JP3894749B2

JP3894749B2 - 半導体装置

Info

Publication number: JP3894749B2
Application number: JP2001184913A
Authority: JP
Inventors: 修一山浦; 修金内
Original assignee: Renesas Technology Corp
Current assignee: Renesas Technology Corp
Priority date: 2001-06-19
Filing date: 2001-06-19
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2021-06-19
Also published as: JP2003007967A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置およびその製造方法並びに実装構造体、特に、放熱構造の改良に関し、例えば、パワーＭＯＳＦＥＴに利用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣハンドラ等の電気的特性試験を実施するテスタのドライバの電源には高周波電力増幅用のパワーＭＯＳＦＥＴ（以下、ＦＥＴという。）が使用されている。従来のこの種のＦＥＴとして、ＦＥＴ素子を含む増幅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、ペレットが固着されたヘッダと、ヘッダに絶縁されて固定された複数本のリードと、ペレットと各リードとを電気的にそれぞれ接続したワイヤと、複数本のリードのそれぞれのインナ部、ペレットおよびワイヤを樹脂封止した樹脂封止体とを備えているものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した従来のＦＥＴにおいては、放熱性を高めるためにはヘッダに放熱フィンを外付けしなければならないという問題点がある。
【０００４】
本発明の目的は、高い放熱性能を有する半導体装置を提供することにある。
【０００５】
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。
【０００６】
【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。
【０００７】
すなわち、半導体素子を含む電気回路が作り込まれた半導体ペレットと、この半導体ペレットがボンディングされた放熱板と、この放熱板の前記半導体ペレットの外側に固着された枠体と、この枠体に固着されて前記半導体ペレットに電気的に接続された複数本のリードと、前記半導体ペレットおよび前記複数本のリードのインナ部を封止した封止体とを備えており、前記複数本のリードのアウタ部が前記放熱板と反対方向に屈曲されていることを特徴とする。
【０００８】
前記した手段によれば、半導体ペレットが放熱板にボンディングされているため、半導体ペレットの発熱は放熱板によって効率よく放熱させることができる。また、複数本のリードのアウタ部が放熱板と反対方向に屈曲されていることにより、半導体装置が実装基板に実装された実装構造体においては、面付け実装形態であっても放熱板が実装基板と反対側に位置した状態になるため、放熱板から熱を効率よく放出することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施の形態であるＦＥＴを示しており、（ａ）は樹脂封止体を省略した平面図、（ｂ）は正面断面図である。図２以降は本発明の一実施の形態であるＦＥＴの製造方法を示す各説明図である。
【００１０】
本実施の形態において、本発明に係る半導体装置は、ＦＥＴとして構成されている。このＦＥＴ２３はシリコン基板が使用されて半導体素子を含む電気回路が作り込まれたペレット１６と、ペレット１６が半田付け部２０によって機械的に接続された放熱板１１と、放熱板１１の外側に固着された枠体１３と、枠体１３に保持された複数本のリード１５と、複数本のリード１５のインナ部１５ａとペレット１６の電極パッド１７、１８、１９との間にそれぞれ橋絡されたワイヤ２１と、ペレット１６、リード１５のインナ部１５ａおよびワイヤ２１を樹脂封止した樹脂封止体２２とを備えており、複数本のリード１５のアウタ部１５ｂは放熱板１１と反対方向に突出したガルウイング形状に屈曲成形されている。
【００１１】
次に、本発明の一実施の形態であるＦＥＴの製造方法を図２〜図４について説明する。そして、この説明により、前記ＦＥＴの構成についての詳細が同時に明らかにされる。
【００１２】
本実施の形態に係るＦＥＴの製造方法においては、図２に示された組立体１０が予め準備される。図２に示されているように、組立体１０は放熱板１１と枠体１３と複数本のリード１５とを備えている。放熱板１１は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の導電性の良好な絶縁材料が使用されて長方形の板形状に形成されている。放熱板１１の一対の主面にはペレット１６をボンディングするためのボンディング層１２、１２がペレット１６の大きさよりも充分に大きな四角形形状にそれぞれ形成されており、ボンディング層１２、１２は熱伝導性に優れた材料からである銅が使用されて形成されている。このようにボンディング層１２、１２を放熱板１１の両主面に対称形に被着することにより、熱変動による放熱板１１の反り等の変形を防止することができる。図示しないが、ボンディング層１２、１２の表面にはソルダビリティーを高めるためのニッケルめっき被膜が被着されている。
【００１３】
枠体１３はエポキシ樹脂等の絶縁性を有する樹脂が使用されたトランスファ成形法が使用されて四角形の枠形状に一体成形されており、枠体１３には放熱板１１および複数本（本実施の形態においては６本）のリード１５が植設されている。すなわち、枠体１３の一方の主面（以下、第一主面という。）には放熱板１１が枠内に建て込まれるようにインサート成形されており、放熱板１１の両方のボンディング層１２、１２は第一主面と他方の主面（以下、第二主面という。）との両面においてそれぞれ露出されている。枠体１３の内周面における両短辺側には一対の張出し部１４、１４が突設されており、張出し部１４、１４の第一主面側には放熱板１１が配設され、張出し部１４、１４の第二主面側には複数本のリード１５が配設されている。複数本のリード１５は長辺と平行に延設されており、枠体１３の枠内のインナ部１５ａの幅は枠外のアウタ部１５ｂの幅よりも大きくなっている。図示しないが、リード１５の表面にはソルダビリティーを高めるための金めっき被膜が被着されている。
【００１４】
以上のように構成された組立体１０には図３に示されているように、ペレット１６がペレットボンディングされ、続いて、ペレット１６と各リード１５のインナ部１５ａとの間にワイヤボンディングされる。
【００１５】
ペレット１６は半導体材料の一例であるシリコン（Ｓｉ）が使用されて図３に示されているように正方形の平板形状に形成されており、ＦＥＴ素子を含む電気回路が作り込まれている。ペレット１６の一主面（以下、アクティブエリア側主面という。）にはゲート用電極パッド１７、ドレイン用電極パッド１８およびソース用電極パッド１９が形成されている。ペレット１６はアクティブエリア側主面と反対側の主面を放熱板１１の第二主面側のボンディング層１２に半田付け部２０によってボンディングされる。この際、ボンディング層１２の表面にはニッケルめっき被膜が被着されているため、半田付け部２０はボンディング層１２に確実に接着するとともに、半田付け部２０の錫とボンディング層１２の銅との合金化が防止される。
【００１６】
以上のようにして放熱板１１の上にボンディングされたペレット１６と３本のリード１５との間には、ワイヤ２１がそれぞれ橋絡される。すなわち、組立体１０がボンディングステージ（図示せず）に保持された状態で、ワイヤ２１の一端部がペレット１６のゲート用電極パッド１７に第一ボンディングされ、続いて、ワイヤ２１の他端部が一方の短辺における片端のリード１５のインナ部１５ａに第二ボンディングされる。次いで、ドレイン用電極パッド１８に第一ボンディングされ、続いて、中央のリード１５のインナ部１５ａに第二ボンディングされる。次いで、ソース用電極パッド１９に第一ボンディングされ、続いて、他方の片端のリード１５のインナ部１５ａに第二ボンディングされる。なお、本実施の形態においては、他方の短辺に配置された３本のリード１５にはワイヤボンディングされない。
【００１７】
以上のようにしてワイヤボンディングされた組立体１０には樹脂封止体２２が、図４に示されているように成形される。すなわち、エポキシ樹脂等の封止樹脂が組立体１０の枠体１３の第二主面側の枠内にポッティングされて樹脂封止体２２が成形される。この樹脂封止体２２によってペレット１６、ワイヤ２１および複数本のリード１５のインナ部１５ａが樹脂封止される。
【００１８】
その後、リード成形工程において、図１に示されているように、複数本のリード１５のアウタ部１５ｂが放熱板１１と反対方向に突出するガルウイング形状に屈曲成形され、前記したＦＥＴ２３が製造されたことになる。
【００１９】
次に、以上のように製造され前記したように構成されたＦＥＴ２３の放熱作用および効果を説明する。
【００２０】
例えば、ＦＥＴ２３がＩＣハンドラ等のテスタのドライバの実装基板に実装される場合においては、図５に示されているように、ＦＥＴ２３は実装基板３０に放熱板１１が実装基板３０の反対側になるように配されて面付け実装される。すなわち、実装基板３０はプリント配線基板からなる本体３１を備えており、本体３１の一主面には複数個のランド３２がＦＥＴ２３の複数本のリード１５のアウタ部１５ｂに対応するように配されて形成されている。ＦＥＴ２３の複数本のリード１５のアウタ部１５ｂは半田ペースト（図示せず）が塗布された複数個のランド３２に当接され、この状態で、リフロー半田付け処理されると、ＦＥＴ２３は実装基板３０に半田付け部３３によって機械的かつ電気的に接続された状態になる。
【００２１】
図５に示された実装構造体３４において、ＦＥＴ２３の稼働に伴うペレット１６の発熱は、半田付け部２０およびボンディング層１２を介して放熱板１１に伝播される。この際、半田付け部２０およびボンディング層１２は熱伝導性が良好な材料によってそれぞれ形成されているため、ペレット１６の発熱はきわめて放熱板１１に効率よく伝播され、また、放熱板１１は熱伝導性の良好な材料によって形成されているため、外部へ効果的に放熱されることになる。しかも、放熱板１１の第一主面は完全に露出しているため、放熱板１１に伝播したペレット１６の発熱は放熱板１１によってきわめて効果的に放出される。
【００２２】
さらに、放熱板１１が枠体１３にインサートされているとともに、ペレット１６、リード１５のインナ部１５ａおよびワイヤ２１は樹脂封止体２２によって樹脂封止されているため、ＦＥＴ２３を実装した実装構造体３４を実装基板３０ごとフロリナート等の冷却媒体に浸漬することができる。このような液冷構造によれば、実装構造体３４をより一層効率よく放熱することができる。
【００２３】
ところで、ペレット１６が固着された放熱板１１は熱膨張係数がシリコンと近似する窒化アルミニウムによって形成されているため、ペレット１６と放熱板１１との間には熱膨張係数差によって発生する応力は小さく抑えられ、しかも、ペレット１６は放熱板１１に柔軟性を有する半田付け部２０によって機械的に接続されていることにより、ペレット１６と放熱板１１との間の熱膨張係数差によって発生した応力を吸収することができるため、ペレット１６が当該応力によって損傷される危険性は未然に回避することができる。
【００２４】
また、ＦＥＴ２３は実装基板３０にガルウイング形状に形成されたリード１５のアウタ部１５ｂによって面付け実装されているため、実装構造体３４の高さを薄く設定することができる。その結果、実装基板３０の表側と裏側との双方に二個のＦＥＴ２３を腹合わせに面付け実装することができるため、実装構造体３４の実装密度を飛躍的に高めることができる。
【００２５】
ＦＥＴ２３においてペレット１６は放熱板１１にボンディングされていることにより、ペレット１６がリード１５のアウタ部１５ｂにボンディングされた場合に比べて熱ストレスによる伸縮膨張を吸収することができるため、ペレット１６のクラックの発生を防止することができる。
【００２６】
図６は本発明の第二の実施の形態であるＦＥＴを示しており、（ａ）は樹脂封止体を省略した平面図、（ｂ）は一部切断正面図である。
【００２７】
本実施の形態が前記実施の形態と異なる点は、二個のＦＥＴ２３、２３が一枚の放熱板１１に横並びにボンディングされている点である。
【００２８】
本実施の形態によれば、ＦＥＴ実装構造体の実装面積をディスクリートに対して半減することができる。
【００２９】
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。
【００３０】
例えば、放熱板は窒化アルミニウムによって形成するに限らず、アルミナセラミック等のセラミックやアルミニウム等の熱伝導性の良好な材料によって形成してもよい。
【００３１】
ペレットやリードのインナ部およびワイヤの封止は樹脂封止体を採用するに限らず、気密封止体を採用してもよい。
【００３２】
枠体は樹脂によって形成するに限らず、アルミナセラミックやその他のセラミックによって形成してもよい。
【００３３】
リードのアウタ部はガルウイング形状に形成するに限らず、Ｊリード形状やＬリード形状に形成してもよい。その場合には、ＦＥＴの実装面積を低減することができる。
【００３４】
放熱板には一個または二個のペレットを配設するに限らず、三個以上のペレットを配設してもよい。
【００３５】
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ＦＥＴの製造技術に適用した場合について説明したが、それに限定されるものではなく、半導体ペレットの発熱を放熱板によって放熱する半導体装置全般に適用することができる。
【００３６】
【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。
【００３７】
半導体ペレットを放熱板にボンディングし、複数本のリードのアウタ部を放熱板と反対方向に屈曲することにより、半導体装置が実装基板に実装された実装構造体においては、面付け実装形態であっても放熱板が実装基板と反対側に位置した状態になるため、放熱板から熱を効率よく放出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるＦＥＴを示しており、（ａ）は樹脂封止体を省略した平面図、（ｂ）は正面断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態であるＦＥＴの製造方法に使用される組立体を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面断面図である。
【図３】そのＦＥＴの製造方法におけるペレットボンディングおよびワイヤボンディング工程後を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面断面図である。
【図４】同じく樹脂封止体成形工程後を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面断面図である。
【図５】本発明の一実施の形態である実装構造体を示しており、（ａ）は一部省略平面図、（ｂ）は一部省略一部切断正面図である。
【図６】本発明の第二の実施の形態であるＦＥＴを示しており、（ａ）は樹脂封止体を省略した平面図、（ｂ）は一部切断正面図である。
【符号の説明】
１０…組立体、１１…放熱板、１２…ボンディング層、１３…枠体、１４…張出し部、１５…リード、１５ａ…インナ部、１５ｂ…アウタ部、１６…ペレット（半導体ペレット）、１７…ゲート用電極パッド、１８…ドレイン用電極パッド、１９…ソース用電極パッド、２０…半田付け部、２１…ワイヤ、２２…樹脂封止体、２３…ＦＥＴ（半導体装置）、３０…実装基板、３１…本体、３２…ランド、３３…半田付け部、３４…実装構造体。

Claims

基板と、前記基板の表面および裏面に対称形に形成された導電性のボンディング層と、前記基板の表面の前記ボンディング層上に半田を介して接続されたパワーＭＯＳＦＥＴを含む半導体ペレットと、前記基板の周囲を囲うように配置され、かつ、前記基板の側面および表面に接着された樹脂からなる枠体と、前記枠体に固着されインナリード部とアウタリード部とからなる複数本のリードと、前記半導体ペレットと前記インナリード部とを電気的に接続する導電性ワイヤと、前記半導体ペレット、導電性ワイヤおよび前記インナリード部を覆う樹脂封止体とを備えており、
前記アウタリード部には屈曲部が設けられ、前記アウタリード部の端部は前記樹脂封止体の上面よりも上に位置していることを特徴とする半導体装置。
前記基板は窒化アルミニウムからなることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
前記ボンディング層は銅からなることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
前記ボンディング層の平面積は前記半導体ペレットの平面積より大きいことを特徴とする請求項１、２または３に記載の半導体装置。
前記枠体は前記ボンディング層が形成されていない部分に接着されていることを特徴とする請求項１、２、３または４に記載の半導体装置。
窒化アルミニウムからなる基板と、前記基板の表面および裏面に対称形に形成された銅からなるボンディング層と、前記基板の表面の前記ボンディング層上に半田を介して接続されたパワーＭＯＳＦＥＴを含む半導体ペレットと、前記基板の周囲を囲うように配置され、かつ、前記基板の側面および表面に接着された樹脂からなる枠体と、前記枠体に固着されインナリード部とアウタリード部とからなる複数本のリードと、前記半導体ペレットと前記インナリード部とを電気的に接続する導電性ワイヤと、前記半導体ペレット、前記導電性ワイヤおよび前記インナリード部を覆う封止体とを備えており、
前記アウタリード部には屈曲部が設けられ、前記アウタリード部の端部は前記封止体の上面よりも上に位置していることを特徴とする半導体装置。