搭載するリードフレームを使用した安価な半導体装置の供給が可能になり、本実施形態の他にも４個以上の半導体素子ほか受動部品の搭載も可能である。
【０１０６】
また、本実施形態の要旨を越えない限り種々の変形実施が可能であることは言うまでもない。例えば、上部に搭載する半導体素子上に新たに三段目の半導体素子を搭載して高密度化することも可能である。
【０１０７】
【発明の効果】
以上の通り、本発明のリードフレームを用いて樹脂封止型半導体装置を構成した場合には、第１の半導体素子の上面と第２の半導体素子の底面との間に封止樹脂を存在させることが可能となり、封止樹脂の保持力の高い樹脂封止型半導体装置が得られる。また、半導体素子を支持する支持部の下面を封止樹脂より露出させない構造にすることができるため、封止樹脂との密着性が増大することになり、境界からの水分や湿気の侵入が抑制される。よって耐湿性を向上させることができる。
【０１０８】
さらに第１の半導体素子より大きな第２の半導体素子を搭載できる構成により、従来の搭載制限を緩和して半導体素子を搭載することができ、大型素子を搭載した高密度半導体装置を実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態のリードフレームを示す図
【図２】本発明の第１の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図３】本発明の第１の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図４】本発明の第１の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図５】本発明の第１の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図６】本発明の第１の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図７】本発明の第１の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図８】本発明の第１の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図９】本発明の第１の実施形態の樹脂封止型半導体装置を示す断面図
【図１０】本発明の第２の実施形態のリードフレームを示す図
【図１１】本発明の第２の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図１２】本発明の第２の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図１３】本発明の第２の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図１４】本発明の第２の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図１５】本発明の第２の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図１６】本発明の第２の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図１７】本発明の第２の実施形態の樹脂封止型半導体装置を示す断面図
【図１８】本発明の第３の実施形態のリードフレームを示す図
【図１９】本発明の第３の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図２０】本発明の第３の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図２１】本発明の第３の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図２２】本発明の第３の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図２３】本発明の第３の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図２４】本発明の第３の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図２５】本発明の第３の実施形態の樹脂封止型半導体装置を示す断面図
【図２６】本発明の第３の実施形態の樹脂封止型半導体装置を示す図
【図２７】従来のリードフレームを示す図
【図２８】従来の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図２９】従来の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図３０】従来の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図３１】従来の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図３２】従来の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図３３】従来の樹脂封止型半導体装置を示す断面図
【符号の説明】
１ フレーム枠
２ 放熱部材
３ 吊りリード部
４ リード部
５ 第１の支持部
６ 第２の支持部
７ａ，７ｂ，７ｃ 第１〜第３の半導体素子
８ 接着剤
９ 金属細線
１０ 封止シート
１１ 外部端子部
１２ 封止樹脂
１３ 溝部
１０１ フレーム枠
１０２ ダイパッド部
１０３ 吊りリード部
１０４ リード部
１０５ ディプレス部
１０６ 半導体素子
１０７ 接着剤
１０８ 金属細線
１０９ 封止樹脂
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の半導体素子を効果的に支持することができる機能を有したリードフレームと、それを用いた樹脂封止型半導体装置およびその製造方法に関するものであり、例えば、大きな半導体素子を搭載可能でパワー素子からの発熱を放散するために放熱部下面を露出させた小型の樹脂封止型半導体装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の小型化に対応するために、電子機器に搭載される半導体部品を高密度に実装することが要求され、それにともなって、半導体部品の小型、薄型化が進み複数個の半導体素子を一つの半導体装置に搭載する技術が進んでいる。
【０００３】
以下、従来のダイパッド部露出タイプの樹脂封止型半導体装置に用いるリードフレームについて図面を参照しながら説明する。
【０００４】
図２７は、従来のリードフレームの主要な構成を示す図であり、図２７（ａ）は平面図であり、図２７（ｂ）は図２７（ａ）におけるＡ−Ａ１箇所の断面図である。
【０００５】
図２７に示すように、従来のリードフレームは、銅（Ｃｕ）材よりなるフレーム枠１０１と、そのフレーム枠１０１内に、半導体素子が載置される矩形状のダイパッド部１０２と、ダイパッド部１０２の角部をその先端部で支持し、端部がフレーム枠１０１と接続した吊りリード部１０３と、半導体素子を載置した場合、その載置した半導体素子と金属細線等の接続手段により電気的に接続するビーム状の複数のリード部１０４とより構成されている。そしてリード部１０４は、封止樹脂で封止された際、封止樹脂部に埋設される部分はインナーリード部１０４ａを構成し、封止樹脂部より露出する部分はアウターリード部１０４ｂを構成するものであり、インナーリード部１０４ａとアウターリード部１０４ｂとは、一体で連続して設けられている。
【０００６】
また、従来のリードフレームは、図２７（ｂ）に示すように、ダイパッド部１０２は吊りリード部１０３によって支持されているが、その吊りリード部１０３に設けたディプレス部１０５（屈曲）によってダイパッド部１０２がリード部１０４上面よりも下方に配置されるようダウンセットされているものである。この構造は、半導体素子を搭載して樹脂封止型半導体装置を構成した際、ダイパッド部１０２の下面を封止樹脂部の底面に露出させるための構成である。なお、図示していないが、従来のリードフレームの表面にはメッキが施されているものである。
【０００７】
次に従来の樹脂封止型半導体装置およびその製造方法について説明する。図２８〜図３３は、図２７に示したリードフレームを用いた樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す拡大した断面図である。
【０００８】
まず図２８に示すように、フレーム枠と、そのフレーム枠内に、半導体素子が載置される矩形状であって、ダウンセットされたダイパッド部１０２と、ダイパッド部１０２の角部をその先端部で支持し、端部がフレーム枠と接続した吊りリード部と、半導体素子を載置した場合、その載置した半導体素子と金属細線等の接続手段により電気的に接続するビーム状のリード部１０４とを有したリードフレームを用意する。
【０００９】
そして図２９に示すように、ダイパッド部１０２上に半導体素子１０６として、第１の半導体素子１０６ａを銀ペースト等の接着剤１０７により接着して搭載する。そして第１の半導体素子１０６ａ上に第２の半導体素子１０６ｂを銀ペースト等の接着剤１０７により接着して積層搭載する。
【００１０】
次に図３０に示すように、ダイパッド部１０２上に搭載された第１、第２の半導体素子１０６ａ，１０６ｂの表面の電極パッド（図示せず）とリード部１０４のインナーリード部１０４ａとを金属細線１０８によりそれぞれ電気的に接続する。
【００１１】
次に図３１に示すように、半導体素子を搭載、ワイヤー接続したリードフレームを封止金型内に載置し、トランスファーモールドによってエポキシ系樹脂よりなる封止樹脂１０９を注入し、リードフレームの外囲としてダイパッド部１０２、半導体素子１０６ａ，１０６ｂ、リード部１０４のインナーリード部１０４ａと金属細線１０８の接続領域を封止する。ここではダイパッド部１０２の下面が封止樹脂１０９の底面に露出するように封止する。
【００１２】
次に図３２に示すように、リード部１０４の切断箇所に対して、金型による切断刃でリードカット、リードベンディングを行い、リード成形する。
【００１３】
そして図３３に示すようなリードフレームのダイパッド部１０２上に第１の半導体素子１０６ａが接着剤１０７により搭載され、そして第１の半導体素子１０６ａの上に接着剤１０７により第２の半導体素子１０６ｂが搭載され、その半導体素子１０６ａ，１０６ｂとリード部１０４のインナーリード部１０４ａとが金属細線１０８によりそれぞれ電気的に接続され、外囲が封止樹脂１０９により封止され、そして封止樹脂１０９の側面からはアウターリード部１０４ｂが露出した樹脂封止型半導体装置であって、ダイパッド部１０２の下面が封止樹脂１０９の底面から露出した構造の樹脂封止型半導体装置（ＱＦＰ）を得る。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の樹脂封止型半導体装置においては、ダイパッド部の下面を封止樹脂から露出させ、薄型化、放熱性は実現するものの、以下のような課題があった。
【００１５】
第１に、第１の半導体素子上に搭載する第２の半導体素子は必ずその外径寸法が第１の半導体素子より小さいという制約が必要であった。
【００１６】
第２に、具体的には第１の半導体素子の電極の金属細線による接続可能なキャピラリー等のエリヤを確保する分だけ余分に小さいことが要求される制限、第１，第２の半導体素子の電極位置の金属細線接続上の位置制限、および搭載位置のバラツキによる第１，第２の半導体素子の電極を接続する金属細線同士のタッチによる不良、第２の半導体素子の接着剤の塗布はみ出しバラツキによる電極への悪影響を及ぼさない寸法の確保による制限が必要であった。
【００１７】
第３に、寸法の小さな第２の半導体素子の電極とインナーリード部との接続位置は第１の半導体素子の金属細線の影響を受けない位置にするため、金属細線の長さが長くなり、封止樹脂の注入によるいわゆるワイヤー流れによるタッチ不良が多くなる。このため第２の半導体素子は小さな寸法の搭載制限が生じる。
【００１８】
第４に、ダイパッド部上に搭載する第１の半導体素子上に搭載する第２の半導体素子の接着剤の吸水による耐パッケージクラック性の低下が顕著になる。
【００１９】
第５に、図３３の断面図に示すように、ダイパッド部１０２はインナーリード先端位置より小型にする制限がリードフレームの加工上あり、ダイパッド部１０２に搭載する半導体素子１０６ａ，１０６ｂのサイズの制約が生じ、大型素子の搭載ができず、大型素子を搭載した小型パッケージの実現はできないという課題があった。
【００２０】
第６に、封止樹脂１０９の応力および実装後の応力により半導体素子１０６ａ，１０６ｂが悪影響を受けたり、封止樹脂１０９にクラックが発生するという課題もあった。
【００２１】
第７に、ダイパッド部１０２の上面および側面には、封止樹脂１０９が存在するものの、ダイパッド部１０２の裏面側には、封止樹脂１０９が存在しない。そのために、半導体素子１０６ａ，１０６ｂの下面を接着する接着剤１０７に水分が吸水し、実装時の高温で気化膨張により、ダイパッド部１０２および半導体素子１０６ａ，１０６ｂに対する封止樹脂の保持力が低下して、信頼性が悪化するという課題（ポップコーンクラック）があった。
【００２２】
第８に、特に第１の半導体素子１０６ａを接着剤１０７でダイパッド部１０２の上面に接続すると、熱膨張率の差によって、ダイパッド部１０２が反りを生じ樹脂封止時にダイパッド部１０２の裏面上に封止樹脂の一部がはみ出し、いわゆる樹脂バリが発生するという課題があった。
【００２３】
第９に、実装基板とダイパッド部との接合において、ダイパッド部１０２の裏面上に封止樹脂の一部がはみ出していわゆる樹脂バリが介在すると、実装基板の接続部との接触が不十分となり、放熱特性などの所望の特性を十分発揮できない恐れがある。一方、この樹脂バリはウォータージェットなどの利用によって除去できるが、かかる処理は煩雑な手間を要し、しかも、ウォータージェット工程によってリード表面のメッキ層が剥がれ、また不純物が付着することから、樹脂封止工程後に樹脂封止から露出している部分にメッキを施すことが必要となり、作業能率の低下、信頼性の悪化を招く恐れもあった。
【００２４】
本発明は、以上の諸点に鑑みなされたものであって、その代表的な目的は下記の通りである。
【００２５】
本発明の第１の目的は、複数の素子を搭載するパッケージにおいて、第１の半導体素子を搭載する搭載部材と第２の半導体素子を搭載する搭載部材とを分離することにより、第２の半導体素子の搭載制限を大幅に緩和して大きな半導体素子の搭載を可能にし、半導体素子の搭載自由度の高い樹脂封止型半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【００２６】
本発明の第２の目的は、第１の半導体素子を搭載する搭載部材と第２の半導体素子を搭載する搭載部材とを分離することにより、第１の半導体素子の主面と第２の半導体素子の底面とに封止樹脂の充填を可能にして、信頼性の高い樹脂封止型半導体装置およびその製造に適したリードフレームを提供することにある。
【００２７】
本発明の第３の目的は、第１の半導体素子を搭載する搭載部材と第２の半導体素子を搭載する搭載部材とを分離し、第１の搭載部材（放熱部材）の下面を封止樹脂から露出させた場合における樹脂バリの発生を防止することにより、放熱特性のよい樹脂封止型半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【００２８】
さらに、本発明の第４の目的は、第２の搭載部材をインナーリード部より上部に配することにより、第２の半導体素子をインナーリード部より上部に配することができ、信頼性の高い大きな半導体素子を搭載する小型の樹脂封止型半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【００２９】
さらに、本発明の第５の目的は、搭載部材を吊りリード部に配することにより、放熱部材の下面を封止樹脂から露出させた場合における樹脂バリのない信頼性の高い樹脂封止型半導体装置およびその製造方法と、その製造に適したリードフレームを提供することにある。
【００３０】
本発明の第６の目的は、第１の半導体素子を搭載する第１の搭載部材と第２の半導体素子を搭載する第２の搭載部材とを分離することにより、第１の搭載部材（放熱部材）上に複数個の半導体素子の搭載を可能にして信頼性のある樹脂封止型半導体装置およびその製造に適したリードフレームを提供することにある。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために本発明のリードフレームとそれを用いた樹脂封止型半導体装置およびその製造方法は以下のような構成を有している。
【００３２】
すなわち本発明のリードフレームは、フレーム枠と、前記フレーム枠の開口領域に設けられた第１の半導体素子を支持する第１の支持部と、前記第１の支持部にその先端が対向し、末端が前記フレーム枠に接続した複数のリード部と、前記第１の支持部をその先端部で支持し、末端部が前記フレーム枠と接続した吊りリード部と、前記吊りリード部に設けられた第２の半導体素子を支持する第２の支持部とを有し、前記第２の支持部は前記第１の支持部の上方に配置され、前記第１の支持部の下面と前記リード部の下面とは同一面に配置されているリードフレームである。
【００３４】
本発明の樹脂封止型半導体装置は、第１の半導体素子を支持する第１の支持部と、前記第１の支持部にその先端が対向した複数のリード部と、前記第１の半導体素子の電極と前記リード部とを電気的に接続した金属細線と、前記第１の支持部をその先端部で支持した吊りリード部と、前記吊りリード部に設けられた第２の半導体素子を支持する第２の支持部と、前記第２の半導体素子の電極と前記リード部とを電気的に接続する金属細線と、少なくとも前記第１の半導体素子、前記第２の半導体素子および前記金属細線を封止した封止樹脂を有し、前記第２の支持部は前記第１の支持部の上方に配置され、前記第１の支持部の下面と前記リード部の下面とは同一面に配置されている樹脂封止型半導体装置である。
【００３５】
本発明の樹脂封止型半導体装置の製造方法は、フレーム枠と、前記フレーム枠の開口領域に設けられた第１の半導体素子を支持する第１の支持部と、前記第１の支持部にその先端が対向し、末端が前記フレーム枠に接続した複数のリード部と、前記第１の支持部をその先端部で支持し、末端部が前記フレーム枠と接続した吊りリード部と、前記吊りリード部に設けられた第２の半導体素子を支持する第２の支持部とを有し、前記第２の支持部は前記第１の支持部の上方に配置されているリードフレームを用意する工程と、前記第１の支持部上に第１の半導体素子を搭載する工程と、前記第１の半導体素子と前記複数のリード部の一部のリード部とを金属細線で接続する工程と、前記吊りリード部の第２の支持部上に第２の半導体素子を搭載する工程と、前記第２の半導体素子と前記複数のリード部の一部のリード部とを金属細線で接続する工程と、少なくとも前記第１の半導体素子、第２の半導体素子、金属細線、第１の支持部の上面、第２の支持部、リード部の上面を封止樹脂により封止する工程と、前記複数のリード部の封止樹脂から突出した部分を切断してリード成形する工程とよりなる樹脂封止型半導体装置の製造方法である。
【００３６】
また、少なくとも第１の半導体素子、第２の半導体素子、金属細線、第１の支持部の上面、第２の支持部、リード部の上面を封止樹脂により封止する工程では、少なくとも前記複数のリード部の底面と前記第１の支持部の底面に封止シートを密着させた状態で封止する樹脂封止型半導体装置の製造方法である。
【００３７】
前記構成の通り、第１の半導体素子と第２の半導体素子を搭載する搭載部を分離したため、第１の半導体素子上に第２の半導体素子を搭載しないために第１の半導体素子の電極の金属細線による接続可能なエリヤを確保する分だけ余分に小さいことが要求される制限、第１，第２の半導体素子の電極位置の金属細線接続上の位置制限、および搭載位置のバラツキによる第１，第２の半導体素子電極を接続する金属細線同士のタッチによる不良、第２の半導体素子の接着剤の塗布はみ出しバラツキによる電極への悪影響を及ぼさない寸法の確保による制限を必要としなくなった。
【００３８】
また、第１の半導体素子と第２の半導体素子の間に封止樹脂を存在させることが可能となり、熱および水分に対する封止樹脂の保持力の高い樹脂封止型半導体装置が得られる。また、小さな第１の半導体素子と大きな第２の半導体素子を搭載可能にするため搭載範囲の拡大により大型の半導体素子を搭載した高密度な半導体装置を実現できるものである。
【００３９】
また、第２の半導体素子の電極とインナーリードの接続位置を第１の半導体素子の電極とインナーリードの接続位置より外側に配することができるためワイヤー流れによるタッチ不良が少なくなり安定した生産が可能になった。
【００４０】
また、第１の半導体素子を搭載する放熱板は上面および側面には、封止樹脂が存在するものの裏面側には封止樹脂が存在しない。封止樹脂の応力および実装後の応力により悪影響を受け近傍の封止樹脂にクラックが発生する問題があるが、小さな半導体素子を選択して搭載できるため応力が少なくでき、水分が吸水し、実装時の高温で気化膨張により封止樹脂の保持力が低下して、信頼性が悪化するという問題（ポップコーンクラック）が少なくでき信頼性が向上した。
【００４１】
また、実装基板と放熱部材との接合において、放熱板の裏面上に封止樹脂の一部がはみ出していわゆる樹脂バリが介在すると、実装基板の接続部との接触が不十分となり、放熱特性などの所望の特性を十分発揮できない恐れがあるが、リードフレームの底面の外部端子部、放熱部材の下面に対して封止シートを密着させ樹脂バリを防止して解決できるものである。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のリードフレームとそれを用いた樹脂封止型半導体装置およびその製造方法について、その一実施形態を図面を参照しながら説明する。
【００４３】
まず本発明の第１の実施形態のリードフレームとそれを用いた樹脂封止型半導体装置およびその製造方法について説明する。
【００４４】
図１は本実施形態のリードフレームを示す図であり、図１（ａ）は平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ１箇所の断面図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）のＣ−Ｃ１箇所の断面図である。
【００４５】
図１に示すように、本実施形態のリードフレームは、銅（Ｃｕ）材よりなるフレーム枠１と、そのフレーム枠１の開口領域に設けられた第１の半導体素子を支持する放熱部材２と、放熱部材２をその先端部で支持し、末端部でフレーム枠１と接続した吊りリード部３と、放熱部材２にその先端が対向し、末端がフレーム枠１に接続した複数の信号接続用のリード部４と、放熱部材２の各角部に設けられた第１の半導体素子を支持する第１の支持部５と、放熱部材２を支持した吊りリード部３に第２の半導体素子を支持する第２の支持部６を有したリードフレームであり、吊りリード部３は第２の支持部６をリード部４よりも上方に配置するためにアップセット部Ｕ（屈曲）を有し、また放熱部材２をリード部４と同等の高さに配置するために吊りリード部３にダウンセット部Ｄを有しているものである。またリード部４はインナーリード部４ａとアウターリード部４ｂとにより構成されている。なおインナーリード部４ａの表面には図示しないが銀（Ａｇ）メッキが施されている。また、リードフレーム全面にパラジウム（Ｐｄ）メッキをしてもよい。
【００４６】
本実施形態のリードフレームでは、半導体素子を支持する部分である各支持部は吊りリード部３と放熱部材２上に形成されており、放熱部材２の上面は第１の支持部５を除いてエッチングあるいはプレス加工で凹部を有し、第１の支持部５以外は、樹脂封止により封止樹脂を介在させることができる。樹脂封止した際は、第１の半導体素子の上面と第２の半導体素子の底面とには封止樹脂を介在させることができ、封止樹脂の保持力の高い樹脂封止型半導体装置を実現できるものである。そして第２の半導体素子を支持する第２の支持部６を封止樹脂より露出させない構造にすることができるため、封止樹脂との密着性が増大することになり、境界からの水分や湿気の侵入を抑制できるものである。
【００４７】
また、第２の半導体素子を支持する第２の支持部６は吊りリード部３上にあり、インナーリード部４ａの先端位置より大きな第２の半導体素子を搭載することができ小型の樹脂封止型半導体装置を提供できる。
【００４８】
また、吊りリード部３のダウンセット部Ｄの量を調整することにより、半導体装置の底面より露出する構造として後述する封止シートを使用した樹脂ばりのない製造方法に適したリードフレームである。
【００４９】
なお、第２の支持部６の形状は、本実施形態では角形としているが、形状、位置、面積については搭載する半導体素子の底面積等により設定することができる。また、末端がフレーム枠１に接続した複数の信号接続用のリード部４のインナーリード部４ａの先端は、搭載する半導体素子の電極との金属細線による接続位置によりその長さを設定する。例えば、第１の半導体素子と接続するインナーリード部４ａの先端と第２の半導体素子と接続するインナーリード部４ａの先端位置を別に設定することにより、第１の半導体素子の電極とインナーリード部４ａとを接続する金属細線の長さを短くできる。
【００５０】
また、第２の半導体素子の下部に第１の半導体素子のインナーリード部４ａの先端位置を設定することにより、第１の半導体素子の電極とインナーリード部４ａを接続する金属細線の長さを短くできる。そして信号接続用のリード部４の下面は外部端子部を構成するので、実装基板との接続点となる。先端部が長い場合には段差加工がされ、外部端子部は所望する長さとなり、上面が金属細線の接続点になる。
【００５１】
なお、本実施形態のリードフレームは図１で示した構成よりなるリードフレームパターンが１つではなく複数個、左右、上下の連続した配列になっているものである。
【００５２】
次に本実施形態の樹脂封止型半導体装置およびその製造方法について説明する。
【００５３】
図２〜図９は、図１に示したリードフレームを用いた樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す工程ごとの断面図である。
【００５４】
まず図２に示すようにフレーム枠と、そのフレーム枠の開口領域に設けられ、第１の半導体素子を支持する第１の支持部５を突出して有した放熱部材２と、その放熱部材２をその先端部で支持し、末端部でフレーム枠と接続した吊りリード部と、放熱部材２にその先端が対向してインナーリード部４ａを構成し、末端がフレーム枠に接続した複数のリード部４と、第２の半導体素子を支持する第２の支持部６を吊りリード部に有したリードフレームを用意する。なお便宜上、図中、第１の支持部５と第２の支持部６とを同一断面に表している。
【００５５】
そして図３に示すように、放熱部材２の上面に突出して設けられた第１の支持部５上に第１の半導体素子７ａを銀ペースト等の接着剤８により接着して搭載する。
【００５６】
次に図４に示すように、放熱部材２の第１の支持部５上に搭載された第１の半導体素子７ａの表面の電極パッド（図示せず）とリード部４のインナーリード部４ａとを金属細線９により電気的に接続する。
【００５７】
そして図５に示すように、吊りリード部に設けられた第２の支持部６上に第２の半導体素子７ｂを銀ペースト等の接着剤８により接着して搭載する。
【００５８】
次に図６に示すように、吊りリード部の上方に設けられた第２の支持部６上に搭載された第２の半導体素子７ｂの表面の電極パッド（図示せず）とリード部４のインナーリード部４ａとを金属細線９により電気的に接続する。
【００５９】
次に図７に示すように、封止シート１０を付設した封止金型に半導体素子７ａ，７ｂを搭載したリードフレームを載置して、少なくともリード部４の底面の外部端子部１１、放熱部材２の裏面に対して封止シート１０を密着させる。
【００６０】
次に図８に示すように、封止金型内にトランスファーモールドによってエポキシ系樹脂よりなる封止樹脂１２を注入し、リードフレームの外囲として半導体素子７ａ，７ｂを含む上面領域を樹脂封止する。すなわち、第１，第２の半導体素子７ａ，７ｂ、リード部４のインナーリード部４ａと金属細線９の接続領域を封止する。これにより第１，第２の半導体素子７ａ，７ｂ間にも封止樹脂１２が充填される。また、信号接続用のリード部４の上部にある溝部１３にも封止樹脂１２が充填され、底面露出のリード部４（外部端子）が封止樹脂１２より離脱するのを防止している。図示はしていないが外部端子部１１の上面にはつば部があり、同様の働きを有している。この場合、封止シートを用いて外部端子部１１、放熱部材の底面をマスクした状態で樹脂封止することができ、樹脂バリのないスタンドオフを有した樹脂底面となる。また、この樹脂封止により、放熱部材２の下面を放熱機能を有するように封止樹脂１２の底面に露出させ、また外部端子部１１面を露出させる。
【００６１】
次に図９に示すように、樹脂封止後は、封止シートをピールオフによりリード部４、放熱部材２等の底面から除去する。そしてリード部４の切断箇所に対して、金型による切断刃でリードカットを行い、リードフレームの放熱部材２の第１の支持部５上に第１の半導体素子７ａが接着剤８により搭載され、吊りリード部の第２の支持部６上に第２の半導体素子７ｂが接着剤８により搭載され、第１，第２の半導体素子７ａ，７ｂの電極とリード部４のインナーリード部４ａとが金属細線９により電気的に接続され、外囲が封止樹脂１２により封止され、そして封止樹脂１２の底面から外部端子部１１、放熱部材２の下面が露出した構造の樹脂封止型半導体装置を得る。アウターリード部４ｂは短く切断されて封止樹脂の側面と実質的に同一面となる。
【００６２】
本実施形態の樹脂封止型半導体装置は、図９に示した通り、電極パッドを有する第１の半導体素子７ａと、その第１の半導体素子７ａを接着剤８で接着する第１の支持部５を有した放熱部材２と、電極パッドを有する第２の半導体素子７ｂを接着剤８で接着する第２の支持部６と、放熱部材２にその先端部が対向し、末端が外部端子となる複数の信号接続用のリード部４と、第１、第２の半導体素子７ａ，７ｂの電極パッドとリード部４とを電気的に接続した金属細線９と、半導体素子７ａ，７ｂ、リード部４および金属細線９を封止した封止樹脂１２とを備え、放熱部材２、外部端子部１１の下面は封止樹脂１２より露出している樹脂封止型半導体装置で外部端子部１１が実装時の接続点になる。
【００６３】
本実施形態の樹脂封止型半導体装置において、リード部４より上部にアップセットされた吊りリード部に設けた第２の支持部６と吊りリード部に保持された放熱部２にある第１の支持部５は、リードフレームの加工により寸法を決定するため第１，第２の半導体素子７ａ，７ｂの間隔が保たれ、封止樹脂１２による位置のシフトによる金属細線９のショート、封止樹脂１２の充填不良等が少ない。また、第１，第２の半導体素子７ａ，７ｂ間に封止樹脂１２が存在し、吸水性の高い接着剤を少なくする接着法のため、接着剤による影響が少なく封止樹脂１２の保持力によるパッケージクラックの発生が少ない信頼性の高い樹脂封止型半導体装置である。また、リード部４より上部にアップセットされた吊りリード部に設けた第２の支持部６にインナーリード部４ａに覆い被さるような大きな外形の半導体素子を搭載することができ、第２の半導体素子７ｂとリード部４とを接続する金属細線９の長さを短くでき、小型の樹脂封止型半導体装置を提供できる。
【００６４】
また、第１の半導体素子７ａとリード部４とを接続する金属細線９の位置を第２の半導体素子７ｂとリード部４とを接続する位置より内側にすることができるため、金属細線９自体の長さを短くでき、搭載する半導体素子の大きさの制限や電極パッドの位置、金属細線のループ形状の制約が少なくなる。
【００６５】
また、第２の半導体素子７ｂを支持する第２の支持部６は封止樹脂１２より露出させない構造であるため、封止樹脂１２との密着性が増大することになり、境界からの水分や湿気の侵入が抑制される。第１の半導体素子７ａを搭載する放熱部材２と第１の半導体素子７ａとの底面の間にも封止樹脂１２を充填できるため、パッケージクラックの発生等を防止して耐湿性が向上するものである。
【００６６】
従来、発熱の多い半導体素子であっても大型の半導体素子の上に搭載しなければならないことが多かったが、本実施形態の構造では、第１の半導体素子７ａとして、バイポーラ等の発熱の多い小型の半導体素子を搭載できるため、効率よく実装基板に熱を逃がすことができる。また、第１の半導体素子７ａを支持する第１の支持部５は第１の半導体素子７ａより小型にすることができ、放熱部材２の熱による反りを少なくして放熱部材２に樹脂バリの発生を少なくでき、対パッケージクラック性が向上し、また、封止シートを使用しなくてもよい場合もある。また、リードフレームの加工上の制限と素子上のパッド数等を考慮し、インナーリードの位置を金属細線の接続位置に適した配置にすることにより生産性、品質が向上できる。
【００６７】
次に本発明の第２の実施形態のリードフレームとそれを用いた樹脂封止型半導体装置およびその製造方法について説明する。
【００６８】
図１０は本実施形態のリードフレームを示す図であり、図１０（ａ）は平面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＤ−Ｄ１箇所の断面図、図１０（ｃ）は図１０（ａ）のＥ−Ｅ１箇所の断面図である。
【００６９】
図１０に示すように、本実施形態のリードフレームは、銅（Ｃｕ）材よりなるフレーム枠１と、そのフレーム枠１の開口領域に設けられた第１の半導体素子を支持する第１の支持部５と、その第１の支持部５をその先端部で支持し、末端部でフレーム枠１と接続した吊りリード部３と、第１の支持部５にその先端が対向し、末端がフレーム枠１に接続した複数の信号接続用のリード部４と、第１の支持部５の各辺に接続した吊りリード部３に第２の半導体素子を支持する第２の支持部６を有したリードフレームであり、第２の支持部６をリード部４よりも上方に配置するためにアップセット部Ｕ、第１の支持部５をリード部４より高い位置に配置するために吊りリード部３にダウンセット部Ｄとを有しているものである。
【００７０】
また、第２の半導体素子を支持する第２の支持部６は、吊りリード部３上にありインナーリード部４ａの先端位置に覆い被さるような大きな外形の第２の半導体素子を搭載することができる。
【００７１】
また、リード部４はインナーリード部４ａとアウターリード部４ｂとにより構成されている。インナーリード部４ａの表面には図示しないが銀メッキが施されている。また、リードフレーム全面にパラジウム（Ｐｄ）メッキをしてもよい。
【００７２】
本実施形態のリードフレームでは、第２の半導体素子を支持する部分である第２の支持部６は吊りリード部３上に形成され、樹脂封止した際は、第１の半導体素子の底面と第２の半導体素子の底面とに封止樹脂を介在させることができ、封止樹脂の保持力の高い樹脂封止型半導体装置を実現できるものである。そして第１，第２の半導体素子を支持する支持部を封止樹脂より露出させない構造にすることができるため、封止樹脂との密着性が増大することになり、境界からの水分や湿気の侵入を抑制できるものである。
【００７３】
また、第２の半導体素子の下部に第１の半導体素子のインナーリード部４ａの先端位置を設定することにより、第１の半導体素子の電極とインナーリード部４ａとを接続する金属細線の長さを短くできる。またリード部４の下面は外部端子部を構成し、実装基板との接続点となる。そして先端部には段差加工がされ外部端子部は所望する長さとなり、上面のインナーリード部４ａが第２の半導体素子の電極の接続点となり、段差部が第２の半導体素子の電極の金属細線の接続点になる。
【００７４】
また、本実施形態のリードフレームは図１０で示した構成よりなるリードフレームパターンが１つではなく複数個、左右、上下の連続した配列になっているものである。
【００７５】
次に本実施形態の樹脂封止型半導体装置およびその製造方法について説明する。
【００７６】
図１１〜図１７は、図１０に示したリードフレームを用いた樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す工程ごとの断面図である。
【００７７】
まず図１１に示すようにフレーム枠と、そのフレーム枠の開口領域に設けられた第１の半導体素子を支持する第１の支持部５と、その第１の支持部５をその先端部で支持し、末端部でフレーム枠と接続した吊りリード部と、第１の支持部５にその先端が対向し、末端がフレーム枠に接続した複数のリード部４と、第１の支持部５の上方に位置し、第２の半導体素子を支持する第２の支持部６を吊りリード部に有したリードフレームを用意する。
【００７８】
そして図１２に示すように、用意した第１の支持部５の下面側に第１の半導体素子７ａを銀ペースト等の接着剤８により接着して搭載する。
【００７９】
次に図１３に示すように、第１の支持部５の下面に搭載した第１の半導体素子７ａの表面の電極パッド（図示せず）とリード部４のインナーリード部４ａの下面とを金属細線９により電気的に接続する。
【００８０】
そして図１４に示すように、吊りリード部の上面に設けられた第２の支持部６の上面に第２の半導体素子７ｂを銀ペースト等の接着剤８により接着して搭載する。
【００８１】
次に図１５に示すように、吊りリード部の上面に設けられた第２の支持部６上面に搭載された第２の半導体素子７ｂの表面の電極パッド（図示せず）とリード部４のインナーリード部４ａとを金属細線９により電気的に接続する。
【００８２】
次に図１６に示すように、半導体素子を搭載し、金属細線で電気的に接続したリードフレームを封止金型内に載置し、トランスファーモールドによってエポキシ系樹脂よりなる封止樹脂１２を注入し、リードフレームの外囲として第１，第２の半導体素子７ａ，７ｂ、リード部４のインナーリード部４ａと金属細線９の接続領域を封止する。これにより第１，第２の半導体素子７ａ，７ｂ間にも封止樹脂１２が充填される。
【００８３】
次に図１７に示すように、リード部４の所望の切断箇所に対して、金型による切断刃でリードカットを行い、リードフレームの第１の支持部５下面に第１の半導体素子７ａが接着剤８により搭載され、吊りリード部の第２の支持部６上に第２の半導体素子７ｂが接着剤８により搭載され、第１，第２の半導体素子７ａ，７ｂの電極とリード部４のインナーリード部４ａとが金属細線９によりそれぞれ電気的に接続され、外囲が封止樹脂１２により封止され、そして封止樹脂１２の底面からはリード部４の底面が外部端子部１１として露出した樹脂封止型半導体装置を得る。
【００８４】
本実施形態の樹脂封止型半導体装置は、図１７に示すように、電極パッドを有する第１の半導体素子７ａと、その第１の半導体素子７ａを接着剤８で接着する第１の支持部５と、電極パッドを有する第２の半導体素子７ｂを接着剤８で接着する第２の支持部６と、第１の支持部５にその先端が対向し、末端が外部端子となる複数の信号接続用のリード部４と、第１，第２の半導体素子７ａ，７ｂの電極パッドとリード部４とを電気的に接続した金属細線９と、第１，第２の半導体素子７ａ，７ｂ、リード部４および金属細線９等を封止した封止樹脂１２とを備えた樹脂封止型半導体装置であって、底面からは外部端子部１１が露出して実装時の接続点になるものである。
【００８５】
リード部４より上部にアップセットされた吊りリード部に設けた第２の支持部６と吊りリード部に支持された第１の支持部５とはリードフレームの加工により寸法を決定するため、第１、第２の半導体素子７ａ，７ｂの間隔が保たれ、封止樹脂１２による位置のシフトによる金属細線９のショート、封止樹脂１２の充填不良等が少ない。さらに第１，第２の半導体素子７ａ，７ｂ間に封止樹脂１２が存在し、吸水性の高い接着剤による影響が少なく封止樹脂１２の保持力によるパッケージクラックの発生の少ない信頼性の高い樹脂封止型半導体装置である。
【００８６】
また、リード部４より上部にアップセットされた吊りリード部に設けた第２の支持部６にリード先端部に覆い被さるような大きな外形の半導体素子を搭載することができ、第２の半導体素子７ｂとリード部４とを接続する金属細線９の長さを短くでき、小型の半導体装置を提供できる。
【００８７】
また、第１の半導体素子７ａとリード部４とを接続する金属細線９の位置は信号接続用のリード部４の薄く加工された裏面に接続するため、第２の半導体素子７ｂとリード部４とを接続する位置に影響しないため、搭載する半導体素子の大きさの制限やパッド位置、金属細線のループ形状の制約が少なくなる。また、第２の半導体素子７ｂの大きさにより、接続位置はリード部４の上面の溝部と溝部との間でなくてもよく、金属細線９の長さを考慮して薄く加工したインナーリード部でもよい。
【００８８】
また、第１の半導体素子７ａを支持する第１の支持部５、第２の半導体素子７ｂを支持する第２の支持部６は、ともに封止樹脂１２より露出させない構造であるため、封止樹脂１２との密着性が増大することになり、境界からの水分や湿気の侵入が抑制されるためパッケージクラックの発生等を防止して耐湿性が向上するものである。また、リードフレームの加工上の制限と素子上のパッド数等を考慮しインナーリードの位置を金属細線の接続位置に適した配置にすることにより生産性、品質を向上できる。
【００８９】
次に本発明の第３の実施形態のリードフレームとそれを用いた樹脂封止型半導体装置およびその製造方法について説明する。
【００９０】
図１８は本実施形態のリードフレームを示す図であり、図１８（ａ）は平面図であり、図１８（ｂ）は図１８（ａ）のＦ−Ｆ１箇所の断面図、図１８（ｃ）は図１８（ａ）のＧ−Ｇ１箇所の断面図である。
【００９１】
本実施形態のリードフレームは、銅（Ｃｕ）材よりなるフレーム枠１と、そのフレーム枠１の開口領域に設けられた第１，第２の半導体素子を支持する第１の支持部５を有する放熱部材２と、第１の支持部５をその先端部で支持し、末端部でフレーム枠１と接続した吊りリード部３と、第１の支持部５にその先端が対向し、末端がフレーム枠１に接続した複数の信号接続用のリード部４と、第１の支持部５の各辺に設けられた吊りリード部３に第３の半導体素子を支持する第２の支持部６を有したリードフレームであり、第１の支持部５を有する放熱部材２をリード部４とほぼ同等の位置に配置するために吊りリード部３にダウンセット部Ｄと、第２の支持部６をリード部４よりも上方に配置するためにアップセット部Ｕを有しているものである。また放熱部材２に切り欠きを有し、第１の半導体素子と第２の半導体素子を平面的に搭載するための領域分割がされており、応力緩和される構造となっている。なお、リード部４はインナーリード部４ａとアウターリード部４ｂにより構成されている。
【００９２】
本実施形態のリードフレームでは、半導体素子を支持する部分である第２の支持部６は吊りリード部３上に形成され、樹脂封止した際は、第１、第２の半導体素子の上面と第３の半導体素子の底面とには封止樹脂を介在させることができ、封止樹脂の保持力の高い樹脂封止型半導体装置を実現できるものである。そして半導体素子を支持する放熱部材２を封止樹脂の底面より露出させる構造にすることができる。
【００９３】
また、吊りリード部３のダウンセット部量を調整することにより半導体装置の底面より樹脂バリがなく露出した構造に使用できるリードフレームである。また、本実施形態のリードフレームは図１８で示した構成よりなるリードフレームパターンが１つではなく複数個、左右、上下の連続した配列になっているものである。
【００９４】
次に本実施形態の樹脂封止型半導体装置およびその製造方法について説明する。図１９〜図２５は本実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す工程ごとの断面図である。
【００９５】
まず図１９に示すように、フレーム枠と、そのフレーム枠の開口領域に設けられた第１，第２の半導体素子を支持する第１の支持部５を有する放熱部材２と、その放熱部材２をその先端部で支持し、末端部でフレーム枠と接続した吊りリード部と、第１の支持部５にその先端が対向し、末端がフレーム枠に接続した複数のリード部４と、第３の半導体素子を支持する第２の支持部６を吊りリード部に有したリードフレームを用意する。
【００９６】
そして図２０に示すように、第１の支持部５上に第１，第２の半導体素子７ａ，７ｂを銀ペースト等の接着剤８によりそれぞれ接着して搭載する。
【００９７】
次に図２１に示すように、搭載された第１，第２の半導体素子７ａ，７ｂの表面の電極パッド（図示せず）とリード部４のインナーリード部４ａとを金属細線９により電気的に接続する。
【００９８】
そして図２２に示すように、吊りリード部の上面に設けられた第２の支持部６上に第３の半導体素子７ｃを銀ペースト等の接着剤８により接着して搭載する。
【００９９】
次に図２３に示すように、吊りリード部上の第２の支持部６上に搭載された第３の半導体素子７ｃの表面の電極パッド（図示せず）とリード部４のインナーリード部４ａとを金属細線９により電気的に接続する。
【０１００】
次に図２４に示すように、リードフレームを封止金型内に載置し、トランスファーモールドによってエポキシ系樹脂よりなる封止樹脂１２を注入し、リードフレームの外囲として支持部５，６、第１，第２，第３の半導体素子７ａ，７ｂ，７ｃ、リード部４のインナーリード部４ａと金属細線９の接続領域を封止する。
【０１０１】
次に図２５に示すように、リード部４の切断箇所に対して、金型による切断刃でリードカットを行い、支持部５上に第１，第２の半導体素子７ａ，７ｂが接着剤８により搭載され、吊りリード部の第２の支持部６上に第３の半導体素子７ｃが接着剤８により搭載され、各半導体素子の電極とインナーリード部４ａとが金属細線９により電気的に接続され、外囲が封止樹脂１２により封止され、そして封止樹脂１２の底面からは外部端子部１１、放熱部材２が露出した構造の樹脂封止型半導体装置を得る。
【０１０２】
本実施形態の樹脂封止型半導体装置は、図２６の透視平面図に示すように、電極パッドを有する第１，第２の半導体素子７ａ，７ｂと、半導体素子を接着剤８で接着する第１の支持部５を有する放熱部材２と、電極パッドを有する第３の半導体素子７ｃを接着剤８で接着する第２の支持部６と、第１の支持部５にその先端が対向し、底面が外部端子となる複数の信号接続用のリード部４と、各半導体素子の電極パッドとリード部４とを電気的に接続した金属細線９と、半導体素子７ａ，７ｂ，７ｃ、リード部４および金属細線９を封止した封止樹脂１２とを備え、放熱部材２の下面、外部端子部１１が封止樹脂１２の底面より露出して、外部端子部１１が実装時の接続点になる。
【０１０３】
なお、図２６において、第３の半導体素子７ｃは透明体として外形のみを表示し樹脂の外形位置までの内部透視図とした。また複数の信号接続用のリード部４はその数を減じて模式的に図示した。
【０１０４】
第３の半導体素子７ｃを支持する第２の支持部６を封止樹脂１２より露出させない構造であるため、封止樹脂１２との密着性が増大することになり、境界からの水分や湿気の侵入が抑制される。また前記した各実施形態と同様にパッケージクラックの発生の少ない信頼性の高い樹脂封止型半導体装置である。
【０１０５】
従来、平面的に配列するため困難であった半導体素子を多く搭載するリードフレームを使用した安価な半導体装置の供給が可能になり、本実施形態の他にも４個以上の半導体素子ほか受動部品の搭載も可能である。
【０１０６】
また、本実施形態の要旨を越えない限り種々の変形実施が可能であることは言うまでもない。例えば、上部に搭載する半導体素子上に新たに三段目の半導体素子を搭載して高密度化することも可能である。
【０１０７】
【発明の効果】
以上の通り、本発明のリードフレームを用いて樹脂封止型半導体装置を構成した場合には、第１の半導体素子の上面と第２の半導体素子の底面との間に封止樹脂を存在させることが可能となり、封止樹脂の保持力の高い樹脂封止型半導体装置が得られる。また、半導体素子を支持する支持部の下面を封止樹脂より露出させない構造にすることができるため、封止樹脂との密着性が増大することになり、境界からの水分や湿気の侵入が抑制される。よって耐湿性を向上させることができる。
【０１０８】
さらに第１の半導体素子より大きな第２の半導体素子を搭載できる構成により、従来の搭載制限を緩和して半導体素子を搭載することができ、大型素子を搭載した高密度半導体装置を実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態のリードフレームを示す図
【図２】本発明の第１の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図３】本発明の第１の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図４】本発明の第１の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図５】本発明の第１の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図６】本発明の第１の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図７】本発明の第１の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図８】本発明の第１の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図９】本発明の第１の実施形態の樹脂封止型半導体装置を示す断面図
【図１０】本発明の第２の実施形態のリードフレームを示す図
【図１１】本発明の第２の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図１２】本発明の第２の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図１３】本発明の第２の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図１４】本発明の第２の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図１５】本発明の第２の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図１６】本発明の第２の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図１７】本発明の第２の実施形態の樹脂封止型半導体装置を示す断面図
【図１８】本発明の第３の実施形態のリードフレームを示す図
【図１９】本発明の第３の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図２０】本発明の第３の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図２１】本発明の第３の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図２２】本発明の第３の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図２３】本発明の第３の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図２４】本発明の第３の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図２５】本発明の第３の実施形態の樹脂封止型半導体装置を示す断面図
【図２６】本発明の第３の実施形態の樹脂封止型半導体装置を示す図
【図２７】従来のリードフレームを示す図
【図２８】従来の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図２９】従来の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図３０】従来の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図３１】従来の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図３２】従来の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図３３】従来の樹脂封止型半導体装置を示す断面図
【符号の説明】
１ フレーム枠
２ 放熱部材
３ 吊りリード部
４ リード部
５ 第１の支持部
６ 第２の支持部
７ａ，７ｂ，７ｃ 第１〜第３の半導体素子
８ 接着剤
９ 金属細線
１０ 封止シート
１１ 外部端子部
１２ 封止樹脂
１３ 溝部
１０１ フレーム枠
１０２ ダイパッド部
１０３ 吊りリード部
１０４ リード部
１０５ ディプレス部
１０６ 半導体素子
１０７ 接着剤
１０８ 金属細線
１０９ 封止樹脂
Claims (4)
- フレーム枠と、前記フレーム枠の開口領域に設けられた第１の半導体素子を支持する第１の支持部と、前記第１の支持部にその先端が対向し、末端が前記フレーム枠に接続した複数のリード部と、前記第１の支持部をその先端部で支持し、末端部が前記フレーム枠と接続した吊りリード部と、前記吊りリード部に設けられた第２の半導体素子を支持する第２の支持部とを有し、前記第２の支持部は前記第１の支持部の上方に配置され、前記第１の支持部の下面と前記リード部の下面とは同一面に配置されていることを特徴とするリードフレーム。
- 第１の半導体素子を支持する第１の支持部と、前記第１の支持部にその先端が対向した複数のリード部と、前記第１の半導体素子の電極と前記リード部とを電気的に接続した金属細線と、前記第１の支持部をその先端部で支持した吊りリード部と、前記吊りリード部に設けられた第２の半導体素子を支持する第２の支持部と、前記第２の半導体素子の電極と前記リード部とを電気的に接続する金属細線と、少なくとも前記第１の半導体素子、前記第２の半導体素子および前記金属細線を封止した封止樹脂を有し、前記第２の支持部は前記第１の支持部の上方に配置され、前記第１の支持部の下面と前記リード部の下面とは同一面に配置されていることを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
- フレーム枠と、前記フレーム枠の開口領域に設けられた第１の半導体素子を支持する第１の支持部と、前記第１の支持部にその先端が対向し、末端が前記フレーム枠に接続した複数のリード部と、前記第１の支持部をその先端部で支持し、末端部が前記フレーム枠と接続した吊りリード部と、前記吊りリード部に設けられた第２の半導体素子を支持する第２の支持部とを有し、前記第２の支持部は前記第１の支持部の上方に配置されているリードフレームを用意する工程と、前記第１の支持部上に第１の半導体素子を搭載する工程と、前記第１の半導体素子と前記複数のリード部の一部のリード部とを金属細線で接続する工程と、前記吊りリード部の第２の支持部上に第２の半導体素子を搭載する工程と、前記第２の半導体素子と前記複数のリード部の一部のリード部とを金属細線で接続する工程と、少なくとも前記第１の半導体素子、第２の半導体素子、金属細線、第１の支持部の上面、第２の支持部、リード部の上面を封止樹脂により封止する工程と、前記複数のリード部の封止樹脂から突出した部分を切断してリード成形する工程とよりなることを特徴とする樹脂封止型半導体装置の製造方法。
- 少なくとも第１の半導体素子、第２の半導体素子、金属細線、第１の支持部の上面、第２の支持部、リード部の上面を封止樹脂により封止する工程では、少なくとも前記複数のリード部の底面と前記第１の支持部の底面に封止シートを密着させた状態で封止することを特徴とする請求項３に記載の樹脂封止型半導体装置の製造方法。
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| JP30215899A JP3541751B2 (ja) | 1999-10-25 | 1999-10-25 | リードフレームとそれを用いた樹脂封止型半導体装置およびその製造方法 |
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