JP3855941B2 - 凸型ヒートシンク付き半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はヒートシンク付き半導体装置及びそのヒートシンクの製造方法に関し、特に放熱体として使用する凸型（正確には凸字型）ヒートシンクの放熱面を露出させて放熱性及び装置信頼性の向上を図ったヒートシンク付き半導体装置及びそのヒートシンクの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近の例えば高集積ＣＭＯＳＬＳＩ等の高消費電力化に伴い、廉価で低熱抵抗のプラスチック・パッケージの要求が高まっている。これに対処する手法として、材料の面からは、リードフレームや封止用樹脂の高熱伝導化があり、構造の面からは、リードフレーム・デザインの変更やヒートシンクすなわち放熱体の付加によるものが鋭意検討乃至実施中の情況にある。
【０００３】
これらの手法の各利害特質の説明は専門書に譲るが、ヒートシンクの付加によるパッケージの低熱抵抗化は、消費電力が１チップ当り２Ｗ程度までのＬＳＩに対するものとして、近い将来を含めて現状に即した最もオーソドックスな対策と考えられる。
【０００４】
図１４は従来の放熱体一部露出型のヒートシンク付き半導体装置のパッケージ構造を模式的に示す要部断面図である。図１４において、１はリードフレームの各リードであり、多数のリードが配列されていて中央のリード先端部では四角い空間部を形成している。そして、凸状体の高熱伝導性金属例えば無酸素銅からなるヒートシンク４（構造については後述）がその底辺の周辺部でポリイミド等の絶縁板２によって各リード１の上に接着・固定されている。ヒートシンク４の底辺中央部には、接着剤等により半導体チップ（半導体素子）３が前記空間部の位置で取り付けられており、半導体チップ３のボンディングパッド（図示せず）とこれに対応する各リード１とはそれぞれワイヤ５により接続されている。
【０００５】
上述のようにして、多数の各リード１に接続され前記空間部の位置で取り付けられた半導体チップ３は、各リード１の一部（例えば外側部分）及びヒートシンク４の一部（例えば突起部頂上面）を残してエポキシ樹脂等の封止用プラスチックにより封止されてパッケージ６が形成される。そして、パッケージ６から突出した各リード１は所定の形状に折り曲げられて装置の端子として形成され、ヒートシンク付き半導体装置の形成が終了する。
【０００６】
上述の構成によって、半導体チップ３の使用状態においてこれから発生した熱は低熱抵抗体（高熱伝導体）のヒートシンク４を介して効率よく上述の突起部頂上面に達し、ここで空冷により外部に放出されるようになっている。
【０００７】
図１５は図１４で示したヒートシンクの拡大断面図である。従来の凸型状のヒートシンク４は切削や圧延を併用して製作されている。このため、たとえ図に示される凸状体がその突起部の側面が垂直な完全な凸状体が得られるものとして製作されても、図のＡ部、Ｂ部にみられるように、切削又は圧延による加工歪み又は加工不良によって、Ａ部のように角面が曲面状になったり、Ｂ部のように不規則な切断ばりが発生した状態になっている。切断ばりは後工程で除去可能であるが、角の曲面はそのまま使用しているのが普通である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような従来のヒートシンク付き半導体装置及びそのヒートシンクの製造方法では、特にヒートシンクを機械加工で製造しているため、突起部の頂上面の平坦度や平行度がだしづらく、ヒートシンクの突起部端縁角面が曲面になっている。そのため、この端縁角面近傍の突起部頂上面が多少だれ下がりぎみに傾斜しており、かつ側面部の上部の曲面の曲率が特に大きい場合には、樹脂封止時、樹脂が前記の傾斜部に回り込んでのったりするので、封止樹脂とヒートシンクとの界面剥離が生じ易くなり、この型の半導体装置の信頼性を損なうといった問題があつた。
【０００９】
また、従来のヒートシンクは、マクロ的な構造からも封止樹脂との密着性が悪く、このためのトラブルにより半導体装置の信頼性を低下させるといった問題があった。
【００１０】
さらに、装置製造の際、特にワイヤボンディング時にヒートシンク面が光沢を有するので、ボンディング装置においてリードフレームのリードの自動認識ができずらい上に、絶縁板が弾力があって歪むので、ボンディング品質が安定しないという問題があった。
【００１１】
本発明は上述の問題を解決するためになされたもので、放熱体一部露出型のヒートシンク付き半導体装置のパッケージングにおいて、安定したワイヤボンディングとその高信頼性が可能で、かつ安価でしかも高放熱特性を有するヒートシンク付き半導体装置及びそのヒートシンクの製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる凸型ヒートシンク付き半導体装置の製造方法は、高熱伝導性の材料からなり、半導体素子が載置される底面と前記底面とは反対面に突起した突起部とからなり、前記突起部の頂上面の一辺の長さを前記突起部における所定部分の対向する１対の側面間の距離より大きく形成し、前記底面の前記半導体素子の配設位置に、この半導体素子のチップ面積より大きい銀めっき面を有する凸型ヒートシンクの前記底面に前記半導体素子を配設するものである。
【００１３】
本発明に係る凸型ヒートシンク付き半導体装置の製造方法は、（ａ）高熱伝導性の素材の一方の面上に選択的に第一レジスト膜を形成する工程と、
（ｂ）前記素材の一方の面と異なる他方の面上に選択的に第二レジスト膜を形成する工程と、
（ｃ）前記第一レジスト膜及び第二レジスト膜をマスクとして前記一方の面及び前記他方の面の両面から前記素材が分離されるまで等方的な湿式エッチングを行い、前記素材の前記一方の面側に側面が曲面的にえぐられた形状を有する突起部を形成する工程と、
（ｄ）前記素材前記他方の面に半導体素子を配設する工程と、
（ｅ）前記突起部の頂上面を残して、前記素材と前記半導体素子を樹脂で封止する工程と、
を有することを特徴とするものである。
【００１４】
本発明に係る凸型ヒートシンク付き半導体装置の他の製造方法は、（ａ）高熱伝導性の素材の一方の面上に選択的に第一レジスト膜を形成する工程と、
（ｂ）前記素材の一方の面と異なる他方の面上の全面に第二レジスト膜を形成する工程と、
（ｃ）前記第一レジスト膜をマスクとして前記一方の面から、側面が曲面的にえぐられた形状を有する所定の突起部が形成されるまで等方的な湿式エッチングを行う工程と、
（ｄ）前記エッチングされた領域を機械加工により分割する工程と、
（ｅ）前記素材の一方の面と異なる面に半導体素子を配設する工程と、
（ｆ）前記突起部の頂上面を残して、前記素材と前記半導体素子を樹脂で封止する工程と、
を有することを特徴とするものである。
【００１７】
上述の４つの製造方法において、素材は無酸素銅を使用し、エッチングは塩化第二鉄のエッチング液を使用する湿式エッチングが好適である。
【００１８】
大レジスト膜を形成する前に、ヒートシンクの半導体素子の接着・固定位置に銀めっき面を形成しておくことが望ましい。
【００１９】
素材の他の面の全面にレジスト膜を形成する前に、ヒートシンクの半導体素子の接着・固定位置に銀めっき面を形成しておくと好都合である。
【００２０】
ヒートシンクには暗色化表面処理を施すことが好ましい。
【００２１】
ヒートシンクには酸化処理を施すことが好ましい。
【００３３】
【実施例】
［実施例１］
図１は本発明によるヒートシンク付き半導体装置の一実施例を模式的に示す要部説明図である。図１の（ａ）はその断面図、図１の（ｂ）は図１の（ａ）で使用したヒートシンクの要部断面図である。
【００３４】
まず、図１の（ａ）において、１はリードフレームの各リード、４ａは無酸素銅等の高熱伝導性の材料からなる凸字状のヒートシンクであり、その周辺部分においてポリイミド等の絶縁テープ２ａで各リード１の上に接着固定されている。３はヒートシンク４ａ上に接着剤等により取り付けられた半導体チップであり、半導体チップ３に設けられたボンディングパッドとこれに対応する各リード１とは、それぞれ金線等のワイヤ５により接続されている。
【００３５】
上記のようにして、多数の各リード１に接続された半導体チップ３は各リード１の一部及びヒートシンク４ａの突起部頂上面を残してエポキシ等のプラスチックにより封止されてパッケージ６として形成されている。そして、パッケージ６から外側に突出した各リード１が所定の形状に折り曲げられて装置端子が形成されて、放熱体露出型のヒートシンク付き半導体装置が構成されるようになっている。
【００３６】
つまり、図１の（ａ）に示される実施例装置は、各リード１上に絶縁テープ２ａを介して半導体チップ３を接着固定し、半導体チップ３のボンディングパッド（図示せず）とインナーリードとを金線等のワイヤ５にて接続した後、樹脂等で封止してなる半導体装置で、従来から半導体チップ３を固定しているダイパッドの代わりに、金属等からなる熱伝導性の良いヒートシンクを用いて半導体チップ３を固定し、そのヒートシンクを半導体装置外部に露出するように設置して構成したヒートシンク付き半導体装置である。
【００３７】
そして、この場合、熱伝導性のよいヒートシンクの材料は銅、アルミニウム、銀又は金の単体、あるいはこれら各金属元素の主成分合金からなるものであることが望ましく、経済性を考慮すれば、特に銅を使用するのが好適である。
【００３８】
また、図１の（ｂ）に示した凸字状のヒートシンク４ａは、後述のように湿式のエッチングによって形成されるが、ヒートシンクの厚さ方向の断面をみた場合、突起部頂上面幅Ｘに対して、突起部側面幅ＹはＸ＞Ｙとなるよう突起部側面が内側にえぐれているように製作されている。
【００３９】
また、ヒートシンク４ａの各Ａ、Ｂ及びＣ面、すなわちそれぞれ突起部頂上面、突起部側面及び底面については、Ａ面及びＣ面の粗さは３０um以下となるよう製作されている。また、Ａ面及びＣ面の平行度については、３０um以下となるよう製作されている。Ｂ面については、特に鏡面にする必要はないが５０um程度の粗さであればよい。
【００４０】
［実施例２］
図２は本発明によるヒートシンクの他の実施例を示す模式説明図である。図２の（ａ）は、例えば実施例１で用いた凸字状のヒートシンク４ａの全表面に黒化処理等の暗色処理層７を有するヒートシンク４ｂの一部断面図であり、図２の（ｂ）は、上述のヒートシンク４ｂを用いて形成したヒートシンク付き半導体装置のパッケージ工程前の要部平面図である。
【００４１】
図２において、１はリードフレームの各リード、４ｂは暗色処理層７を有するヒートシンクであり、ポリイミド等の絶縁テープ２ａで図１の場合と同様に接着固定されている。３はヒートシンク４ｂ上に接着剤により取り付けられた半導体チップであり、半導体チップ３に設けられたボンディングパッド（図示せず）とこれに対応する各リード１とは、それぞれワイヤー５により接続されている。
【００４２】
上述のヒートシンク４ｂの表面に設けられている暗色処理層７は、例えばメルテックス（株）の「エボノール（商品名）」にヒートシンク４ａを数秒間浸漬して表面に酸化処理を施すことによって得られたものである。暗色処理層７を有するヒートシンク４ｂのように表面を例えば黒色化処理等の暗色化処理したことにより、パッケージの際の樹脂の密着性が向上し、またワイヤボンディングにおけるボンディングマシンのリード認識が容易になるばかりでなく、腐蝕されやすい銅等の表面劣化を防止することが可能となる効果が得られる。
【００４３】
上述の実施例１及び実施例２にみられる１つの重要な特徴は、各リード１とヒートシンク４ａ，４ｂを接着するのに比較的幅の狭い絶縁テープ２ａを用いていることである。ここで、使用した絶縁テープの効用について、以下図３、図４の断面説明図を用いて説明する。
【００４４】
図３はワイヤボンディングの有様の一例を示すもので、リード押え１５により各リード１の先端部を押えて圧下させると、各リード１は絶縁テープ２ａがテープ状の幅狭いものであるから、この絶縁テープ２ａを支点として先端部がヒートシンク４ａに当接し、各リード１を固定させる。従って、この状態でワイヤ５を安定してボンディングすることができる。ボンディングが終ってリード押え１５を離して元へ戻すと、図４に示すように、各リード１はその弾性により元の水平な状態に戻って保持され、各リード１とヒートシンク４ａとの間は絶縁テープ２ａにより絶縁されるようになる。
【００４５】
以上のようにして、ヒートシンク４ａと各リード１とを絶縁・固定するのに絶縁テープ２ａを用い、実施例２で示したように、ヒートシンク４ａの表面に暗色処理層７を設けたので、パッケージの際の樹脂の密着性が向上し、また、ワイヤボンディングにおけるボンディングマシンのリード認識が容易になった。
【００４６】
ここで、絶縁テープ２ａの配設態様について検討する。図２の（ａ）にみられるヒートシンク４ｂのように底面が例えばほぼ四角形状の場合は、この底面の全ての底辺（この場合４辺）に沿うような絶縁テープ２ａを使用している。
【００４７】
しかし、図１６の（ａ），（ｂ）に示したヒートシンク４ａのように、長方形のパッケージに使用すると好適な長方形状のヒートシンクの場合は、一般にリード１の長さがその辺によって変わるので、リードの長くなる側の辺（ここではヒートシンクの短辺）にのみ絶縁テープ２ａを配設するのが好都合である。すなわち、この構成により絶縁テープ２ａが長いリード１を支持するから、リードの長さをかせぐことができる。また、信頼性、耐湿性の面からこの絶縁物は量的に少ない方がよいという前提条件を満たすのに好都合である。
【００４８】
すなわち、今述べたことを敷衍すると、このような絶縁物の配設態様を利用して、場合によっては例えば４方向のみでなく２方向にのみリードを使用することも可能であり、適宜必要に応じた箇所に絶縁物を設けることができるという利点がある。
【００４９】
なお、これまでの実施例の説明において、図２の（ａ）にみられるように、ヒートシンク４ｂの全表面に暗色処理層７が形成されているが、暗色処理層７は必ずしもヒートシンク４ｂの全表面にある必要はなく、望ましくはヒートシンク４ｂの樹脂接着面と半導体素子の搭載面に形成してあればよい。
【００５０】
また、図２の（ｂ）にみられるように、ヒートシンク４ａ，４ｂの突起部頂上面と底面は同じ四角形のものを示しているが、これらは同じ形状である必要はなく、例えば底面が四角である時でも、突起部頂上面の四隅が曲線又は直線的に削られたようなものであっても差支えない。
【００５１】
［実施例３］
図５は本発明によるヒートシンクの別の実施例を示す模式説明図であり、図は貫通穴を有するヒートシンクを用いた半導体装置の要部平面図を示している。図５において、１は各リード、４ｃは凸字状のヒートシンクであり、両者はポリイミド等の絶縁テープ２ａで前述の方式と同様に接着固定されている。３はヒートシンク４ｃ上に接着剤により取り付けられた半導体チップであり、半導体チップ３に設けられたボンディングパッドとこれに対応する各リード１とは、それぞれワイヤー５により接続されている。また、８は四角形状のヒートシンク４ｃの例えば四隅の対称位置のヒートシンク４ｃの突起部以外の場所に設けられた貫通穴であり、絶縁テープ２ａと各リード１の先端との間に設けられているが、穴の数や形状は適宜任意でよい。
【００５２】
このように、貫通穴８を有するヒートシンク４ｃを本発明の構成に採用することにより、パッケージの際貫通穴８を介して封止樹脂が注入されるので、封止樹脂とヒートシンクとの密着性を向上させることができる。同時に、リードフレームを挾んでパッケージを構成する上下の樹脂が貫通穴８を介して隙間なく注入されしっかりとつながってモールドされるので、強固なパッケージ６を形成するのに効果がある。
【００５３】
［実施例４］
図６は本発明のヒートシンク付き半導体装置に用いるヒートシンクの製造方法の一実施例を示す工程説明図である。図６の（ａ）〜（ｃ）の工程断面図順にその製造手順を説明する。
【００５４】
まず、図６の（ａ）において、形成しようとするヒートシンクの板厚と同じ厚さの例えば無酸素銅等の素材（金属板）９の一面（図の上面）に、凸字状の突起部を形成するために小レジスト膜１０を所定の間隔をもつて配設し、さらに素材９の他の面（図の下面）の小レジスト膜１０に対応する位置に凸型ヒートシンクの底面を形成するための大レジスト膜１１を所定の間隔をもつて配設する。
【００５５】
次いで、図６の（ｂ）に示すように、大レジスト膜１１及び小レジスト膜１０をマスクとして素材９の両面から例えば塩化第二鉄を主成分とするエッチング液による湿式エッチングを行い、大レジスト膜１１間の所定の間隔下の素材９の部分が分離されるまでエッチングして、個々のレジスト付き凸状素材９ａを形成する。
【００５６】
さらに、図６の（ｃ）に示すように、レジスト付き凸状素材９ａの大レジスト膜１１及び小レジスト膜１０を通常の方法で除去することにより個々の凸型ヒートシンク４ａが形成される。
【００５７】
以上の説明から明らかなように、本実施例はエッチングのみでヒートシンクを製作する製造方法を示したものである。そして、本実施例工程のような湿式エッチングでは、よく知られている等方的なエッチングが行われるので、上下のエッチング側面は周知のアンダーカット状になるので、突起部側面は曲面的にえぐられた形状のものとなる。そのため、図１の（ｂ）で説明したようなＸ＞Ｙの条件を満足する突起部が形成される。そして、上下面はマスクされているのでエッチングされないから素材９の初めの上下面が保存され、ヒートシンク４ａの各Ａ、Ｂ及びＣ面（図１の（ｃ）参照）、すなわちそれぞれ突起部頂上面、突起部側面及び底面については、Ａ面及びＣ面の粗さは３０um以下が達成される。また、Ａ面及びＣ面の平行度も、３０um以下が保たれている。また、Ｂ面も５０um程度の粗さで形成されることが保証される。
【００５８】
［実施例５］
図７は本発明のヒートシンクの製造方法の他の実施例を示す工程説明図である。図７の（ａ）〜（ｄ）の工程断面図順にその製造手順を説明する。
【００５９】
まず、図７の（ａ）に示すように、形成しようとするヒートシンクの厚さに等しい無酸素銅等の素材９の一つの面にヒートシンクの突起部を形成するための小レジスト膜１０を所定の間隔をもつて配設し、他の面の全面にはレジスト膜１２を形成する。
【００６０】
ついで、図７の（ｂ）のように、小レジスト膜１０をマスクとして素材９の上記一つの面側から前述と同様な湿式エッチングを行い、素材９の厚さの例えばほぼ半分までエッチングして突起部が形成された相互に連結したままのレジスト付き凸状素材９ｂを形成する。
【００６１】
さらに、図７の（ｃ）のように、このレジスト付き凸状素材９ｂの小レジスト膜１０及びレジスト膜１２を除去した後、図７の（ｄ）のように、エッチング領域をプレス加工あるいは切削加工等の機械加工により均等分割して、個々の凸状ヒートシンク４ａを形成する。この時、プレス加工はヒートシンク凸部側の面もしくは裏面のどちらから実施してもよい。
【００６２】
以上の説明のように、ヒートシンクの製造方法として、本実施例では湿式エッチングと機械加工を併用する方法を示したが、この場合は一つの面側からのみエッチングを行うので、エッチング深さつまり凸部の高さを任意に設定できる点に特長がある。
【００６３】
この点は、実施例４の場合はエッチングが両面から行われるために、凸部の高さを所期の値に設定するには上下面のマスク相互の間隔を調整しなければならないという工程前のチェックを要するのと比較すると、対照的な利点ということができる。
【００６４】
その他、形成されるヒートシンクの形状、精度等についての特徴や効果は、実施例４で説明した通りである。
【００６５】
ところで、上述の実施例１〜実施例５においては、ヒートシンク４ａは厚さＨ（凸字状体の高さに相当）が１．６ｍｍのものを使用している。そして、パッケージ６の厚さＰは３．３５ｍｍである。また、リードフレームの各リード１の厚さＦは０．１２５〜０．１５ｍｍであるが、通常は０．１５ｍｍのものを使用している。そして、絶縁テープ２ａの位置から各リード１の先端部までのリードの長さＬは最低２．５ｍｍである。さらに、ポリイミドフィルム等からなる絶縁テープ２ａの厚さＴは０．０５ｍｍ、０．０７５ｍｍ及び０．１２５ｍｍの３種類のものがあるが、主として０．０５ｍｍ及び０．０７５ｍｍのものを使用している。
【００６６】
上述の実施例寸法から、ヒートシンクの厚さＨは、絶縁テープの厚さを無視すれば、次式で表すことができる。
【００６７】
Ｈ＝（Ｐ−Ｆ）／２
［実施例６］
本実施例では、上述の実施例４，５で説明したヒートシンクの製造方法を応用して、半導体チップ取り付け場所に銀（Ａｇ）めっき面を有するヒートシンクの実施例とその構成及び効能について説明する。
【００６８】
図８は銀めっき面を有するヒートシンクを製造する際の第１段階（図６の（ａ）工程に対応する段階）の状態を示す断面図である。図に示したように、大レジスト膜１１を素材９の所定の位置に形成する前に、まず、得ようとするヒートシンクの半導体チップ３の取り付け位置を基準として、所定面積の銀めっき面１３を形成する。この所定面積は一般に半導体チップ３の占める面積の例えば４〜９倍程度と半導体チップ３の面積より大きく取っておくのが望ましい。
【００６９】
銀めっき面１３の形成後、大レジスト膜１１と、この取り付け面の反対面に前述の小レジスト膜１０を形成する。その後は、実施例４の形成方法と同様な湿式エッチングを行った後、レジストを除去することにより、本発明による銀めっき面１３を備えたヒートシンク４ａが得られる。
【００７０】
図９の（ａ）は上述の銀めっき面を有するヒートシンクを用いて形成したヒートシンク付き半導体装置のパッケージング前の有様を示す断面図であり、図９の（ｂ）はその平面図である。図９の（ａ），（ｂ）において、１３はヒートシンク４ａの半導体チップ３の取り付け位置面を中心に形成された銀めっき面であり、ワイヤ５ａを除く他の構成は図１の実施例装置等で示した半導体装置のそれと同様である。
【００７１】
本実施例装置の特徴は、半導体チップ３に設けられている幾つかの接地用のボンディングパットから取り出すワイヤ５ａを直接銀めっき面１３に接続することにより、銀めっき面１３を接地用として共用化でき、その共用化された分のリードを他に利用できる。
【００７２】
なお、本実施例では、銀めっき面１３を有しかつ暗色処理層７を施しているヒートシンク４ｂの場合についてワイヤ接続の態様を説明した。しかし、暗色処理層７を施していないような例えば銀めっき面１３を備えたヒートシンク４ａを使用した場合であっても、同様の効果が得られることはいうまでもない。
【００７３】
［実施例７］
図１０の（ａ）は銀めっき面を有するヒートシンクを用いて形成した他の実施例装置のパッケージング前の有様を示す断面図であり、図１０の（ｂ）はその平面図である。図１０の（ａ），（ｂ）において、１３はヒートシンク４ｂの半導体チップ３の取り付け位置面を中心に形成された銀めっき面であり、ワイヤ５ｂを除く他の構成は図９の実施例装置等で示した半導体装置のそれと同様である。本実施例において、ワイヤ５ｂは銀めっき面１３（ヒートシンク４ｂ）から少数のリード１に直接接続するワイヤ、ワイヤ５ａは図９の場合と同様に半導体チップ３の複数の接地パッドから銀めっき面１３へ直接接続するワイヤである。
【００７４】
銀めっき面１３を利用したこのワイヤ接続構成によって、半導体チップ３に設けられている幾つかの接地用のボンディングパッドから取り出すワイヤ５ａを直接銀めっき面１３に接続することにより、その分のリード１を他に利用できるばかりでなく、例えば半導体チップ３上の複数の接地用パッドからヒートシンク４ｂ面にボンディングし、少数のリード１にヒートシンク４ｂからワイヤボンィングすることにより、接地電位が安定し、かつ少数リードで多くの接地点をとることができるという利点が得られる。なお、図１０の（ａ）では、各リード１から半導体チップ３のボンディングパッドへ接続する通常のボンディング用のワイヤ５の図示は省略している。
【００７５】
また、図１１の（ａ）は銀めっき面を有するヒートシンクを用いて形成した他の実施例装置のパッケージング前の有様を示す断面図であり、図１１の（ｂ）はその平面図である。図１１の（ａ），（ｂ）において、ワイヤ５ｂを除く他の構成は図９及び図１０の実施例装置で示した半導体装置のそれと同様である。
【００７６】
図１１のワイヤ接続構成では、接地用のリード１からヒートシンク４ｂの銀めっき面１３にワイヤ５ｂでボンディングすると共に、半導体チップ３の複数の接地用パッドにワイヤ５で接続している。しかも接続の順番としては、接地用パッドと銀めっき面１３を比べた場合、最初にリード１から近くの銀めっき面１３と接続し、その後に、リード１から遠くの接地用パッドに接続するようになっている。
【００７７】
このワイヤ接続構成により、半導体チップ３の裏面電位を接地電位に合わせられる利点が生ずると共に、図１０の実施例装置に比して、例えばワイヤ５ａの上部の折れ曲がり変形が緩やかになるので、ボンディング品質がより優れたものとなる。
【００７８】
さらに、図１２の（ａ）は銀めっき面を有するヒートシンクを用いて形成した別のの実施例装置のパッケージング前の有様を示す断面図であり、図１２の（ｂ）はその平面図である。図１２の（ａ），（ｂ）において、ワイヤボンディングの態様を除く他の構成は図１０及び図１１の実施例装置で示した半導体装置のそれと同様である。
【００７９】
この構成では、図１０及び図１１で示したワイヤ５ａ及び５ｂの銀めっき面１３を介して行う接続法を併用したものとなっている。すなわち、半導体チップ３の接地用パッドとヒートシンク４ｂをワイヤ５ａと、少数リードとヒートシンク４ｂを接続するワイヤ５ｂを適宜組み合わせることによって、好適な接地接続の態様が得られる利点がある。
【００８０】
すなわち、この銀めっき面は、この銀めっき面を介するワイヤボンディング結合方式の多様化が可能となるので、ワイヤボンディングに対して変化の多い態様を可能にするので、アース電位の安定化や時定数の低減化等の装置性能の向上に著しく寄与する。
【００８１】
［実施例８］
図１３は本発明のヒートシンク付き半導体装置の別の実施例を示す断面図である。図１３の実施例装置の主構成は、図１の実施例装置とほぼ同等であるが、ヒートシンク４ａの露出部を構成する突起部頂上面に半田めっき層１４が設けられているのが特徴である。
【００８２】
すなわち、これまでの説明では省略していたが、従来からこの種の半導体装置の外部端子となっている部分の各リード１には、実装時の便利さのために、図示のような半田めっき１４ａが施されている。上述の半田めっき層１４は、半田めっき１４ａの形成時に同一工程で形成されたものである。
【００８３】
この半田めっき層１４の付加によって、例えば図２の実施例で説明した暗色処理層７でこの面が被覆されている場合よりも、ヒートシンクの防蝕作用を高める効果がある。また、単独では電気的に絶縁構成となっているヒートシンクに電位（接地電位を含む）を付与したり、場合によっては例えば放熱フィン（図４せず）を追加接合する場合の半田づけ等の作業上便利であるというような実用上の効果が得られる。
【００８４】
【発明の効果】
以上説明した通り本発明によれば、金属等の熱伝導性の良いヒートシンクの一端面を露出させたヒートシンク付き半導体装置において、ヒートシンクを凸字状のものとし、その突起部の側面部の形状をえぐれた格好のものととすることにより、突起部表面幅Ｘに対して突起部側面の最小幅ＹがＸ＞Ｙとなるように構成したので、封止樹脂とヒートシンクとの密着性が改良され、この種の半導体装置の信頼性が向上する効果が得られた。
【００８５】
また、凸字状ヒートシンクの各面すなわち突起部頂上面（Ａ面）、突起部側面（Ｂ面）及び底面（Ｃ面）において、Ａ面及びＣ面の粗さは３０um以下となっており、また、Ａ面及びＣ面の平行度については、３０um以下となっており、Ｂ面については、特に鏡面にする必要はないが５０um程度にすることで、突起部頂上面に封止樹脂が回り込んで被着されることがなくなり、樹脂が剥離したりすることのない安定した見映えのよいヒートシンク露出面が確保できる。また、ワイヤーボンディングも安定した品質が保てるとともに、封止樹脂との密着性も確保できる。
【００８６】
さらに、リードフレームにヒートシンクを接着するのに幅の狭い絶縁テープを使用しているので、ボンディング時にこの絶縁物を支点としてリード先端部がボンディングパットやヒートシンクの面に確実に当接し、リードをしっかりと固定させる。従って、この状態でワイヤを安定したボンディングが可能となる。
【００８７】
また、絶縁物の配設態様によっては、例えばヒートシンク底面の全ての辺でなく、相対する２辺にのみ配設することによって、リードの長さを稼ぎ得るばかりでなく、絶縁物の量を減らせることができるので、半導体装置の信頼性、耐湿性を改良させる効果がある。
【００８８】
また、表面に黒化処理等の暗色処理を施したヒートシンクとすることにより、ワイヤーボンディング時のリード認識が安定しボンディング品質が向上するとともに、封止樹脂とヒートシンクとの密着性が向上する。
【００８９】
また、貫通穴を有するヒートシンクを用いることにより、貫通穴に封止樹脂が注入されるので、リードフレームを挾んでパッケージを構成する上下の樹脂が貫通穴を介して隙間なくしっかりとつながってモールドされるようになり、強固なパッケージを形成するのに効果がある。また、封止樹脂とヒートシンクとの密着性をさらに向上させることができる。
【００９０】
また、本発明によるヒートシンクの製造方法によれば、エッチングにてヒートシンクの突起部を形成するので、機械的なストレスをヒートシンクにかけることなく平坦度及び平行度の安定したヒートシンクを製作することができる。一般に、エッチング加工のほうがヒートシンクの品質は安定するが、プレス加工を併用する場合は、素材の片面からのみエッチングすればよいので、エッチング深さの制御が容易となる上に、コストの低下に寄与するという利点がある。
【００９１】
さらに、このヒートシンクの形成方法を利用すれば、ヒートシンクの半導体チップの取り付け位置に所定面積の銀めっき面を形成しておくのが容易となる。そして、この銀めっき面は、この銀めっき面を介するチップ近傍でのワイヤボンディング結合方式の多様化を可能とし、ワイヤボンディングに対して変化の多い態様を達成させるので、アース電位の安定化や時定数の低減化等の装置性能の向上に著しく寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるヒートシンク付き半導体装置及びヒートシンクの一実施例を示す要部説明図である。
【図２】 本発明による表面に黒化処理等の暗色処理を施したヒートシンク及びワイヤボンディング部分の要部説明図である。
【図３】 図１の半導体装置のワイヤボンディングの一例を示す断面図である。
【図４】 図３のワイヤボンディングが終了した時点の状態を示す断面図である。
【図５】 貫通穴を有する本発明のヒートシンク付き半導体装置の要部平面図である。
【図６】 本発明によるヒートシンクの製造方法の一実施例を示す断面工程図である。
【図７】 本発明によるヒートシンクの製造方法の他の実施例を示す断面工程図である。
【図８】 銀めっき面を有する本発明のヒートシンクを製造する際の第１段階の状態を示す断面図である。
【図９】 本発明の銀めっき面を有するヒートシンクを用いたパッケージング前の有様を示す説明図である。
【図１０】 本発明の銀めっき面を有するヒートシンクを用いたパッケージング前の他の有様を示す説明図である。
【図１１】 本発明の銀めっき面を有するヒートシンクを用いたパッケージング前の別の有様を示す説明図である。
【図１２】 本発明の銀めっき面を有するヒートシンクを用いたパッケージング前のもう１つ別の有様を示す説明図である。
【図１３】 本発明のヒートシンクの頂上面に半田付けを有する一実施例を示す説明図である。
【図１４】 従来の露出型放熱方式の半導体装置を示す要部断面図である。
【図１５】 従来の凸形状ヒートシンクの模式断面図である。
【図１６】 本発明の絶縁物の配設態様の一実施例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ リードフレーム
２ 絶縁板
２ａ 絶縁テープ
３ 半導体チップ
４，４ａ，４ｂ，４ｃ ヒートシンク
５，５ａ ワイヤ
６ パッケージ
７ 暗色処理層
８ 貫通穴
９ 素材
９ａ，９ｂ レジスト付き凸状素材
１０ 小レジスト膜
１１ 大レジスト膜
１２ レジスト膜
１３ 銀めっき面
１４ 半田めっき層
１４ａ 半田めっき
１５ リード押え
【産業上の利用分野】
本発明はヒートシンク付き半導体装置及びそのヒートシンクの製造方法に関し、特に放熱体として使用する凸型（正確には凸字型）ヒートシンクの放熱面を露出させて放熱性及び装置信頼性の向上を図ったヒートシンク付き半導体装置及びそのヒートシンクの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近の例えば高集積ＣＭＯＳＬＳＩ等の高消費電力化に伴い、廉価で低熱抵抗のプラスチック・パッケージの要求が高まっている。これに対処する手法として、材料の面からは、リードフレームや封止用樹脂の高熱伝導化があり、構造の面からは、リードフレーム・デザインの変更やヒートシンクすなわち放熱体の付加によるものが鋭意検討乃至実施中の情況にある。
【０００３】
これらの手法の各利害特質の説明は専門書に譲るが、ヒートシンクの付加によるパッケージの低熱抵抗化は、消費電力が１チップ当り２Ｗ程度までのＬＳＩに対するものとして、近い将来を含めて現状に即した最もオーソドックスな対策と考えられる。
【０００４】
図１４は従来の放熱体一部露出型のヒートシンク付き半導体装置のパッケージ構造を模式的に示す要部断面図である。図１４において、１はリードフレームの各リードであり、多数のリードが配列されていて中央のリード先端部では四角い空間部を形成している。そして、凸状体の高熱伝導性金属例えば無酸素銅からなるヒートシンク４（構造については後述）がその底辺の周辺部でポリイミド等の絶縁板２によって各リード１の上に接着・固定されている。ヒートシンク４の底辺中央部には、接着剤等により半導体チップ（半導体素子）３が前記空間部の位置で取り付けられており、半導体チップ３のボンディングパッド（図示せず）とこれに対応する各リード１とはそれぞれワイヤ５により接続されている。
【０００５】
上述のようにして、多数の各リード１に接続され前記空間部の位置で取り付けられた半導体チップ３は、各リード１の一部（例えば外側部分）及びヒートシンク４の一部（例えば突起部頂上面）を残してエポキシ樹脂等の封止用プラスチックにより封止されてパッケージ６が形成される。そして、パッケージ６から突出した各リード１は所定の形状に折り曲げられて装置の端子として形成され、ヒートシンク付き半導体装置の形成が終了する。
【０００６】
上述の構成によって、半導体チップ３の使用状態においてこれから発生した熱は低熱抵抗体（高熱伝導体）のヒートシンク４を介して効率よく上述の突起部頂上面に達し、ここで空冷により外部に放出されるようになっている。
【０００７】
図１５は図１４で示したヒートシンクの拡大断面図である。従来の凸型状のヒートシンク４は切削や圧延を併用して製作されている。このため、たとえ図に示される凸状体がその突起部の側面が垂直な完全な凸状体が得られるものとして製作されても、図のＡ部、Ｂ部にみられるように、切削又は圧延による加工歪み又は加工不良によって、Ａ部のように角面が曲面状になったり、Ｂ部のように不規則な切断ばりが発生した状態になっている。切断ばりは後工程で除去可能であるが、角の曲面はそのまま使用しているのが普通である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような従来のヒートシンク付き半導体装置及びそのヒートシンクの製造方法では、特にヒートシンクを機械加工で製造しているため、突起部の頂上面の平坦度や平行度がだしづらく、ヒートシンクの突起部端縁角面が曲面になっている。そのため、この端縁角面近傍の突起部頂上面が多少だれ下がりぎみに傾斜しており、かつ側面部の上部の曲面の曲率が特に大きい場合には、樹脂封止時、樹脂が前記の傾斜部に回り込んでのったりするので、封止樹脂とヒートシンクとの界面剥離が生じ易くなり、この型の半導体装置の信頼性を損なうといった問題があつた。
【０００９】
また、従来のヒートシンクは、マクロ的な構造からも封止樹脂との密着性が悪く、このためのトラブルにより半導体装置の信頼性を低下させるといった問題があった。
【００１０】
さらに、装置製造の際、特にワイヤボンディング時にヒートシンク面が光沢を有するので、ボンディング装置においてリードフレームのリードの自動認識ができずらい上に、絶縁板が弾力があって歪むので、ボンディング品質が安定しないという問題があった。
【００１１】
本発明は上述の問題を解決するためになされたもので、放熱体一部露出型のヒートシンク付き半導体装置のパッケージングにおいて、安定したワイヤボンディングとその高信頼性が可能で、かつ安価でしかも高放熱特性を有するヒートシンク付き半導体装置及びそのヒートシンクの製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる凸型ヒートシンク付き半導体装置の製造方法は、高熱伝導性の材料からなり、半導体素子が載置される底面と前記底面とは反対面に突起した突起部とからなり、前記突起部の頂上面の一辺の長さを前記突起部における所定部分の対向する１対の側面間の距離より大きく形成し、前記底面の前記半導体素子の配設位置に、この半導体素子のチップ面積より大きい銀めっき面を有する凸型ヒートシンクの前記底面に前記半導体素子を配設するものである。
【００１３】
本発明に係る凸型ヒートシンク付き半導体装置の製造方法は、（ａ）高熱伝導性の素材の一方の面上に選択的に第一レジスト膜を形成する工程と、
（ｂ）前記素材の一方の面と異なる他方の面上に選択的に第二レジスト膜を形成する工程と、
（ｃ）前記第一レジスト膜及び第二レジスト膜をマスクとして前記一方の面及び前記他方の面の両面から前記素材が分離されるまで等方的な湿式エッチングを行い、前記素材の前記一方の面側に側面が曲面的にえぐられた形状を有する突起部を形成する工程と、
（ｄ）前記素材前記他方の面に半導体素子を配設する工程と、
（ｅ）前記突起部の頂上面を残して、前記素材と前記半導体素子を樹脂で封止する工程と、
を有することを特徴とするものである。
【００１４】
本発明に係る凸型ヒートシンク付き半導体装置の他の製造方法は、（ａ）高熱伝導性の素材の一方の面上に選択的に第一レジスト膜を形成する工程と、
（ｂ）前記素材の一方の面と異なる他方の面上の全面に第二レジスト膜を形成する工程と、
（ｃ）前記第一レジスト膜をマスクとして前記一方の面から、側面が曲面的にえぐられた形状を有する所定の突起部が形成されるまで等方的な湿式エッチングを行う工程と、
（ｄ）前記エッチングされた領域を機械加工により分割する工程と、
（ｅ）前記素材の一方の面と異なる面に半導体素子を配設する工程と、
（ｆ）前記突起部の頂上面を残して、前記素材と前記半導体素子を樹脂で封止する工程と、
を有することを特徴とするものである。
【００１７】
上述の４つの製造方法において、素材は無酸素銅を使用し、エッチングは塩化第二鉄のエッチング液を使用する湿式エッチングが好適である。
【００１８】
大レジスト膜を形成する前に、ヒートシンクの半導体素子の接着・固定位置に銀めっき面を形成しておくことが望ましい。
【００１９】
素材の他の面の全面にレジスト膜を形成する前に、ヒートシンクの半導体素子の接着・固定位置に銀めっき面を形成しておくと好都合である。
【００２０】
ヒートシンクには暗色化表面処理を施すことが好ましい。
【００２１】
ヒートシンクには酸化処理を施すことが好ましい。
【００３３】
【実施例】
［実施例１］
図１は本発明によるヒートシンク付き半導体装置の一実施例を模式的に示す要部説明図である。図１の（ａ）はその断面図、図１の（ｂ）は図１の（ａ）で使用したヒートシンクの要部断面図である。
【００３４】
まず、図１の（ａ）において、１はリードフレームの各リード、４ａは無酸素銅等の高熱伝導性の材料からなる凸字状のヒートシンクであり、その周辺部分においてポリイミド等の絶縁テープ２ａで各リード１の上に接着固定されている。３はヒートシンク４ａ上に接着剤等により取り付けられた半導体チップであり、半導体チップ３に設けられたボンディングパッドとこれに対応する各リード１とは、それぞれ金線等のワイヤ５により接続されている。
【００３５】
上記のようにして、多数の各リード１に接続された半導体チップ３は各リード１の一部及びヒートシンク４ａの突起部頂上面を残してエポキシ等のプラスチックにより封止されてパッケージ６として形成されている。そして、パッケージ６から外側に突出した各リード１が所定の形状に折り曲げられて装置端子が形成されて、放熱体露出型のヒートシンク付き半導体装置が構成されるようになっている。
【００３６】
つまり、図１の（ａ）に示される実施例装置は、各リード１上に絶縁テープ２ａを介して半導体チップ３を接着固定し、半導体チップ３のボンディングパッド（図示せず）とインナーリードとを金線等のワイヤ５にて接続した後、樹脂等で封止してなる半導体装置で、従来から半導体チップ３を固定しているダイパッドの代わりに、金属等からなる熱伝導性の良いヒートシンクを用いて半導体チップ３を固定し、そのヒートシンクを半導体装置外部に露出するように設置して構成したヒートシンク付き半導体装置である。
【００３７】
そして、この場合、熱伝導性のよいヒートシンクの材料は銅、アルミニウム、銀又は金の単体、あるいはこれら各金属元素の主成分合金からなるものであることが望ましく、経済性を考慮すれば、特に銅を使用するのが好適である。
【００３８】
また、図１の（ｂ）に示した凸字状のヒートシンク４ａは、後述のように湿式のエッチングによって形成されるが、ヒートシンクの厚さ方向の断面をみた場合、突起部頂上面幅Ｘに対して、突起部側面幅ＹはＸ＞Ｙとなるよう突起部側面が内側にえぐれているように製作されている。
【００３９】
また、ヒートシンク４ａの各Ａ、Ｂ及びＣ面、すなわちそれぞれ突起部頂上面、突起部側面及び底面については、Ａ面及びＣ面の粗さは３０um以下となるよう製作されている。また、Ａ面及びＣ面の平行度については、３０um以下となるよう製作されている。Ｂ面については、特に鏡面にする必要はないが５０um程度の粗さであればよい。
【００４０】
［実施例２］
図２は本発明によるヒートシンクの他の実施例を示す模式説明図である。図２の（ａ）は、例えば実施例１で用いた凸字状のヒートシンク４ａの全表面に黒化処理等の暗色処理層７を有するヒートシンク４ｂの一部断面図であり、図２の（ｂ）は、上述のヒートシンク４ｂを用いて形成したヒートシンク付き半導体装置のパッケージ工程前の要部平面図である。
【００４１】
図２において、１はリードフレームの各リード、４ｂは暗色処理層７を有するヒートシンクであり、ポリイミド等の絶縁テープ２ａで図１の場合と同様に接着固定されている。３はヒートシンク４ｂ上に接着剤により取り付けられた半導体チップであり、半導体チップ３に設けられたボンディングパッド（図示せず）とこれに対応する各リード１とは、それぞれワイヤー５により接続されている。
【００４２】
上述のヒートシンク４ｂの表面に設けられている暗色処理層７は、例えばメルテックス（株）の「エボノール（商品名）」にヒートシンク４ａを数秒間浸漬して表面に酸化処理を施すことによって得られたものである。暗色処理層７を有するヒートシンク４ｂのように表面を例えば黒色化処理等の暗色化処理したことにより、パッケージの際の樹脂の密着性が向上し、またワイヤボンディングにおけるボンディングマシンのリード認識が容易になるばかりでなく、腐蝕されやすい銅等の表面劣化を防止することが可能となる効果が得られる。
【００４３】
上述の実施例１及び実施例２にみられる１つの重要な特徴は、各リード１とヒートシンク４ａ，４ｂを接着するのに比較的幅の狭い絶縁テープ２ａを用いていることである。ここで、使用した絶縁テープの効用について、以下図３、図４の断面説明図を用いて説明する。
【００４４】
図３はワイヤボンディングの有様の一例を示すもので、リード押え１５により各リード１の先端部を押えて圧下させると、各リード１は絶縁テープ２ａがテープ状の幅狭いものであるから、この絶縁テープ２ａを支点として先端部がヒートシンク４ａに当接し、各リード１を固定させる。従って、この状態でワイヤ５を安定してボンディングすることができる。ボンディングが終ってリード押え１５を離して元へ戻すと、図４に示すように、各リード１はその弾性により元の水平な状態に戻って保持され、各リード１とヒートシンク４ａとの間は絶縁テープ２ａにより絶縁されるようになる。
【００４５】
以上のようにして、ヒートシンク４ａと各リード１とを絶縁・固定するのに絶縁テープ２ａを用い、実施例２で示したように、ヒートシンク４ａの表面に暗色処理層７を設けたので、パッケージの際の樹脂の密着性が向上し、また、ワイヤボンディングにおけるボンディングマシンのリード認識が容易になった。
【００４６】
ここで、絶縁テープ２ａの配設態様について検討する。図２の（ａ）にみられるヒートシンク４ｂのように底面が例えばほぼ四角形状の場合は、この底面の全ての底辺（この場合４辺）に沿うような絶縁テープ２ａを使用している。
【００４７】
しかし、図１６の（ａ），（ｂ）に示したヒートシンク４ａのように、長方形のパッケージに使用すると好適な長方形状のヒートシンクの場合は、一般にリード１の長さがその辺によって変わるので、リードの長くなる側の辺（ここではヒートシンクの短辺）にのみ絶縁テープ２ａを配設するのが好都合である。すなわち、この構成により絶縁テープ２ａが長いリード１を支持するから、リードの長さをかせぐことができる。また、信頼性、耐湿性の面からこの絶縁物は量的に少ない方がよいという前提条件を満たすのに好都合である。
【００４８】
すなわち、今述べたことを敷衍すると、このような絶縁物の配設態様を利用して、場合によっては例えば４方向のみでなく２方向にのみリードを使用することも可能であり、適宜必要に応じた箇所に絶縁物を設けることができるという利点がある。
【００４９】
なお、これまでの実施例の説明において、図２の（ａ）にみられるように、ヒートシンク４ｂの全表面に暗色処理層７が形成されているが、暗色処理層７は必ずしもヒートシンク４ｂの全表面にある必要はなく、望ましくはヒートシンク４ｂの樹脂接着面と半導体素子の搭載面に形成してあればよい。
【００５０】
また、図２の（ｂ）にみられるように、ヒートシンク４ａ，４ｂの突起部頂上面と底面は同じ四角形のものを示しているが、これらは同じ形状である必要はなく、例えば底面が四角である時でも、突起部頂上面の四隅が曲線又は直線的に削られたようなものであっても差支えない。
【００５１】
［実施例３］
図５は本発明によるヒートシンクの別の実施例を示す模式説明図であり、図は貫通穴を有するヒートシンクを用いた半導体装置の要部平面図を示している。図５において、１は各リード、４ｃは凸字状のヒートシンクであり、両者はポリイミド等の絶縁テープ２ａで前述の方式と同様に接着固定されている。３はヒートシンク４ｃ上に接着剤により取り付けられた半導体チップであり、半導体チップ３に設けられたボンディングパッドとこれに対応する各リード１とは、それぞれワイヤー５により接続されている。また、８は四角形状のヒートシンク４ｃの例えば四隅の対称位置のヒートシンク４ｃの突起部以外の場所に設けられた貫通穴であり、絶縁テープ２ａと各リード１の先端との間に設けられているが、穴の数や形状は適宜任意でよい。
【００５２】
このように、貫通穴８を有するヒートシンク４ｃを本発明の構成に採用することにより、パッケージの際貫通穴８を介して封止樹脂が注入されるので、封止樹脂とヒートシンクとの密着性を向上させることができる。同時に、リードフレームを挾んでパッケージを構成する上下の樹脂が貫通穴８を介して隙間なく注入されしっかりとつながってモールドされるので、強固なパッケージ６を形成するのに効果がある。
【００５３】
［実施例４］
図６は本発明のヒートシンク付き半導体装置に用いるヒートシンクの製造方法の一実施例を示す工程説明図である。図６の（ａ）〜（ｃ）の工程断面図順にその製造手順を説明する。
【００５４】
まず、図６の（ａ）において、形成しようとするヒートシンクの板厚と同じ厚さの例えば無酸素銅等の素材（金属板）９の一面（図の上面）に、凸字状の突起部を形成するために小レジスト膜１０を所定の間隔をもつて配設し、さらに素材９の他の面（図の下面）の小レジスト膜１０に対応する位置に凸型ヒートシンクの底面を形成するための大レジスト膜１１を所定の間隔をもつて配設する。
【００５５】
次いで、図６の（ｂ）に示すように、大レジスト膜１１及び小レジスト膜１０をマスクとして素材９の両面から例えば塩化第二鉄を主成分とするエッチング液による湿式エッチングを行い、大レジスト膜１１間の所定の間隔下の素材９の部分が分離されるまでエッチングして、個々のレジスト付き凸状素材９ａを形成する。
【００５６】
さらに、図６の（ｃ）に示すように、レジスト付き凸状素材９ａの大レジスト膜１１及び小レジスト膜１０を通常の方法で除去することにより個々の凸型ヒートシンク４ａが形成される。
【００５７】
以上の説明から明らかなように、本実施例はエッチングのみでヒートシンクを製作する製造方法を示したものである。そして、本実施例工程のような湿式エッチングでは、よく知られている等方的なエッチングが行われるので、上下のエッチング側面は周知のアンダーカット状になるので、突起部側面は曲面的にえぐられた形状のものとなる。そのため、図１の（ｂ）で説明したようなＸ＞Ｙの条件を満足する突起部が形成される。そして、上下面はマスクされているのでエッチングされないから素材９の初めの上下面が保存され、ヒートシンク４ａの各Ａ、Ｂ及びＣ面（図１の（ｃ）参照）、すなわちそれぞれ突起部頂上面、突起部側面及び底面については、Ａ面及びＣ面の粗さは３０um以下が達成される。また、Ａ面及びＣ面の平行度も、３０um以下が保たれている。また、Ｂ面も５０um程度の粗さで形成されることが保証される。
【００５８】
［実施例５］
図７は本発明のヒートシンクの製造方法の他の実施例を示す工程説明図である。図７の（ａ）〜（ｄ）の工程断面図順にその製造手順を説明する。
【００５９】
まず、図７の（ａ）に示すように、形成しようとするヒートシンクの厚さに等しい無酸素銅等の素材９の一つの面にヒートシンクの突起部を形成するための小レジスト膜１０を所定の間隔をもつて配設し、他の面の全面にはレジスト膜１２を形成する。
【００６０】
ついで、図７の（ｂ）のように、小レジスト膜１０をマスクとして素材９の上記一つの面側から前述と同様な湿式エッチングを行い、素材９の厚さの例えばほぼ半分までエッチングして突起部が形成された相互に連結したままのレジスト付き凸状素材９ｂを形成する。
【００６１】
さらに、図７の（ｃ）のように、このレジスト付き凸状素材９ｂの小レジスト膜１０及びレジスト膜１２を除去した後、図７の（ｄ）のように、エッチング領域をプレス加工あるいは切削加工等の機械加工により均等分割して、個々の凸状ヒートシンク４ａを形成する。この時、プレス加工はヒートシンク凸部側の面もしくは裏面のどちらから実施してもよい。
【００６２】
以上の説明のように、ヒートシンクの製造方法として、本実施例では湿式エッチングと機械加工を併用する方法を示したが、この場合は一つの面側からのみエッチングを行うので、エッチング深さつまり凸部の高さを任意に設定できる点に特長がある。
【００６３】
この点は、実施例４の場合はエッチングが両面から行われるために、凸部の高さを所期の値に設定するには上下面のマスク相互の間隔を調整しなければならないという工程前のチェックを要するのと比較すると、対照的な利点ということができる。
【００６４】
その他、形成されるヒートシンクの形状、精度等についての特徴や効果は、実施例４で説明した通りである。
【００６５】
ところで、上述の実施例１〜実施例５においては、ヒートシンク４ａは厚さＨ（凸字状体の高さに相当）が１．６ｍｍのものを使用している。そして、パッケージ６の厚さＰは３．３５ｍｍである。また、リードフレームの各リード１の厚さＦは０．１２５〜０．１５ｍｍであるが、通常は０．１５ｍｍのものを使用している。そして、絶縁テープ２ａの位置から各リード１の先端部までのリードの長さＬは最低２．５ｍｍである。さらに、ポリイミドフィルム等からなる絶縁テープ２ａの厚さＴは０．０５ｍｍ、０．０７５ｍｍ及び０．１２５ｍｍの３種類のものがあるが、主として０．０５ｍｍ及び０．０７５ｍｍのものを使用している。
【００６６】
上述の実施例寸法から、ヒートシンクの厚さＨは、絶縁テープの厚さを無視すれば、次式で表すことができる。
【００６７】
Ｈ＝（Ｐ−Ｆ）／２
［実施例６］
本実施例では、上述の実施例４，５で説明したヒートシンクの製造方法を応用して、半導体チップ取り付け場所に銀（Ａｇ）めっき面を有するヒートシンクの実施例とその構成及び効能について説明する。
【００６８】
図８は銀めっき面を有するヒートシンクを製造する際の第１段階（図６の（ａ）工程に対応する段階）の状態を示す断面図である。図に示したように、大レジスト膜１１を素材９の所定の位置に形成する前に、まず、得ようとするヒートシンクの半導体チップ３の取り付け位置を基準として、所定面積の銀めっき面１３を形成する。この所定面積は一般に半導体チップ３の占める面積の例えば４〜９倍程度と半導体チップ３の面積より大きく取っておくのが望ましい。
【００６９】
銀めっき面１３の形成後、大レジスト膜１１と、この取り付け面の反対面に前述の小レジスト膜１０を形成する。その後は、実施例４の形成方法と同様な湿式エッチングを行った後、レジストを除去することにより、本発明による銀めっき面１３を備えたヒートシンク４ａが得られる。
【００７０】
図９の（ａ）は上述の銀めっき面を有するヒートシンクを用いて形成したヒートシンク付き半導体装置のパッケージング前の有様を示す断面図であり、図９の（ｂ）はその平面図である。図９の（ａ），（ｂ）において、１３はヒートシンク４ａの半導体チップ３の取り付け位置面を中心に形成された銀めっき面であり、ワイヤ５ａを除く他の構成は図１の実施例装置等で示した半導体装置のそれと同様である。
【００７１】
本実施例装置の特徴は、半導体チップ３に設けられている幾つかの接地用のボンディングパットから取り出すワイヤ５ａを直接銀めっき面１３に接続することにより、銀めっき面１３を接地用として共用化でき、その共用化された分のリードを他に利用できる。
【００７２】
なお、本実施例では、銀めっき面１３を有しかつ暗色処理層７を施しているヒートシンク４ｂの場合についてワイヤ接続の態様を説明した。しかし、暗色処理層７を施していないような例えば銀めっき面１３を備えたヒートシンク４ａを使用した場合であっても、同様の効果が得られることはいうまでもない。
【００７３】
［実施例７］
図１０の（ａ）は銀めっき面を有するヒートシンクを用いて形成した他の実施例装置のパッケージング前の有様を示す断面図であり、図１０の（ｂ）はその平面図である。図１０の（ａ），（ｂ）において、１３はヒートシンク４ｂの半導体チップ３の取り付け位置面を中心に形成された銀めっき面であり、ワイヤ５ｂを除く他の構成は図９の実施例装置等で示した半導体装置のそれと同様である。本実施例において、ワイヤ５ｂは銀めっき面１３（ヒートシンク４ｂ）から少数のリード１に直接接続するワイヤ、ワイヤ５ａは図９の場合と同様に半導体チップ３の複数の接地パッドから銀めっき面１３へ直接接続するワイヤである。
【００７４】
銀めっき面１３を利用したこのワイヤ接続構成によって、半導体チップ３に設けられている幾つかの接地用のボンディングパッドから取り出すワイヤ５ａを直接銀めっき面１３に接続することにより、その分のリード１を他に利用できるばかりでなく、例えば半導体チップ３上の複数の接地用パッドからヒートシンク４ｂ面にボンディングし、少数のリード１にヒートシンク４ｂからワイヤボンィングすることにより、接地電位が安定し、かつ少数リードで多くの接地点をとることができるという利点が得られる。なお、図１０の（ａ）では、各リード１から半導体チップ３のボンディングパッドへ接続する通常のボンディング用のワイヤ５の図示は省略している。
【００７５】
また、図１１の（ａ）は銀めっき面を有するヒートシンクを用いて形成した他の実施例装置のパッケージング前の有様を示す断面図であり、図１１の（ｂ）はその平面図である。図１１の（ａ），（ｂ）において、ワイヤ５ｂを除く他の構成は図９及び図１０の実施例装置で示した半導体装置のそれと同様である。
【００７６】
図１１のワイヤ接続構成では、接地用のリード１からヒートシンク４ｂの銀めっき面１３にワイヤ５ｂでボンディングすると共に、半導体チップ３の複数の接地用パッドにワイヤ５で接続している。しかも接続の順番としては、接地用パッドと銀めっき面１３を比べた場合、最初にリード１から近くの銀めっき面１３と接続し、その後に、リード１から遠くの接地用パッドに接続するようになっている。
【００７７】
このワイヤ接続構成により、半導体チップ３の裏面電位を接地電位に合わせられる利点が生ずると共に、図１０の実施例装置に比して、例えばワイヤ５ａの上部の折れ曲がり変形が緩やかになるので、ボンディング品質がより優れたものとなる。
【００７８】
さらに、図１２の（ａ）は銀めっき面を有するヒートシンクを用いて形成した別のの実施例装置のパッケージング前の有様を示す断面図であり、図１２の（ｂ）はその平面図である。図１２の（ａ），（ｂ）において、ワイヤボンディングの態様を除く他の構成は図１０及び図１１の実施例装置で示した半導体装置のそれと同様である。
【００７９】
この構成では、図１０及び図１１で示したワイヤ５ａ及び５ｂの銀めっき面１３を介して行う接続法を併用したものとなっている。すなわち、半導体チップ３の接地用パッドとヒートシンク４ｂをワイヤ５ａと、少数リードとヒートシンク４ｂを接続するワイヤ５ｂを適宜組み合わせることによって、好適な接地接続の態様が得られる利点がある。
【００８０】
すなわち、この銀めっき面は、この銀めっき面を介するワイヤボンディング結合方式の多様化が可能となるので、ワイヤボンディングに対して変化の多い態様を可能にするので、アース電位の安定化や時定数の低減化等の装置性能の向上に著しく寄与する。
【００８１】
［実施例８］
図１３は本発明のヒートシンク付き半導体装置の別の実施例を示す断面図である。図１３の実施例装置の主構成は、図１の実施例装置とほぼ同等であるが、ヒートシンク４ａの露出部を構成する突起部頂上面に半田めっき層１４が設けられているのが特徴である。
【００８２】
すなわち、これまでの説明では省略していたが、従来からこの種の半導体装置の外部端子となっている部分の各リード１には、実装時の便利さのために、図示のような半田めっき１４ａが施されている。上述の半田めっき層１４は、半田めっき１４ａの形成時に同一工程で形成されたものである。
【００８３】
この半田めっき層１４の付加によって、例えば図２の実施例で説明した暗色処理層７でこの面が被覆されている場合よりも、ヒートシンクの防蝕作用を高める効果がある。また、単独では電気的に絶縁構成となっているヒートシンクに電位（接地電位を含む）を付与したり、場合によっては例えば放熱フィン（図４せず）を追加接合する場合の半田づけ等の作業上便利であるというような実用上の効果が得られる。
【００８４】
【発明の効果】
以上説明した通り本発明によれば、金属等の熱伝導性の良いヒートシンクの一端面を露出させたヒートシンク付き半導体装置において、ヒートシンクを凸字状のものとし、その突起部の側面部の形状をえぐれた格好のものととすることにより、突起部表面幅Ｘに対して突起部側面の最小幅ＹがＸ＞Ｙとなるように構成したので、封止樹脂とヒートシンクとの密着性が改良され、この種の半導体装置の信頼性が向上する効果が得られた。
【００８５】
また、凸字状ヒートシンクの各面すなわち突起部頂上面（Ａ面）、突起部側面（Ｂ面）及び底面（Ｃ面）において、Ａ面及びＣ面の粗さは３０um以下となっており、また、Ａ面及びＣ面の平行度については、３０um以下となっており、Ｂ面については、特に鏡面にする必要はないが５０um程度にすることで、突起部頂上面に封止樹脂が回り込んで被着されることがなくなり、樹脂が剥離したりすることのない安定した見映えのよいヒートシンク露出面が確保できる。また、ワイヤーボンディングも安定した品質が保てるとともに、封止樹脂との密着性も確保できる。
【００８６】
さらに、リードフレームにヒートシンクを接着するのに幅の狭い絶縁テープを使用しているので、ボンディング時にこの絶縁物を支点としてリード先端部がボンディングパットやヒートシンクの面に確実に当接し、リードをしっかりと固定させる。従って、この状態でワイヤを安定したボンディングが可能となる。
【００８７】
また、絶縁物の配設態様によっては、例えばヒートシンク底面の全ての辺でなく、相対する２辺にのみ配設することによって、リードの長さを稼ぎ得るばかりでなく、絶縁物の量を減らせることができるので、半導体装置の信頼性、耐湿性を改良させる効果がある。
【００８８】
また、表面に黒化処理等の暗色処理を施したヒートシンクとすることにより、ワイヤーボンディング時のリード認識が安定しボンディング品質が向上するとともに、封止樹脂とヒートシンクとの密着性が向上する。
【００８９】
また、貫通穴を有するヒートシンクを用いることにより、貫通穴に封止樹脂が注入されるので、リードフレームを挾んでパッケージを構成する上下の樹脂が貫通穴を介して隙間なくしっかりとつながってモールドされるようになり、強固なパッケージを形成するのに効果がある。また、封止樹脂とヒートシンクとの密着性をさらに向上させることができる。
【００９０】
また、本発明によるヒートシンクの製造方法によれば、エッチングにてヒートシンクの突起部を形成するので、機械的なストレスをヒートシンクにかけることなく平坦度及び平行度の安定したヒートシンクを製作することができる。一般に、エッチング加工のほうがヒートシンクの品質は安定するが、プレス加工を併用する場合は、素材の片面からのみエッチングすればよいので、エッチング深さの制御が容易となる上に、コストの低下に寄与するという利点がある。
【００９１】
さらに、このヒートシンクの形成方法を利用すれば、ヒートシンクの半導体チップの取り付け位置に所定面積の銀めっき面を形成しておくのが容易となる。そして、この銀めっき面は、この銀めっき面を介するチップ近傍でのワイヤボンディング結合方式の多様化を可能とし、ワイヤボンディングに対して変化の多い態様を達成させるので、アース電位の安定化や時定数の低減化等の装置性能の向上に著しく寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるヒートシンク付き半導体装置及びヒートシンクの一実施例を示す要部説明図である。
【図２】 本発明による表面に黒化処理等の暗色処理を施したヒートシンク及びワイヤボンディング部分の要部説明図である。
【図３】 図１の半導体装置のワイヤボンディングの一例を示す断面図である。
【図４】 図３のワイヤボンディングが終了した時点の状態を示す断面図である。
【図５】 貫通穴を有する本発明のヒートシンク付き半導体装置の要部平面図である。
【図６】 本発明によるヒートシンクの製造方法の一実施例を示す断面工程図である。
【図７】 本発明によるヒートシンクの製造方法の他の実施例を示す断面工程図である。
【図８】 銀めっき面を有する本発明のヒートシンクを製造する際の第１段階の状態を示す断面図である。
【図９】 本発明の銀めっき面を有するヒートシンクを用いたパッケージング前の有様を示す説明図である。
【図１０】 本発明の銀めっき面を有するヒートシンクを用いたパッケージング前の他の有様を示す説明図である。
【図１１】 本発明の銀めっき面を有するヒートシンクを用いたパッケージング前の別の有様を示す説明図である。
【図１２】 本発明の銀めっき面を有するヒートシンクを用いたパッケージング前のもう１つ別の有様を示す説明図である。
【図１３】 本発明のヒートシンクの頂上面に半田付けを有する一実施例を示す説明図である。
【図１４】 従来の露出型放熱方式の半導体装置を示す要部断面図である。
【図１５】 従来の凸形状ヒートシンクの模式断面図である。
【図１６】 本発明の絶縁物の配設態様の一実施例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ リードフレーム
２ 絶縁板
２ａ 絶縁テープ
３ 半導体チップ
４，４ａ，４ｂ，４ｃ ヒートシンク
５，５ａ ワイヤ
６ パッケージ
７ 暗色処理層
８ 貫通穴
９ 素材
９ａ，９ｂ レジスト付き凸状素材
１０ 小レジスト膜
１１ 大レジスト膜
１２ レジスト膜
１３ 銀めっき面
１４ 半田めっき層
１４ａ 半田めっき
１５ リード押え
Claims (6)
- （ａ）高熱伝導性の素材の一方の面上に選択的に第一レジスト膜を形成する工程と、
（ｂ）前記素材の一方の面と異なる他方の面上に選択的に第二レジスト膜を形成する工程と、
（ｃ）前記第一レジスト膜及び第二レジスト膜をマスクとして前記一方の面及び前記他方の面の両面から前記素材が分離されるまで等方的な湿式エッチングを行い、前記素材の前記一方の面側に側面が曲面的にえぐられた形状を有する突起部を形成する工程と、
（ｄ）前記素材の前記他方の面に半導体素子を配設する工程と、
（ｅ）前記突起部の頂上面を残して、前記素材と前記半導体素子を樹脂で封止する工程と、
を有することを特徴とする凸型ヒートシンク付き半導体装置の製造方法。 - （ａ）高熱伝導性の素材の一方の面上に選択的に第一レジスト膜を形成
する工程と、
（ｂ）前記素材の一方の面と異なる他方の面上の全面に第二レジスト膜を形成する工程と、
（ｃ）前記第一レジスト膜をマスクとして前記一方の面から、側面が曲面的にえぐられた形状を有する所定の突起部が形成されるまで等方的な湿式エッチングを行う工程と、
（ｄ）前記エッチングされた領域を機械加工により分割する工程と、
（ｅ）前記素材の一方の面と異なる面に半導体素子を配設する工程と、
（ｆ）前記突起部の頂上面を残して、前記素材と前記半導体素子を樹脂で封止する工程と、
を有することを特徴とする凸型ヒートシンク付き半導体装置の製造方法。 - 前記素材は無酸素銅を使用し、前記湿式エッチングは塩化第二鉄のエッチング液を使用することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の凸型ヒートシンク付き半導体装置の製造方法。
- 前記第二レジスト膜を形成する前に、前記素材の一方の面と異なる他方の面の前記半導体素子の接着固定位置に銀めっき面を形成しておくことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の凸型ヒートシンク付き半導体装置の製造方法。
- 前記凸型ヒートシンクに暗色化処理を施す工程を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の凸型ヒートシンク付き半導体装置の製造方法。
- 前記凸型ヒートシンクに酸化処理を施す工程を有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の凸型ヒートシンク付き半導体装置の製造方法。
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