JP5364338B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、樹脂封止された半導体装置に関する。 The present invention relates to a resin-sealed semiconductor device.
従来、トランジスタ、ダイオード、LSI等の半導体チップを封止する樹脂には、難燃性剤としてSbBrが使用されていたが、Sb,Br等のハロゲン系物質は環境に悪影響を与えるものとして、代替材料の使用が求められていた。 Conventionally, SbBr has been used as a flame retardant for resins encapsulating semiconductor chips such as transistors, diodes, LSIs, etc., but halogen-based substances such as Sb and Br can be used as alternatives as they adversely affect the environment. The use of materials was sought.
そこで、リン系難燃剤、金属水和物系難燃剤(特許文献1)などのSb,Br等を含むハロゲン系難燃剤を含有しないハロゲンフリー樹脂が提案されている。
しかしながら、上記のようなハロゲンフリー樹脂を用いることの影響として、従来使用していた樹脂よりもガラス転移点温度(以下Tgと呼ぶ)が低いことが指摘されている。高温で電子デバイスを使用した場合、Tgを超えると、樹脂の弾性率は急激に低下し、樹脂は柔らかくなり、材料間の密着性は低下する。界面間に存在する不純物イオンは、動作時のデバイスに印加された電界により引き寄せられ、柔らかくなった樹脂界面を移動しやすくなり、イオンマイグレーションを引き起こし、デンドライトもしくはリークパスを形成してしまう。その結果、半導体装置の長期的な安定動作に不具合をもたらす。 However, it has been pointed out that the glass transition temperature (hereinafter referred to as Tg) is lower than that of conventionally used resins as an influence of using the halogen-free resin as described above. When an electronic device is used at a high temperature, if the Tg is exceeded, the elastic modulus of the resin is drastically lowered, the resin becomes soft, and the adhesion between the materials is lowered. Impurity ions existing between the interfaces are attracted by the electric field applied to the device during operation, and easily move on the softened resin interface, causing ion migration and forming a dendrite or a leak path. As a result, there is a problem in the long-term stable operation of the semiconductor device.
本発明の課題は、上記に鑑み、不良が生じにくく、長期的に安定した動作が可能な半導体装置を提供することにある。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a semiconductor device that is less prone to defects and that can operate stably over the long term.
上記課題を達成するため、本発明の一態様によれば、半導体チップと、前記半導体チップを搭載し、平面視矩形の搭載面を有するフレームと、前記半導体チップを封止する実質的にハロゲン系難燃剤を含まないハロゲンフリー樹脂と、前記半導体チップの周辺の一部分のみであってかつ、前記フレームと前記樹脂との界面に形成され、前記フレームを粗面化して形成するとともに、前記搭載面の辺と平行に前記チップと前記搭載面の外縁とに介在するように設けられた不純物イオンを捕獲するゲッタリング部と、を有することを特徴とする半導体装置が提供される。In order to achieve the above object, according to one aspect of the present invention, a semiconductor chip, a frame on which the semiconductor chip is mounted and having a rectangular mounting surface in plan view, and a substantially halogen system that seals the semiconductor chip A halogen-free resin that does not contain a flame retardant, and only a part of the periphery of the semiconductor chip, and is formed at the interface between the frame and the resin . There is provided a semiconductor device comprising: a gettering portion that captures impurity ions provided so as to be interposed between the chip and an outer edge of the mounting surface in parallel with a side .
ハロゲンフリー樹脂を使用したとしても不純物イオンはゼロにはならず、プロセス中もしくは材料により不純物イオンが導入されることがある。また、高電圧デバイスになるほど素子の電界は大きくなり、不純物イオンの濃度は小さくても、不純物イオンは電界により引き寄せられマイグレーションを引き起こし、リークパスの形成を促進する方向に向かう。 Even when a halogen-free resin is used, impurity ions do not become zero, and impurity ions may be introduced during the process or depending on the material. Further, the higher the voltage device, the larger the electric field of the element, and even if the concentration of impurity ions is small, the impurity ions are attracted by the electric field and cause migration, which tends to promote the formation of a leak path.
これに対し、本発明は上記のように構成したので、不純物イオンの移動が制限され、リークパスや腐食の要因となるイオンマイグレーションの形成を抑制できるため、長期にわたる安定動作が可能な半導体装置を提供できる。 On the other hand, since the present invention is configured as described above, the movement of impurity ions is limited, and the formation of ion migration that causes leak paths and corrosion can be suppressed, so that a semiconductor device capable of stable operation over a long period of time is provided. it can.
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なる。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, the drawings are schematic and different from actual ones. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、各構成部品の配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。 Further, the embodiment described below exemplifies an apparatus and a method for embodying the technical idea of the present invention. The technical idea of the present invention is the arrangement of each component as described below. It is not something specific. The technical idea of the present invention can be variously modified within the scope of the claims.
本発明の実施の形態に係る半導体装置において、ハロゲンフリー樹脂とは原材料にハロゲン化合物及びアンチモン化合物を使用せず、かつ(1)塩素Clの含有率が0.09wt%以下、(2)臭素Brの含有率が0.09wt%以下、(3)アンチモンSbの含有率が0.09wt%以下の基準を満たす樹脂と定義する。上記のように、ハロゲンフリー樹脂は必ずしもハロゲンの含有量がゼロになるということではない。Brイオンの含有量は極端に小さいが、それ以外のハロゲン系イオン、例えばClイオンを含むハロゲンフリー樹脂もある。Clイオンは樹脂を形成する骨格高分子に含まれており、リークパスに悪影響を及ぼしていると考えられる。また、ハロゲンフリー樹脂として、実質的にハロゲン系難燃剤を含まない樹脂、あるいは金属水和物系難燃剤、リン系難燃剤の少なくとも一方を含む樹脂、あるいは難燃剤を含まない難燃剤レス樹脂が用いられる。難燃剤を含まない難燃剤レス樹脂は高分子の表面に皮膜を形成して酸素を遮断している。 In the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the halogen-free resin does not use a halogen compound and an antimony compound as raw materials, and (1) a chlorine Cl content is 0.09 wt% or less, and (2) bromine Br. Is defined as a resin that satisfies the standard of 0.09 wt% or less and (3) the content of antimony Sb is 0.09 wt% or less. As described above, halogen-free resins do not necessarily have a halogen content of zero. Although the content of Br ions is extremely small, there are halogen-free resins containing other halogen-based ions such as Cl ions. It is considered that Cl ions are contained in the skeleton polymer forming the resin and have an adverse effect on the leak path. Further, as the halogen-free resin, a resin that does not substantially contain a halogen-based flame retardant, a resin that includes at least one of a metal hydrate-based flame retardant and a phosphorus-based flame retardant, or a flame retardant-less resin that does not include a flame retardant Used. A flame retardant-less resin containing no flame retardant forms a film on the surface of the polymer to block oxygen.
(第1実施形態) 図1は、本発明に係る半導体装置の第1実施形態を平面図で示している。図2には、図1のII-II線に沿う断面図を示している。図1および図2に示す半導体装置A1は、半導体チップ1、フレーム2、ゲッタリング部3、ハンダ層4および、樹脂パッケージ5を備えた半導体装置である。なお、フレーム2の表面の様子を示すために、図1では、樹脂パッケージ5を省略している。図1は、フレーム2の厚み方向視における平面を示しており、以下の説明における平面視はフレーム2の厚み方向視と同一である。図3は本発明に係る半導体チップの一例であるMOSFETの構造の断面図を示している。
First Embodiment FIG. 1 is a plan view showing a first embodiment of a semiconductor device according to the present invention. FIG. 2 shows a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. A semiconductor device A1 shown in FIGS. 1 and 2 is a semiconductor device including a
半導体チップ1は、たとえば、トレンチゲート型のパワーMOSFETである。上記MOSFETは、図3に示すように、N+型シリコン基板11の上面上に、所定の厚みを有するシリコンからなるエピタキシャル層が形成されている。このエピタキシャル層には、N+型シリコン基板側から、N-型不純物領域12、P-型不純物領域13、および、N+型ソース領域14が順次形成されている。そして、N+型ソース領域14およびP-型不純物領域13を貫通するように、複数のトレンチ15がエピタキシャル層に形成されている。このトレンチ15は、エピタキシャル層の所定領域がその上面(主表面)側からエッチングされることによって形成されている。すなわち、複数のトレンチ15の各々の開口端は、エピタキシャル層の上面側に位置している。また、複数のトレンチ15は、その各々がエピタキシャル層の上面に対して並行な所定方法に沿って延びるように細長状(ストライプ状)に形成されている。 また、複数のトレンチ15は、エピタキシャル層の上面に対して並行で、かつ、トレンチ15が延びる方向と直交する方向に所定の間隔を隔てて配列されている。さらに、複数のトレンチ15の各々の溝深さは、エピタキシャル層の厚みよりも小さくなるように設定されている。具体的には、複数のトレンチ15の各々の溝深さは、約1μm〜約3μmに設定されている。また、複数のトレンチ15の各々の幅は、約0.3μm〜約0.5μmに設定されている。
The
また、上記したN+型ソース領域14は、複数のトレンチ15の各々がN+型ソース領域14を貫通するように形成されることによって、複数のトレンチ15の各々の縁部に形成されている。そして、互いに隣り合う2つのトレンチ15の縁部に形成されたN+型ソース領域14の間には、N+型ソース領域14を貫通してP-型不純物領域と接するP+型ベース領域16が形成されている。
The N + -
また、複数のトレンチ15の各々の内面には、エピタキシャル層を構成するシリコンを熱酸化処理することによって得られるSiO2からなるシリコン酸化膜17が形成されている。このシリコン酸化膜17は、N+型ソース領域14の上面上に延設されている。また、複数のトレンチ15の各々の内部には、シリコン酸化膜17を介して、ポリシリコン層18とタングステン19からなるゲート電極20が形成されている。 ゲート電極20の上面上、および、エピタキシャル層の上面上には、SiO2からなる層間絶縁膜21が形成されている。この層間絶縁膜の所定領域には、N+型ソース領域の一部およびP+型ベース領域を露出させるコンタクトホールが形成されている。 また、エピタキシャル層の上面上には、層間絶縁膜21を覆うとともに、コンタクトホールを埋めるように、Al、または、AlとSiとの合金からなるソース電極22が形成されている。このソース電極22は、N+型ソース領域14およびP+型ベース領域16に対してオーミック接触されている一方、ゲート電極20とは、層間絶縁膜21によって電気的に絶縁されている。
A
一方、N+型シリコン基板の裏面上(エピタキシャル層とは反対側の面上)には、Au、Ti、Ni、Agなどを含む多層構造体からなるドレイン電極23が形成されている。このドレイン電極23は、N+型シリコン基板11に対してオーミック接触している。
On the other hand, a
フレーム2は、たとえばCu製であり、厚さ1〜2mm程度の板状に形成されている。このフレーム2は、平面視において、四隅の角が丸く形成された、一辺の長さがたとえば20mmの正方形となっている。このフレームには溝21が形成されている。
The
溝21は、図1および図2に示すように、平面視においてMOSFETを囲むように周辺に形成されている。この溝21は、たとえば5μm〜40μm程度、フレーム2の表面から凹んでいる。上記溝21は、フレーム2もしくはフレーム2上に形成されたメッキと樹脂パッケージ5の樹脂との界面沿いに形成されたものであれば形状は問わない。上記溝21は必ずしもMOSFETを囲むように周辺に形成されている必要はなく、MOSFETの各辺と平行に4箇所に形成されていても良い。また、上記溝21の内部には絶縁物22を介してゲッタリング部3が埋め込まれている。電極が片側のみに形成され、電子の流れ横方向の半導体チップである場合は、ゲッタリング部3が溝21に直接埋め込まれていてもよい。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
ゲッタリング部3はたとえばコンデンサなどの分極材料が用いられる。分極材料はプラス、マイナス両方の電荷があるため、陽イオン、陰イオン双方の不純物イオンの捕獲において効果を発揮する。また、ゲッタリング部3はたとえば不純物イオンを捕獲する添加剤を塗布してもよいし、強誘電材料を埋め込んでもよい。
For the
ハンダ層4は、たとえば、直径5〜10μm程度の金属粒が添加されたハンダ材によって形成されている。上記金属粒としては、たとえばAg,CuまたはTeが用いられる。このハンダ層3は、平面視においてゲッタリング部3の内縁近傍まで広がっている。
The
樹脂パッケージ5は、実質的にハロゲン系難燃剤を含有しないハロゲンフリー樹脂である。たとえば、金属水和物系難燃剤、リン系難燃剤の少なくとも一方を含む樹脂、あるいは難燃剤を含まない難燃剤レス樹脂が用いられる。また、樹脂パッケージ5はMOSFET1、フレーム2、ゲッタリング部3、およびハンダ層4を覆うように形成されており、MOSFET1、フレーム2、ゲッタリング部3、およびハンダ層4を保護している。
The resin package 5 is a halogen-free resin that does not substantially contain a halogen-based flame retardant. For example, a resin containing at least one of a metal hydrate flame retardant and a phosphorus flame retardant, or a flame retardant-less resin containing no flame retardant is used. The resin package 5 is formed so as to cover the
次に、上記構成の半導体装置A1の作用について説明する。 Next, the operation of the semiconductor device A1 having the above configuration will be described.
本実施形態によれば、不純物イオンを捕獲するゲッタリング部3を設けているため、MOSFETの動作時に不純物イオンがMOSFETの電界により引き寄されるのを低減することができ、リークパスや腐食の要因となるイオンマイグレーションの形成を抑制することができる。
According to the present embodiment, since the
また、本実施形態ではゲッタリング部3にコンデンサなどの分極材料が用いて説明したが、これに限定されるものではなく、分極材料の代わりにポリシリコン31を用いても良い。図4は、ポリシリコンを使用した場合の本発明に係る半導体装置を平面図で示している。ポリシリコン31はたとえばMOSFETの各辺と平行に4箇所に形成されており、P型ポリシリコンとN型ポリシリコンとを50μmごとに交互に設けられている。実際のPCBT試験をはじめとする耐湿性試験において、オバーク分析によりポリシリコン部31が発光することが確認されている。これは不純物イオンがポリシリコン31に捕獲されていることを意味する。従って、半導体チップ1の動作に直接関係しない部分に、上記のようなポリシリコン31を設けることで、不純物イオンを捕獲する機能をもたせることができる。
In the present embodiment, the
図5〜図15は、本発明の他の実施形態を示している。なお、これらの図において上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付し、説明を省略している。 (第2実施形態) 図5は、本発明に係る半導体装置の第2実施形態を平面図で示している。図6には、図5のVI-VI線に沿う断面図を示している。図5および図6に示す半導体装置A2は、半導体チップ101、部分的にメッキ6が施されたフレーム201、ゲッタリング部32、ハンダ層4および、樹脂パッケージ52を備えた半導体装置である。なお、フレーム201の表面の様子を示すために、図5では、樹脂パッケージ52を省略している。図5に示す半導体装置A2では、フレーム201の表面で、かつ半導体チップ101の周辺にゲッタリング部32が形成されている。
5 to 15 show other embodiments of the present invention. In these drawings, the same or similar elements as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the above embodiment, and description thereof is omitted. Second Embodiment FIG. 5 is a plan view showing a second embodiment of a semiconductor device according to the present invention. FIG. 6 shows a cross-sectional view taken along the line VI-VI in FIG. A semiconductor device A2 shown in FIGS. 5 and 6 is a semiconductor device including a
半導体チップ101はたとえば中電流および大電流用のパワートランジスタが用いられる。
As the
フレーム201はCu製であるが、たとえばAgやNiといったハンダとの濡れ性のよい金属材料によりメッキされたフレーム201であってもよい。また、半導体チップ101のフレーム201と対向する側の面に、AgやNiといったハンダとの濡れ性のよい金属材料によるメッキを施してもよい。
The
ゲッタリング部32は半導体チップ101の周辺のメッキを施していない部分で形成されている。たとえば、硫酸、硝酸などの酸により選択的にエッチングすることでメッキを除去し、ゲッタリング部32を形成することが好ましい。ゲッタリング部32は平面視において半導体チップ101を囲むように周辺に形成されていてもよいし、半導体チップ101と平行に直線状に形成されていてもよい。ゲッタリング部32は樹脂パッケージ52の外表面から半導体チップ101までの間で、かつ樹脂とフレーム201との界面に形成されていればよい。通常フレームと樹脂との界面は水
素結合で密着しているため、メッキを施していない部分を粗面化したり、中性子照射、レーザ照射、プラズマ処理を施したりすることで、部分的に未結合手部(ダングリングボンド)を形成するのが好ましい。
The
このような半導体装置A2では、メッキが施されていないゲッタリング部32はメッキを施した部分に比べて、ダングリングボンドが多くなる。このため、不純物イオンを半導体チップに到達するまでにダングリングボンドに結合させ捕獲することができる。
In such a semiconductor device A2, the
本実施形態ではフレーム201の表面に部分的にメッキを施こしたが、フレームの表面全体にメッキを施してもよい。この場合、ゲッタリング部として機能させたい部分を粗面化したり、中性子照射、プラズマ処理を施したりすることで、メッキ上の必要な箇所、たとえば半導体チップの周辺に未結合手部(ダングリングボンド)を形成することができる。
In the present embodiment, the surface of the
また、本実施形態ではメッキ(第1のメッキ)が施されていない部分に不純物イオンと結合性の良いメッキ(第2のメッキ)を施しても良い。この場合、第2のメッキ部分がゲッタリング部として機能する。 第1のメッキはCu、AgもしくはNiを使用し、 第2のメッキは第1のメッキよりダングリングボンドの多い金属、たとえばHよりイオン化傾向の大きい金属Mg,Znを使用するのが好ましい。このような半導体装置では、少なくとも2種類のメッキを施しているため、不純物イオンと結合性が良い方のメッキによって不純物イオンを捕獲することができる。樹脂パッケージとしてBrイオンの含有量は極端に小さいが、それ以外のハロゲン系イオン、例えばClイオンを含むハロゲンフリー樹脂を使用した場合、第2のメッキはClイオンを捕獲しやすい金属、たとえばリンをドープした金属を用いることが好ましい。 Further, in the present embodiment, plating (second plating) having good binding properties with impurity ions may be applied to a portion where plating (first plating) is not applied. In this case, the second plating portion functions as a gettering portion. The first plating preferably uses Cu, Ag or Ni, and the second plating preferably uses a metal having more dangling bonds than the first plating, such as metals Mg and Zn having a higher ionization tendency than H. In such a semiconductor device, since at least two types of plating are performed, the impurity ions can be captured by plating having better bonding with impurity ions. Although the content of Br ions in the resin package is extremely small, when a halogen-free resin containing other halogen-based ions such as Cl ions is used, the second plating uses a metal that easily traps Cl ions, such as phosphorus. It is preferable to use a doped metal.
(第3実施形態) 図7は、本発明に係る半導体装置の第3実施形態を平面図で示している。図8には、図7のVIII-VIII線に沿う断面図を示している。図7および図8に示す半導体装置A3は、半導体チップ102、複数の突起7が形成されたフレーム202、ゲッタリング部33および樹脂パッケージ53を備える。
Third Embodiment FIG. 7 shows a plan view of a third embodiment of a semiconductor device according to the present invention. FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line VIII-VIII in FIG. 7 and 8 includes a
半導体チップ102は、たとえば、一辺の長さが4mm程度の電力の制御を行うパワーICである。半導体チップ102は、平面視において、四隅の頂角が丸く形成された正方形状に形成されている。半導体チップ102の外周縁は、たとえばレーザを用いて上下から切断することにより、曲面で構成されている。この半導体チップ1は、フレームの表面にハンダ層を介して搭載されている。
The
フレーム202は、たとえばCu製であり、厚さ1〜2mm程度の板状に形成されている。このフレーム202は、平面視において、四隅の角が丸く形成された正方形となっている。このフレーム202には、8個の同形の突起7が形成されている。
The
各突起7は、図に仮想線で示した、半導体チップ102よりも大きい正方形B1の各辺に沿って延びるように形成されている。この正方形B1の各辺は半導体チップ102の各辺と平行となっている。各突起7は、正方形B1の各頂点周辺までは延びていない。さらに、図8に示すように、各突起7の断面は半円状に形成されている。各突起7は、たとえば5μm〜40μm程度、フレーム202の表面から突き出している。
Each
ゲッタリング部33は平行に並んだ二つの突起7の間に形成されている。ゲッタリング部33は、たとえばコンデンサなどの分極材料,不純物イオンを捕獲する添加剤、強誘電材料、ポリシリコンなどが用いられる。分極材料はプラス、マイナス両方の電荷があるため、陽イオン、陰イオン双方の不純物イオンの捕獲において効果を発揮する。
The
このような半導体装置A3では、突起7により樹脂とフレーム202との界面に入り込んだ不純物イオンや水分のリークパスを長くすることができるため、半導体チップの動作時に不純物イオンが半導体チップの電界により引き寄されるのを低減することができ、リークパスや腐食の要因となるイオンマイグレーションの形成を抑制することができる。また、突起7を設けることで樹脂パッケージ53とフレーム202との接触面積が大きくなるので、密着強度をあげることができる。
In such a semiconductor device A3, since the impurity ion or moisture leak path that has entered the interface between the resin and the
(第4実施形態) 図9は、本発明に係る半導体装置の第4実施形態を平面図で示している。図9に示す半導体装置A4は、半導体チップ103、フレーム203、ゲッタリング部34、第1インナーリード8、第2インナーリード9および樹脂パッケージ54を備える。
Fourth Embodiment FIG. 9 is a plan view showing a fourth embodiment of a semiconductor device according to the present invention. A semiconductor device A4 shown in FIG. 9 includes a
半導体チップ103は、たとえば、一方の面にゲート電極1A、ソース電極1B、他方の面にドレイン電極1Cが形成されたMOSFETである。ドレイン電極1Cはフレーム203と接続している。ゲート電極1Aは第1インナーリード8と接続している。ソース電極1Bは第2インナーリード9と接続している。
The
ゲッタリング部34は、たとえば金属膜からなり、絶縁層を介してフレーム203上に形成されている。また、ゲッタリング部34は半導体チップ103から離間し、かつ半導体チップ103と平行に二ヶ所に形成されており、それぞれ第1インナーリード8、第2インナーリード9に接続している。
The
このような半導体装置A4では、ゲッタリング部34に電圧を印加し、電子部品103かかる電界よりも大きい電界をゲッタリング部34にかけることで、半導体チップ103への電界の集中を緩和することができ、不純物イオンの半導体チップ103への悪影響を防止することができる。
In such a semiconductor device A4, it is possible to reduce the concentration of the electric field on the
また、本発明においては、ゲッタリング部34に電界をかけるかわりに、電流を流すことで磁界を発生させ、不純物イオンが半導体チップ103に集まるのを防止してもよい。この場合、たとえば半導体チップ103から離間し、かつ半導体チップ103を囲むようにコの字状に金属配線を形成する。第1インナーリード8と上記金属配線の一端を電気的に接続し、第2インナーリード9と上記金属配線の他端とを電気的に接続する。フレミングの法則により、上記金属配線に電流を流すことで磁界を発生させ、不純物イオンの動く方向をコントロールし、不純物イオンが半導体チップ103に集まるのを防止する。磁界を発生させ、不純物イオンの動く方向をコントロールすることは、たとえば30V以上の耐圧を有するパワーデバイスにおいて極めて有効である。また、モジュール製品においては外部から電源を取り、金属配線に電流を流してもよい。
In the present invention, instead of applying an electric field to the
(第5実施形態) 図10は、本発明に係る半導体装置の第5実施形態を断面図で示している。図10に示す電子デバイスA5は、半導体チップ104、フレーム204、第1樹脂層55A、第2樹脂層55B、第3樹脂層55Cおよびゲッタリング部35を備える。
Fifth Embodiment FIG. 10 is a sectional view showing a fifth embodiment of a semiconductor device according to the present invention. The electronic device A5 illustrated in FIG. 10 includes the
第1樹脂層55Aは半導体チップ104のクラックを、ハンダなどのダイボンディング材のクラックを防止するために電子部品の熱膨張係数に近い値で、かつ弾性率が低い樹脂を使用する。半導体チップの主成分がSiの場合は第1樹脂層55Aの熱膨張係数は21ppm/℃に近いほど良い。また、ワイヤの変形やはがれを防止するためにワイヤの熱膨張係数に近い値を持つ樹脂を使用してもよい。その場合Al(23ppm/℃)、Cu(17ppm/℃)、Au(14.2ppm/℃)の熱膨張係数に近い値を持つ樹脂を使用するのが好ましい。また、弾性率を下げるために第1樹脂層55Aにシリコーンを添加することが好ましい。
The
第2樹脂層55Bは不純物イオンを捕獲するゲッタリング部35を備える。ゲッタリング部35は誘電剤、強誘電剤のような分極剤、イオントラップ添加剤などのイオントラップ材料で樹脂内に形成されており、フレームに近づくほどイオントラップ材料の量は多くなっているのが好ましい。一般的にハロゲンフリー樹脂はガラス転移点温度Tgが低い。さらに高温で半導体装置を使用した場合、Tgを超えると、樹脂の弾性率は急激に低下し、樹脂は柔らかくなり、材料間の密着性は低下する。界面間に存在する不純物イオンは柔らかくなった樹脂界面を移動しやすくなる。しかしながら、フレーム204と樹脂との界面に近づくほど、ゲッタリング部35を構成するイオントラップ材料の量は多くすることで、界面間に存在する不純物イオンの移動を抑制することができる。
The
第3樹脂層55Cは第1樹脂層55A、第2樹脂層55Bに比べて高密度、高密着の樹脂を使用する。また、樹脂をモールドするための金型に密着して残らない離散性の良い離形剤を含む樹脂が好ましい。
The
図11は3層の封止用の樹脂タブレット55の斜視図である。
FIG. 11 is a perspective view of a three-layer
本実施形態に係る封止用の樹脂タブレット55は、円柱状、角柱状または錠剤状であり、下から第1樹脂層55A、第2樹脂層55B、第3樹脂層55Cの順に形成されている。上記のような複層構造のタブレットを使用することにより、別々の樹脂タブレットを使用するのに比べ、充填効率をあげ時間を短縮することができる。また100V以上の高耐圧品では、表面放電を防止するために絶縁のコーティング剤で半導体チップを覆うことが好ましい。その場合、封止用の樹脂タブレットは、下からコーティング剤、第1樹脂層55A、第2樹脂層55B、第3樹脂層55Cの順に形成される。上記のようなタブレットを使用することにより、単一の工程でコーティングと樹脂封止が完了するため、コスト低減が期待できる。
The sealing
図12は半導体装置A5製造するための樹脂成形装置である。本装置は、樹脂タブレットが供給されるポット部41、樹脂タブレット55の樹脂が成型されるキャビティ部42、ポット部41とキャビティ部42とを連通するランナ部43、およびプランジャ44を備える。本装置の特徴は樹脂が半導体チップ104の真上から注入されるようにランナ部43の位置を半導体チップ104の真上に調節したことである。上記の方法では上から下に樹脂を充填するため、従来の横方向からの充填に比べて、未充填部分が発生するのを防ぐことができる。また、ランナの長さを等しくし、樹脂タブレット55が供給されるポット部41から半導体チップ104までの距離を等しくするのが好ましい。
FIG. 12 shows a resin molding apparatus for manufacturing the semiconductor device A5. The apparatus includes a pot portion 41 to which a resin tablet is supplied, a cavity portion 42 in which the resin of the
本実施例においてはゲッタリング部35を第2樹脂層55Bに形成したが、第1樹脂層55A、第3樹脂層55Cに形成してもよいし、第1樹脂層55Aないし第3樹脂層55Cとフレーム204との界面に形成しても良い。また本実施例においては樹脂層を3層で形成したが、これに限定されるものでなく、3層以上でも3層以下でもよい。
In this embodiment, the
(第6実施形態) 図13は、本発明に係る半導体装置の第6実施形態を平面図で示している。図13に示す半導体装置A6は、半導体チップ105、フレーム205、ゲッタリング部36、第1インナーリード82、第2インナーリード92および樹脂パッケージ56を備える。
Sixth Embodiment FIG. 13 is a plan view showing a sixth embodiment of a semiconductor device according to the present invention. A semiconductor device A6 shown in FIG. 13 includes a
半導体チップ1は、たとえば、一方の面にゲート電極1D、ソース電極1E、他方の面にドレイン電極1Fが形成された縦型MOSFETである。ドレイン1F電極は導電性のハンダを介してフレーム205と接続している。ゲート電極1Dはワイヤを介して第1インナーリード82と接続している。ソース電極1Eもワイヤを介して第2インナーリード92と接続している。
The
ソース電極1Eと第2インナーリード92との間に形成された複数本のワイヤがゲッタリング部36として機能する。ワイヤは、たとえばAlが用いられる。また、ワイヤは必ずしも複数ある必要はなく、ゲート電極1Dと第1インナーリード82と接続しているワイヤよりも幅の広いワイヤを用いても良い。
A plurality of wires formed between the
このような半導体装置A6では、ワイヤの本数を増やすこと、あるいはワイヤの幅を変えることで電界集中が起こるのを緩和することができる。また、ワイヤの抵抗が大幅に低減されるため、半導体チップ105全体としての抵抗を減らすことができる。
In such a semiconductor device A6, it is possible to reduce the occurrence of electric field concentration by increasing the number of wires or changing the width of the wires. Further, since the resistance of the wire is greatly reduced, the resistance of the
ゲッタリング部36として機能するワイヤはソース電極1Eに接続するように設けたが、それに限定されるものではない。また、MOSF
ETに限定されるものではなく、IGBT、パワーIC等にも適用することができる。
Although the wire functioning as the
The present invention is not limited to ET, and can also be applied to IGBTs, power ICs, and the like.
(第7実施形態) 図14は、本発明に係る半導体装置の第7実施形態を平面図で示している。図15には、図14のXV-XV線に沿う断面図を示している。図14および図15に示す電子デバイスA7は、半導体チップ106、フレーム206、ゲッタリング部37、第1インナーリード83、第2インナーリード93、第1金属ストラップ84、第2金属ストラップ94、樹脂パッケージ57を備える。
Seventh Embodiment FIG. 14 is a plan view showing a seventh embodiment of a semiconductor device according to the present invention. FIG. 15 is a cross-sectional view taken along line XV-XV in FIG. 14 and 15 includes a
半導体チップ106は、たとえば、一方の面にゲート電極1G、ソース電極1H、他方の面にドレイン電極1Iが形成されたMOSFETである。ドレイン電極1Iはフレーム206と接続している。ゲート電極1Gは第1金属ストラップ84を介して第1インナーリード83と接続している。ソース電極1Hは第2金属ストラップ94介して第2インナーリード93と接続している。
The
第1金属ストラップ84、第2金属ストラップ94はたとえば、Cu、Alなどの金属プレートが用いられる。通常のワイヤに比べて熱伝導経路の断面積が大きく、熱抵抗が小さいものが好ましい。第1金属ストラップ84、第2金属ストラップ94は半導体チップ1の上面電極(ゲート電極1G、ソース電極1H)と接続する接続部と、電子部品の厚み方向Zに屈曲または湾曲して形成された傾斜部と、フレーム2に沿って伸びるように形成された足部とを備える。前記足部とフレーム206とは絶縁されている。前記接続部と、前記足部とは直交する方向に伸びているのが好ましい。
For the
第1金属ストラップ84、第2金属ストラップ94には凹凸等が形成された表面粗さの異なる部分が存在し、ゲッタリング部37として機能する。前記ゲッタリング部37は少なくともフレーム206に沿って伸びるように形成された足部もしくは傾斜部に設けるのが好ましい。
The
このような半導体装置A7では、金属ストラップに凹凸等が形成された表面粗さの異なる部分が存在するため、不純物イオンを捕獲しリークパスを長くすることができる。 In such a semiconductor device A7, since there are portions having different surface roughnesses where unevenness or the like is formed on the metal strap, it is possible to capture impurity ions and lengthen the leak path.
(その他の実施形態) 上記のように、本発明は第1〜第7実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。 (Other embodiment) As mentioned above, although this invention was described by 1st-7th embodiment, the description and drawing which make a part of this indication do not limit this invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
たとえば、本発明では半導体チップの例としてパワーMOSFETを説明したが、それに限定されるものではなく、バイポーラトランジスタや半導体集積回路(パワーIC)等の半導体、コンデンサ等の電子部品、モジュール、プリント基板の設計などに適用することができる。 For example, in the present invention, a power MOSFET has been described as an example of a semiconductor chip. However, the present invention is not limited thereto. Semiconductors such as bipolar transistors and semiconductor integrated circuits (power ICs), electronic components such as capacitors, modules, and printed circuit boards It can be applied to design etc.
また、半導体装置もしくは半導体チップを多数実装したプリント基板をハロゲンフリー樹脂で封止したモジュール製品にも適用することができる。半導体チップの外側に、高電界もしくは低電位のゲッタリング部を設けることで、不純物イオンが電子部品に引き寄せられるのを防ぐことができる。 The present invention can also be applied to a module product in which a printed circuit board on which a large number of semiconductor devices or semiconductor chips are mounted is sealed with a halogen-free resin. By providing a gettering portion having a high electric field or a low potential outside the semiconductor chip, impurity ions can be prevented from being attracted to the electronic component.
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。 As described above, the present invention naturally includes various embodiments that are not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.
A1,A2〜A7 半導体装置1,101〜106 半導体チップ2,201〜206 フレーム3,31〜37 ゲッタリング部4 ハンダ層5,52〜57 樹脂パッケージ6 メッキ7 突起8,82,83 第1インナーリード9,92,93 第2インナーリード
A1, A2-
Claims (8)
前記半導体チップを搭載し、平面視矩形の搭載面を有するフレームと、
前記半導体チップを封止する実質的にハロゲン系難燃剤を含まないハロゲンフリー樹脂と、
前記半導体チップの周辺の一部分のみであってかつ、前記フレームと前記樹脂との界面に形成され、前記フレームを粗面化して形成するとともに、
前記搭載面の辺と平行に前記チップと前記搭載面の外縁とに介在するように設けられた不純物イオンを捕獲するゲッタリング部と、
を有することを特徴とする半導体装置。 A semiconductor chip;
A frame on which the semiconductor chip is mounted and has a rectangular mounting surface in plan view ;
A halogen-free resin substantially free of a halogen-based flame retardant encapsulating the semiconductor chip;
It is only a part of the periphery of the semiconductor chip and is formed at the interface between the frame and the resin, and is formed by roughening the frame .
A gettering portion that captures impurity ions provided so as to be interposed between the chip and an outer edge of the mounting surface in parallel with a side of the mounting surface ;
A semiconductor device comprising:
The gettering portion is provided around a region of the frame where the semiconductor chip is mounted, and a region where the gettering portion is formed is a dangling bond compared to a region where the gettering portion is not formed. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is large.
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