JP4012501B2 - フラックスのフラッシング改善のためにハウジング缶とダイとの間の間隔を大きくした高電圧半導体デバイスのハウジング - Google Patents

フラックスのフラッシング改善のためにハウジング缶とダイとの間の間隔を大きくした高電圧半導体デバイスのハウジング Download PDF

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Description

本出願は、本明細書によって優先権を主張するＭａｒｔｉｎ Ｓｔａｎｄｉｎｇによって２００１年６月１８日に出願された「High Voltage Semiconductor Device Housing With Increased Clearance Between Housing Can and Die for Improved Flux Flushing」という名称の米国特許仮出願第６０／２９９０４８号明細書に基づき、この仮出願明細書の恩典を主張するものである。
本発明は半導体デバイスに関し、詳細には、デバイスの電圧定格の増大を可能にするフリップチップ型の半導体デバイスに関する。
小型化の推進によって、チップの大きさの、またはほぼチップの大きさの半導体デバイスが開発された。このようなデバイスの一型は、その内部に半導体ダイを収納し、半田や導電性エポキシなどの導電材料層によってダイの電極に接続する缶形(can-shaped)コネクタを含む。この缶形コネクタはダイを取り囲む壁部分を含む。この壁は、ダイの周縁およびその電極からあまり間隔を置かずに配置されている。このようなデバイスを、フラックス入り半田ペーストを使用してボードに半田付けすると、残留したフラックスが、半田付けした接合部の周囲に堆積する。「ノークリーン（ｎｏ ｃｌｅａｎ）」製品以外の市販のフラックスをこの目的に使用するときには、腐食の形成または電気破壊が起こらないように、この残留フラックスをデバイスの下から洗い流す必要がある。
図１Ａ〜１Ｂおよび２Ａ〜２Ｂに周知の半導体デバイスの例を示す。これらの図では、上面のドレイン電極９、ソース電極１４および下面のゲート電極（図示せず）を有するＭＯＳＦＥＴシリコンダイ１０が、導電性金属缶１１の中に収容されている。ドレイン電極９は、半田付けや導電性接着剤などによって缶１１の内面に固定されている。缶１１のリム（ｒｉｍ）１２はダイ１０の周縁から間隔を置いて配置されている。任意選択で、リム１２と缶１１の間に絶縁環１３を配置することができる。ソース電極１４の下面は、リム１２のフランジ１５の下面と共面とし、またはこれよりもわずかに低くすることができる。このパッケージをボード１７上の導電性トレースに半田付けするときには、残留半田フラックスを洗い流さなければならない。缶のリム１２とボードの間の狭いすき間１６（図２Ｂ参照）が、デバイスの下を洗浄媒質が自由に流れることを制限する。したがって、デバイスの下の十分な洗浄を達成することは容易ではない。さらに、ソース電極１４とリム１２の内面との間の狭い間隔が、残留フラックスの洗浄を妨げ、パッケージに印加できる電圧を引き下げる可能性がある。
したがって、残留フラックスをより容易に洗浄することができ、より高い電圧を印加することができる半導体デバイスが求められている。
本発明によれば、ダイの周縁と金属缶のボディの間のすき間を拡張することができ、その結果、残留フラックスをより容易に除去することができる。
本発明に基づく半導体デバイスは、その内部に半導体ダイを収納する金属缶を含む。この金属缶は、その上面に形成され、半導体ダイの周囲にフレームを生み出す凹みを含む。この凹みは、缶の上部の剛性を増大させ、それによってダイおよびダイ取付け材料に加えられる応力が低減する。缶のリムの高さの増大および形成されたドレインコンタクト間の距離の増大によって、デバイスの下をより効果的に洗浄することができる。その結果、より高い電圧で動作することができるデバイスが得られる。
本発明の他の特徴および効果は、添付の図面に関する本発明の以下の説明から明らかとなろう。
図３を参照すると、本発明に基づく半導体デバイスは金属缶１９を含む。金属缶１９は銅から形成することが好ましく、銀メッキすることができる。金属缶１９はウェブ（ｗｅｂ）部分２０を含む。ウェブ部分２０はその中に形成された凹み２１を有する。凹み２１は例えばスタンピング（ｓｔａｍｐｉｎｇ）によって形成することができる。凹み２１の代わりに、ダイ１０を取り巻く金属缶１９の上面のハーフシャー（ｈａｌｆ ｓｈｅａｒ）を使用することもできる。
次に図４を参照すると、本発明に基づく半導体デバイスは金属缶１９を含む。金属缶１９は、ウェブ部分２０、周壁２２およびベース部分２３からなる。ダイ１０のドレイン９は、例えば半田または導電性エポキシの層によって金属缶１９のウェブ部分２０に電気的に接続されている。金属缶１９のウェブ部分２０には、ダイ１０の周縁を取り巻くフレーム２１ａを形成する凹み２１が形成されている。任意選択で、フレーム２１ａとダイ１０の周縁との間に絶縁環１３を配置することができる。
周壁２２は、ダイ１０から間隔を置いて配置されており、金属缶１９のウェブ部分２０の縁から下方へ延びている。ベース部分２３は、周壁２２の下縁の周りに間隔を置いて配置されており、ダイ１０のソース１４と共面である。ベース部分２３は、ボード１７上の導電性部分（図示せず）に電気的に接続することができ、それによってボード１７上の導電性部分（図示せず）にドレイン９を電気的に接続することができる。この好ましい実施形態では、ベース部分２３が金属缶１９の内部から離れるように、したがってダイ１０から離れるように延びている。しかし、ベース部分２３は、任意の方向に延びるように形成することができる。例えば、ベース部分２３を、金属缶１９の内部に向かう方向に向けることができ、または、デバイスのフットプリントを低減するためにボード１７に向かって垂直に導くこともできる。
ウェブ部分２０はさらに、凹み２１と周壁２２の間に位置するリム部分２４を含む。リム部分２４を拡張して、ソース電極１４と周壁２２の間の空間３０を大きくすることができる。ソース電極１４と周壁２２の間の距離を大きくすると、クリーページ（ｃｒｅｅｐａｇｅ）が改善され、したがってパッケージをより高い電圧で使用できるようになる。さらに、空間３０を広げることよって、パッケージをボード１７に半田付けする際に生じる残留フラックスのフラッシング（ｆｌｕｓｈｉｎｇ）を改良することができる。リム部分２４の拡張による空間の増大が実現できるのは、凹み２１（またはハーフシャー）がダイ１０の周囲にフレームを生み出し、このフレームが、ウェブ部分２０のサイズを単純に増大させることによっては得られない剛性を与えるためである。その結果、ウェブ部分２０に形成されたフレームは、以前に知られている缶の剛性を有し、同時に、デバイスの縁の周囲に、残留フラックスのより確実な洗浄を可能にするはるかに大きな間隔を提供する。
その特定の実施形態に関して本発明を説明してきたが、当業者には、他の多くの変形および修正、ならびに他の使用法が明白であろう。したがって、本発明が、本明細書の特定の開示によって限定されず、添付の請求項によってのみ限定されることが好ましい。
従来技術に基づく半導体デバイスの上面図である。 従来技術に基づく半導体デバイスの上面図である。 線２Ａ−２Ａに沿って切った図１Ａおよび１Ｂのデバイスを矢印の方向に見た断面図である。 線２Ｂ−２Ｂに沿って切った図１Ａおよび１Ｂのデバイスを矢印の方向に見た断面図である。 本発明に基づく半導体デバイスを示す図である。 線４−４に沿って切った図３に示したデバイスを矢印の方向に見た断面図である。

Claims (9)

  1. 第１の主要表面上の第１の主要電極と、
    前記第１の主要表面の反対側の第２の主要表面上の第２の主要電極と、
    前記第２の主要表面上に配置され前記第２の主要電極から電気的に分離された制御電極と
    を有する半導体ダイと金属缶とを備え、
    前記金属缶は、
    前記第１の主要表面の外側に配置された凹みを有する、前記第１の主要電極に電気的に接続されたウェブ部分と、
    前記ウェブ部分の縁から延びる周壁であって、前記半導体ダイとの間に間隔が存在する周壁と
    を備えることを特徴とする半導体デバイス。
  2. 前記周壁は、前記第２の主要電極と共面の複数のベース部分を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス。
  3. 前記ベース部分は、前記ダイから離れる方向へ延びていることを特徴とする請求項２に記載の半導体デバイス。
  4. 前記半導体ダイは、ＭＯＳＦＥＴであることを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス。
  5. 前記第１の主要電極は、導電性エポキシ層によって前記ウェブ部分に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス。
  6. 前記第１の主要電極は、半田層によって前記ウェブ部分に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス。
  7. 前記金属缶は、銅でできていることを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス。
  8. 前記金属缶は、銀メッキされていることを特徴とする請求項７に記載の半導体デバイス。
  9. 前記ダイの周縁と前記凹みとの間に広がる絶縁環をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス。
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