JP3763788B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置、特に、樹脂封止パッケージの放熱性を向上させる技術に関し、例えば、表面実装形樹脂封止パッケージを備えた半導体集積回路装置（以下、表面実装形パッケージＩＣという。）に利用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
表面実装形パッケージＩＣは、半導体素子を含む集積回路が作り込まれた半導体ペレット（以下、ペレットという。）と、ペレットが銀ペースト等によって接着されたタブと、ペレットの各電極パッドにワイヤを介して電気的に接続された複数本のインナリードと、各インナリードにそれぞれ連結された複数本のアウタリードと、ペレット、タブおよびインナリード群を樹脂封止した樹脂封止体とを備えている。このＩＣの表面実装形パッケージにおいて放熱性能を高める手段としてタブのペレットと反対側の主面（以下、下面とする。）を樹脂封止体の下面から露出させることが、一般的に考えられる。
【０００３】
なお、樹脂封止体の下面にタブが露出された表面実装形パッケージを述べている例としては、特開平５−２９１４５９号公報がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、樹脂封止体の下面にタブが露出された表面実装形パッケージにおいては、樹脂封止体の下面におけるタブの外周に剥離ないしは隙間が発生すると、ペレットとタブとの接着層に剥離ないしはクラックが発生するため、放熱性能が低下してしまう場合があることが本発明者によって明らかにされた。
【０００５】
本発明の目的は、樹脂封止体の下面におけるタブの外周の剥離ないしは隙間の発生を防止することができる半導体装置を提供することにある。
【０００６】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、次の通りである。
【０００８】
すなわち、半導体ペレットと、半導体ペレットが接着層によってボンディングされたタブと、半導体ペレットの各電極に電気的に接続された複数本のインナリードと、各インナリードにそれぞれ一連に連設された複数本のアウタリードと、半導体ペレット、タブおよびインナリード群を樹脂封止した樹脂封止体とを備えている半導体装置において、
前記タブの前記半導体ペレットと反対側の主面が前記樹脂封止体の前記半導体ペレットと反対側の主面で露出しており、前記タブの外周には前記樹脂封止体に投錨した切り起こし部が複数個、周方向に非切り起こし部と交互に形成されており、
前記切り起こし部が互いに直列に並ぶように前記タブの周方向に向いて切り起こされていることを特徴とする。
【０００９】
前記した手段によれば、半導体ペレットが接着層によってボンディングされたタブが樹脂封止体の主面において露出しているため、半導体装置の放熱性能を向上することができる。しかも、タブの外周に形成された複数個の切り起こし部が樹脂封止体の内部に埋没して投錨効果を発揮するため、樹脂封止体から露出したタブであっても樹脂封止体から剥離するのを防止することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施の形態の比較例である半導体装置を示しており、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は一部切断底面図である。図２以降はその製造方法を示す各説明図である。
【００１１】
図１に示された半導体装置は、表面実装形パッケージの一例であるクワット・フラット・パッケージ（以下、ＱＦＰという。）３７を備えた半導体集積回路装置３８として構成されている。
このＱＦＰを備えた半導体集積回路装置（以下、ＱＦＰ・ＩＣという。）３８のＱＦＰ３７は、絶縁性を有する樹脂が用いられて略正方形の平盤形状に形成された樹脂封止体３５と、樹脂封止体３５の四枚の側面からそれぞれ一列に揃えられて突出されガル・ウイング形状に屈曲された複数本のアウタリード２０とを備えている。
樹脂封止体３５の内部には、半導体素子を含む集積回路が作り込まれた半導体ペレット（以下、ペレットという。）３２と、ペレット３２が接着層３１によって接着されたタブ１８と、ペレット３２の各電極パッド３２ａにワイヤ３３を介して電気的に接続された複数本のインナリード１９とが樹脂封止されており、各インナリード１９は各アウタリード２０にそれぞれ一体的に連設されている。
また、アウタリード２０群は樹脂封止体３５の四辺から水平面内で直角にそれぞれ突出されてガル・ウイング形状に屈曲されているとともに、樹脂封止体３５の下側主面の高さ位置に略揃えられている。
【００１２】
タブ１８のペレット３２と反対側の主面が樹脂封止体３５のペレット３２と反対側の主面で露出されており、タブ１８の外周には樹脂封止体３５の内部に埋没した切り起こし部２１が複数個、周方向に間隔を置いて互いに並列に整列してタブ１８の径方向に向いて外端側上がりに傾斜するように切り起こされている。
【００１３】
以上のＱＦＰ・ＩＣの製造方法を説明する。この説明によって、前記ＱＦＰ・ＩＣの構成の詳細が共に明らかにされる。
【００１４】
このＱＦＰ・ＩＣの製造方法には、図２に示された多連リードフレーム１１が使用されており、この多連リードフレーム１１は多連リードフレーム成形工程によって製作されて準備される。
この多連リードフレーム１１は、鉄−ニッケル合金や燐青銅等の比較的大きい機械的強度を有するばね材料からなる薄板が用いられて、打ち抜きプレス加工により一体成形されている。多連リードフレーム１１の表面には銀（Ａｇ）等を用いためっき処理が、後述するワイヤボンディングが適正に実施されるように部分的または全体的に施されている（図示せず）。
この多連リードフレーム１１には複数の単位リードフレーム１２が横方向に一列に並設されている。但し、説明および図示は一単位について行われる。
【００１５】
単位リードフレーム１２は位置決め孔１３ａが開設された外枠１３を一対備えており、両外枠１３、１３は所定の間隔で平行になるように配されて一連にそれぞれ延設されている。隣り合う単位リードフレーム１２、１２間には一対のセクション枠１４が両外枠１３、１３間に互いに平行に配されて一体的に架設されており、これら外枠１３、１３、セクション枠１４、１４により形成される略正方形の枠体（フレーム）内に単位リードフレーム１２が構成されている。
【００１６】
各単位リードフレーム１２において、外枠１３およびセクション枠１４の接続部にはダム吊り部材１５が略直角方向にそれぞれ配されて一体的に突設されており、ダム吊り部材１５には四本のダム部材１６が略正方形の枠形状になるように配されて、一体的に吊持されている。
【００１７】
セクション枠１４側の各ダム部材１６にはタブ吊りリード１７がそれぞれの一端に配されて、略４５度方向に対向して一体的に突設されており、各タブ吊りリード１７の先端には略正方形の平板形状に形成されたタブ１８が、ダム部材１６群の枠形状と略同心的に配されて、これらタブ吊りリード１７により吊持されるように一体的に連設されている。各タブ吊りリード１７はタブ１８の付近においてそれぞれ屈曲されており、このタブ吊りリード１７の屈曲によって、タブ１８は後記するリード群の面よりも、後記するペレットの厚さ分程度だけ下げられている（所謂タブ下げである。）。
【００１８】
各ダム部材１６の内側辺にはインナリード１９が複数本、長手方向に等間隔に配されて互いに平行でダム部材１６と直交するように一体的に突設されており、各ダム部材１６における各インナリード１９の先端部はタブ１８の外周に近接した状態で略一直線に揃うように敷設されている。他方、各ダム部材１６の外側辺にはアウタリード２０が複数本、各インナリード１９に一連に連続するように一体的に突設されており、各ダム部材１６における各アウタリード２０の先端部は外枠１３およびセクション枠１４にそれぞれ接続されている。各ダム部材１６における隣り合うアウタリード２０、２０間の部分は、後述する樹脂封止体成形時にレジンの流れをせき止めるダム１６ａをそれぞれ構成している。
【００１９】
図１に示されているように、また、図４（ｂ）で参照されるように、タブ１８の四辺には複数個の切り起こし部２１と複数個の非切り起こし部２２とが周方向に交互に配置されてそれぞれ形成されており、各切り起こし部２１は略正方形に形成されて外端側が立ち上がるように径方向に傾斜されている。各切り起こし部２１は周方向の両脇に非切り起こし部２２、２２を平坦に残すようにする切り起こしプレス加工によって成形されている。
ちなみに、切り起こしプレス加工においては剪断加工（shearing）と曲げ型をプレス（press ）に取り付けて行う型曲げ加工とが同時に実施される。
この切り起こし部２１の切り起こしプレス加工はインナリード１９の打ち抜きプレス加工と同時に実施してもよいし、タブ１８のタブ下げプレス加工と同時に、実施してもよいし、それらと別工程で実施してもよい。
【００２０】
多連リードフレーム成形工程において準備された以上の構成に係る多連リードフレーム１１には、ペレット・ボンディング工程およびワイヤ・ボンディング工程において、ペレット・ボンディング作業、続いて、ワイヤ・ボンディング作業が実施される。これらボンディング作業は多連リードフレームが横方向にピッチ送りされることにより、各単位リードフレーム毎に順次実施される。これらボンディング作業に際して、タブ１８に形成された切り起こし部２１は上面側に切り起こされているため、多連リードフレーム１１の送りを妨害することはない。
【００２１】
まず、ペレット・ボンディング作業により、ＩＣの製造工程における所謂前工程において半導体素子を含む集積回路を作り込まれた半導体集積回路構造物としてのペレット３２が、図３および図４に示されているように、各単位リードフレーム１２におけるタブ１８上の略中央部に配されて、タブ１８とペレット３２との間に形成された接着層３１によって機械的に固着されることによりボンディングされる。接着層３１の形成手段としては、銀ペースト接着層によるボンディング法が使用される。
【００２２】
続いて、ワイヤボンディング作業により、図３および図４に示されているように、タブ１８の上にボンディングされたペレット３２の電極パッド３２ａと、各単位リードフレーム１２におけるインナリード１９との間には、ワイヤ３３が超音波熱圧着式ワイヤボンディング装置等のワイヤボンディング装置（図示せず）が使用されることにより、その両端部をそれぞれボンディングされて橋絡される。これにより、ペレット３２に作り込まれた集積回路は電極パッド３２ａ、ワイヤ３３、インナリード１９およびアウタリード２０を介して電気的に外部に引き出された状態になる。
【００２３】
以上のようにしてペレットおよびワイヤ・ボンディングされた組立体３４には各単位リードフレーム毎に樹脂封止体が、図５に示されているトランスファ成形装置４０が使用されて、各単位リードフレームについて同時成形される。
【００２４】
図５に示されたトランスファ成形装置４０はシリンダ装置（図示せず）によって互いに型締めされる上下で一対の上型４１と下型４２とを備えており、上型４１と下型４２との合わせ面には上型キャビティー凹部４３ａと下型キャビティー凹部４３ｂとが互いに協働してキャビティー４３を形成するようにそれぞれ複数組没設されている。
【００２５】
上型４１の合わせ面にはポット４４が開設されており、ポット４４にはシリンダ装置（図示せず）により進退されるプランジャ４５が成形材料としての樹脂（以下、レジンという。）を送給し得るように挿入されている。下型４２の合わせ面にはカル４６がポット４４との対向位置に配されて没設されているとともに、複数条のランナ４７がカル４６にそれぞれ接続するように放射状に配されて没設されている。各ランナ４７の他端部は下側キャビティー凹部４３ｂにそれぞれ接続されており、その接続部にはゲート４８がレジンをキャビティー４３内に注入し得るように形成されている。また、下型４２の合わせ面には逃げ凹所４９がリードフレームの厚みを逃げ得るように、多連リードフレーム１１の外形よりも若干大きめの長方形で、その厚さと略等しい寸法の一定深さに没設されている。
【００２６】
トランスファ成形に際して、図３および図４に示された組立体３４は多連リードフレーム１１が下型４２に没設された逃げ凹所４９内に収容され、各単位リードフレーム１２におけるペレット３２が各キャビティー４３内にそれぞれ収容されるように配されてセットされる。続いて、上型４１と下型４２とが型締めされる。この状態において、タブ１８の下面は下型キャビティー凹部４３ｂの上面に押接された状態になる。
【００２７】
次いで、レジン５０がポット４４からプランジャ４５によってランナ４７およびゲート４８を通じて各キャビティー４３に送給されて圧入される。キャビティー４３に圧入されたレジン５０はキャビティー４３に隙間なく充填されるため、レジン５０はタブ１８に形成された切り起こし部２１と下側空間であって両脇の非切り起こし部２２、２２間に形成された空所２３にも隙間なく充填される。
【００２８】
レジンの充填後に、レジンが熱硬化されて樹脂封止体３５が成形されると、上型４１および下型４２は型開きされるとともに、エジェクタ・ピン（図示せず）によって樹脂封止体３５群が離型される。このようにして、図６に示されているように、樹脂封止体３５群が成形された組立体３６はトランスファ成形装置４０から脱装される。
【００２９】
図６に示されているように、樹脂封止体３５の内部にはタブ１８の下面が樹脂封止体３５の下面において露出された状態において、タブ１８、ペレット３２、インナリード１９およびワイヤ３３が樹脂封止された状態になる。タブ１８の周辺部に切り起こされた複数個の切り起こし部２１は樹脂封止体３５の内部に埋め込まれた状態になっており、切り起こし部２１は樹脂封止体３５の樹脂に投錨した状態になっている。隣合う非切り起こし部２２、２２との間に形成された切り起こし部２１の切り起こされた空所２３内には樹脂封止体３５の樹脂がそれぞれ充填された状態になっており、非切り起こし部２２、２２は両脇の空所充填樹脂部２４によって挟まれた状態になっている。
【００３０】
樹脂封止体３５を成形された半完成品としての組立体３６は、リード切断成形工程（図示せず）において、外枠１３、セクション枠１４およびダム１６ａを各単位リードフレーム１２毎に切り落とされるとともに、アウタリード２０群をガル・ウイング形状に屈曲される。その結果、複数本のアウタリード２０が略正方形の平盤形状の樹脂封止体３５の四枚の側面からそれぞれ一列に揃えられて突出されてガル・ウイング形状に屈曲され、かつ、タブ１８の下面が樹脂封止体３５の下面において露出されたＱＦＰ３７が形成された状態になり、図１に示された前記構成に係るＱＦＰ・ＩＣ３８が製造されたことになる。
【００３１】
以上のようにして製造されたＱＦＰ・ＩＣ３８は、図１（ａ）に想像線で示されているようにプリント配線基板５１に実装される。すなわち、プリント配線基板５１にはランド５２が複数個、実装対象物となるＱＦＰ・ＩＣ３８における各アウタリード２０にそれぞれ対応するように配されて長方形の薄板形状に形成されているとともに、樹脂封止体３５の下面から露出したタブ１８に対応するタブ用ランド５３が同様に形成されている。ＱＦＰ・ＩＣ３８の各アウタリード２０が各ランド５２にそれぞれ当接されるとともに、タブ１８がタブ用ランド５３に当接された状態で、リフロー半田付け処理されると、ＱＦＰ・ＩＣ３８はプリント配線基板５１に半田付け部５４によって機械的かつ電気的に接続される。
【００３２】
このＱＦＰ・ＩＣ３８のプリント配線基板５１での実装状態において、ペレット３２の発熱はタブ１８へ接着層３１を経由して熱伝導され、さらに、タブ１８からタブ用ランド５３へ半田付け部５４を経由して熱伝導されることにより、放熱される。このようにペレット３２の発熱はプリント配線基板５１へ熱伝導によって直接放熱されるため、放熱効率はきわめて良好になる。
【００３３】
次に、ＱＦＰ・ＩＣ３８の切り起こし部２１の作用を説明する。
【００３４】
半導体装置の製造工場で製造されたＱＦＰ・ＩＣ３８は出荷前に抜き取り検査を実施される。抜き取り検査としては温度サイクル試験や熱衝撃試験を含む環境試験が実施される。このような環境試験に際して、熱ストレスが前記構成に係るＱＦＰ・ＩＣに加わった場合には、ペレット、樹脂封止体およびタブの構成材料の熱膨張係数差に起因して樹脂封止体の内部に応力が発生する。このような度重なる熱ストレスによる繰り返しの応力により、樹脂封止体３５の下面においてタブ１８の外周の樹脂との界面に剥離ないしは隙間が発生することがある。
【００３５】
万一、樹脂封止体３５の下面においてタブ１８の外周の樹脂との界面に剥離ないしは隙間が発生すると、樹脂封止体３５の外部の水分がその隙間を通ってペレット３２とタブ１８を接着している接着層３１に達して接着層３１に吸湿される。接着層３１に吸湿された水分はＱＦＰ・ＩＣ３８の加熱時に膨張することによって所謂水蒸気爆発を引き起こすため、接着層３１の剥離ないしはクラックが発生する場合がある。そして、前述した通り、ペレット３２の発熱はペレット３２とタブ１８との接着層３１を経由して熱伝導によって放熱されるため、接着層３１に剥離ないしはクラックが発生すると、ペレット３２の発熱のタブ１８への熱伝導が妨げられ、タブ１８が樹脂封止体３５の下面で露出されたＱＦＰ・ＩＣ３８の放熱が低下してしまう。
【００３６】
しかし、前記ＱＦＰ・ＩＣ３８においては、タブ１８の外周に複数個の切り起こし部２１が形成されていることにより、接着層３１の剥離ないしはクラックの発生を防止することができるため、タブ１８が樹脂封止体３５の下面で露出されたＱＦＰ・ＩＣ３８の放熱性能が低下するのを防止することができる。
【００３７】
すなわち、温度サイクル試験や熱衝撃試験を含む環境試験等の熱ストレスによる繰り返し応力が発生しても、タブ１８の外周に形成された複数個の切り起こし部２１が樹脂封止体３５の樹脂に投錨した状態になっているため、タブ１８と樹脂封止体３５の樹脂との界面で剥離ないしは隙間が形成されることはない。
【００３８】
したがって、樹脂封止体３５の外部の水分がタブ１８と樹脂封止体３５の樹脂との界面との間に形成された剥離ないしは隙間から接着層３１へ侵入して引き起こされる所謂水蒸気爆発による接着層３１の剥離ないしはクラックの発生は未然に防止されるため、接着層３１における熱抵抗の増加による放熱性能の低下現象の発生を未然に回避することができる。
【００３９】
前記ＱＦＰ・ＩＣおよび製造方法によれば、次の効果が得られる。
【００４０】
1) タブが樹脂封止体の下面で露出したＱＦＰ・ＩＣのタブの外周に複数個の切り起こし部を形成することにより、切り起こし部の投錨効果によってタブと樹脂封止体との界面に剥離ないしは隙間が発生するのを防止することができるため、樹脂封止体の外部の水分が接着層に侵入するのを防止することができる。
【００４１】
2) 切り起こし部の投錨効果によってタブと樹脂封止体との界面に剥離ないしは隙間が発生するのを防止することにより、樹脂封止体の外部の水分がタブと樹脂封止体の樹脂との界面の間に形成された剥離ないしは隙間から接着層へ侵入するのを防止することができるため、その侵入によって引き起こされる所謂水蒸気爆発による接着層の剥離ないしはクラックの発生を未然に防止することができる。
【００４２】
3) 所謂水蒸気爆発による接着層の剥離ないしはクラックの発生を防止することにより、接着層における熱抵抗の増加による放熱性能の低下現象の発生を未然に回避することができるため、タブが樹脂封止体の下面で露出した放熱性能の良好なＱＦＰ・ＩＣの市場への提供を実現することができる。
【００４３】
4) 切り起こし部は多連リードフレームの成形時にタブと同時に成形することができるため、生産性の低下を抑制することができる。
【００４４】
図７は本発明の一実施の形態であるＱＦＰ・ＩＣの主要部を示しており、（ａ）は正面断面図、（ｂ）はタブの外周部分を示す樹脂部を省略した斜視図である。
【００４５】
本実施の形態が前記ＱＦＰ・ＩＣと異なる点は、切り起こし部２１Ａが互いに直列に並ぶようにタブ１８の周方向に向いて切り起こされている点である。
【００４６】
本実施の形態においては、タブ１８の外周辺部に切り起こし部２１Ａが形成されているため、前記ＱＦＰ・ＩＣおよび製造方法と同様の作用効果が奏される。
【００４７】
以上本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００４８】
例えば、切り起こし部の形状は、矩形波形状に形成するに限らず、三角形やＵ字形状、多角形、半円形あるいは直線と曲線の組合せ形状等であってもよく、特に、その形状は問わない。
【００４９】
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明をその背景となった利用分野であるＱＦＰ・ＩＣに適用した場合について主に説明したが、それに限定されるものではなく、樹脂封止パッケージを備えている半導体装置全般に適用することができる。特に、本発明は、低熱抵抗が要求される厚さが薄い表面実装形樹脂封止パッケージを備えている半導体装置の製造技術に利用して優れた効果が得られる。
【００５０】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、次の通りである。
【００５１】
タブが樹脂封止体の下面で露出した表面実装形樹脂封止パッケージの樹脂封止体下面におけるタブの外周に複数個の切り起こし部を形成することにより、切り起こし部の樹脂封止体の樹脂への投錨効果によってタブと樹脂封止体の樹脂との間の界面の剥離ないしは隙間の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態の比較例であるＱＦＰ・ＩＣを示しており、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は一部切断底面図である。
【図２】そのＱＦＰ・ＩＣの製造方法に使用される多連リードフレームを示しており、（ａ）は一部省略平面図、（ｂ）は正面断面図である。
【図３】ペレットおよびワイヤ・ボンディング工程後を示す一部省略平面図である。
【図４】（ａ）は図３のIV−IV線に沿う正面断面図、（ｂ）はタブの外周部分を示す斜視図である。
【図５】樹脂封止体の成形工程を示しており、（ａ）は一部省略縦断面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図である。
【図６】樹脂封止体成形後の組立体を示しており、（ａ）は一部切断平面図、（ｂ）は正面断面図である。
【図７】 本発明の一実施の形態であるＱＦＰ・ＩＣの主要部を示しており、（ａ）は正面断面図、（ｂ）はタブの外周部分を示す樹脂部を省略した斜視図である。
【符号の説明】
１１…多連リードフレーム、１２…単位リードフレーム、１３…外枠、１３ａ…位置決め孔、１４…セクション枠、１５…ダム吊り部材、１６…ダム部材、１６ａ…ダム、１７…タブ吊りリード、１８…タブ、１９…インナリード、２０…アウタリード、２１、２１Ａ…切り起こし部、２２…非切り起こし部、２３…空所、２４…空所充填樹脂部、３１…接着層、３２…ペレット、３２ａ…電極パッド、３３…ワイヤ、３４…組立体、３５…樹脂封止体、３６…樹脂封止体成形後の組立体、３７…ＱＦＰ（表面実装形樹脂封止パッケージ）、３８…ＱＦＰ・ＩＣ（表面実装形樹脂封止パッケージを備えている半導体装置）、４０…トランスファ成形装置、４１…上型、４２…下型、４３…キャビティー、４３ａ…上型キャビティー凹部、４３ｂ…下型キャビティー凹部、４４…ポット、４５…プランジャ、４６…カル、４７…ランナ、４８…ゲート、４９…逃げ凹所、５０…レジン、５１…プリント配線基板、５２…ランド、５３…タブ用ランド、５４…半田付け部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置、特に、樹脂封止パッケージの放熱性を向上させる技術に関し、例えば、表面実装形樹脂封止パッケージを備えた半導体集積回路装置（以下、表面実装形パッケージＩＣという。）に利用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
表面実装形パッケージＩＣは、半導体素子を含む集積回路が作り込まれた半導体ペレット（以下、ペレットという。）と、ペレットが銀ペースト等によって接着されたタブと、ペレットの各電極パッドにワイヤを介して電気的に接続された複数本のインナリードと、各インナリードにそれぞれ連結された複数本のアウタリードと、ペレット、タブおよびインナリード群を樹脂封止した樹脂封止体とを備えている。このＩＣの表面実装形パッケージにおいて放熱性能を高める手段としてタブのペレットと反対側の主面（以下、下面とする。）を樹脂封止体の下面から露出させることが、一般的に考えられる。
【０００３】
なお、樹脂封止体の下面にタブが露出された表面実装形パッケージを述べている例としては、特開平５−２９１４５９号公報がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、樹脂封止体の下面にタブが露出された表面実装形パッケージにおいては、樹脂封止体の下面におけるタブの外周に剥離ないしは隙間が発生すると、ペレットとタブとの接着層に剥離ないしはクラックが発生するため、放熱性能が低下してしまう場合があることが本発明者によって明らかにされた。
【０００５】
本発明の目的は、樹脂封止体の下面におけるタブの外周の剥離ないしは隙間の発生を防止することができる半導体装置を提供することにある。
【０００６】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、次の通りである。
【０００８】
すなわち、半導体ペレットと、半導体ペレットが接着層によってボンディングされたタブと、半導体ペレットの各電極に電気的に接続された複数本のインナリードと、各インナリードにそれぞれ一連に連設された複数本のアウタリードと、半導体ペレット、タブおよびインナリード群を樹脂封止した樹脂封止体とを備えている半導体装置において、
前記タブの前記半導体ペレットと反対側の主面が前記樹脂封止体の前記半導体ペレットと反対側の主面で露出しており、前記タブの外周には前記樹脂封止体に投錨した切り起こし部が複数個、周方向に非切り起こし部と交互に形成されており、
前記切り起こし部が互いに直列に並ぶように前記タブの周方向に向いて切り起こされていることを特徴とする。
【０００９】
前記した手段によれば、半導体ペレットが接着層によってボンディングされたタブが樹脂封止体の主面において露出しているため、半導体装置の放熱性能を向上することができる。しかも、タブの外周に形成された複数個の切り起こし部が樹脂封止体の内部に埋没して投錨効果を発揮するため、樹脂封止体から露出したタブであっても樹脂封止体から剥離するのを防止することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施の形態の比較例である半導体装置を示しており、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は一部切断底面図である。図２以降はその製造方法を示す各説明図である。
【００１１】
図１に示された半導体装置は、表面実装形パッケージの一例であるクワット・フラット・パッケージ（以下、ＱＦＰという。）３７を備えた半導体集積回路装置３８として構成されている。
このＱＦＰを備えた半導体集積回路装置（以下、ＱＦＰ・ＩＣという。）３８のＱＦＰ３７は、絶縁性を有する樹脂が用いられて略正方形の平盤形状に形成された樹脂封止体３５と、樹脂封止体３５の四枚の側面からそれぞれ一列に揃えられて突出されガル・ウイング形状に屈曲された複数本のアウタリード２０とを備えている。
樹脂封止体３５の内部には、半導体素子を含む集積回路が作り込まれた半導体ペレット（以下、ペレットという。）３２と、ペレット３２が接着層３１によって接着されたタブ１８と、ペレット３２の各電極パッド３２ａにワイヤ３３を介して電気的に接続された複数本のインナリード１９とが樹脂封止されており、各インナリード１９は各アウタリード２０にそれぞれ一体的に連設されている。
また、アウタリード２０群は樹脂封止体３５の四辺から水平面内で直角にそれぞれ突出されてガル・ウイング形状に屈曲されているとともに、樹脂封止体３５の下側主面の高さ位置に略揃えられている。
【００１２】
タブ１８のペレット３２と反対側の主面が樹脂封止体３５のペレット３２と反対側の主面で露出されており、タブ１８の外周には樹脂封止体３５の内部に埋没した切り起こし部２１が複数個、周方向に間隔を置いて互いに並列に整列してタブ１８の径方向に向いて外端側上がりに傾斜するように切り起こされている。
【００１３】
以上のＱＦＰ・ＩＣの製造方法を説明する。この説明によって、前記ＱＦＰ・ＩＣの構成の詳細が共に明らかにされる。
【００１４】
このＱＦＰ・ＩＣの製造方法には、図２に示された多連リードフレーム１１が使用されており、この多連リードフレーム１１は多連リードフレーム成形工程によって製作されて準備される。
この多連リードフレーム１１は、鉄−ニッケル合金や燐青銅等の比較的大きい機械的強度を有するばね材料からなる薄板が用いられて、打ち抜きプレス加工により一体成形されている。多連リードフレーム１１の表面には銀（Ａｇ）等を用いためっき処理が、後述するワイヤボンディングが適正に実施されるように部分的または全体的に施されている（図示せず）。
この多連リードフレーム１１には複数の単位リードフレーム１２が横方向に一列に並設されている。但し、説明および図示は一単位について行われる。
【００１５】
単位リードフレーム１２は位置決め孔１３ａが開設された外枠１３を一対備えており、両外枠１３、１３は所定の間隔で平行になるように配されて一連にそれぞれ延設されている。隣り合う単位リードフレーム１２、１２間には一対のセクション枠１４が両外枠１３、１３間に互いに平行に配されて一体的に架設されており、これら外枠１３、１３、セクション枠１４、１４により形成される略正方形の枠体（フレーム）内に単位リードフレーム１２が構成されている。
【００１６】
各単位リードフレーム１２において、外枠１３およびセクション枠１４の接続部にはダム吊り部材１５が略直角方向にそれぞれ配されて一体的に突設されており、ダム吊り部材１５には四本のダム部材１６が略正方形の枠形状になるように配されて、一体的に吊持されている。
【００１７】
セクション枠１４側の各ダム部材１６にはタブ吊りリード１７がそれぞれの一端に配されて、略４５度方向に対向して一体的に突設されており、各タブ吊りリード１７の先端には略正方形の平板形状に形成されたタブ１８が、ダム部材１６群の枠形状と略同心的に配されて、これらタブ吊りリード１７により吊持されるように一体的に連設されている。各タブ吊りリード１７はタブ１８の付近においてそれぞれ屈曲されており、このタブ吊りリード１７の屈曲によって、タブ１８は後記するリード群の面よりも、後記するペレットの厚さ分程度だけ下げられている（所謂タブ下げである。）。
【００１８】
各ダム部材１６の内側辺にはインナリード１９が複数本、長手方向に等間隔に配されて互いに平行でダム部材１６と直交するように一体的に突設されており、各ダム部材１６における各インナリード１９の先端部はタブ１８の外周に近接した状態で略一直線に揃うように敷設されている。他方、各ダム部材１６の外側辺にはアウタリード２０が複数本、各インナリード１９に一連に連続するように一体的に突設されており、各ダム部材１６における各アウタリード２０の先端部は外枠１３およびセクション枠１４にそれぞれ接続されている。各ダム部材１６における隣り合うアウタリード２０、２０間の部分は、後述する樹脂封止体成形時にレジンの流れをせき止めるダム１６ａをそれぞれ構成している。
【００１９】
図１に示されているように、また、図４（ｂ）で参照されるように、タブ１８の四辺には複数個の切り起こし部２１と複数個の非切り起こし部２２とが周方向に交互に配置されてそれぞれ形成されており、各切り起こし部２１は略正方形に形成されて外端側が立ち上がるように径方向に傾斜されている。各切り起こし部２１は周方向の両脇に非切り起こし部２２、２２を平坦に残すようにする切り起こしプレス加工によって成形されている。
ちなみに、切り起こしプレス加工においては剪断加工（shearing）と曲げ型をプレス（press ）に取り付けて行う型曲げ加工とが同時に実施される。
この切り起こし部２１の切り起こしプレス加工はインナリード１９の打ち抜きプレス加工と同時に実施してもよいし、タブ１８のタブ下げプレス加工と同時に、実施してもよいし、それらと別工程で実施してもよい。
【００２０】
多連リードフレーム成形工程において準備された以上の構成に係る多連リードフレーム１１には、ペレット・ボンディング工程およびワイヤ・ボンディング工程において、ペレット・ボンディング作業、続いて、ワイヤ・ボンディング作業が実施される。これらボンディング作業は多連リードフレームが横方向にピッチ送りされることにより、各単位リードフレーム毎に順次実施される。これらボンディング作業に際して、タブ１８に形成された切り起こし部２１は上面側に切り起こされているため、多連リードフレーム１１の送りを妨害することはない。
【００２１】
まず、ペレット・ボンディング作業により、ＩＣの製造工程における所謂前工程において半導体素子を含む集積回路を作り込まれた半導体集積回路構造物としてのペレット３２が、図３および図４に示されているように、各単位リードフレーム１２におけるタブ１８上の略中央部に配されて、タブ１８とペレット３２との間に形成された接着層３１によって機械的に固着されることによりボンディングされる。接着層３１の形成手段としては、銀ペースト接着層によるボンディング法が使用される。
【００２２】
続いて、ワイヤボンディング作業により、図３および図４に示されているように、タブ１８の上にボンディングされたペレット３２の電極パッド３２ａと、各単位リードフレーム１２におけるインナリード１９との間には、ワイヤ３３が超音波熱圧着式ワイヤボンディング装置等のワイヤボンディング装置（図示せず）が使用されることにより、その両端部をそれぞれボンディングされて橋絡される。これにより、ペレット３２に作り込まれた集積回路は電極パッド３２ａ、ワイヤ３３、インナリード１９およびアウタリード２０を介して電気的に外部に引き出された状態になる。
【００２３】
以上のようにしてペレットおよびワイヤ・ボンディングされた組立体３４には各単位リードフレーム毎に樹脂封止体が、図５に示されているトランスファ成形装置４０が使用されて、各単位リードフレームについて同時成形される。
【００２４】
図５に示されたトランスファ成形装置４０はシリンダ装置（図示せず）によって互いに型締めされる上下で一対の上型４１と下型４２とを備えており、上型４１と下型４２との合わせ面には上型キャビティー凹部４３ａと下型キャビティー凹部４３ｂとが互いに協働してキャビティー４３を形成するようにそれぞれ複数組没設されている。
【００２５】
上型４１の合わせ面にはポット４４が開設されており、ポット４４にはシリンダ装置（図示せず）により進退されるプランジャ４５が成形材料としての樹脂（以下、レジンという。）を送給し得るように挿入されている。下型４２の合わせ面にはカル４６がポット４４との対向位置に配されて没設されているとともに、複数条のランナ４７がカル４６にそれぞれ接続するように放射状に配されて没設されている。各ランナ４７の他端部は下側キャビティー凹部４３ｂにそれぞれ接続されており、その接続部にはゲート４８がレジンをキャビティー４３内に注入し得るように形成されている。また、下型４２の合わせ面には逃げ凹所４９がリードフレームの厚みを逃げ得るように、多連リードフレーム１１の外形よりも若干大きめの長方形で、その厚さと略等しい寸法の一定深さに没設されている。
【００２６】
トランスファ成形に際して、図３および図４に示された組立体３４は多連リードフレーム１１が下型４２に没設された逃げ凹所４９内に収容され、各単位リードフレーム１２におけるペレット３２が各キャビティー４３内にそれぞれ収容されるように配されてセットされる。続いて、上型４１と下型４２とが型締めされる。この状態において、タブ１８の下面は下型キャビティー凹部４３ｂの上面に押接された状態になる。
【００２７】
次いで、レジン５０がポット４４からプランジャ４５によってランナ４７およびゲート４８を通じて各キャビティー４３に送給されて圧入される。キャビティー４３に圧入されたレジン５０はキャビティー４３に隙間なく充填されるため、レジン５０はタブ１８に形成された切り起こし部２１と下側空間であって両脇の非切り起こし部２２、２２間に形成された空所２３にも隙間なく充填される。
【００２８】
レジンの充填後に、レジンが熱硬化されて樹脂封止体３５が成形されると、上型４１および下型４２は型開きされるとともに、エジェクタ・ピン（図示せず）によって樹脂封止体３５群が離型される。このようにして、図６に示されているように、樹脂封止体３５群が成形された組立体３６はトランスファ成形装置４０から脱装される。
【００２９】
図６に示されているように、樹脂封止体３５の内部にはタブ１８の下面が樹脂封止体３５の下面において露出された状態において、タブ１８、ペレット３２、インナリード１９およびワイヤ３３が樹脂封止された状態になる。タブ１８の周辺部に切り起こされた複数個の切り起こし部２１は樹脂封止体３５の内部に埋め込まれた状態になっており、切り起こし部２１は樹脂封止体３５の樹脂に投錨した状態になっている。隣合う非切り起こし部２２、２２との間に形成された切り起こし部２１の切り起こされた空所２３内には樹脂封止体３５の樹脂がそれぞれ充填された状態になっており、非切り起こし部２２、２２は両脇の空所充填樹脂部２４によって挟まれた状態になっている。
【００３０】
樹脂封止体３５を成形された半完成品としての組立体３６は、リード切断成形工程（図示せず）において、外枠１３、セクション枠１４およびダム１６ａを各単位リードフレーム１２毎に切り落とされるとともに、アウタリード２０群をガル・ウイング形状に屈曲される。その結果、複数本のアウタリード２０が略正方形の平盤形状の樹脂封止体３５の四枚の側面からそれぞれ一列に揃えられて突出されてガル・ウイング形状に屈曲され、かつ、タブ１８の下面が樹脂封止体３５の下面において露出されたＱＦＰ３７が形成された状態になり、図１に示された前記構成に係るＱＦＰ・ＩＣ３８が製造されたことになる。
【００３１】
以上のようにして製造されたＱＦＰ・ＩＣ３８は、図１（ａ）に想像線で示されているようにプリント配線基板５１に実装される。すなわち、プリント配線基板５１にはランド５２が複数個、実装対象物となるＱＦＰ・ＩＣ３８における各アウタリード２０にそれぞれ対応するように配されて長方形の薄板形状に形成されているとともに、樹脂封止体３５の下面から露出したタブ１８に対応するタブ用ランド５３が同様に形成されている。ＱＦＰ・ＩＣ３８の各アウタリード２０が各ランド５２にそれぞれ当接されるとともに、タブ１８がタブ用ランド５３に当接された状態で、リフロー半田付け処理されると、ＱＦＰ・ＩＣ３８はプリント配線基板５１に半田付け部５４によって機械的かつ電気的に接続される。
【００３２】
このＱＦＰ・ＩＣ３８のプリント配線基板５１での実装状態において、ペレット３２の発熱はタブ１８へ接着層３１を経由して熱伝導され、さらに、タブ１８からタブ用ランド５３へ半田付け部５４を経由して熱伝導されることにより、放熱される。このようにペレット３２の発熱はプリント配線基板５１へ熱伝導によって直接放熱されるため、放熱効率はきわめて良好になる。
【００３３】
次に、ＱＦＰ・ＩＣ３８の切り起こし部２１の作用を説明する。
【００３４】
半導体装置の製造工場で製造されたＱＦＰ・ＩＣ３８は出荷前に抜き取り検査を実施される。抜き取り検査としては温度サイクル試験や熱衝撃試験を含む環境試験が実施される。このような環境試験に際して、熱ストレスが前記構成に係るＱＦＰ・ＩＣに加わった場合には、ペレット、樹脂封止体およびタブの構成材料の熱膨張係数差に起因して樹脂封止体の内部に応力が発生する。このような度重なる熱ストレスによる繰り返しの応力により、樹脂封止体３５の下面においてタブ１８の外周の樹脂との界面に剥離ないしは隙間が発生することがある。
【００３５】
万一、樹脂封止体３５の下面においてタブ１８の外周の樹脂との界面に剥離ないしは隙間が発生すると、樹脂封止体３５の外部の水分がその隙間を通ってペレット３２とタブ１８を接着している接着層３１に達して接着層３１に吸湿される。接着層３１に吸湿された水分はＱＦＰ・ＩＣ３８の加熱時に膨張することによって所謂水蒸気爆発を引き起こすため、接着層３１の剥離ないしはクラックが発生する場合がある。そして、前述した通り、ペレット３２の発熱はペレット３２とタブ１８との接着層３１を経由して熱伝導によって放熱されるため、接着層３１に剥離ないしはクラックが発生すると、ペレット３２の発熱のタブ１８への熱伝導が妨げられ、タブ１８が樹脂封止体３５の下面で露出されたＱＦＰ・ＩＣ３８の放熱が低下してしまう。
【００３６】
しかし、前記ＱＦＰ・ＩＣ３８においては、タブ１８の外周に複数個の切り起こし部２１が形成されていることにより、接着層３１の剥離ないしはクラックの発生を防止することができるため、タブ１８が樹脂封止体３５の下面で露出されたＱＦＰ・ＩＣ３８の放熱性能が低下するのを防止することができる。
【００３７】
すなわち、温度サイクル試験や熱衝撃試験を含む環境試験等の熱ストレスによる繰り返し応力が発生しても、タブ１８の外周に形成された複数個の切り起こし部２１が樹脂封止体３５の樹脂に投錨した状態になっているため、タブ１８と樹脂封止体３５の樹脂との界面で剥離ないしは隙間が形成されることはない。
【００３８】
したがって、樹脂封止体３５の外部の水分がタブ１８と樹脂封止体３５の樹脂との界面との間に形成された剥離ないしは隙間から接着層３１へ侵入して引き起こされる所謂水蒸気爆発による接着層３１の剥離ないしはクラックの発生は未然に防止されるため、接着層３１における熱抵抗の増加による放熱性能の低下現象の発生を未然に回避することができる。
【００３９】
前記ＱＦＰ・ＩＣおよび製造方法によれば、次の効果が得られる。
【００４０】
1) タブが樹脂封止体の下面で露出したＱＦＰ・ＩＣのタブの外周に複数個の切り起こし部を形成することにより、切り起こし部の投錨効果によってタブと樹脂封止体との界面に剥離ないしは隙間が発生するのを防止することができるため、樹脂封止体の外部の水分が接着層に侵入するのを防止することができる。
【００４１】
2) 切り起こし部の投錨効果によってタブと樹脂封止体との界面に剥離ないしは隙間が発生するのを防止することにより、樹脂封止体の外部の水分がタブと樹脂封止体の樹脂との界面の間に形成された剥離ないしは隙間から接着層へ侵入するのを防止することができるため、その侵入によって引き起こされる所謂水蒸気爆発による接着層の剥離ないしはクラックの発生を未然に防止することができる。
【００４２】
3) 所謂水蒸気爆発による接着層の剥離ないしはクラックの発生を防止することにより、接着層における熱抵抗の増加による放熱性能の低下現象の発生を未然に回避することができるため、タブが樹脂封止体の下面で露出した放熱性能の良好なＱＦＰ・ＩＣの市場への提供を実現することができる。
【００４３】
4) 切り起こし部は多連リードフレームの成形時にタブと同時に成形することができるため、生産性の低下を抑制することができる。
【００４４】
図７は本発明の一実施の形態であるＱＦＰ・ＩＣの主要部を示しており、（ａ）は正面断面図、（ｂ）はタブの外周部分を示す樹脂部を省略した斜視図である。
【００４５】
本実施の形態が前記ＱＦＰ・ＩＣと異なる点は、切り起こし部２１Ａが互いに直列に並ぶようにタブ１８の周方向に向いて切り起こされている点である。
【００４６】
本実施の形態においては、タブ１８の外周辺部に切り起こし部２１Ａが形成されているため、前記ＱＦＰ・ＩＣおよび製造方法と同様の作用効果が奏される。
【００４７】
以上本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００４８】
例えば、切り起こし部の形状は、矩形波形状に形成するに限らず、三角形やＵ字形状、多角形、半円形あるいは直線と曲線の組合せ形状等であってもよく、特に、その形状は問わない。
【００４９】
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明をその背景となった利用分野であるＱＦＰ・ＩＣに適用した場合について主に説明したが、それに限定されるものではなく、樹脂封止パッケージを備えている半導体装置全般に適用することができる。特に、本発明は、低熱抵抗が要求される厚さが薄い表面実装形樹脂封止パッケージを備えている半導体装置の製造技術に利用して優れた効果が得られる。
【００５０】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、次の通りである。
【００５１】
タブが樹脂封止体の下面で露出した表面実装形樹脂封止パッケージの樹脂封止体下面におけるタブの外周に複数個の切り起こし部を形成することにより、切り起こし部の樹脂封止体の樹脂への投錨効果によってタブと樹脂封止体の樹脂との間の界面の剥離ないしは隙間の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態の比較例であるＱＦＰ・ＩＣを示しており、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は一部切断底面図である。
【図２】そのＱＦＰ・ＩＣの製造方法に使用される多連リードフレームを示しており、（ａ）は一部省略平面図、（ｂ）は正面断面図である。
【図３】ペレットおよびワイヤ・ボンディング工程後を示す一部省略平面図である。
【図４】（ａ）は図３のIV−IV線に沿う正面断面図、（ｂ）はタブの外周部分を示す斜視図である。
【図５】樹脂封止体の成形工程を示しており、（ａ）は一部省略縦断面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図である。
【図６】樹脂封止体成形後の組立体を示しており、（ａ）は一部切断平面図、（ｂ）は正面断面図である。
【図７】 本発明の一実施の形態であるＱＦＰ・ＩＣの主要部を示しており、（ａ）は正面断面図、（ｂ）はタブの外周部分を示す樹脂部を省略した斜視図である。
【符号の説明】
１１…多連リードフレーム、１２…単位リードフレーム、１３…外枠、１３ａ…位置決め孔、１４…セクション枠、１５…ダム吊り部材、１６…ダム部材、１６ａ…ダム、１７…タブ吊りリード、１８…タブ、１９…インナリード、２０…アウタリード、２１、２１Ａ…切り起こし部、２２…非切り起こし部、２３…空所、２４…空所充填樹脂部、３１…接着層、３２…ペレット、３２ａ…電極パッド、３３…ワイヤ、３４…組立体、３５…樹脂封止体、３６…樹脂封止体成形後の組立体、３７…ＱＦＰ（表面実装形樹脂封止パッケージ）、３８…ＱＦＰ・ＩＣ（表面実装形樹脂封止パッケージを備えている半導体装置）、４０…トランスファ成形装置、４１…上型、４２…下型、４３…キャビティー、４３ａ…上型キャビティー凹部、４３ｂ…下型キャビティー凹部、４４…ポット、４５…プランジャ、４６…カル、４７…ランナ、４８…ゲート、４９…逃げ凹所、５０…レジン、５１…プリント配線基板、５２…ランド、５３…タブ用ランド、５４…半田付け部。
Claims (3)
- 半導体ペレットと、半導体ペレットが接着層によってボンディングされたタブと、半導体ペレットの各電極に電気的に接続された複数本のインナリードと、各インナリードにそれぞれ一連に連設された複数本のアウタリードと、半導体ペレット、タブおよびインナリード群を樹脂封止した樹脂封止体とを備えている半導体装置において、
前記タブの前記半導体ペレットと反対側の主面が前記樹脂封止体の前記半導体ペレットと反対側の主面で露出しており、前記タブの外周には前記樹脂封止体に投錨した切り起こし部が複数個、周方向に非切り起こし部と交互に形成されており、
前記切り起こし部が互いに直列に並ぶように前記タブの周方向に向いて切り起こされていることを特徴とする半導体装置。 - 前記切り起こし部が切り起こしプレス加工によって成形されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
- 前記切り起こし部が前記タブの打ち抜きプレス加工と同時に切り起こしプレス加工によって成形されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
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| JP2003218312A JP2003218312A (ja) | 2003-07-31 |
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