JP4414751B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、高周波領域での寄生成分と不要輻射を低減させた半導体装置に関する。

電子機器は、高密度実装、軽量小型化、薄型化が要求されてきた。また、従来の半導体装置においては、高周波領域での寄生成分（インダクタンスとキャパシタンス）を低減することが要求されてきた。しかし、リードフレームを短くすることができなかったため、半導体装置を実装する際の面積を縮小できなかった。また、導電性ワイヤを短縮することもできなかったため、寄生インダクタンスの発生による発振を招き、半導体装置の動作を不安定にさせる等の問題を有していた。

そこで、半導体素子を搭載するダイパッドおよびリードフレームの底面の、少なくとも一部をパッケージから露出する半導体装置が提案されてきた（例えば、特許文献１）。リードフレーム部分を屈曲させ、半導体素子との距離を近づけることができ、導電性ワイヤの長さを短くすることができる。そのため、寄生インダクタンスを低減することができるという効果があった。

しかしながら、上記方法では、ワイヤボンディング後の導電性ワイヤの張り高さ（導電性ワイヤのループ高さ）が高く、パッケージの小型化を阻害している課題があった。そこで、半導体素子を固定する半導体素子搭載部と、導電性ワイヤを導電性ワイヤ接続部とを、相互に斜めに対面したリードフレームを用いているものがあった（例えば、特許文献２）。

図５は、上記特許文献２に記載された従来の半導体装置を示すものである。

図５（ａ）は、従来の半導体装置の構成を示す平面図である。また、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＢ−Ｂ´線に沿った断面図である。

図５（ｂ）において、半導体装置１１０は、外部との接続機能を有する箇所（１０１ｃ、１０２ｃ）を除き、封止体１０９に覆われている。リードフレーム１０１、１０２は、封止体１０９に内包されている範囲において、斜め上方に折り曲げられ、対向して形成されている。半導体素子１０３は、リードフレーム１０１の半導体素子搭載部１０４の上面（半導体素子搭載面１０５）に、導電性接着剤（図示せず）を用いて、接着される。導電性ワイヤ１０６は、一方の端をリードフレーム１０２の導電性ワイヤ接続部１０７の上面（導電性ワイヤ接続面１０８）に接続する。さらに、導電性ワイヤ１０６は、他方の端を半導体素子１０３の電極に接続し、導通接続を実現している。

上記従来の構成では、封止体１０９に内包されているリードフレーム１０１、１０２が途中で折り曲げられ、斜め上方に延在している。折り曲げられたリードフレーム１０１、１０２は、斜め上方に延在することで、引き回しの距離を短縮し、高周波領域での寄生成分（インダクタンスとキャパシタンス）を低減することができる。
特開平１１−１０３００３号公報 特開平０８−３１９９８号公報

しかしながら、上記従来の半導体装置では、リードフレーム１０１、１０２の対向する面同士が、対向する寄生容量端子として、機能する。そのため、高周波領域における寄生成分（インダクタンスとキャパシタンス）および不要輻射の増加を招いている。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、高周波領域での寄生成分（インダクタンスとキャパシタンス）と不要輻射を低減させた半導体装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明にかかる半導体装置は、対向する一対のリードフレームと、前記一対のリードフレームを覆う封止体と、前記一対のリードフレームの一方に搭載される半導体素子と、前記一対のリードフレームの他方に接続され、前記半導体素子の電極に接続される導電性ワイヤとを備え、前記一対のリードフレームの他方の幅が、少なくとも前記導電性ワイヤが接続された部分において、前記リードフレームの幅方向における前記導電性ワイヤの断面の長さである前記導電性ワイヤの断面の幅と略同一であることを特徴とする。

本発明の半導体装置によれば、高周波領域での寄生成分（インダクタンスとキャパシタンス）および不要輻射を、格段に低減させた半導体装置を提供することができる。

本発明にかかる半導体装置は、一対のリードフレームの他方の幅が、少なくとも導電性ワイヤが接続された部分において、導電性ワイヤの断面の幅と略同一である。この構成により、リードフレームの面積を導電性ワイヤの接続断面積程度に抑えることができる。そのため、リードフレームの対向する面積をより小さくすることができ、寄生成分（インダクタンス、キャパシタンス）を低減することができる。
本発明にかかる半導体装置は、前記一対のリードフレームにおける少なくとも一方のリードフレームの封止体内方端の形状が、前記半導体素子主面に垂直な方向から見て、Ｒ形状またはテーパー形状である。従来技術におけるリードフレーム内方端の形状は、当該リードフレームに搭載された半導体素子主面に垂直な方向から見て、直線形状であった。これにより、本発明によるリードフレームの方が、対向する面積を従来技術と比較して、小さくすることができるため、不要輻射を低減することができる。ここで言う内方端とは、リードフレームの両端のうち、封止体に内包されている方の端部を示す。さらに、外方端とは、リードフレームの両端のうち、封止体に内包されていない方の端部を示し、外部回路接続端子の機能を有する。

本発明にかかる半導体装置は、前記一対のリードフレームの一方の幅が、少なくとも前記半導体素子が搭載された部分において、前記半導体素子の幅と略同一であることが好ましい。リードフレームの幅を、当該半導体素子を搭載できる最低限の幅を有する、リードフレームにすることができる。そのため、リードフレームの対向する面積をより小さくすることができ、寄生成分（インダクタンス、キャパシタンス）をより低減することができる。

本発明にかかる半導体装置によれば、前記一対のリードフレームの一方において前記半導体素子が搭載された部分と、前記一対のリードフレームの他方において前記導電性ワイヤが接続された部分との高さが異なることが好ましい。これにより、寄生成分キャパシタンスをより低減することができる。

本発明にかかる半導体装置によれば、前記一対のリードフレームのうち、少なくとも一方のリードフレームが、前記封止体内に、内方端幅あるいは外方端幅よりも幅の広い幅広部を有することが好ましい。これにより、幅広部が物理的効果（アンカー効果）が高まり、封止体とリードフレームとの接着強度を向上させることができる。

以下、本発明のさらに具体的な実施の形態について、図面を用いて説明する。
（実施の形態１）
本発明の一実施形態にかかる半導体装置について説明する。

図１（ａ）は、本実施形態にかかる半導体装置の構成を示す平面図である。また、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ´線に沿った断面図である。図２（ａ）は、本実施形態にかかるリードフレームの形状を示す平面図である。図２（ｂ）、（ｃ）は、本実施形態にかかるリードフレームの形状の他の例を示す平面図である。

本実施形態にかかる半導体装置１０は、対向するリードフレーム１、２を備え、封止体５に覆われている。リードフレーム１には、半導体素子３が搭載されている。さらに、半導体装置１０は、半導体素子３の電極とリードフレーム２とを導通接続する導電性ワイヤ４を有している。

以下、本実施形態について、さらに具体的に説明する。

リードフレーム１、２は、例えばＡｕめっきを施したＣｕ合金等を用いて形成する。しかし、本発明のリードフレームは、この一例に限定されるものではなく、金属薄板材等の導電性を有するものであればよい。

図１（ａ）に示すように、リードフレーム１は、内方端１ａ、半導体素子搭載部１ｂ、外方端１ｃ、幅広部１ｄを有している。内方端１ａは、リードフレーム１の両端のうち、封止体５に内包されている方の端部を示す。半導体素子搭載部１ｂは、半導体素子３を搭載する箇所を示す。外方端１ｃは、リードフレーム１の両端のうち、封止体５に内包されていない方の端部を示す。さらに、外方端１ｃは、外部回路接続端子の機能も有する。幅広部１ｄは、内方端１ａの幅および外方端１ｃの幅よりも幅の広い箇所を示す。

リードフレーム２は、内方端２ａ、導電性ワイヤ接続部２ｂ、外方端２ｃ、幅広部２ｄを有している。内方端２ａは、リードフレーム２の両端のうち、封止体５に内包されている方の端部を示す。導電性ワイヤ接続部２ｂは、導電性ワイヤ４を接続する箇所を示す。外方端２ｃは、リードフレーム２の両端のうち、封止体５に内包されていない方の端部を示す。さらに、外方端２ｃは、外部回路接続端子の機能も有する。幅広部２ｄは、内方端２ａの幅および外方端２ｃの幅よりも幅の広い箇所を示す。

さらに、図１（ｂ）に示すように、リードフレーム１は、外部からの保護を考慮し、半導体素子搭載部１ｂと、外方端１ｃとの間に高低差を設けて、屈曲形成される。同様に、リードフレーム２も、導電性ワイヤ接続部２ｂと、外方端２ｃとの間に高低差を設けて、屈曲形成される。

また、図１（ａ）に示すように、内方端１ａ、２ａは、それぞれ半導体素子３の主面に垂直な方向から見て、Ｒ形状になるように形成する。当該内方端１ａ、２ａが有するＲ形状の曲率は小さいほどよく、曲率を１０／ｍｍ〜１５／ｍｍ程度に設計することが、さらに好ましい。

本実施形態にかかる、内方端の形状はＲ形状としたが、この一例に限定されない。半導体素子３の主面に垂直な方向から見て、内方端の形状が、直線状でなければよい。また、対向するリードフレームの対向する面積同士が小さいほど、一対のリードフレームの内方端の間の不要輻射を低減できるので好ましい。

ここで、図２を使用して、リードフレームの内方端の形状の他の例について説明する。図２（ａ）は、図１（ａ）に示したリードフレームと同形状のリードフレームである。

図２（ａ）に示すリードフレームの内方端は、一部直線状の部分を有している。リードフレームの内方端が、直線状である従来の技術と比較すると、図２（ａ）のリードフレームは、直線状の部分が減少するため、対向する面積も減少している。このため、不要輻射を低減できる。

また、図２（ｂ）に示すように、リードフレームの内方端は、直線状の部分を持たない半円状であってもよい。この場合のリードフレームも、従来技術と比較すると、対向する面積を減少させることができる。内方端の曲線部の曲率半径をより小さくすることで、対向する面積をより小さくすることができる。

さらに、図２（ｃ）に示すように、内方端は、テーパー形状でもよい。この場合のリードフレームも、従来技術と比較して、対向する面積を小さくすることができるため好ましい。テーパー形状の先端部の角度は、小さいほどよい。

なお、図１（ａ）では、内方端１ａ、２ａの両方の形状をＲ形状とした例を示したが、一対のリードフレームのいずれか一方の内方端のみを、Ｒ形状またはテーパー形状としてもよい。例えば、一方の内方端の形状がＲ形状で、他方の内方端の形状は直線状であってもよい。また、両方の内方端が、同一の形状である必要は無く、互いに異なった形状であっても構わない。例えば、一方の内方端がＲ形状で、他方の内方端がテーパー形状等でもよい。

幅広部１ｄ、２ｄは、図１（ａ）に示すように、封止体５内に形成される。リードフレーム１、２の幅方向における幅広部１ｄ、２ｄの長さは、封止体５との接着強度を高める効果が得られる限りにおいて、任意の長さとすればよい。

また、リードフレーム１、２の長手方向における幅広部１ｄ、２ｄの長さは、０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度であることが好ましい。しかし、リードフレームの長手方向における幅広部の長さは、この一例に限定されるものではなく、封止体５との接着強度を高める範囲であれば構わない。さらに、リードフレームの長手方向における幅広部の長さは、一定でなくてもよい。また、幅広部の厚みは、均一でなくてもよい。例えば、幅広部１ｄ、２ｄの厚みが、リードフレームの厚みより厚くてもよい。

本実施形態では、幅広部１ｄは、内方端１ａおよび半導体素子搭載部１ｂと外方端１ｃとの間の段差部１ｅ（図１（ｂ）参照）に設けられているが、段差部１ｅよりも内方端１ａ側または外方端１ｃ側であってもよい。また、幅広部２ｄは、内方端２ａおよび導電性ワイヤ接続部２ｂと外方端２ｃとの間の段差部２ｅ（図１（ｂ）参照）に設けられているが、段差部２ｅよりも内方端２ａ側または外方端２ｃ側であってもよい。

また、封止体５は、例えば熱硬化性樹脂等を材料として用いてモールド形成する。しかし、本発明の封止体の材料は、この一例に限定されるものではなく、光硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等の絶縁性を有するものであればよい。

半導体素子３（例えばダイオード素子等）は、半導体搭載部１ｂの上面に、導電性接着剤（図示せず）を使用し接続される。しかし、本発明の半導体素子は、ダイオード素子に限定されるものではなく、任意の素子が用いられる。

導電性ワイヤ４は、例えば９９．９９％以上の高純度Ａｕ等で形成され、その一端が導電性ワイヤ接続部２ｂに接続される。さらに、導電接続を得るために、他端が半導体素子３の電極に接続される。

かかる構成によれば、内方端１ａ、２ａの形状は、当該リードフレーム１に搭載された半導体素子３の主面に垂直な方向から見て、Ｒ形状またはテーパー形状である。従って、リードフレーム１、２の対向する面積を小さくすることができるため、不要輻射を低減することができる。

また、リードフレーム１、２に幅広部１ｄ、２ｄを設けることにより、物理的効果（アンカー効果）を高めることができ、その結果、封止体５とリードフレーム１、２との接着強度が向上する。

さらに、導電性ワイヤ４の接続に、回転制御機構等の特殊な装置を用いる必要がないため、製造コストの上昇を防止することができる。これにより、ワイヤボンディング品質の安定した、低コストの半導体装置を提供することができる。
（実施の形態２）
本発明の第２の実施形態にかかる半導体装置について説明する。

図３は、本発明の実施の形態２における半導体装置の構成を示す平面図である。なお、本実施形態にかかる半導体装置の断面図は、本発明の実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。実施の形態１で説明した構成と同一の構成については、同一の符号を付記し、その詳細な説明を省略する。

本実施形態にかかる半導体装置２０は、対向するリードフレーム１、２を備え、封止体５に覆われている。リードフレーム１には、半導体素子３が搭載されている。さらに、半導体装置２０は、半導体素子３の電極とリードフレーム２とを導通接続する導電性ワイヤ４を有している。

本実施形態の半導体装置２０は、リードフレーム１の幅が、半導体素子搭載部１ｂにおいて、半導体素子３の幅と略同一に形成される点において、実施の形態１にかかる半導体装置１０と異なっている。ここで、半導体素子３の幅というのは、リードフレーム１の幅方向における半導体素子３の長さのことである。さらに、本実施形態の半導体装置２０は、リードフレーム２の幅が、導電性ワイヤ接続部２ｂにおいて、導電性ワイヤ４の断面の幅と略同一に形成されている点でも半導体装置１０と異なっている。ここで、導電性ワイヤ４の断面の幅というのは、リードフレーム２の幅方向における導電性ワイヤ４の断面の長さである。

本実施形態にかかる、内方端の形状はＲ形状としたが、この一例に限定されない。半導体素子３の主面に垂直な方向から見て、内方端の形状が、直線状でなければよい。また、対向するリードフレームの対向する面積同士が小さいほど、一対のリードフレームの内方端の間の不要輻射を低減できるので好ましい。

ここで、図２を使用して、リードフレームの内方端の形状の他の例について説明する。図２（ａ）は、図１（ａ）に示したリードフレームと同形状のリードフレームである。

図２（ａ）に示すリードフレームの内方端は、一部直線状の部分を有している。リードフレームの内方端が、直線状である従来の技術と比較すると、図２（ａ）のリードフレームは、直線状の部分が減少するため、対向する面積も減少している。このため、不要輻射を低減できる。

また、図２（ｂ）に示すように、リードフレームの内方端は、直線状の部分を持たない半円状であってもよい。この場合のリードフレームも、従来技術と比較すると、対向する面積を減少させることができる。内方端の曲線部の曲率半径をより小さくすることで、対向する面積をより小さくすることができる。

さらに、図２（ｃ）に示すように、内方端は、テーパー形状でもよい。この場合のリードフレームも、従来技術と比較して、対向する面積を小さくすることができるため好ましい。テーパー形状の先端部の角度は、小さいほどよい。

なお、図１（ａ）では、内方端１ａ、２ａの両方の形状をＲ形状とした例を示したが、一対のリードフレームのいずれか一方の内方端のみを、Ｒ形状またはテーパー形状としてもよい。例えば、一方の内方端の形状がＲ形状で、他方の内方端の形状は直線状であってもよい。また、両方の内方端が、同一の形状である必要は無く、互いに異なった形状であっても構わない。例えば、一方の内方端がＲ形状で、他方の内方端がテーパー形状等でもよい。

なお、本実施形態にかかるリードフレーム１の幅は、少なくとも半導体素子搭載部１ｂにおいて、半導体素子３の幅と略同一であればよい。また、リードフレーム２の幅は、少なくとも導電性ワイヤ接続部２ｂにおいて、導電性ワイヤ４の断面の長さと略同一であればよい。

かかる構成によれば、リードフレーム１、２での高周波領域での寄生成分(インダクタンスとキャパシタンス)および不要輻射を低減できる。
（実施の形態３）
本発明の第３の実施形態にかかる半導体装置について、以下に説明する。なお、本実施形態にかかる半導体装置は、平面図における構成が実施の形態１と同様であるため、図１（ａ）を用いて説明する。

図１（ａ）は、本実施形態にかかる半導体装置の構成を示す平面図である。また、図４は、図１（ａ）のＡ−Ａ´線に沿った断面図である。各図面において、実施の形態１を同一の部材については、同一の部材番号を付し、詳細な説明を省略する。

本実施形態にかかる半導体装置３０は、図４に示すように、リードフレーム１において半導体素子搭載部１ｂおよび内方端１ａを含む部分よりも、リードフレーム２において導電性ワイヤ接続部２ｂおよび内方端２ａを含む部分の高さが、高い位置に形成されている点において実施の形態１と異なっている。なお、図４に示した構成とは逆に、リードフレーム２において導電性ワイヤ接続部２ｂおよび内方端２ａを含む部分の高さよりも、リードフレーム１において半導体素子搭載部１ｂおよび内方端１ａを含む部分の高さが、高い位置に形成されていてもよい。かかる構成によれば、寄生キャパシタンスを低減することができる。

なお、上記では、平面形状が実施の形態１と同様である場合の構成を説明したが、平面形状が実施の形態２と同様であり、且つ断面形状が図４に示すとおりである半導体装置も、本発明の技術範囲に含まれる。

本発明にかかる半導体装置は、高周波領域での寄生成分（インダクタンスとキャパシタンス）および不要輻射を格段に低減させる効果を有し、半導体装置等に関して有用である。

（ａ）は、本発明の第１および第３の実施形態にかかる半導体装置の構成を示す平面図である。（ｂ）は、本発明の第１の実施形態にかかる半導体装置の構成を示す断面図である。 （ａ）は、本発明の第１の実施形態にかかるリードフレームの形状を示す平面図である。（ｂ）、（ｃ）は、本発明の第１の実施形態にかかるリードフレームの形状の他の例を示す平面図である。 本発明の第２の実施形態にかかる半導体装置の構成を示す平面図である。 本発明の第３の実施形態にかかる半導体装置の構成を示す断面図である。 （ａ）は、従来の半導体装置の構成を示す平面図である。（ｂ）は、従来の半導体装置の構成を示す断面図である。

符号の説明

１、２ リードフレーム
１ａ、２ａ 内方端
１ｂ 半導体素子搭載部
２ｂ 導電性ワイヤ接続部
１ｃ、２ｃ 外方端
１ｄ、２ｄ 幅広部
１ｅ、２ｅ 段差部
３ 半導体素子
４ 導電性ワイヤ
５ 封止体
１０１、１０２ リードフレーム
１０１ｃ、１０２ｃ 外部回路接続端子
１０３ 半導体素子
１０４ 半導体素子搭載部
１０５ 半導体素子搭載面
１０６ 導電性ワイヤ
１０７ 導電性ワイヤ接続部
１０８ 導電性ワイヤ接続面
１０９ 封止体
１１０ 半導体装置

Claims (5)

1. 対向する一対のリードフレームと、
   前記一対のリードフレームを覆う封止体と、
   前記一対のリードフレームの一方に搭載される半導体素子と、
   前記一対のリードフレームの他方に接続され、前記半導体素子の電極に接続される導電性ワイヤとを備え、
   前記一対のリードフレームの他方の幅が、少なくとも前記導電性ワイヤが接続された部分において、前記リードフレームの幅方向における前記導電性ワイヤの断面の長さである前記導電性ワイヤの断面の幅と略同一であることを特徴とする半導体装置。
2. 前記一対のリードフレームにおける少なくとも一方のリードフレームの封止体内方端の形状が、前記半導体素子主面に垂直な方向から見て、Ｒ形状またはテーパー形状である請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記一対のリードフレームの一方の幅が、少なくとも前記半導体素子が搭載された部分において、前記半導体素子の幅と略同一である、請求項１または２に記載の半導体装置。
4. 前記一対のリードフレームの一方において前記半導体素子が搭載された部分と、前記一対のリードフレームの他方において前記導電性ワイヤが接続された部分との高さが異なる、請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置。
5. 前記一対のリードフレームのうち、少なくとも一方のリードフレームが、前記封止体内に、内方端幅および外方端幅よりも幅の広い幅広部を有する、請求項１〜４のいずれかに記載の半導体装置。

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