JP4679987B2 - Resin-sealed semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は、ヒートシンク、半導体素子およびリードフレームを樹脂で封止してなる樹脂封止型半導体装置に関する。   The present invention relates to a resin-sealed semiconductor device in which a heat sink, a semiconductor element, and a lead frame are sealed with resin.

図６は、従来の一般的な樹脂封止型半導体装置の概略断面図である。このものは、ＣｕもしくはＣｕ合金からなるヒートシンク１０の一面側に半導体素子２０を搭載し、半導体素子２０とリードフレーム４０とをワイヤ５０によって電気的に接続し、ヒートシンク１０の他面側を露出させつつヒートシンク１０、半導体素子２０およびリードフレーム４０を包み込むように封止用樹脂６０にて封止してなる。   FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a conventional general resin-encapsulated semiconductor device. In this device, the semiconductor element 20 is mounted on one side of the heat sink 10 made of Cu or Cu alloy, the semiconductor element 20 and the lead frame 40 are electrically connected by the wire 50, and the other side of the heat sink 10 is exposed. The heat sink 10, the semiconductor element 20, and the lead frame 40 are sealed with a sealing resin 60 so as to wrap.

ここで、ヒートシンク１０は、その一面と他面との間の側面に突起部（コイニング）１２を有する。これは、突起部１２を封止用樹脂６０に食い込ませることにより、封止用樹脂６０とヒートシンク１０との密着性を高めるためである。   Here, the heat sink 10 has a protrusion (coining) 12 on a side surface between one surface and the other surface. This is to increase the adhesion between the sealing resin 60 and the heat sink 10 by causing the protrusion 12 to bite into the sealing resin 60.

このような樹脂封止型半導体装置においては、Ｃｕよりなるヒートシンク１０を内部に内蔵しているため、放熱性に優れている。この装置に使用する封止用樹脂６０の熱膨張係数は１３ｐｐｍ／℃以上のものが一般的に使用され、ヒートシンク１０の熱膨張係数（１８ｐｐｍ／℃程度）に近づけることで、樹脂６０のクラック寿命を確保している。   In such a resin-encapsulated semiconductor device, since the heat sink 10 made of Cu is built in, the heat dissipation is excellent. The sealing resin 60 used in this apparatus generally has a thermal expansion coefficient of 13 ppm / ° C. or higher. By bringing the thermal expansion coefficient close to the heat sink 10 (about 18 ppm / ° C.), the crack life of the resin 60 is increased. Is secured.

しかしながら、上記した装置構成では、次の二つの問題点がある。一つは、封止用樹脂６０の熱膨張係数が大きいため、半導体素子２０と樹脂６０との界面での熱応力が大きくなり、半導体素子２０から樹脂６０が剥離しやすい。そのため、半導体素子２０の表面をポリイミド樹脂等の保護膜で覆う必要が生じ、コストアップとなる。   However, the above apparatus configuration has the following two problems. For example, since the thermal expansion coefficient of the sealing resin 60 is large, the thermal stress at the interface between the semiconductor element 20 and the resin 60 increases, and the resin 60 is easily peeled off from the semiconductor element 20. Therefore, it is necessary to cover the surface of the semiconductor element 20 with a protective film such as a polyimide resin, which increases costs.

もう一つの問題は、封止用樹脂６０中のフィラー量が少ないため、樹脂６０の吸湿性が大きくリフロー耐性が小さいことから、リードフレーム４０からの剥離が発生しやすく、信頼性に欠けることである。これは、装置を基板上にはんだを介してリフロー実装する際に、樹脂６０中に吸湿された水分がリフローの熱によって蒸発し、このときの水蒸気圧で樹脂６０が剥離しやすくなることによると考えられる。   Another problem is that since the amount of filler in the sealing resin 60 is small, the hygroscopicity of the resin 60 is large and the reflow resistance is small, so that peeling from the lead frame 40 is likely to occur and reliability is lacking. is there. This is because when the device is reflow-mounted on the substrate via solder, the moisture absorbed in the resin 60 evaporates due to the heat of reflow, and the resin 60 is easily peeled off by the water vapor pressure at this time. Conceivable.

さらに、近年、リフロー実装に用いるはんだの鉛フリー化への対応のため、より融点の高いはんだを用いることから、リフロー温度を上昇させたい要求がある。そのため、リードフレーム４０と樹脂６０との密着性を向上させたいという要求がいっそう強まっている。   Furthermore, in recent years, there is a demand for increasing the reflow temperature because solder having a higher melting point is used in order to cope with lead-free solder used for reflow mounting. Therefore, there is an increasing demand for improving the adhesion between the lead frame 40 and the resin 60.

本発明は上記問題に鑑み、ヒートシンク、半導体素子およびリードフレームを封止用樹脂で封止してなる樹脂封止型半導体装置において、大幅な構成の変更をすることなく、封止用樹脂のクラック寿命、および、半導体素子、リードフレームからの封止用樹脂の剥離寿命、の両寿命を適切に確保できるようにすることを目的とする。   In view of the above problems, the present invention provides a resin-sealed semiconductor device in which a heat sink, a semiconductor element, and a lead frame are sealed with a sealing resin. It is an object of the present invention to appropriately ensure both the lifespan and the life of the semiconductor element and the peeling life of the sealing resin from the lead frame.

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、ＣｕもしくはＣｕ合金からなるヒートシンク（１０）と、ヒートシンクの一面側に搭載された半導体素子（２０）と、半導体素子と電気的に接続されたリードフレーム（４０）と、ヒートシンクの他面側を露出させつつヒートシンク、半導体素子およびリードフレームを包み込むように封止する封止用樹脂（６０）とを備える樹脂封止型半導体装置において、封止用樹脂はフィラーを含有するものであって、そのフィラー含有率が８４ｗｔ％以上であり、ヒートシンクの他面側と同一平面となるように封止され、ヒートシンクは、一面と他面との間の側面に、突起部（１２）を有するものであり、ヒートシンクの他面から突起部までのコイニング深さｔ（単位ｍｍ）、封止用樹脂の熱膨張係数をα（単位ｐｐｍ／℃）とすると、ｔ＞−０．０４α＋０．７の関係が成立していることを特徴とする。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a heat sink (10) made of Cu or Cu alloy, a semiconductor element (20) mounted on one surface side of the heat sink, and electrically connected to the semiconductor element. In a resin-encapsulated semiconductor device comprising: the lead frame (40) formed; and a sealing resin (60) that encapsulates the heat sink, the semiconductor element, and the lead frame while exposing the other surface side of the heat sink. The sealing resin contains a filler, and the filler content is 84 wt% or more and is sealed so as to be flush with the other surface side of the heat sink. the sides of between, which has a projection (12), coining depth t (unit mm) from the other surface of the heat sink to the projections, Netsu膨of the sealing resin When the coefficient is alpha (units ppm / ° C.), characterized in that the relation of t> -0.04α + 0.7 is satisfied.

本発明は、本発明者等の行った検討の結果、実験的に見出したものである。まず、封止用樹脂のフィラー含有率を８４ｗｔ％以上とすることで、半導体素子からの封止用樹脂の剥離寿命およびリードフレームからの封止用樹脂の剥離寿命を適切に確保することができる。   The present invention has been found experimentally as a result of studies conducted by the present inventors. First, by setting the filler content of the sealing resin to 84 wt% or more, it is possible to appropriately ensure the peeling life of the sealing resin from the semiconductor element and the peeling life of the sealing resin from the lead frame. .

また、ヒートシンクの側面に封止用樹脂との密着性を高めるための突起部を設けた場合、この突起部先端から封止用樹脂にクラックが発生しやすいが、上記距離ｔを（−０．０４α＋０．７）よりも大きくすることで、封止用樹脂のクラック寿命を適切に確保することができる。   Further, when a protrusion for improving the adhesion with the sealing resin is provided on the side surface of the heat sink, cracks are likely to occur in the sealing resin from the tip of the protrusion, but the distance t is set to (−0. By making it larger than 04α + 0.7), it is possible to appropriately ensure the crack life of the sealing resin.

そして、このように封止用樹脂のフィラー含有率を調整したり、ヒートシンクにおける側面に突起部を設け、この突起部の位置と封止用樹脂の熱膨張係数との関係を調整すれば良く、従来構成に対して大幅な構成の変更は不要である。   And it is only necessary to adjust the filler content of the sealing resin in this way, or to provide a protrusion on the side surface of the heat sink, and to adjust the relationship between the position of this protrusion and the thermal expansion coefficient of the sealing resin, It is not necessary to change the configuration significantly compared to the conventional configuration.

したがって、本発明によれば、樹脂封止型半導体装置において、大幅な構成の変更をすることなく、封止用樹脂のクラック寿命、および、半導体素子、リードフレームからの封止用樹脂の剥離寿命、の両寿命を適切に確保することができる。   Therefore, according to the present invention, in the resin-encapsulated semiconductor device, the crack life of the encapsulating resin and the exfoliation lifetime of the encapsulating resin from the semiconductor element and the lead frame can be achieved without any significant change in configuration. Both lifespans can be properly secured.

また、請求項１に記載の発明では、αは５〜１５であることを特徴とする。それにより、図５に示されるように、封止用樹脂のクラック寿命を確保できるようになる。また、請求項２、３に記載の発明では、αは８〜１１又は８〜１３であることを特徴とする。それにより、図３に示されるように、チップ剥離・リード剥離の発生を抑制することができるようになる。
Moreover, in invention of Claim 1, (alpha) is 5-15, It is characterized by the above-mentioned. Thereby, as shown in FIG. 5, the crack life of the sealing resin can be secured. Moreover, in invention of Claim 2 , 3 , ( alpha) is 8-11 or 8-13, It is characterized by the above-mentioned. As a result, as shown in FIG. 3, the occurrence of chip peeling / lead peeling can be suppressed.

また、請求項４に記載の発明では、突起はヒートシンクの他面側に向かって先細りとなる断面形状であることを特徴とする。それにより、封止用樹脂に発生するクラックが、突起部の先端からヒートシンクの他面へ成長しやすいので、上述のように、ヒートシンクの他面から突起部までのコイニング深さｔと封止用樹脂の熱膨張係数αとの関係を規定することにより、封止用樹脂のクラック寿命を適切に確保することができるようになる。
According to a fourth aspect of the present invention, the protrusion has a cross-sectional shape that tapers toward the other surface side of the heat sink. As a result, cracks that occur in the sealing resin easily grow from the tip of the protrusion to the other surface of the heat sink. As described above, the coining depth t from the other surface of the heat sink to the protrusion and the sealing By defining the relationship with the thermal expansion coefficient α of the resin, it is possible to appropriately ensure the crack life of the sealing resin.

また、請求項５に記載の発明では、ヒートシンク（１０）のコーナー部は面取りが施されていることを特徴とする。それにより、ヒートシンクのコーナー部における樹脂に加わる応力を低減でき、好ましい。
In the invention according to claim 5 , the corner portion of the heat sink (10) is chamfered. Thereby, the stress applied to the resin at the corner of the heat sink can be reduced, which is preferable.

また、請求項６に記載の発明のように、封止用樹脂（６０）はエポキシ系樹脂からなり、フィラーはシリカからなるものを採用することができる。 Moreover, like invention of Claim 6 , the resin (60) for sealing can consist of an epoxy-type resin, and a filler can use what consists of silica.

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.

以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図１は本発明の実施形態に係る樹脂封止型半導体装置Ｓ１における封止用樹脂６０の一部を透視して示す一部透視平面図であり、透視部分において樹脂６０の外形は破線にて示してある。また、図２は、図１中のＡ−Ａ線に沿った概略断面図である。   DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments shown in the drawings will be described below. FIG. 1 is a partially transparent plan view showing a part of the sealing resin 60 in the resin-encapsulated semiconductor device S1 according to the embodiment of the present invention. The outline of the resin 60 is indicated by a broken line in the transparent part. It is shown. 2 is a schematic cross-sectional view along the line AA in FIG.

ヒートシンク１０は、ＣｕもしくはＣｕ合金を用いた矩形板状をなすものであり、本例では熱膨張係数が１８ｐｐｍ／℃のＣｕ板からなる。ヒートシンク１０の一面側には、半導体素子としてのシリコン基板等からなるＩＣチップ２０が搭載され、ヒートシンク１０とＩＣチップ２０とはダイボンド材３０を介して接着固定されている。   The heat sink 10 has a rectangular plate shape using Cu or a Cu alloy. In this example, the heat sink 10 is made of a Cu plate having a thermal expansion coefficient of 18 ppm / ° C. An IC chip 20 made of a silicon substrate or the like as a semiconductor element is mounted on one surface side of the heat sink 10, and the heat sink 10 and the IC chip 20 are bonded and fixed via a die bond material 30.

本例では、ヒートシンク１０の一面におけるＩＣチップ２０の搭載領域には、Ａｇめっき膜１１が形成されており、このＡｇめっき膜１１において、ヒートシンク１０とＩＣチップ２０とはダイボンド材３０を介して接着されている。   In this example, an Ag plating film 11 is formed in the mounting area of the IC chip 20 on one surface of the heat sink 10, and in this Ag plating film 11, the heat sink 10 and the IC chip 20 are bonded via a die bond material 30. Has been.

また、ヒートシンク１０の周囲には、Ｃｕ等の金属からなるリードフレーム４０が複数本配置されており、ＩＣチップ２０とリードフレーム４０とは金やアルミ等からなるワイヤ５０によって結線され電気的に接続されている。本例では、リードフレーム４０のうちワイヤ５０が接続される面にはＡｇめっき膜４１が形成され、このＡｇめっき膜４１にワイヤ５０がボンディングされている。   A plurality of lead frames 40 made of a metal such as Cu are arranged around the heat sink 10, and the IC chip 20 and the lead frame 40 are connected by a wire 50 made of gold, aluminum, or the like to be electrically connected. Has been. In this example, an Ag plating film 41 is formed on the surface of the lead frame 40 to which the wire 50 is connected, and the wire 50 is bonded to the Ag plating film 41.

また、図１に示すように、リードフレーム４０のうちの一部４０ａがヒートシンク１０にかしめられることによりかしめ部４０ｂが形成されている。このかしめ部４０ｂにより、樹脂モールド前の各リードフレーム４０がフレーム部やタイバーで一体に連結された状態において、リードフレーム４０とヒートシンク１０とは一体に固定されたものとなる。   Further, as shown in FIG. 1, a caulking portion 40 b is formed by caulking a part 40 a of the lead frame 40 to the heat sink 10. With the caulking portion 40b, the lead frame 40 and the heat sink 10 are integrally fixed in a state where the lead frames 40 before resin molding are integrally connected by a frame portion or a tie bar.

そして、封止用樹脂６０は、ヒートシンク１０の他面側を露出させつつヒートシンク１０、ＩＣチップ２０、リードフレーム４０およびワイヤ５０を包み込むように封止している。   The sealing resin 60 seals the heat sink 10, the IC chip 20, the lead frame 40, and the wires 50 while exposing the other surface of the heat sink 10.

ここで、封止用樹脂６０はエポキシ系樹脂等からなり、さらに熱膨張係数αを調整する等のためにシリカ等からなるフィラーが含有されたものである。そして、そのフィラー含有率を８４ｗｔ％以上としており、それによって、封止用樹脂６０の熱膨張係数αは例えば８ｐｐｍ／℃〜１３ｐｐｍ／℃程度としている。   Here, the sealing resin 60 is made of an epoxy resin or the like, and further contains a filler made of silica or the like for adjusting the thermal expansion coefficient α. And the filler content rate is 84 wt% or more, and thereby, the thermal expansion coefficient α of the sealing resin 60 is, for example, about 8 ppm / ° C. to 13 ppm / ° C.

なお、封止用樹脂６０に用いるエポキシ樹脂としては、フィラーを多く含有可能な粘性の低いものが好ましく、例えばビフェニル、ＤＣＰＤ（ジシクロペンタジエン）、ナフタレン等の骨格を有するエポキシ樹脂を採用できる。また、フィラーに用いるシリカとしては、球状の溶融ガラス等を採用できる。   The epoxy resin used for the sealing resin 60 is preferably a low-viscosity one that can contain a large amount of filler. For example, an epoxy resin having a skeleton such as biphenyl, DCPD (dicyclopentadiene), or naphthalene can be employed. Further, as the silica used for the filler, spherical molten glass or the like can be adopted.

また、図２に示すように、ヒートシンク１０は、その一面と他面との間の側面に、封止用樹脂６０とヒートシンク１０との密着性を高めるための突起部（コイニング）１２を有する。このような突起部１２を有するヒートシンク１０は、プレス加工等により形成することができる。   As shown in FIG. 2, the heat sink 10 has a protrusion (coining) 12 for improving the adhesion between the sealing resin 60 and the heat sink 10 on the side surface between the one surface and the other surface. The heat sink 10 having such protrusions 12 can be formed by press working or the like.

そして、図２に示すように、ヒートシンク１０の他面から突起部１２までの距離をｔとする。以下、この距離ｔをコイニング深さｔということとする。本実施形態では、コイニング深さｔは０．４ｍｍとしている。さらに、このコイニング深さｔ（単位：ｍｍ）は、封止用樹脂６０の熱膨張係数α（単位：ｐｐｍ／℃）との関係において、ｔ＞−０．０４α＋０．７の関係が成立している。   Then, as shown in FIG. 2, the distance from the other surface of the heat sink 10 to the protrusion 12 is t. Hereinafter, this distance t is referred to as a coining depth t. In this embodiment, the coining depth t is 0.4 mm. Further, the relationship of t> −0.04α + 0.7 is established for the coining depth t (unit: mm) in relation to the thermal expansion coefficient α (unit: ppm / ° C.) of the sealing resin 60. Yes.

このような樹脂封止型半導体装置Ｓ１は、ヒートシンク１０とリードフレーム４０とをかしめ固定した後、ＩＣチップ２０をヒートシンク１０に搭載し、ワイヤボンディングを行い、樹脂モールドを行い、リードフレームの成形・カットを行うことにより、製造することができる。   In such a resin-encapsulated semiconductor device S1, the heat sink 10 and the lead frame 40 are caulked and fixed, then the IC chip 20 is mounted on the heat sink 10, wire bonding is performed, resin molding is performed, and lead frame molding / It can be manufactured by cutting.

ところで、本実施形態においては、封止用樹脂６０のフィラー含有率を８４ｗｔ％以上としたこと、および、コイニング深さｔと封止用樹脂６０の熱膨張係数αとの関係においてｔ＞−０．０４α＋０．７の関係が成立するようにしたことを、主たる特徴としている。   By the way, in the present embodiment, t> −0 because the filler content of the sealing resin 60 is 84 wt% or more and the relationship between the coining depth t and the thermal expansion coefficient α of the sealing resin 60. The main feature is that the relationship of .04α + 0.7 is established.

まず、封止用樹脂６０のフィラー含有率を８４ｗｔ％以上としたことの根拠について述べる。図３は、封止用樹脂６０における樹脂特性と吸湿後のリフロー耐性（いわゆる吸湿リフロー性）との関係を調べた結果を示す図表である。   First, the grounds for setting the filler content of the sealing resin 60 to 84 wt% or more will be described. FIG. 3 is a chart showing the results of examining the relationship between the resin characteristics of the sealing resin 60 and the reflow resistance after moisture absorption (so-called moisture absorption reflow property).

上記図１、図２に示す装置Ｓ１において、封止用樹脂６０の材料を、図３に示すように樹脂Ａ、樹脂Ｂ、樹脂Ｃと変えたサンプルを作製した。各樹脂材料Ａ〜Ｃの樹脂はエポキシ樹脂であり、フィラーは溶融シリカガラスを用いた。   In the apparatus S1 shown in FIGS. 1 and 2, a sample was produced in which the material of the sealing resin 60 was changed to resin A, resin B, and resin C as shown in FIG. Resin of each resin material AC was an epoxy resin, and the filler used the fused silica glass.

吸湿リフロー性の評価は、次のようにして行った。各サンプルについて、１２５℃で２４時間ベーキングを行って、いったん樹脂６０中の湿気を除去し、次に、３０℃、７０％ＲＨ、２４時間の条件または３０℃、７０％ＲＨ、１９２時間の条件で樹脂６０への吸湿を行い、次に、リフロー工程に相当する温度を加えた。具体的には、リフロー温度２４５℃で２回加熱処理した。   The hygroscopic reflow property was evaluated as follows. Each sample was baked at 125 ° C. for 24 hours to remove moisture in the resin 60, and then 30 ° C., 70% RH, 24 hours or 30 ° C., 70% RH, 192 hours Then, moisture was absorbed into the resin 60, and then a temperature corresponding to the reflow process was applied. Specifically, heat treatment was performed twice at a reflow temperature of 245 ° C.

この後、各サンプルについて、超音波探査装置（ＳＡＴ）により、ＩＣチップ２０と封止用樹脂６０との剥離（図３中、チップ剥離）の様子、リードフレーム４０と封止用樹脂６０との剥離（図３中、リード剥離）の様子を調べた。図３では、剥離が発生していなかった場合を「○」、剥離が発生していた場合を「×」としてある。   After this, for each sample, the state of peeling between the IC chip 20 and the sealing resin 60 (chip peeling in FIG. 3), the lead frame 40 and the sealing resin 60 by an ultrasonic probe (SAT). The state of peeling (lead peeling in FIG. 3) was examined. In FIG. 3, “◯” indicates that no peeling has occurred, and “X” indicates that peeling has occurred.

図３からわかるように、フィラー含有率８０ｗｔ％の樹脂Ａでは、３０℃、７０％、２４ｈｒの吸湿リフロー試験ではチップ剥離、リード剥離ともに発生していないが、３０℃、７０％、１９２ｈｒではチップ剥離、リード剥離がともに発生している。   As can be seen from FIG. 3, in the resin A having a filler content of 80 wt%, neither chip peeling nor lead peeling occurred in the moisture absorption reflow test at 30 ° C., 70%, and 24 hours, but the chip was formed at 30 ° C., 70%, and 192 hours. Both peeling and lead peeling occurred.

それに対し、フィラー含有率８４ｗｔ％以上の樹脂Ｂ、Ｃは、３０℃、７０％、１９２ｈｒのリフロー試験においても、チップ剥離とリード剥離の発生はともにない。このことから、樹脂のフィラー含有率は８４ｗｔ％以上とすることが必要であることがわかった。   On the other hand, the resins B and C with a filler content of 84 wt% or more do not cause chip peeling or lead peeling even in a reflow test at 30 ° C., 70%, 192 hr. From this, it was found that the filler content of the resin needs to be 84 wt% or more.

つまり、封止用樹脂６０のフィラー含有率を８４ｗｔ％以上とすることで、ＩＣチップ（半導体素子）２０からの封止用樹脂６０の剥離寿命（つまり、チップ剥離寿命）およびリードフレーム４０からの封止用樹脂６０の剥離寿命（つまり、リード剥離寿命）を適切に確保することができる。   That is, by setting the filler content of the sealing resin 60 to 84 wt% or more, the peeling life of the sealing resin 60 from the IC chip (semiconductor element) 20 (that is, the chip peeling life) and the lead frame 40 The peeling life (that is, the lead peeling life) of the sealing resin 60 can be appropriately ensured.

次に、コイニング深さｔについて、ｔ＞−０．０４α＋０．７の関係が成立するようにしたことの根拠を述べる。図４は、コイニング深さｔをパラメータとして、クラック長さと最大主応力の関係をＦＥＭで解析した結果を示す図である。   Next, the grounds for establishing the relationship of t> −0.04α + 0.7 for the coining depth t will be described. FIG. 4 is a diagram showing the result of FEM analysis of the relationship between crack length and maximum principal stress using the coining depth t as a parameter.

ここで、解析モデルとしては、温度変化ΔＴは２１５℃（−６５〜１５０℃）、封止用樹脂６０の熱膨張係数αは８ｐｐｍ／℃、ヒートシンク１０の熱膨張係数は１８ｐｐｍ／℃、ＩＣチップ（シリコン）２０の熱膨張係数は３ｐｐｍ／℃とした。   Here, as an analysis model, the temperature change ΔT is 215 ° C. (−65 to 150 ° C.), the thermal expansion coefficient α of the sealing resin 60 is 8 ppm / ° C., the thermal expansion coefficient of the heat sink 10 is 18 ppm / ° C., and an IC chip. The thermal expansion coefficient of (silicon) 20 was 3 ppm / ° C.

また、図４（ａ）に示すように、本発明者等の検討によれば、封止用樹脂６０に発生するクラックＫは、突起部１２の先端からヒートシンク１０の他面へ成長しやすい。そこで、図４（ａ）に示すように、コイニング深さｔの方向すなわちヒートシンク１０の厚み方向に沿ったクラックＫの長さをクラック長さＬとする。   Further, as shown in FIG. 4A, according to the study by the present inventors, the crack K generated in the sealing resin 60 tends to grow from the tip of the protrusion 12 to the other surface of the heat sink 10. Therefore, as shown in FIG. 4A, the length of the crack K along the direction of the coining depth t, that is, the thickness direction of the heat sink 10 is defined as a crack length L.

そして、コイニング深さｔを０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、０．４ｍｍと変えた場合において、クラック長さＬ（単位：ｍｍ）と最大主応力（単位：ＭＰａ）との関係を応力解析により求めた結果が、図４（ｂ）である。   When the coining depth t is changed to 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm, and 0.4 mm, the relationship between the crack length L (unit: mm) and the maximum principal stress (unit: MPa) is as follows. The result obtained by the stress analysis is shown in FIG.

図４（ｂ）より、各コイニング深さｔにおいて同じクラック長さＬのクラックＫが発生した場合、コイニング深さｔが深いほど最大主応力の増加が抑制されている。つまり、コイニング深さｔを厚くする（深くする）と最大主応力が低減することがわかる。   As shown in FIG. 4B, when the crack K having the same crack length L is generated at each coining depth t, the increase in the maximum principal stress is suppressed as the coining depth t is deeper. That is, it is understood that the maximum principal stress is reduced when the coining depth t is increased (deepened).

実際のサンプルでも、コイニング深さｔの効果については確認しており、熱膨張係数８ｐｐｍ／℃の封止用樹脂６０を用いた場合は、コイニング深さｔが０．４ｍｍ以上であれば、実用レベルのクラック寿命、具体的には、−６５℃、３０分と１５０℃、３０分とのサイクルを１０００サイクル以上行ってもクラックが封止用樹脂６０の外表面にまで現れないことを満足することを確認している。   Even in an actual sample, the effect of the coining depth t has been confirmed. When the sealing resin 60 having a thermal expansion coefficient of 8 ppm / ° C. is used, if the coining depth t is 0.4 mm or more, it is practical. The crack life of the level, specifically, satisfying that the crack does not appear on the outer surface of the sealing resin 60 even if the cycle of −65 ° C., 30 minutes and 150 ° C., 30 minutes is performed for 1000 cycles or more. I have confirmed that.

このように、封止用樹脂６０のクラック寿命は、樹脂６０の熱膨張係数αとコイニング深さｔによって大きく左右される。そこで、さらに、樹脂６０のクラック寿命が成立する樹脂６０の熱膨張係数αとコイニング深さｔとの関係について、実験解析した。   Thus, the crack life of the sealing resin 60 greatly depends on the thermal expansion coefficient α of the resin 60 and the coining depth t. Therefore, further, an experimental analysis was performed on the relationship between the thermal expansion coefficient α of the resin 60 where the crack life of the resin 60 is established and the coining depth t.

具体的には、樹脂６０の熱膨張係数αとコイニング深さｔとを変えていき、上記した実用レベルのクラック寿命すなわち−６５℃、３０分と１５０℃、３０分とを１０００サイクル以上としたクラック寿命が確保されるような、αとｔとの範囲を求めた。その結果を図５に示す。   Specifically, the thermal expansion coefficient α and the coining depth t of the resin 60 are changed, and the above-described practical crack life, ie, −65 ° C., 30 minutes, 150 ° C., and 30 minutes are set to 1000 cycles or more. The range of α and t was determined so as to ensure the crack life. The result is shown in FIG.

図５から、ｔ＞−０．０４α＋０．７の関係を満足すれば、樹脂６０のクラック寿命を実用レベルにて満足できることがわかった。   From FIG. 5, it was found that the crack life of the resin 60 can be satisfied at a practical level if the relationship of t> −0.04α + 0.7 is satisfied.

このように、本実施形態によれば、封止用樹脂６０のフィラー含有率を８４ｗｔ％以上とすることで、チップ剥離寿命およびリード剥離寿命を適切に確保することができる。また、コイニング深さｔを（−０．０４α＋０．７）よりも大きくすることで、封止用樹脂６０のクラック寿命を適切に確保することができる。   Thus, according to the present embodiment, the chip peeling life and the lead peeling life can be appropriately ensured by setting the filler content of the sealing resin 60 to 84 wt% or more. Moreover, the crack life of the sealing resin 60 can be appropriately ensured by making the coining depth t larger than (−0.04α + 0.7).

そして、本実施形態では、封止用樹脂６０のフィラー含有率を調整したり、ヒートシンク１０における側面に突起部１２を設け、この突起部１２の位置と封止用樹脂６０の熱膨張係数αとの関係を調整すれば良く、従来構成に対して大幅な構成の変更は不要である。   In this embodiment, the filler content of the sealing resin 60 is adjusted, or the protrusion 12 is provided on the side surface of the heat sink 10. The position of the protrusion 12 and the thermal expansion coefficient α of the sealing resin 60 It is only necessary to adjust the above relationship, and it is not necessary to change the configuration significantly compared to the conventional configuration.

したがって、本実施形態によれば、樹脂封止型半導体装置において、大幅な構成の変更をすることなく、封止用樹脂のクラック寿命、および、半導体素子、リードフレームからの封止用樹脂の剥離寿命、の両寿命を適切に確保することができる。   Therefore, according to the present embodiment, in the resin-encapsulated semiconductor device, the crack life of the encapsulating resin and the exfoliation of the encapsulating resin from the semiconductor element and the lead frame can be performed without changing the configuration. Both lifetimes can be appropriately secured.

また、本実施形態では、上記図１に示すように、ヒートシンク１０のコーナー部に面取りを施し面取り部１３を設けることがより好ましい。上記図３〜図５に示す各効果は、面取り部１３の無いヒートシンク１０によっても十分達成できるが、面取り部１３が形成されていた方が好ましい。   In the present embodiment, it is more preferable to chamfer the corner portion of the heat sink 10 and provide the chamfered portion 13 as shown in FIG. Each of the effects shown in FIGS. 3 to 5 can be sufficiently achieved by the heat sink 10 without the chamfered portion 13, but it is preferable that the chamfered portion 13 is formed.

これは、面取り部１３の形成により、該コーナー部における樹脂６０に加わる応力を低減できることが可能なためである。ＦＥＭ応力解析で解析した結果によると、コーナー部に０．５ｍｍの面取り部１３を設けることにより、約２５％の応力低減が可能なことがわかった。   This is because the stress applied to the resin 60 at the corner portion can be reduced by forming the chamfered portion 13. According to the result of analysis by FEM stress analysis, it was found that by providing a 0.5 mm chamfered portion 13 at the corner portion, the stress can be reduced by about 25%.

本発明の実施形態に係る樹脂封止型半導体装置における封止用樹脂の一部を透視して示す一部透視平面図である。FIG. 3 is a partially transparent plan view illustrating a part of the sealing resin in the resin-encapsulated semiconductor device according to the embodiment of the present invention. 図１中のＡ−Ａ線に沿った概略断面図である。It is a schematic sectional drawing in alignment with the AA in FIG. 封止用樹脂における樹脂特性と吸湿リフロー性との関係を調べた結果を示す図表である。It is a graph which shows the result of having investigated the relationship between the resin characteristic and moisture absorption reflow property in sealing resin. コイニング深さｔをパラメータとして、クラック長さと最大主応力の関係をＦＥＭで解析した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having analyzed the relationship between a crack length and the largest principal stress by FEM using the coining depth t as a parameter. 実用レベルのクラック寿命を確保するための封止用樹脂の熱膨張係数αとコイニング深さｔとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the thermal expansion coefficient (alpha) and the coining depth t of sealing resin for ensuring the crack life of a practical use level. 従来の一般的な樹脂封止型半導体装置の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the conventional general resin-sealed semiconductor device.

符号の説明Explanation of symbols

１０ ヒートシンク
１２ 突起部
２０ ＩＣチップ
４０ リードフレーム
６０ 封止用樹脂 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Heat sink 12 Protrusion part 20 IC chip 40 Lead frame 60 Resin for sealing

Claims (6)

ＣｕもしくはＣｕ合金からなるヒートシンク（１０）と、
このヒートシンクの一面側に搭載された半導体素子（２０）と、
この半導体素子と電気的に接続されたリードフレーム（４０）と、
前記ヒートシンクの他面側を露出させつつ前記ヒートシンク、前記半導体素子および前記リードフレームを包み込むように封止する封止用樹脂（６０）とを備える樹脂封止型半導体装置において、
前記封止用樹脂はフィラーを含有するものであって、そのフィラー含有率が８４ｗｔ％以上であり、前記ヒートシンクの他面側と同一平面となるように封止され、
前記ヒートシンクは、前記一面と前記他面との間の側面に、突起部（１２）を有するものであり、
前記ヒートシンクの他面から前記突起部までのコイニング深さｔ（単位ｍｍ）、前記封止用樹脂の熱膨張係数をα（単位ｐｐｍ／℃）とし、αは５〜１５であるとすると、ｔ＞−０.０４α＋０．７
の関係が成立していることを特徴とする樹脂封止型半導体装置。 A heat sink (10) made of Cu or Cu alloy;
A semiconductor element (20) mounted on one side of the heat sink;
A lead frame (40) electrically connected to the semiconductor element;
In a resin-encapsulated semiconductor device comprising: a sealing resin (60) that encapsulates the heat sink, the semiconductor element, and the lead frame while exposing the other surface side of the heat sink.
The sealing resin contains a filler, the filler content is 84 wt% or more, and is sealed so as to be flush with the other surface side of the heat sink,
The heat sink has a protrusion (12) on a side surface between the one surface and the other surface,
When the coining depth t (unit: mm) from the other surface of the heat sink to the protrusion, the thermal expansion coefficient of the sealing resin is α (unit: ppm / ° C.), and α is 5-15, t > −0.04α + 0.7
A resin-encapsulated semiconductor device, wherein the relationship is established. 前記αは、８〜１３であることを特徴とする請求項１に記載の樹脂封止型半導体装置。   The resin-encapsulated semiconductor device according to claim 1, wherein α is 8 to 13. 前記αは、８〜１１であることを特徴とする請求項１に記載の樹脂封止型半導体装置。   The resin-encapsulated semiconductor device according to claim 1, wherein α is 8 to 11. 前記突起は、前記ヒートシンクの他面側に向かって先細りとなる断面形状であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１つに記載の樹脂封止型半導体装置。 The projection is a resin sealed semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a cross sectional shape that tapers toward the other surface side of the heat sink. 前記ヒートシンク（１０）は矩形板状をなすものであり、そのコーナー部は面取りが施されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１つに記載の樹脂封止型半導体装置 The resin-sealed semiconductor device according to any one of claims 1 to 4 , wherein the heat sink (10) has a rectangular plate shape, and a corner portion thereof is chamfered. 前記封止用樹脂（６０）はエポキシ系樹脂からなり、前記フィラーはシリカからなるものであることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１つに記載の樹脂封止型半導体装置。 The resin-encapsulated semiconductor device according to any one of claims 1 to 5 , wherein the sealing resin (60) is made of an epoxy resin, and the filler is made of silica.
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