JP4767277B2 - リードフレームおよび樹脂封止型半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体チップおよびリードフレームを封止樹脂により封止してなる樹脂封止型半導体装置に係り、特に、パワー半導体素子からの発熱を放散するためにダイパッド下面を露出させた樹脂封止型半導体装置に関する。

近年、電子機器の小型化に対応するために、電子機器に搭載される半導体部品を高密度に実装することが要求されている。これに伴って、半導体部品の一つであり、半導体チップおよびリードフレームが封止樹脂によって封止された樹脂封止型半導体装置の小型化、薄型化が進んでいる。小型化および薄型化を実現する樹脂封止型半導体装置の一つとして、パッケージの側方に突出していたアウターリードをなくし、下面側に実装基板との電気的接続を行うための外部電極を設けたいわゆるＱＦＮ（Quad Flatpack Non-Leaded package）型のパッケージが知られている。

ここで、パワー半導体素子は通常の半導体素子よりも発熱量が大きいため、半導体チップ内にパワー半導体素子を設ける場合には、放熱性を考慮しながらパッケージの小型化や薄型化を図る必要がある。そこで、従来から、パワー半導体素子用のＱＦＮ（以下、パワーＱＦＮ）として、半導体チップを搭載したダイパッドの下面を封止樹脂で覆わずに露出させた下面露出型構造が採用されている。以下、従来のパワー半導体素子用のＱＦＮの構造および製造方法について説明する。

図８（ａ）、（ｂ）は、それぞれ従来のパワーＱＦＮを上方および下方から見た場合の斜視図であり、図８（ｃ）は、（ａ）に示すVIIIc-VIIIc線で従来のパワーＱＦＮを切断した場合の断面図である。

図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、従来のパワーＱＦＮは、ダイパッド１０２と、ダイパッド１０２の上面上に搭載され、電極パッドとパワー半導体素子とが形成された半導体チップ１０４と、ダイパッド１０２を囲む複数の信号用リード１０１と、ダイパッド１０２を支持する吊りリード１０３と、信号用リード１０１またはダイパッド１０２と半導体チップ１０４上の電極パッド（図示せず）とを接続する金属細線１０５と、ダイパッド１０２の上面、金属細線１０５、吊りリード１０３および信号用リード１０１の上面を封止する封止樹脂１０６とを備えている。信号用リード１０１、ダイパッド１０２、および吊りリード１０３はリードフレームを構成している。

半導体チップ１０４は、パワー半導体素子の形成面を上にした状態でダイパッド１０２上に接着剤１０７によって接合されている。

封止樹脂１０６は、ダイパッド１０２の下面および信号用リード１０１の下面が露出するようにこれらの部材を封止している。ダイパッド１０２の下面が露出していることにより、ダイパッド１０２は放熱板として機能することができる。このダイパッド１０２を実装基板の放熱部に接触させることにより、消費電力の大きいパワー半導体素子から出る熱を外部に放出させて、パッケージ内の温度上昇を抑制することができる。また、露出面を含む信号用リード１０１下部は、外部電極１０９となっている。

従来のパワーＱＦＮでは、ダイパッド１０２の外周部の下部が除去され、厚みが薄い薄厚部１０２ｃになっているので、封止樹脂１０６が薄厚部１０２ｃの下に回り込むことができ、ダイパッド１０２と封止樹脂１０６との密着性を向上させることができる。

このようなパワーＱＦＮは、例えば以下のような工程により形成される。

まず、信号用リード１０１、ダイパッド１０２、吊りリード１０３などを有するリードフレームを用意する。なお、このリードフレームには、樹脂封止の際、封止樹脂の流出を止めるためのダムバーが設けられていることが多い。

次に、用意したリードフレームのダイパッド１０２上面と半導体チップ１０４の裏面とを接着剤１０７により接合する。この工程はいわゆるダイボンド工程である。

次いで、ダイパッド１０２上に搭載された半導体チップ１０４の電極パッドと信号用リード１０１、または電極パッドとダイパッド１０２を金属細線１０５により電気的に接続する。この工程は、いわゆるワイヤーボンド工程である。金属細線１０５には、アルミニウム細線、金（Ａｕ）線などが適宜用いられる。

次に、ダイパッド１０２の下面を除く部分、半導体チップ１０４、信号用リード１０１の下面を除く部分、吊りリード１０３及び金属細線１０５をエポキシからなる封止樹脂１０６により封止する。本工程では、半導体チップ１０４を搭載されたリードフレームが封止金型内に収納されて、トランスファーモールドされる。

次に、樹脂封止後に封止樹脂１０６から外部に突出している信号用リード１０１の先端部を切断する。この切断工程により、切断後の信号用リード１０１の先端面と封止樹脂１０６の側面とがほぼ同じ面にあるようになる。つまり、従来のパワーＱＦＮは、外部端子として機能していたアウターリードのない構造をとっている。さらに、封止樹脂に覆われずに露出している外部電極１０９とダイパッド１０２の下面が実装基板上に実装される。
特開２００１−７７２７８号公報 特開平５−１３６３２０号公報

しかしながら、前記図８（ａ）〜（ｃ）に示す従来のパワーＱＦＮにおいては、ダイパッド１０２の下面を露出させているために、薄厚部１０２ｃを形成するだけではダイパッド１０２と封止樹脂１０６との密着性の低下を防ぐのは難しい。ダイパッド１０２と封止樹脂１０６とが剥離するとダイパッド１０２に接続された金属細線１０５もダイパッド１０２から剥離するおそれがあり、パワーＱＦＮの動作に不具合を来す。半導体チップ１０４の平面サイズがダイパッド１０２上面および下面の平面サイズよりも小さい場合、ダイパッド１０２の周縁部にスリット（線状の溝）や貫通孔を形成することで、封止樹脂１０６とダイパッド１０２との密着性を改善することができる。

ところが、パッケージを小型化するために半導体チップ１０４のサイズをダイパッド１０２よりも大きくする場合が増えている。この場合、半導体チップ１０４の平面サイズがダイパッド１０２の平面サイズよりも大きければダイパッド１０２の薄厚部１０２ｃに貫通孔を設けたり、薄厚部１０２ｃの上面部にスリットを形成したりすることができない。このように、従来のパワーＱＦＮでは、動作の信頼性を確保するために、ダイパッド１０２に搭載できる半導体チップ１０４のサイズが制約を受けざる得なかった。

また、従来のＱＦＮの構成では、樹脂封止後、封止樹脂の変形により、その変形が吊りリードを経てダイパッドにまで及び、ダイパッドと封止樹脂との剥離を起こし、信頼性を損なうおそれがある。

本発明の目的は、ダイパッドと封止樹脂との剥離を防ぐ手段を備え、種々のサイズの半導体チップを搭載できる樹脂封止型半導体装置を提供することにある。

本発明のリードフレームは、フレーム枠と、前記フレーム枠内に設けられ、中央部および前記中央部を囲む周辺部とを有するダイパッドと、前記ダイパッドの周囲に配置され、前記フレーム枠に接続された信号用リードと、前記ダイパッドを支持する吊りリードとを備え、半導体チップを実装するために用いられるリードフレームであって、前記中央部の上面は前記周辺部の上面よりも高い位置に配置されており、前記周辺部の外縁部には、噛み合わせ部が形成されるとともに上部が下部よりも突出した薄厚部が設けられている。

この構成により、ダイパッドの薄厚部に噛み合わせ部が形成されているので、本発明のリードフレーム上に半導体チップを実装後、樹脂封止工程などを経ることにより、ダイパッドと封止樹脂との密着性が向上した樹脂封止型半導体装置を作製することが可能となる。従って、本発明のリードフレームを用いれば、ダイパッドと封止樹脂との剥離が抑えられ、且つ耐湿性が向上した信頼性の高い樹脂封止型半導体装置を実現することが可能となる。

この噛み合わせ部は、前記薄厚部に形成された例えば貫通孔であってもよいし、スリットを含む溝であってもよい。また、噛み合わせ部は、薄厚部の外端部に形成された凹部であってもよい。

また、第１のリードフレームにおいて、前記ダイパッドの下部が四角形の平面外形を有しており、前記ダイパッドの上部の平面外形が、前記ダイパッドの下部とコーナー部の位置がずれたｎ角形（ｎは４以上の整数）または円形であってもよい。これにより、リードフレームを用いて作製された樹脂封止型半導体装置において、ダイパッドのコーナー部に加わる応力を分散させることができる。

さらに、前記吊りリードと前記ダイパッドとの接続部の上面部に溝が形成されていることにより、本発明のリードフレームを用いて作製された樹脂封止型半導体装置において吊りリードに加わる応力とダイパッドに加わる応力とを溝によって分断させることができる。

本発明の樹脂封止型半導体装置は、ダイパッドと、電極パッドおよび半導体素子が形成された半導体チップと、前記ダイパッドの周囲に配置され、前記ダイパッドに向かって延びる信号用リードと、前記電極パッドと前記信号用リードとを接続する接続部材と、前記ダイパッドを支持する吊りリードと、前記ダイパッドの上面、前記接続部材、前記吊りリードおよび前記信号用リードの上面を、前記ダイパッドの下面および前記信号用リードの下面を露出させた状態で封止する封止樹脂とを備え、前記ダイパッドの中央部の上面は、前記中央部を囲む前記ダイパッドの周辺部の上面よりも高い位置に配置され、前記半導体チップは、前記ダイパッドの前記中央部の上面上に搭載され、前記周辺部の外縁部には、前記封止樹脂により充填された噛み合わせ部が形成され、上部が下部よりも突出した薄厚部が設けられている。

これにより、噛み合わせ部に封止樹脂が充填されてダイパッドと封止樹脂との密着性が向上するので、封止樹脂がダイパッドから剥離して接続部材が断線するなどの不具合の発生を防ぐことができる。且つ耐湿性が向上した信頼性の高い樹脂封止型半導体装置を実現することが可能となる。なお、ダイパッドの下面は露出するので、この露出部分から熱を逃がすことが可能となる。そのため、半導体チップがパワー半導体素子のように発熱量の大きい素子を搭載するものであってもよい。

この噛み合わせ部は、前記薄厚部に形成された例えば貫通孔であってもよいし、スリットを含む溝であってもよい。また、噛み合わせ部は、薄厚部の外端部に形成された凹部であってもよい。

平面的に見て、前記噛み合わせ部と前記半導体チップとはオーバーラップしていてもよい。このように、本発明の構成によれば、半導体チップの大きさの自由度を向上させることができる。

前記薄厚部を除く前記周辺部の上面部には、溝がさらに形成されていてもよい。

また、本発明の樹脂封止型半導体装置において、前記ダイパッドの下部は四角形の平面外形を有しており、前記ダイパッドの上部の平面外形は、前記ダイパッドの下部とコーナー部の位置がずれたｎ角形（ｎは４以上の整数）または円形であることにより、ダイパッドのコーナー部に集中する応力を分散させることができる。特に、ダイパッドの上部が八角形であれば製造が容易であり、好ましい。

前記吊りリードと前記ダイパッドとの接続部の上面部に溝が形成されていてもよい。

本発明の樹脂封止型半導体装置によると、周辺部よりも高い位置に配置された中央部の上面上に半導体チップが搭載され、且つダイパッドの周辺部の薄厚部に貫通孔や溝などが形成されているので、半導体チップのサイズの選択性を向上させることができる。また、ダイパッドと封止樹脂との密着性を向上させることが可能になる。また、ダイパッドの中央部だけに半導体チップが搭載されるので、ダイパッドの周辺部と半導体チップとの間にも封止樹脂が存在する結果、半導体チップが封止樹脂によって確実に保持され、耐湿性の高い樹脂封止型半導体装置の形成が可能になる。

また、ダイパッドの上部を八角形状などの多角形状に形成し、下部を四角形状にすることにより、ダイパッドのコーナー部に集中する応力を分散し、封止樹脂がダイパッドから剥離するのを防ぐことができる。

以下の実施形態においては、樹脂封止型半導体装置としてパワー素子を内蔵するパワーＱＦＮに本発明を適用した場合の構造を例にとって説明する。

−パワーＱＦＮの構造−
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係るパワーＱＦＮの裏面を示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すパワーＱＦＮをIb-Ib線で切断した場合の断面図である。また、図１（ｃ）は、本実施形態のパワーＱＦＮを底面から見た場合の平面図である。なお、図１（ｃ）においては理解を容易にするために封止樹脂６を透明体として扱っている。また、以下の説明における上下の方向は、図１（ｂ）における上下を基準にするものとする。

図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、本実施形態のパワーＱＦＮは、ダイパッド２と、ダイパッド２の一部の上面上に搭載され、電極パッドとパワー半導体素子とが形成された半導体チップ４と、ダイパッド２の周囲に配置され、それぞれがダイパッド２に向かって延びる複数の信号用リード１と、ダイパッド２を支持する吊りリード３と、信号用リード１またはダイパッド２と半導体チップ４上の電極パッド（図示せず）とを接続する金属細線（接続部材）５と、ダイパッド２の上面、金属細線５、吊りリード３および信号用リード１の上面を封止する封止樹脂６とを備えている。半導体チップ４の平面サイズは信号用リード１とオーバーラップしない程度の大きさ以下であればダイパッド２より大きくても小さくてもよい。なお、半導体チップ４上の電極パッドとダイパッド２とは、半導体チップ４の平面サイズがダイパッド２より小さい場合にのみ接続される。

信号用リード１、ダイパッド２、および吊りリード３はリードフレームを構成する部材である。信号用リード１は、電源電圧や接地電圧を含む電気信号の伝達経路である。ダイパッド２は、平面形状が例えば円形の中央部２ａと、中央部２ａを囲む周辺部２ｂとを有している。周辺部２ｂの外縁部には、下部が除去されることによって厚みが薄くなった薄厚部２ｃが形成されている。言い換えれば、薄厚部２ｃでは、ダイパッド２の上部が下部に比べて突き出ている。図１（ｃ）では、ダイパッド２の平面的な外形が略四角形の例を挙げているが、それ以外の形状でも構わない。また、信号用リード１のうちダイパッド２に近い方の端部は、下部が除去されることによって厚みが薄くなった薄厚部１ａが形成されている。

封止樹脂６は、ダイパッド２の下面および信号用リード１の下面が露出するようにこれらの部材を封止している。ダイパッド２の下面が露出していることにより、ダイパッド２は放熱板として機能することができる。このダイパッド２を実装基板の放熱部に接触させることにより、消費電力の大きいパワー半導体素子から出る熱を外部に放出させて、パッケージ内の温度上昇を抑制することができる。また、露出面を含む信号用リード１下部は、外部電極９となっている。パッケージの形状は例えば略直方体であり、パッケージ全体の平面サイズは、特に限定されないが、例えば３ｍｍ角以上１０ｍｍ角以下であってもよい。

本実施形態のパワーＱＦＮの特徴は、ダイパッド２の中央部２ａが半切断プレス加工等により他の部分（周辺部２ｂ）よりもアップセットされていることと、ダイパッド２の薄厚部２ｃのうち平面的に見て半導体チップ４とオーバーラップする部分に貫通孔１１が形成されていることである。図１（ｃ）に示すように、貫通孔１１は、例えばダイパッド２の外周に沿って複数個形成されている。なお、ダイパッド２の厚みは例えば０．２ｍｍであり、貫通孔１１の径も例えば０．２ｍｍ程度である。

半導体チップ４は、パワー半導体素子の形成面を上に向けた状態で接着剤７によってダイパッド２の中央部２ａ上面に接着されている。本実施形態のパワーＱＦＮでは、中央部２ａの上面が周辺部２ｂの上面よりも高くなっていることで、貫通孔１１が半導体チップ４とオーバーラップする部分に形成することが可能になっている。このため、本実施形態のパワーＱＦＮでは、封止樹脂６が貫通孔１１に入り込むことによってアンカー効果が生じるので、ダイパッド２と封止樹脂６との密着性を向上させることができる。そのため、金属細線５のダイパッド２からの剥離などを防ぐことができる。また、ダイパッドの全面上に半導体チップが接着されていた従来のＱＦＮに比べて、半導体チップ４とダイパッド２の周辺部２ｂとの間にも封止樹脂６が充填されるので、半導体チップ４が封止樹脂６によって確実に保持されることになり、湿気や水分がパッケージの裏面側（下面側）から侵入することを防止することができる。そのため、本実施形態のＱＦＮでは、従来のＱＦＮに比べてパッケージにクラックが生じにくくなっている。

また、半導体チップ４のサイズがダイパッド２の周辺部２ｂより大きい場合にも、ダイパッド２の薄厚部２ｃに貫通孔１１を設けることが可能となり、耐湿性の向上を図ることが可能となる。

このように、本実施形態のＱＦＮでは、ダイパッド２の薄厚部２ｃに貫通孔１１を設けることにより、薄厚部２ｃを設けることによって向上した封止樹脂６とダイパッド２との密着性をさらに向上させることができる。また、本実施形態のＱＦＮでは、耐湿性の向上と接続不良などの低減が実現している。そのため、本実施形態のＱＦＮは、従来のＱＦＮよりも信頼性が向上している。

なお、図１に示す本実施形態のＱＦＮでは、貫通孔１１は薄厚部２ｃのうち平面的に見て半導体チップ４とオーバーラップする部分に形成されているが、貫通孔１１は、薄厚部２ｃ内のどの場所であっても形成することができる。また、後述するように、貫通孔１１を形成する代わりに周辺部２ｂの上面にスリットを形成したり、ダイパッド２の外縁部に凹凸部を形成しても、貫通孔１１と同様の効果が得られる。すなわち、ダイパッド２の周辺部２ｂに、封止樹脂６が充填され、封止樹脂６とダイパッド２との密着性を向上させる「噛み合わせ部」が形成されていればよい。この噛み合わせ部の形状は、貫通孔、スリット（線状の溝）や環状の溝を含む溝、外縁部の凹凸形状の他、ダイパッド２の表面積を増加させるようなものであれば特に限定されない。

また、周辺部２ｂに比べてアップセットされた中央部２ａの平面形状は円形に限られない。

なお、図１に示す例では半導体チップ４上の電極パッドと信号用リード１またはダイパッド２とを金属細線５を用いて接続しているが、パワー半導体素子の形成面をダイパッド２の中央部２ａの上面に向けて半導体チップ４を中央部２ａ上に接着し、ダイパッド２の周辺部２ｂ上に設けた金属バンプを用いて電極パッドとダイパッドとの接続を取ってもよい。また、信号用リード１と電極パッドとの接続に金属バンプを用いてもよい。この場合、電極バンプの高さは中央部２ａのアップセット分と接着剤７の厚みとの和以上である必要がある。

−パワーＱＦＮの製造方法−
次に、本実施形態のパワーＱＦＮの製造方法を説明する。

図２（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態のパワーＱＦＮに用いられるリードフレームの加工方法を示す図である。また、図３（ａ）〜（ｃ）および図４（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態のパワーＱＦＮの製造工程のうち、パッケージ形成工程を示す断面図である。

まず、図２（ａ）に示すように、厚さ０．２ｍｍ程度の銅などからなる板状のリードフレーム２０を準備する。続いて、ウエットエッチングを用いてリードフレーム２０の一部の下部を除去し、四角形の帯状に溝を形成する（ハーフエッチング加工）。この溝が形成されて薄くなった部分を図中では薄厚部２ｅとして示す。なお、リードフレーム２０は鉄やニッケルからなっていてもよい。

次に、図２（ｂ）に示すように、リードフレーム２０の一部を貫通するようにエッチングを行い、略四角形のダイパッド２、複数のリード３１、および吊りリード３（図示せず）を形成する。本工程により、薄厚部２ｅの一部はリード３１の薄厚部１ａおよびダイパッド２の薄厚部２ｃとなる。この際に、薄厚部２ｃの一部に直径が０．２ｍｍ程度の貫通孔１１を形成する。

続いて、図２（ｃ）に示すように、半切断プレス加工により、ダイパッド２の円形の中央部２ａがその周囲（周辺部２ｂ）よりも上方に配置されるように加工する。本工程では、リードフレーム２０のダイパッド２の中央部を円形に打ち抜くプレス加工を途中で停止し、該円形部分が半切断状態でリードフレーム２０に接続された状態とする。そのため、ダイパッド２の上面および下面のうち周辺部２ｂと中央部２ａとの接続部分には、上方への押圧力により段差が形成される。なお、本工程において、半切断プレス加工を行う代わりにハーフエッチングによってダイパッド２の中央部２ａを周辺部２ｂやリード３１よりも高い位置に配置することもできる。その場合、ダイパッド２の周辺部２ｂおよびリード３１ではリードフレーム２０の上部を除去し、ダイパッド２の中央部２ａではリードフレーム２０の下部を除去する。この場合、より薄型の樹脂封止型半導体装置を形成することが可能になる。以上の工程により、リードフレーム２０が加工される。なお、この段階ではリード３１はフレーム枠（図示せず）に接続されたままである。

次に、図３（ａ）に示すように、ダイパッド２の中央部２ａの上面にペースト状の接着剤７を塗布した後、図３（ｂ）に示すように、接着剤７を用いて中央部２ａの上に素子の形成面を上に向けた状態で半導体チップ４を接着する。ここで、半導体チップ４の平面サイズは、平面的に見てリード３１と重ならない大きさであればよい。半導体チップ４にはパワー半導体素子やこれらの素子に接続された電極パッドなどが形成されていてもよいが、パワー半導体素子以外の半導体素子が形成されていても構わない。

次いで、図３（ｃ）に示すように、リード３１と半導体チップ４上に設けられた電極パッドとを接続する金属細線５を形成する。なお、半導体チップ４の平面サイズがダイパッド２上面の平面サイズよりも小さい場合には、ダイパッド２と電極パッドとを金属細線５によって接続してもよい。

次に、図４（ａ）に示すように、半導体チップ４、ダイパッド２およびリード３１などがキャビティ内に配置されるように、リードフレーム２０を封止金型３０に挟み込む。この状態で、液状の封止樹脂６（例えばエポキシ樹脂）を樹脂注入口からキャビティ内に注入、キャビティ内に樹脂を充填する。ここで、貫通孔１１がダイパッド２の薄厚部２ｃ以外の部分に形成されていると、本工程において封止樹脂６がリードフレーム２０の裏側に流れてしまうので、貫通孔１１は薄厚部２ｃ内に形成される必要がある。

続いて、図４（ｂ）に示すように、封止樹脂６が固化した後、封止金型３０を外す。なお、貫通孔１１にも封止樹脂６が充填されているので、封止樹脂６とダイパッド２との密着性は従来のＱＦＮよりも向上している。なお、ダイパッド２の下面およびリード３１の下面は樹脂封止されずに露出している。

次に、図４（ｃ）に示すように、リード３１のうち封止樹脂６の外部に出ている部分を切断し、リードフレーム２０の外枠から切り離す。これにより、側端面が封止樹脂６の側面とほぼ同一面となる信号用リード１を形成する。信号用リード１の下面部は外部電極９となる。以上のようにして本実施形態のパワーＱＦＮが作製できる。

本実施形態の製造方法によれば、貫通孔１１はリード３１やダイパッド２の形成と同時に行うことができるので、従来のパワーＱＦＮと同じコストで信頼性の高い樹脂封止型半導体装置を提供することが可能となる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る樹脂封止型半導体装置について説明する。図５（ａ）は、第２の実施形態に係るパワーＱＦＮのうちリードフレームの一部を拡大して示す斜視図である。また、図５（ｂ）は、本実施形態のパワーＱＦＮを上方から見た場合の平面図であり、（ｃ）は、本実施形態のパワーＱＦＮを下方から見た場合の平面図である。なお、図５（ｂ）、（ｃ）においては、構造を理解しやすいように半導体チップ４と封止樹脂と６を透明体として扱っている。また、第１の実施形態と同じ部材については詳細な説明は省略する。

図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、本実施形態のパワーＱＦＮは、ダイパッド２と、ダイパッド２の一部の上面上に搭載され、電極パッドとパワー半導体素子とが形成された半導体チップ４（図示せず）と、ダイパッド２を囲む複数の信号用リード１と、ダイパッド２を支持する吊りリード３と、信号用リード１またはダイパッド２と半導体チップ４上の電極パッド（図示せず）とを接続する金属細線５と、ダイパッド２の上面、金属細線５（図示せず）、吊りリード３および信号用リード１の上面を封止する封止樹脂６とを備えている。

本実施形態のパワーＱＦＮの１つ目の特徴は、ダイパッド２の周辺部２ｂの外縁部に薄厚部２ｃが形成されているとともに、薄厚部２ｃの外端部に凹部１１ａが形成されていることにある。

このため、本実施形態のパワーＱＦＮでは封止樹脂６が薄厚部２ｃに形成された凹部を埋めることによってアンカー効果が生じるので、封止樹脂６とダイパッド２との密着性がより効果的に向上されている。その結果、パッケージの下面側から湿気が入りにくくなっており、クラックの発生などを抑制することができる。また、封止樹脂６がダイパッド２から剥離しにくくなっているので、本実施形態のパワーＱＦＮでは金属細線５の断線を防ぐことも可能になっている。なお、ダイパッド２の外周に形成される凹部１１ａの数が多いほど封止樹脂６とダイパッド２との密着性は向上するが、凹部１１ａの数は特に限定されない。

また、本実施形態のパワーＱＦＮの２つ目の特徴は、ダイパッド２の下部の平面外形が第１の実施形態と同じく略四角形となっているのに対し、ダイパッド２の下部の平面外形が略八角形となっていることである。特に、ダイパッド２の下部の平面形状は、ダイパッド２上部の四角形のコーナー部を切り落としたような八角形となっている。さらに、図５（ａ）に示すように、ダイパッド２と吊りリード３との接続部の上面側には、幅０．２ｍｍ程度の溝１２がそれぞれ形成されている。この溝１２は、吊りリード３が延びる方向に対して交差あるいは直交する方向に延びている。また、図５（ａ）に示す例では、溝１２は、ダイパッド２の上部の八角形のうちの４つの辺に沿って形成されている。ただし、ダイパッド２の上部は封止樹脂６によって封止されているので、本実施形態のパワーＱＦＮの底面形状は、従来のパワーＱＦＮと同様の形状となっている。

通常、ダイパッド２全体の平面形状が正方形などの四角形である場合には、樹脂封止後に封止樹脂６が変形することにより、ダイパッド２のコーナー部に応力が集中してしまう。これに対し、本実施形態のパワーＱＦＮでは、ダイパッド２の上部が略八角形の形状になっているので、ダイパッド２のコーナー部に加わる応力を分散することができる。そのため、ダイパッド２と封止樹脂６との剥離や金属細線５の断線などを防ぐことができる。また、ダイパッド２と吊りリード３との接続部に溝１２が形成されていることにより、吊りリード３から加わる応力とダイパッド２から加わる応力とを溝１２で分断することができるので、吊りリード３やダイパッド２に強い応力が加わるのを防ぐことができる。

なお、本実施形態のリードフレームおよび該リードフレームを用いたパワーＱＦＮは、第１の実施形態のリードフレームおよびパワーＱＦＮに比べて工程数を増やすことなく製造することができる。

すなわち、図２（ａ）に示すハーフエッチング工程において、ダイパッド２の下部が四角形となるようにリードフレーム２０の下部を除去し、第１の実施形態と同様に薄厚部２ｅを形成する。その後、図２（ｂ）に示すエッチング工程で、ダイパッド２の上部が八角形になるようにリードフレーム２０のウエットエッチングを行うとともに、ダイパッド２の外縁部に凹部１１ａを形成する。本工程では、第１の実施形態のリードフレームとエッチングする部分を変更するだけでダイパッド２を形成できるので、第１の実施形態と同じ工程数で本実施形態のリードフレームを作製することができる。その後、図２（ｃ）、図３（ａ）〜（ｃ）および図４（ａ）〜（ｃ）に示す工程を第１の実施形態と同様にして行うことにより、本実施形態のパワーＱＦＮを製造することができる。

なお、本実施形態のパワーＱＦＮにおいて、ダイパッド２の下部の平面形状が四角形で上部が八角形であるが、ダイパッド２の上部の形状は、平面的に見てダイパッド２の下部とコーナー部が重ならないような（ずれた）ｎ角形（ｎは４以上の整数）または円形であればよい。ただし、製造工程の容易さの点などから、ダイパッド２の下部を四角形とし、上部を八角形とすることが最も好ましい。

なお、本実施形態のＱＦＮは、パワー半導体素子以外の素子が搭載された比較的発熱量が大きくない半導体チップに適用することができる。

（第３の実施形態）
本発明の樹脂封止型半導体装置の第３の実施形態として、第２の実施形態に係るパワーＱＦＮに対して、ダイパッドと封止樹脂との噛み合わせ部の形状を変更を加えたパワーＱＦＮを以下に説明する。

図６は、第３の実施形態に係るパワーＱＦＮのリードフレームを上方から見た場合の平面図である。また、図６において、平面図の右下方には、ダイパッドの中心点と吊りリードとを結ぶ線（VIb-VIb線）でリードフレームを切断した断面図を示し、平面図の右側方には、ダイパッドの互いに対向する２辺の中央同士を結ぶ線（VIa-VIa線）でリードフレームを切断した断面図を示す。なお、本実施形態のパワーＱＦＮの外観は、第１および第２の実施形態に係るパワーＱＦＮと同様であるので図示を省略している。

図６に示すように、本実施形態のパワーＱＦＮにおいて、信号用リード１、吊りリード３の形状は第２の実施形態と同一である。

本実施形態のパワーＱＦＮが第２の実施形態のパワーＱＦＮと異なるのは、ダイパッド２と封止樹脂６との噛み合わせ部として、ダイパッド２の周辺部２ｂの上面部および下面部に、中央部２ａを環状に囲む溝１１ｂ、１１ｃと溝１１ｄとがそれぞれ設けられている点である。この溝１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは、図６に示す環状であってもよいし、部分的に途切れたスリット状であってもよい。

溝１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは、貫通孔１１（図１参照）や凹部１１ａ（図５参照）と異なり、薄厚部２ｃだけでなく周辺部２ｂの薄厚部２ｃ以外の部分に形成されていてもよい。なお、薄厚部２ｃに溝を形成する場合、当該溝を形成した部分の厚みが薄くなり過ぎないように形成する。また、溝１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの幅は特に限定されないが、ダイパッド２の強度を保つために０．２ｍｍ以下であることが特に好ましい。

本実施形態のパワーＱＦＮでは、ダイパッド２の中央部２ａの上面が周辺部２ｂの上面よりも高くなっているので、上述のように周辺部２ｂの上面部または下面部にスリット（線状の溝）や環状の溝など、種々の形の溝を形成することができる。このため、本実施形態のパワーＱＦＮでは、溝の内部に封止樹脂６が入り込むことで、ダイパッド２と封止樹脂６との密着性が強化されている。そのため、封止樹脂６がダイパッド２から剥離するのを防ぎ、金属細線５の断線等の発生を防ぐことができる。本実施形態のパワーＱＦＮは、従来のパワーＱＦＮに比べて耐湿性も向上している。

また、溝１１ｂ、１１ｃ、１１ｄなどの溝は、薄厚部２ｃに形成された凹部や貫通孔と併せて形成されている。これによって、ダイパッド２と封止樹脂６との密着性をさらに向上させることができる。

さらに、本実施形態のパワーＱＦＮでは、ダイパッド２の下部が四角形で、上部がダイパッド２下部と互いのコーナー部の位置をずらせた八角形であるので、ダイパッド２のコーナー部に加わる応力が分散されている。また、ダイパッド２と吊りリード３との接続部に溝１２が形成されていることにより、吊りリード３から加わる応力とダイパッド２から加わる応力とを溝１２で分断することができるので、吊りリード３やダイパッド２に強い応力が加わるのを防ぐことができる。

なお、中央部２ａの上面上に搭載される半導体チップ４のサイズは、平面的に見て信号用リード１にオーバーラップしない程度の大きさであれば特に制限されない。本実施形態のパワーＱＦＮでは、中央部２ａが周辺部２ｂに比べてアップセットされているので、半導体チップ４のサイズに関わらず、ダイパッド２の上面側にスリットや溝を形成することが可能になっている。

以上で説明した本実施形態のパワーＱＦＮは、図２〜図４に示す工程とほぼ同様の工程によって製造される。ただし、図２（ａ）に示す工程でリードフレーム２０の上部あるいは下部に溝を形成しておくとともに、図２（ｂ）に示す工程でダイパッド２の上部の外形が八角形になるようエッチングを行う。従って、第１および第２の実施形態に係るパワーＱＦＮに比べて工程数を増やすことなく本実施形態のパワーＱＦＮを製造することができる。

（第４の実施形態）
図７（ａ）は、本発明の第４の実施形態に係るパワーＱＦＮを上方から見た場合の平面図であり、（ｂ）は、本実施形態のパワーＱＦＮを下方から見た場合の平面図である。なお、同図においては、構造を理解しやすいように半導体チップ４と封止樹脂と６を透明体として扱うとともに、半導体チップの図示を省略している。

図７（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態のパワーＱＦＮは、第２の実施形態に係るパワーＱＦＮにおいて、薄厚部２ｃに凹部を形成しないものである。

すなわち、本実施形態のパワーＱＦＮは、ダイパッド２と、ダイパッド２の一部の上面上に搭載され、電極パッドとパワー半導体素子とが形成された半導体チップ４（図示せず）と、ダイパッド２を囲む複数の信号用リード１と、ダイパッド２を支持する吊りリード３と、信号用リード１またはダイパッド２と半導体チップ４上の電極パッド（図示せず）とを接続する金属細線５と、ダイパッド２の上面、金属細線５（図示せず）、吊りリード３および信号用リード１の上面を封止する封止樹脂６とを備えている。

また、本実施形態のパワーＱＦＮにおいては、ダイパッド２の周辺部２ｂの外縁部に薄厚部２ｃが形成されている。

また、本実施形態のパワーＱＦＮは、第２の実施形態のパワーＱＦＮと同様に、ダイパッド２の下部の平面外形が第１の実施形態と同じく略四角形となっているのに対し、ダイパッド２の下部の平面外形が略八角形となっている。特に、ダイパッド２の下部の平面形状は、ダイパッド２上部の四角形のコーナー部を切り落としたような八角形となっている。さらに、図７（ａ）に示すように、ダイパッド２と吊りリード３との接続部の上面側には、幅０．２ｍｍ程度の溝１２がそれぞれ形成されている。この溝１２は、吊りリード３が延びる方向に対して交差あるいは直交する方向に延びている。また、図５（ａ）に示す例では、溝１２は、ダイパッド２の上部の八角形のうちの４つの辺に沿って形成されている。ただし、ダイパッド２の上部は封止樹脂６によって封止されているので、本実施形態のパワーＱＦＮの底面形状は、従来のパワーＱＦＮと同様の形状となっている。

ダイパッド２全体の平面形状が四角形である場合には、樹脂封止後に封止樹脂６が変形することにより、ダイパッド２のコーナー部に応力が集中してしまう。これに対し、本実施形態のパワーＱＦＮでは、ダイパッド２の上部が略八角形の形状になっているので、ダイパッド２のコーナー部に加わる応力を分散することができる。そのため、ダイパッド２と封止樹脂６との剥離や金属細線５の断線などを防ぐことができる。また、ダイパッド２と吊りリード３との接続部に溝１２が形成されていることにより、吊りリード３から加わる応力とダイパッド２から加わる応力とを溝１２で分断することができるので、吊りリード３やダイパッド２に強い応力が加わるのを防ぐことができる。

本発明の樹脂封止型半導体装置の構成は、パワー素子などを内蔵した半導体チップや、各種ＬＳＩを内蔵したチップの実装に利用することができる。

（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係るパワーＱＦＮの裏面を示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すパワーＱＦＮをIb-Ib線で切断した場合の断面図であり、（ｃ）は、（ａ）に示すパワーＱＦＮを下方から見た場合の平面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、第１の実施形態に係るパワーＱＦＮに用いられるリードフレームの加工方法を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、第１の実施形態に係るパワーＱＦＮの製造工程のうち、パッケージ形成工程の一部を示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、第１の実施形態に係るパワーＱＦＮの製造工程のうち、パッケージ形成工程の一部を示す断面図である。 （ａ）は、本発明の第２の実施形態に係るパワーＱＦＮのうちリードフレームの一部を拡大して示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すパワーＱＦＮを上方から見た場合の平面図であり、（ｃ）は、（ａ）に示すパワーＱＦＮを下方から見た場合の平面図である。 本発明の第３の実施形態に係るパワーＱＦＮのリードフレームを上方から見た場合の平面図である。 （ａ）は、本発明の第４の実施形態に係るパワーＱＦＮを上方から見た場合の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すパワーＱＦＮを下方から見た場合の平面図である。 （ａ）、（ｂ）は、それぞれ従来のパワーＱＦＮを上方および下方から見た場合の斜視図であり、図８（ｃ）は、（ａ）に示すVIIIc-VIIIc線で従来のパワーＱＦＮを切断した場合の断面図である。

符号の説明

１ 信号用リード
１ａ、２ｃ、２ｅ 薄厚部
２ ダイパッド
２ａ 中央部
２ｂ 周辺部
３ 吊りリード
４ 半導体チップ
５ 金属細線
６ 封止樹脂
７ 接着剤
９ 外部電極
１１ 貫通孔
１１ａ 凹部
１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１２ 溝
２０ リードフレーム
３０ 封止金型
３１ リード

Claims (2)

1. ダイパッド中央部と、前記ダイパッド中央部を囲むダイパッド周辺部とを有し、前記ダイパッド周辺部において、平面外形が四角形であるダイパッド下部と、前記ダイパッド下部の上に位置し、平面外形が八角形であるダイパッド上部とを有するダイパッドと、前記ダイパッドの周囲に配置された信号用リードと、前記ダイパッドを支持する吊りリードとを備え、
   前記ダイパッド下部とダイパッド上部とは、平面外形のコーナー部の位置が互いにずれて形成されており、
   上から見た際に、前記ダイパッド下部のコーナー部は前記ダイパッド上部の平面外形から突出し、且つ、前記ダイパッド上部のコーナー部は前記ダイパッド下部の平面外形から突出しており、
   前記ダイパッド周辺部の外縁部には、噛み合わせ部が形成されるとともに前記ダイパッド上部が前記ダイパッド下部よりも突出した薄厚部が設けられており、
   前記ダイパッド中央部の上面は前記ダイパッド周辺部の上面よりも高い位置に配置されていることを特徴とするリードフレーム。
2. ダイパッド中央部と、前記ダイパッド中央部を囲むダイパッド周辺部とを有し、前記ダイパッド周辺部において、平面外形が四角形であるダイパッド下部と、前記ダイパッド下部の上に位置し、平面外形が八角形であるダイパッド上部とを有するダイパッドと、前記ダイパッドの周囲に配置された信号用リードと、前記ダイパッドを支持する吊りリードとを有するリードフレームと、
   前記ダイパッド中央部の上面に搭載され、電極パッドを有する半導体チップと、
   前記電極パッドと前記信号用リードとを接続する接続部材と、
   前記リードフレーム、前記半導体チップ、前記接続部材を封止する封止樹脂と
   を備え、
   前記ダイパッド下部とダイパッド上部とは、平面外形のコーナー部の位置がずれて形成されており、
   上から見た際に、前記ダイパッド下部のコーナー部は前記ダイパッド上部の平面外形から突出し、且つ、前記ダイパッド上部のコーナー部は前記ダイパッド下部の平面外形から突出しており、
   前記ダイパッド周辺部の外縁部には、噛み合わせ部が形成されるとともに前記ダイパッド上部が前記ダイパッド下部よりも突出した薄厚部が設けられており、前記噛み合わせ部は前記封止樹脂により充填されており、
   前記半導体チップが搭載された前記ダイパッド中央部の上面は、前記ダイパッド周辺部の上面よりも高い位置に配置されており、
   前記ダイパッドの下面および前記信号用リードの下面は、前記封止樹脂から露出していることを特徴とする樹脂封止型半導体装置。

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