JP3688760B2 - Resin package type semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

【０００１】
【技術分野】
本願発明は、樹脂パッケージ型半導体装置およびその製造方法に関し、とくに、金属放熱板が樹脂パッケージ内に組み込まれたタイプの樹脂パッケージ型半導体装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
たとえば、モータドライブ用パワーＩＣ、ある種のゲートアレイ、超ＬＳＩなど、駆動時に生じる発熱量が大きい樹脂パッケージ型半導体装置には、樹脂パッケージ内に金属放熱板を組み込み、放熱性能を高めたものがある。
【０００３】
図１５に、従来のこの種の樹脂パッケージ型半導体装置の構造例を示す。樹脂パッケージ１の両側面から延入する内部リード２の先端部下面には、絶縁性接着部材３を介して、金属放熱板４の上面周縁部が接続されている。半導体チップ５は、この金属放熱板４の上面中央に直接ボンディングされており、また半導体チップの上面のボンディングパッドと各内部リードとの間は、ワイヤボンディング６によって結線されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１５に示す構造の樹脂パッケージ型半導体装置は、発熱源である半導体チップ５が直接金属放熱板４にボンディングされているため、半導体チップ５で発生する熱が効果的に金属放熱板４に伝達されるという利点がある反面、次のような欠点がある。
【０００５】
第１に、製造における樹脂パッケージ１が形成される前の段階において、金属放熱板４がリードフレーム上に形成された内部リード２によってのみ支持されるため、とくにファインピッチ化が進められて内部リード２が微細化されている場合には、一定以上の重さの金属放熱板４を所定以上の剛性をもって支持することができない。そのため、金属放熱板４として、比較的軽いものを使用せざるをえず、その結果、製品としての樹脂パッケージ型半導体装置の放熱性能を所定以上に高めることができない。
【０００６】
第２に、製造におけるワイヤボンディング時にヒータブロックからの熱を受ける金属放熱板４に対して内部リード２が熱伝達性能の悪い絶縁性接着部材３を介して接続されているため、ヒータブロックからの熱が内部リード２に伝達されにくく、そのため、ヒータブロックからの熱の助けによって内部リード２の上面に熱圧着されるべきワイヤのセカンドボンディングが適正かつ効率的に行われない場合がある。
【０００７】
本願発明は、このような事情のもとで考えだされたものであって、樹脂パッケージ内に金属放熱板が組み込まれたタイプの半導体装置において、樹脂パッケージ内に組込むべき金属放熱板としてより重いものを採用して放熱性能を格段に高めることができるとともに、製造における半導体チップと内部リードとの間のワイヤボンディングをも適正確実に行うことができるようにすることをその課題とする。
【０００８】
【発明の開示】
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を採用した。
【０００９】
本願発明の第１の側面によれば、樹脂パッケージ型半導体装置が提供され、これは、半導体チップと、この半導体チップ上のボンディングパッドにワイヤを介して電気的に導通させられている複数本の内部リードと、上記半導体チップないし上記各内部リードを包み込む樹脂パッケージと、上記各内部リードに連続して上記樹脂パッケージの外部に延出する複数本の外部リードと、上記半導体チップから発生する熱を放熱するために上記樹脂パッケージに組み込まれた金属放熱板とを備える樹脂パッケージ型半導体装置であって、上記半導体チップは、ダイパッド上にボンディングされている一方、上記金属放熱板の上面は、上記ダイパッドの下面よりも面積が大きい平面形状とされており、上記金属放熱板は、その一部が上記ダイパッドの下面に重ねられるとともにその周縁部上面が各内部リードの先端部下面に対して上記樹脂パッケージによる樹脂のみが介在するように微小隙間を介して重なるように配置されており、かつ、上記ダイパッドに対し、その下面中央の限定された領域において接合されていることに特徴づけられる。
【００１０】
好ましい実施の形態に係る樹脂パッケージ型半導体装置においては、上記金属放熱板は、その下面が上記樹脂パッケージの底面に露出させられている。
【００１１】
また、他の好ましい実施の形態に係る樹脂パッケージ型半導体装置においては、上記ダイパッドに一体形成された放熱フィンが上記樹脂パッケージの外部に延出させられている。
【００１２】
上記構成を備える本願発明の樹脂パッケージ型半導体装置においては、金属放熱板は、ダイパッドの下面に接合されている。このダイパッドは、半導体チップを搭載するべき部位としてリードフレームに形成されるものであるから、金属放熱板を比較的大型で重いものとしても、樹脂パッケージが形成される前の段階において、この金属放熱板を所定の支持剛性をもってリードフレームに支持することができる。その結果、本願発明による半導体装置は、樹脂パッケージ内に組み込まれる金属放熱板を、図１５に示した従来のこの種の半導体装置に比較して大型のものとすることができ、しかも、ダイパッドと協働して、高い放熱性能を発揮することができる。
【００１３】
しかも、上記金属放熱板は、ダイパッドに対し、その下面中央の限定された領域において接合されているので、半導体チップの昇温時、ダイパッドと金属放熱板との間に生じる熱応力を低減することができ、半導体チップが昇温、冷却を繰り返しても、ダイパッドないし金属放熱板あるいはこれらの間の接合部が熱応力によって破損するといった事態を回避し、結果的にこの種の半導体装置の長寿命化を図ることができる。
【００１４】
さらに、上記のように大型で重い金属放熱板を組込むことができることから、この金属放熱板の厚みを増して、その下面が樹脂パッケージの下面に露出するようにもできる。そうすると、金属放熱板が直接外気または外物に触れることができるから、製品半導体装置の放熱性能をさらに高めることががきる。
【００１５】
また、ダイパッドに一体形成した放熱フィンを樹脂パッケージの外部に延出させられる場合には、さらに放熱性能が高められる。
【００１６】
本願発明の第２の側面によれば、樹脂パッケージ型半導体装置の製造方法が提供され、この方法は、ダイパッドと、このダイパッドの周辺に先端部が配置された内部リードとを備えるリードフレームにおける上記ダイパッドの下面中央の限定された領域に、上面が上記ダイパッドの下面よりも面積が大きい平面形状とされ、かつ、周縁部上面が上記各内部リードの先端部下面に微小隙間を介して重なる金属放熱板を接合するステップ、上記ダイパッドの上面に半導体チップをボンディングするステップ、上記半導体チップの上面のボンディングパッドとこれに対応する内部リードとの間をワイヤボンディングによって結線するステップ、上記ダイパッド、半導体チップ、金属放熱板、ないしワイヤボンディング部を包み込む樹脂パッケージを形成するステップ、を含み、上記ダイパッドの下面中央の限定された領域に上記金属放熱板を接合するステップは、上記金属放熱板を支持台上に支持した状態において、上記ダイパッドの上面中央の限定された領域に当接してこのダイパッドを上記金属放熱板に向けて押圧するツールに超音波振動を付与することにより行うとともに、上記ワイヤボンディングによって結線するステップは、上記内部リードを金属放熱板の上面に接触させながら行なうことに特徴づけられる。
【００１７】
このような方法で製造された樹脂パッケージ型半導体装置には、前述したのと同様の利点があることは明白である。また、本願発明方法によれば、半導体装置の製造過程において得られる次のような利点もある。すなわち、ダイパッドの下面中央部に限定して金属放熱板を接合しているので、ワイヤボンディング時、ヒータブロックからの熱を金属放熱板の周縁部に均等に伝達することができる。リードフレーム上の内部リードの先端部下面は、上記金属放熱板の周縁部上面に対して微小隙間を介して位置しているので、セカンドボンディング時、ボンディングツールは接続するべきワイヤの端部を内部リードに押しつけたまま、さらにこの内部リードをわずかに弾性変形させながら上記のように均等に加熱された金属放熱板の周縁部上面に圧接させることができる。このとき、金属放熱板からの熱が内部リードに効果的に伝達されて、この内部リードに対するワイヤの熱圧着を適正に行うことができるのである。その結果、製造過程におけるワイヤボンディング、とくに内部リードに対してワイヤを熱圧着するセカンドボンディングを、図１５に示した従来の構造の半導体装置の製造に比較して、確実かつ適正なものとすることができる。
【００１８】
本願発明方法においてはまた、上記ダイパッドの下面中央の限定された領域に上記金属放熱板を接合するステップは、上記金属放熱板を支持台上に支持した状態において、上記ダイパッドの上面中央の限定された領域に当接してこのダイパッドを上記金属放熱板に向けて押圧するツールに超音波振動を付与することにより行われる。
【００１９】
すなわち、この接合方法は、超音波接合と呼ばれる接合方法であり、たとえば、溶接等の接合方法に比較し、圧痕が形成されるという、製品品位を悪化させる要因を排除することができる。そして、本願発明方法においては、基本的に、ダイパッドの下面中央の限定された領域に対して金属放熱板を接合するものであるから、上記超音波振動のエネルギを限定された領域に集中して、効率のよい接合を行うことができる。
【００２０】
本願発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細の説明により、より明らかとなろう。
【００２１】
【好ましい実施の形態】
図１は、本願発明の樹脂パッケージ型半導体装置１０の一実施形態の拡大断面図であり、図２は図１のII−II線断面図である。
【００２２】
図１および図２に示されるものは、デュアル・イン・ライン型の半導体装置１０に本願発明を適用した例である。エポキシ樹脂などで形成された樹脂パッケージ１１の内部には、ダイパッド１２上にボンディングされた半導体チップ１３、上記ダイパッド１２の下面中央部において接合され、かつ所定の平面形状を有する金属放熱板１４が組み込まれている。ダイパッド１２と金属放熱板１４との間の接合は、後述するように、いわゆる超音波接合が好適であるが、これに限定されず、たとえば、スポット溶接を採用することもできる。図に示す例において、この金属放熱板１４は、所定の厚みのものが使用され、その下面が樹脂パッケージ１１の下面に露出させられている。また、上記ダイパッド１２ないし半導体チップ１３の周縁に内端部が配置されている内部リード１５は、水平方向外方に延びて、樹脂パッケージ１１の側面から突出する外部リード１６に連続させられている。上記半導体チップ１３の上面のボンディングパッドと各内部リード１５との間は、ワイヤボンディング１７によって結線されている。また、上記金属放熱板１４は、その上面周縁部が上記内部リード１５の内端部の下面に対して微小隙間１８を介して上下方向に重なるように配置されている。上記微小隙間１８には樹脂が入り込んでいるので、内部リード１５と金属放熱板１４との間の絶縁性は保たれている。なお、上記金属放熱板１４の材質としては、銅または銅合金が放熱性能の観点から好適であるが、これに限定されない。
【００２３】
図１および図２から判るように、金属放熱板１４とダイパッド１２とは、双方の中央部の限定された領域１９において接合されている。しかしながら、金属放熱板１４は、全体としてダイパッド１２の下面全体に接触した状態とすることができるので、半導体装置の動作時に半導体チップ１３から発生する熱を効果的に金属放熱板１４に伝達し、外部に放熱することができる。この際、ダイパッド１２と金属放熱板１４の熱膨張率の相違、あるいは半導体チップ１３からの熱伝達の時間的ずれがあっても、ダイパッド１２の周縁部と金属放熱板１４の周縁部との間に熱応力が生じることがない。その結果、半導体チップ１３の昇温・冷却が繰り返されても、熱応力に起因した内部構造の破損を回避して、半導体装置の寿命を延長することができる。
【００２４】
次に、上記の樹脂パッケージ型半導体装置の製造方法について説明する。
【００２５】
図３は、この半導体装置１０の製造に使用されるリードフレーム２０の平面的構成を示す部分平面図である。幅方向両側に位置するサイドフレーム２１を掛け渡すようにして、サポートリード２２によって支持された平面視矩形状のダイパッド１２が形成されている。このダイパッド１２は、アイランドと呼ばれることもある。そして、サイドフレーム２１を掛け渡すようにして、上記ダイパッド１２に対してフレームの長手方向両側に形成されている各タイバー２３によってこのタイバー２３よりも外側に延びる外部リード１６および内側に延びる内部リード１５が一体につなげられている。このリードフレーム２０は、図３に符号Ｘで示す領域を１単位として、これがフレームの長手方向に連続して形成されたものであり、ニッケル合金あるいは銅を材質とする金属薄板に打ち抜きプレス加工を施すことによって作製される。
【００２６】
ところで、上記ダイパッド１２は、リードフレーム２０のその他の部分、すなわち、たとえば内部リード１５と同一平面内に位置するのではなく、図４、図６、図７に示されるように、内部リード１５に対して若干ダウンセットされている。このダウンセット量Ｚは、たとえば２００〜４００μｍとされる。
【００２７】
次いで、図５、図６、図７に示すように、周縁部が上記各内部リード１５の下面に所定量重なる平面的形状と、所望の厚みをもつ金属放熱板１４が、上記ダイパッド１２の下面に重ねるように接合される。ただし、このダイパッド１２と金属放熱板１４との間の接合部１９は、ダイパッド１２の下面中央の限定された領域とされる。このように接合部の位置および大きさを限定する理由は、接合後、ダイパッド１２と金属放熱板１４との間のとくに周縁部間に熱応力が生じることを解消ないし軽減するためであり、かかる目的に合致した接合部の大きさが選択される。より詳しくは、後述する樹脂モールド工程までのリードフレーム状態において、ダイパッド１２の下面に金属放熱板１４を適正な支持剛性をもって支持できる限りにおいて、上記接合部１９の大きさを最小とすることが望まれる。
【００２８】
上記の接合方法としては、いわゆる超音波接合が好ましい。すなわち、図８に示すように、支持台２４上に載置した金属放熱板１４の上面にリードフレーム２０のダイパッド１２を重ね、超音波ホーン２５に接続された押圧ツール２６をダイパッド１２の上面中央部に押し付けて押圧ツール２６に超音波振動を供給する。本願発明の場合、上記押圧ツール２６の下端の面積は、ダイパッド１２の中央部の限定された領域に接合部１９を形成するのに対応したものとすべきである。押圧ツール２６から、２０μｍ程度の振幅の水平方向成分を有する超音波振動がダイパッド１２に与えられ、金属放熱板１４との間の接触面に生じる摩擦熱および上記ツール２６による押圧力により、上記ダイパッド１２と金属放熱板１４は、限定された領域の接合部１９をもって相互に接合される。
【００２９】
次に、図９に示すように、上記ダイパッド１２の上面に、半導体チップ１３がボンディングされ、次いで、図１０に示すように、半導体チップ１３の上面のボンディング用パッドとこれに対応する内部リード１５間が、ワイヤボンディング１７によって結線される。
【００３０】
ところで、上記ワイヤボンディングは、リードフレーム２０をヒータブロック２７上に載置した状態で行われる。本願発明の場合、図１１に示すように、上記金属放熱板１４がヒータブロック２７に直接接触する。放熱金属板１４は、その上面中央部がダイパッド１２に実質的に接合されているため、ヒータブロック２７からの熱は、金属放熱板１４の上面中央部の限定された領域からダイパッド１２ないしリードフレーム２０に伝達される。したがって、金属放熱板１４の上面周縁部は、均等に加熱された状態となる。
【００３１】
一端が半導体チップ１３のボンディングパッドにボンディングされたワイヤ１７の内部リード１５に対するセカンドボンディングは、図１１に示すように、ボンディングツール２８によってワイヤ１７を内部リード１５の上面に押し付けて熱圧着することによって行われる。本願発明においては、自然状態において、各内部リード１５が上記均等に加熱された金属放熱板１４の上面周縁部に対して微小隙間１８を介して上方に重なっているので、ボンディングツール２８による押圧力によって内部リード１５が弾性的に撓んで金属放熱板１４の上面に接触させられ、その際に金属放熱板１４から伝達される充分な熱によって、各内部リード１５に対するワイヤの適正な熱圧着が行われる。もちろん、ボンディングツール２８によって上記内部リード１５を撓ませるのではなく、別の押圧部材によって内部リードを金属放熱板１４の上面に接触させるように弾性変形させた状態において、セカンドボンディングを行ってもよい。このようなセカンドボンディングが終わってボンディングツール２８が退避すると、内部リード１５は、その弾性復元力により、金属放熱板１４の上面に対して微小隙間１８を介して離間する自然状態に復帰する。
【００３２】
次に、図１２に示すように、上記半導体チップ１３、ワイヤボンディング部１７を包みこむようにして、かつ、上記金属放熱板１４の下面を露出させるようようにして、エポキシ樹脂を用いたトランスファモールド法等によって、樹脂パッケージ１１が形成される。
【００３３】
その後、リードフレーム２０に対するハンダメッキ、樹脂パッケージ１１に対する標印、タイバーカット、リードカット、リードフォーミング等の工程を経て、図１および図２に示したような単位半導体装置が得られる。
【００３４】
本願発明の範囲は、図に示され、かつ前述した形態に限定されるものではない。図に示した形態においては、金属放熱板１４を、その下面が樹脂パッケージ１１の下面に露出するように組み込んだが、図１３に示すように、金属放熱板１４が樹脂パッケージ１１の下面に露出しないように組み込まれる場合も、もちろん、本願発明の範囲に包摂される。
【００３５】
また、図１４に示すように、ダイパッド１２と一体的に形成された放熱フィンが樹脂パッケージの外部に延出する形態の半導体装置についても、同様に本願発明を適用することができる。
【００３６】
さらに、図１および図２に示した形態は、デュアル・イン・ライン型のパッケージ形態をもつものであるが、クワッド型のパッケージ形態をもつ半導体装置にも、同様に本願発明を適用できることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の一実施形態に係る樹脂パッケージ型半導体装置の構造を示す断面図である。
【図２】図１のII−II線断面図である。
【図３】図１および図２の半導体装置の製造に用いられるリードフレームの一例の部分平面図である。
【図４】図３のIV−IV線断面図である。
【図５】図３に示すリードフレームのダイパッドの下面に金属放熱板を接合した状態の部分平面図である。
【図６】図５のVI−VI線断面図である。
【図７】図５のVII −VII 線断面図である。
【図８】ダイパッドの下面に金属放熱板を、超音波接合法によって接合している様子を示す断面図である。
【図９】図５に示すリードフレームのダイパッドの上面に半導体チップをボンディングした状態の部分平面図である。
【図１０】図９に示すリードフレーム上の半導体チップと各内部リードとの間をワイヤボンディングによって結線した状態を示す部分平面図である。
【図１１】半導体チップの上面と内部リードとの間をワイヤボンディングしている様子を示す側面断面図である。
【図１２】図１１に示すリードフレームに樹脂パッケージを形成している様子を示す断面図である。
【図１３】本願発明の他の形態に係る樹脂パッケージ型半導体装置の構造を示す断面図である。
【図１４】本願発明のさらに他の形態に係る樹脂パッケージ型半導体装置の構造を示す一途切り欠き透視斜視図である。
【図１５】従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ 樹脂パッケージ型半導体装置
１１ 樹脂パッケージ
１２ ダイパッド
１３ 半導体チップ
１４ 金属放熱板
１５ 内部リード
１６ 外部リード
１７ ワイヤ
１８ 微小隙間
１９ 接合部
２０ リードフレーム
２１ サイドフレーム
２２ サポートリード
２３ タイバー
２５ 超音波ホーン
２７ ヒータブロック
２８ ボンディングツール
３０ 放熱フィン[0001]
【Technical field】
The present invention relates to a resin package type semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly to a resin package type semiconductor device in which a metal heat sink is incorporated in a resin package and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
For example, resin package type semiconductor devices that generate a large amount of heat during driving, such as power ICs for motor drives, certain gate arrays, and ultra LSIs, have a metal heat sink built into the resin package to improve heat dissipation performance. is there.
[0003]
FIG. 15 shows an example of the structure of a conventional resin package type semiconductor device of this type. The peripheral surface of the upper surface of the metal heat sink 4 is connected to the lower surface of the tip of the internal lead 2 extending from both side surfaces of the resin package 1 via the insulating adhesive member 3. The semiconductor chip 5 is directly bonded to the center of the upper surface of the metal heat radiating plate 4, and the bonding pad on the upper surface of the semiconductor chip and each internal lead are connected by wire bonding 6.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the resin package type semiconductor device having the structure shown in FIG. 15, since the semiconductor chip 5 as a heat source is directly bonded to the metal heat sink 4, the heat generated in the semiconductor chip 5 is effectively transmitted to the metal heat sink 4. While there is an advantage that it is done, there are the following disadvantages.
[0005]
First, since the metal heat radiating plate 4 is supported only by the internal leads 2 formed on the lead frame in the stage before the resin package 1 is formed in the manufacturing process, the internal leads are particularly advanced and the internal leads are advanced. When 2 is miniaturized, the metal heat sink 4 having a certain weight or more cannot be supported with a predetermined rigidity or more. Therefore, a relatively light metal heat radiating plate 4 must be used, and as a result, the heat dissipation performance of the resin package semiconductor device as a product cannot be increased beyond a predetermined level.
[0006]
Secondly, since the internal leads 2 are connected to the metal heat radiating plate 4 that receives heat from the heater block at the time of wire bonding in manufacturing through the insulating adhesive member 3 having poor heat transfer performance, Heat is not easily transmitted to the internal lead 2, and therefore, the second bonding of the wire to be thermocompression-bonded to the upper surface of the internal lead 2 with the help of the heat from the heater block may not be performed properly and efficiently.
[0007]
The present invention has been conceived under such circumstances, and in a semiconductor device of a type in which a metal heat sink is incorporated in a resin package, it is heavier as a metal heat sink to be incorporated in the resin package. It is an object of the present invention to improve the heat dissipation performance by adopting a material, and to enable wire bonding between a semiconductor chip and an internal lead in manufacturing to be performed properly and reliably.
[0008]
DISCLOSURE OF THE INVENTION
In order to solve the above problems, the present invention employs the following technical means.
[0009]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a resin package type semiconductor device comprising a plurality of semiconductor chips and a plurality of wires electrically connected to bonding pads on the semiconductor chips via wires. An internal lead; a resin package enclosing the semiconductor chip or the internal leads; a plurality of external leads extending to the outside of the resin package in succession to the internal leads; and heat generated from the semiconductor chip. A resin package type semiconductor device comprising a metal heat dissipation plate incorporated in the resin package to dissipate heat, wherein the semiconductor chip is bonded onto a die pad, while the upper surface of the metal heat dissipation plate is The metal heat radiating plate is partially planar with the die pad. Its periphery upper surface with superimposed on the face against the lower surface of the distal end of the internal leads are arranged to overlap over a small gap so that only the resin by the resin package is interposed, and, with respect to the die pad , And is characterized by being bonded in a limited region at the center of the lower surface thereof.
[0010]
In the resin package type semiconductor device according to a preferred embodiment, the lower surface of the metal heat sink is exposed on the bottom surface of the resin package.
[0011]
In the resin package type semiconductor device according to another preferred embodiment, the radiation fin integrally formed with the die pad is extended to the outside of the resin package.
[0012]
In the resin package type semiconductor device of the present invention having the above configuration, the metal heat sink is bonded to the lower surface of the die pad. Since this die pad is formed on the lead frame as a part on which the semiconductor chip is to be mounted, even if the metal heat sink is relatively large and heavy, this metal heat dissipation is performed before the resin package is formed. The plate can be supported on the lead frame with a predetermined support rigidity. As a result, in the semiconductor device according to the present invention, the metal heat dissipation plate incorporated in the resin package can be made larger than the conventional semiconductor device of this type shown in FIG. By collaborating, high heat dissipation performance can be demonstrated.
[0013]
In addition, since the metal heat sink is bonded to the die pad in a limited area at the center of the lower surface, the thermal stress generated between the die pad and the metal heat sink can be reduced when the temperature of the semiconductor chip is increased. Even if the temperature and cooling of the semiconductor chip are repeated, the situation where the die pad or the metal heat sink or the joint between them is damaged by thermal stress is avoided, resulting in a long life of this type of semiconductor device. Can be achieved.
[0014]
Furthermore, since a large and heavy metal heat radiating plate can be incorporated as described above, the thickness of the metal heat radiating plate can be increased so that the lower surface thereof is exposed on the lower surface of the resin package. Then, since the metal heat radiating plate can directly touch the outside air or an external object, the heat radiation performance of the product semiconductor device can be further enhanced.
[0015]
Further, when the heat radiation fin integrally formed with the die pad can be extended to the outside of the resin package, the heat radiation performance is further enhanced.
[0016]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a resin package type semiconductor device, wherein the method is the above in a lead frame including a die pad and an internal lead having a tip portion disposed around the die pad. Metal heat dissipation in a limited area at the center of the lower surface of the die pad, with the upper surface having a planar shape having a larger area than the lower surface of the die pad, and the upper surface of the peripheral portion overlapping the lower surface of the tip of each internal lead via a minute gap Bonding a plate, bonding a semiconductor chip to the upper surface of the die pad, connecting a bonding pad on the upper surface of the semiconductor chip and a corresponding internal lead by wire bonding, the die pad, the semiconductor chip, A metal heatsink or a resin package that wraps around the wire bonding part The step of forming includes the step of bonding the metal radiator plate to a limited area of the lower surface center of the die pad, in a state of supporting the metal heat dissipation plate on the support base, limited the top center of the die pad The step of contacting the die pad against the metal heat sink by applying ultrasonic vibration to the tool and pressing the die pad toward the metal heat sink, and the step of connecting by wire bonding, the internal lead on the upper surface of the metal heat sink Characterized by performing contact.
[0017]
It is obvious that the resin package type semiconductor device manufactured by such a method has the same advantages as described above. Further, according to the method of the present invention, there are the following advantages obtained in the manufacturing process of the semiconductor device. That is, since the metal heat radiating plate is bonded only to the central portion of the lower surface of the die pad, the heat from the heater block can be evenly transmitted to the peripheral portion of the metal heat radiating plate during wire bonding. Since the bottom surface of the tip of the internal lead on the lead frame is located through a minute gap with respect to the top surface of the peripheral edge of the metal heat sink, the bonding tool inserts the end of the wire to be connected in the second bonding. While being pressed against the lead, the inner lead can be pressed against the upper surface of the peripheral portion of the metal heat sink uniformly heated as described above while being slightly elastically deformed. At this time, heat from the metal heat radiating plate is effectively transmitted to the internal lead, and the thermocompression bonding of the wire to the internal lead can be performed appropriately. As a result, wire bonding in the manufacturing process, in particular, second bonding in which wires are thermocompression bonded to internal leads, should be reliable and appropriate as compared with the manufacturing of the conventional semiconductor device shown in FIG. Can do.
[0018]
In the method of the present invention, the step of joining the metal heat sink to a limited area at the center of the lower surface of the die pad is limited to the center of the upper surface of the die pad in a state where the metal heat sink is supported on a support base. This is done by applying ultrasonic vibrations to a tool that abuts against the region and presses the die pad against the metal heat sink.
[0019]
That is, this joining method is a joining method called ultrasonic joining. For example, compared with joining methods such as welding, it is possible to eliminate a factor that deteriorates product quality such as formation of indentations. And in this invention method, since a metal heat sink is joined to the limited area | region of the lower surface center of a die pad fundamentally, the energy of the said ultrasonic vibration is concentrated on the limited area | region. Efficient joining can be performed.
[0020]
Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description given below with reference to the accompanying drawings.
[0021]
[Preferred Embodiment]
FIG. 1 is an enlarged sectional view of an embodiment of a resin package type semiconductor device 10 of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II in FIG.
[0022]
1 and 2 show an example in which the present invention is applied to a dual-in-line type semiconductor device 10. Inside the resin package 11 formed of epoxy resin or the like, a semiconductor chip 13 bonded on the die pad 12 and a metal heat sink 14 bonded at the center of the lower surface of the die pad 12 and having a predetermined planar shape are incorporated. It is. As described later, the so-called ultrasonic bonding is suitable for the bonding between the die pad 12 and the metal heat radiating plate 14, but the bonding is not limited thereto, and for example, spot welding may be employed. In the example shown in the figure, the metal heat radiating plate 14 has a predetermined thickness, and its lower surface is exposed on the lower surface of the resin package 11. Further, the internal leads 15 whose inner ends are arranged on the periphery of the die pad 12 or the semiconductor chip 13 extend outward in the horizontal direction and are continued to the external leads 16 protruding from the side surface of the resin package 11. . The bonding pads on the upper surface of the semiconductor chip 13 and the internal leads 15 are connected by wire bonding 17. The metal heat dissipation plate 14 is arranged such that the upper surface peripheral edge thereof overlaps the lower surface of the inner end portion of the internal lead 15 in the vertical direction with a minute gap 18 interposed therebetween. Since resin enters the minute gap 18, the insulation between the internal lead 15 and the metal heat sink 14 is maintained. In addition, as a material of the said metal heat sink 14, although copper or a copper alloy is suitable from a viewpoint of heat dissipation performance, it is not limited to this.
[0023]
As can be seen from FIG. 1 and FIG. 2, the metal heat sink 14 and the die pad 12 are joined in a limited region 19 at the center of both. However, since the metal heat sink 14 can be in contact with the entire lower surface of the die pad 12 as a whole, the heat generated from the semiconductor chip 13 during the operation of the semiconductor device is effectively transferred to the metal heat sink 14. It can dissipate heat to the outside. At this time, even if there is a difference in thermal expansion coefficient between the die pad 12 and the metal heat radiating plate 14 or a time lag in heat transfer from the semiconductor chip 13, there is a gap between the peripheral portion of the die pad 12 and the peripheral portion of the metal heat radiating plate 14. Thermal stress is not generated. As a result, even if the temperature rise / cooling of the semiconductor chip 13 is repeated, damage to the internal structure due to thermal stress can be avoided and the life of the semiconductor device can be extended.
[0024]
Next, a method for manufacturing the above resin package type semiconductor device will be described.
[0025]
FIG. 3 is a partial plan view showing a planar configuration of the lead frame 20 used for manufacturing the semiconductor device 10. The die pad 12 having a rectangular shape in plan view supported by the support leads 22 is formed so as to span the side frames 21 positioned on both sides in the width direction. This die pad 12 is sometimes called an island. Then, external leads 16 extending outward from the tie bars 23 and internal leads 15 extending inward by the tie bars 23 formed on both sides in the longitudinal direction of the frame with respect to the die pad 12 so as to span the side frames 21. Are connected together. The lead frame 20 is formed continuously in the longitudinal direction of the frame with the region indicated by the symbol X in FIG. 3 as one unit, and is stamped and pressed into a thin metal plate made of nickel alloy or copper. It is produced by applying.
[0026]
By the way, the die pad 12 is not located in the other plane of the lead frame 20, that is, for example, the same plane as the internal lead 15, but is connected to the internal lead 15 as shown in FIGS. 4, 6, and 7. On the other hand, it is slightly downset. The downset amount Z is, for example, 200 to 400 μm.
[0027]
Next, as shown in FIGS. 5, 6, and 7, the metal heat sink 14 having a planar shape in which the peripheral portion overlaps the lower surface of each internal lead 15 by a predetermined amount and a desired thickness is formed on the lower surface of the die pad 12. It is joined so as to overlap. However, the joint 19 between the die pad 12 and the metal heat sink 14 is a limited region at the center of the lower surface of the die pad 12. The reason for limiting the position and size of the joint in this way is to eliminate or reduce the occurrence of thermal stress between the die pad 12 and the metal heat sink 14 after joining, particularly between the peripheral edges. A joint size that matches the purpose is selected. More specifically, it is desirable to minimize the size of the joint portion 19 as long as the metal heat sink 14 can be supported on the lower surface of the die pad 12 with appropriate support rigidity in a lead frame state up to a resin molding process described later. It is.
[0028]
As the above bonding method, so-called ultrasonic bonding is preferable. That is, as shown in FIG. 8, the die pad 12 of the lead frame 20 is superimposed on the upper surface of the metal heat sink 14 placed on the support base 24, and the pressing tool 26 connected to the ultrasonic horn 25 is placed at the center of the upper surface of the die pad 12. The ultrasonic vibration is supplied to the pressing tool 26 by pressing against the pressing portion. In the case of the present invention, the area of the lower end of the pressing tool 26 should correspond to the formation of the joint portion 19 in a limited region at the center of the die pad 12. Ultrasonic vibration having a horizontal component with an amplitude of about 20 μm is applied to the die pad 12 from the pressing tool 26, and the die pad is caused by frictional heat generated on the contact surface with the metal heat radiating plate 14 and pressing force by the tool 26. 12 and the metal heat sink 14 are joined to each other with a joint 19 in a limited area.
[0029]
Next, as shown in FIG. 9, the semiconductor chip 13 is bonded to the upper surface of the die pad 12, and then, as shown in FIG. 10, the bonding pads on the upper surface of the semiconductor chip 13 and the internal leads 15 corresponding thereto. The space is connected by wire bonding 17.
[0030]
By the way, the wire bonding is performed in a state where the lead frame 20 is placed on the heater block 27. In the case of the present invention, as shown in FIG. 11, the metal heat sink 14 is in direct contact with the heater block 27. Since the center portion of the upper surface of the heat radiating metal plate 14 is substantially joined to the die pad 12, the heat from the heater block 27 flows from the limited region of the center portion of the upper surface of the metal heat radiating plate 14 to the die pad 12 or the lead frame. 20 is transmitted. Therefore, the upper surface peripheral part of the metal heat sink 14 will be in the state heated uniformly.
[0031]
The second bonding of the wire 17 whose one end is bonded to the bonding pad of the semiconductor chip 13 to the internal lead 15 is performed by pressing the wire 17 against the upper surface of the internal lead 15 with a bonding tool 28 as shown in FIG. Done. In the present invention, in the natural state, each internal lead 15 overlaps the upper peripheral edge portion of the uniformly heated metal heat sink 14 via a minute gap 18, so that the pressing force by the bonding tool 28 is used. As a result, the internal leads 15 are elastically bent and brought into contact with the upper surface of the metal heat radiating plate 14, and appropriate heat pressure bonding of the wires to the internal leads 15 is performed by sufficient heat transmitted from the metal heat radiating plate 14 at that time. Is called. Of course, instead of bending the internal lead 15 by the bonding tool 28, the second bonding may be performed in a state where the internal lead is elastically deformed so as to contact the upper surface of the metal heat sink 14 by another pressing member. . When the bonding tool 28 is retracted after such second bonding is completed, the internal lead 15 returns to a natural state in which the internal lead 15 is separated from the upper surface of the metal heat radiating plate 14 via the minute gap 18 by its elastic restoring force.
[0032]
Next, as shown in FIG. 12, a transfer molding method using an epoxy resin or the like so as to enclose the semiconductor chip 13 and the wire bonding portion 17 and to expose the lower surface of the metal heat sink 14. Thus, the resin package 11 is formed.
[0033]
Thereafter, a unit semiconductor device as shown in FIGS. 1 and 2 is obtained through processes such as solder plating on the lead frame 20, marking on the resin package 11, tie bar cutting, lead cutting, lead forming, and the like.
[0034]
The scope of the present invention is not limited to the embodiment shown in the drawings and described above. In the form shown in the figure, the metal heat sink 14 is incorporated such that the lower surface thereof is exposed on the lower surface of the resin package 11, but the metal heat sink 14 is not exposed on the lower surface of the resin package 11 as shown in FIG. Of course, it is included in the scope of the present invention.
[0035]
Further, as shown in FIG. 14, the present invention can be similarly applied to a semiconductor device in which heat radiation fins integrally formed with the die pad 12 extend to the outside of the resin package.
[0036]
1 and 2 have a dual-in-line type package form, the present invention can be similarly applied to a semiconductor device having a quad-type package form. Not too long.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a structure of a resin package type semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
3 is a partial plan view of an example of a lead frame used for manufacturing the semiconductor device of FIGS. 1 and 2. FIG.
4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG.
5 is a partial plan view showing a state in which a metal heat sink is bonded to the lower surface of the die pad of the lead frame shown in FIG. 3;
6 is a cross-sectional view taken along line VI-VI in FIG.
7 is a cross-sectional view taken along line VII-VII in FIG.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a state in which a metal heat dissipating plate is bonded to the lower surface of the die pad by an ultrasonic bonding method.
9 is a partial plan view showing a state in which a semiconductor chip is bonded to the upper surface of a die pad of the lead frame shown in FIG. 5;
10 is a partial plan view showing a state in which the semiconductor chip on the lead frame shown in FIG. 9 and each internal lead are connected by wire bonding. FIG.
FIG. 11 is a side cross-sectional view showing a state where wire bonding is performed between the upper surface of a semiconductor chip and internal leads.
12 is a cross-sectional view showing a state in which a resin package is formed on the lead frame shown in FIG.
FIG. 13 is a cross-sectional view showing the structure of a resin package semiconductor device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a cutaway perspective view showing a structure of a resin package type semiconductor device according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a conventional example.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Resin package type semiconductor device 11 Resin package 12 Die pad 13 Semiconductor chip 14 Metal heat sink 15 Internal lead 16 External lead 17 Wire 18 Minute gap 19 Joint part 20 Lead frame 21 Side frame 22 Support lead 23 Tie bar 25 Ultrasonic horn 27 Heater block 28 Bonding tool 30 Radiation fin

Claims (6)

半導体チップと、この半導体チップ上のボンディングパッドにワイヤを介して電気的に導通させられている複数本の内部リードと、上記半導体チップないし上記各内部リードを包み込む樹脂パッケージと、上記各内部リードに連続して上記樹脂パッケージの外部に延出する複数本の外部リードと、上記半導体チップから発生する熱を放熱するために上記樹脂パッケージに組み込まれた金属放熱板とを備える樹脂パッケージ型半導体装置であって、
上記半導体チップは、ダイパッド上にボンディングされている一方、
上記金属放熱板の上面は、上記ダイパッドの下面よりも面積が大きい平面形状とされており、
上記金属放熱板は、その一部が上記ダイパッドの下面に重ねられるとともにその周縁部上面が各内部リードの先端部下面に対して上記樹脂パッケージによる樹脂のみが介在するように微小隙間を介して重なるように配置されており、かつ、上記ダイパッドに対し、その下面中央の限定された領域において接合されていることを特徴とする、樹脂パッケージ型半導体装置。A semiconductor chip, a plurality of internal leads electrically connected to bonding pads on the semiconductor chip via wires, a resin package enclosing the semiconductor chip or the internal leads, and the internal leads A resin package type semiconductor device comprising a plurality of external leads continuously extending to the outside of the resin package, and a metal heat sink incorporated in the resin package to dissipate heat generated from the semiconductor chip. There,
While the semiconductor chip is bonded on the die pad,
The upper surface of the metal heat sink has a planar shape with a larger area than the lower surface of the die pad,
The metal heat sink, partially overlap via the small gap so that only the resin by the resin package for a peripheral portion upper face with superimposed on the lower surface of the die pad is the lower surface of the distal end of the internal leads mediated The resin package type semiconductor device is arranged in such a manner that it is bonded to the die pad in a limited region at the center of the lower surface thereof. 上記金属放熱板は、その下面が上記樹脂パッケージの底面に露出させられている、請求項１に記載の樹脂パッケージ型半導体装置。  The resin package type semiconductor device according to claim 1, wherein a lower surface of the metal heat dissipation plate is exposed on a bottom surface of the resin package. 上記ダイパッドに一体形成された放熱フィンが上記樹脂パッドの外部に延出させられている、請求項１または２に記載の樹脂パッケージ型半導体装置。  The resin package type semiconductor device according to claim 1, wherein heat radiation fins integrally formed with the die pad are extended to the outside of the resin pad. 半導体チップと、この半導体チップ上のボンディングパッドにワイヤを介して電気的に導通させられている複数本の内部リードと、上記半導体チップないし上記各内部リードを包み込む樹脂パッケージと、上記各内部リードに連続して上記樹脂パッケージの外部に延出する複数本の外部リードと、上記半導体チップから発生する熱を放熱するために上記樹脂パッケージに組み込まれた金属放熱板とを備える樹脂パッケージ型半導体装置であって、A semiconductor chip, a plurality of internal leads electrically connected to bonding pads on the semiconductor chip via wires, a resin package enclosing the semiconductor chip or the internal leads, and the internal leads A resin package type semiconductor device comprising a plurality of external leads continuously extending to the outside of the resin package, and a metal heat sink incorporated in the resin package to dissipate heat generated from the semiconductor chip. There,
上記半導体チップは、ダイパッド上にボンディングされている一方、While the semiconductor chip is bonded on the die pad,
上記金属放熱板の上面は、上記ダイパッドの下面よりも面積が大きい平面形状とされており、The upper surface of the metal heat sink has a planar shape with a larger area than the lower surface of the die pad,
上記金属放熱板は、その一部が上記ダイパッドの下面全体に密着する状態で重ねられるとともにその周縁部上面が各内部リードの先端部下面に微小隙間を介して重なるように配置されており、かつ、上記ダイパッドに対し、その下面中央の限定された領域において接合されていることを特徴とする、樹脂パッケージ型半導体装置。The metal heat radiating plate is arranged so that a part thereof is in close contact with the entire lower surface of the die pad, and the upper surface of the peripheral edge portion is disposed so as to overlap the lower surface of the tip end portion of each internal lead via a minute gap, and The resin package type semiconductor device is bonded to the die pad in a limited region at the center of the lower surface thereof. ダイパッドと、このダイパッドの周辺に先端部が配置された内部リードとを備えるリードフレームにおける上記ダイパッドの下面中央の限定された領域に、上面が上記ダイパッドよりも面積が大きい平面形状とされ、かつ、周縁部上面が上記各内部リードの先端部下面に微小隙間を介して重なる金属放熱板を接合するステップ、
上記ダイパッドの上面に半導体チップをボンディングするステップ、
上記半導体チップの上面のボンディングパッドとこれに対応する内部リードとの間をワイヤボンディングによって結線するステップ、
上記ダイパッド、半導体チップ、金属放熱板、ないしワイヤボンディング部を包み込む樹脂パッケージを形成するステップ、
を含み、
上記ダイパッドの下面中央の限定された領域に上記金属放熱板を接合するステップは、上記金属放熱板を支持台上に支持した状態において、上記ダイパッドの上面中央の限定された領域に当接してこのダイパッドを上記金属放熱板に向けて押圧するツールに超音波振動を付与することにより行うとともに、
上記ワイヤボンディングによって結線するステップにおけるワイヤと上記内部リードとのボンディングは、上記内部リードを上記金属放熱板の上面に接触させながら行なうことを特徴とする、樹脂パッケージ型半導体装置の製造方法。 In a limited region in the center of the lower surface of the die pad in a lead frame including a die pad and an internal lead having a tip disposed around the die pad, the upper surface has a planar shape having a larger area than the die pad, and A step of joining a metal heat radiating plate whose peripheral top surface overlaps with the bottom surface of the tip of each internal lead via a minute gap;
Bonding a semiconductor chip to the upper surface of the die pad;
Connecting the bonding pads on the upper surface of the semiconductor chip and the corresponding internal leads by wire bonding;
Forming a resin package for enclosing the die pad, semiconductor chip, metal heat sink, or wire bonding part;
Including
The step of joining the metal heat sink to a limited area at the center of the lower surface of the die pad is in contact with the limited area at the center of the upper surface of the die pad in a state where the metal heat sink is supported on a support base. While performing by applying ultrasonic vibration to the tool that presses the die pad toward the metal heat sink ,
The method of manufacturing a resin package type semiconductor device, wherein the bonding between the wire and the internal lead in the step of connecting by wire bonding is performed while the internal lead is in contact with the upper surface of the metal heat sink . 請求項５に記載の方法によって製造された樹脂パッケージ型半導体装置。A resin package type semiconductor device manufactured by the method according to claim 5 .
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