JP5390064B2 - 半導体装置 - Google Patents

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    • H01L2224/45144Gold (Au) as principal constituent
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Description

本発明は半導体技術に関し、特に、パワートランジスタを有する半導体チップとパワートランジスタを駆動する駆動用回路を有する半導体チップを一つのパッケージ内に含む半導体装置に適用して有効な技術である。
以下に説明する技術は、本発明を完成するに際し、本発明者によって検討されたものであり、その概要は次のとおりである。
トランジスタの中には、大電流を流すことができるパワートランジスタと呼ばれるものがある。かかるパワートランジスタは、近年、特に自動車等で用いられるモータ駆動用回路で用いられ、その需要が大きくなっている。
特許文献1には、パワートランジスタを有する一つの半導体チップを一つのパッケージ内に含む半導体装置が開示されている。
特許文献2、3には、一つのパッケージの中に、パワートランジスタを有する半導体チップとその制御用回路を有する半導体チップとが収容された構成が開示されている。
特開平8−213614号公報 特開平7−250485号公報 特開平9−102571号公報
パワートランジスタを有する半導体チップと、このパワートランジスタを駆動する駆動用回路を有する半導体チップをそれぞれ別パッケージに搭載した場合には、これらのパッケージを配線基板等に実装する際に実装面積が大きくなったり、電気的特性が劣化するといった問題がある。
また、前記配線基板上には駆動用回路を制御する制御用回路を含む半導体チップが搭載された他のパッケージが実装され、配線基板上の配線を介して制御用回路と駆動用回路が電気的に接続される。この場合、配線基板上の配線レイアウトによっては配線長が長くなり電気的特性の劣化につながるといった問題が生じる。
本発明の目的は、パワートランジスタを有する半導体チップと前記パワートランジスタを駆動する駆動用回路を有する半導体チップを含む半導体装置の特性を向上させることにある。
また、本発明の目的は、前記半導体装置の小型化を図ることにある。
また、本発明の目的は、半導体装置の構成を、実装時の配線が効率的に行えるようにすることにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
すなわち、本発明では、パワートランジスタ等のチップを搭載するダイパッドと、駆動用回路を含むチップを搭載するダイパッドとを独立に分割して、パワートランジスタのチップの出力用ピンと、駆動用回路を含むチップの制御用ピンとが、反対方向に突出するようにした。
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
本発明では、パワートランジスタ等のチップを搭載するダイパッドと、駆動用回路を含むチップを搭載するダイパッドとを独立に分割して、パワートランジスタのチップの出力用ピンと、駆動用回路を含むチップの制御用ピンとが、反対方向に突出するようにしたので、実装時の配線を直線状等として短く設定することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、以下の説明で使用する断面図では、図示を見易くするため、ハッチングを省く場合もある。
さらに、以下の実施の形態では便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にあるものである。
(実施の形態1)
図1は、本発明の一実施の形態の半導体装置の全体構成の一例を模式的に示す平面図である。図2(a)は図1のA−A線で切断した様子を模式的に示す断面図であり、(b)はB−B線で切断した様子を模式的に示す断面図であり、(c)は板状電極の構成を示す断面図である。図3は、ダイパッドの様子を模式的に示す断面図である。図4は、ダイパッド間の離間距離を示す断面説明図である。図5(a)はダイパッド部の厚さがリードより厚い構成のリードフレームを用いて図1に示す構成の半導体装置を形成した場合のA−A線での切断の様子を模式的に示す断面図であり、(b)はB−B線での切断の様子を示す断面図である。図6は、本発明の半導体装置で使用する半導体チップの一例を示した断面図である。
本実施の形態の半導体装置10は、複数の半導体チップ(以下、簡単にチップという場合もある)20をそれぞれ独立したダイパッド30に搭載し、且つ、複数の半導体チップ20を一つの封止体40で封止したパッケージ構成となっている。
すなわち、半導体装置10は、図1、図2(a)、(b)に示すように、パワートランジスタを含む第1チップ21と、パワートランジスタを駆動する駆動用回路を含む第2チップ22とを有している。
かかる第1チップ21は、第1ダイパッド31上に搭載されている。第1チップ21は、チップの主面に形成された出力用電極で、出力用ピン51と板状電極61により電気的に接続されている。
かかる板状電極61は、図2(c)に示すように、幅広の板状に形成されたチップ側電極接続部61aと、リード用電極接続部61bとからなり、チップ側電極接続部61aとリード用電極接続部61bとの接続面は、互いに平行に形成されている。かかる段違いで平行に形成されたチップ側電極接続部61aと、リード用電極接続部61bとは、連結部61cにより連結されている。
また、かかる板状電極61は、図2(c)に示すように、その周囲が内側より薄く形成され、板状電極61のチップ20側の電極、あるいは出力用ピン51側との接続性が高くなるようにされている。
一方、第2チップ22は、制御用ピン52と、ワイヤボンディングによるワイヤ70で電気的に接続されている。また、第1チップ21と第2チップ22も、ワイヤボンディングによりワイヤ70で電気的に接続されている。
すなわち、第1チップ21のGate端子a、Cathode端子b、Anode端子c、SenseSource端子d、SenseGND端子eは、それぞれ第2チップ22の対応箇所に、ワイヤ70a、70b、70c、70d、70eにより接続されている。また、第2チップ22の駆動用回路のVB端子A、Vin端B、Diag端子C、C1端子D、C2端子E、VCP端子F、VDDTEST端子G、GND端子Hは、それぞれ制御用ピン52の対応ピンに、ワイヤ70A、70B、70C、70D、70E、70F、70G、70Hにより接続されている。
このように第1ダイパッド31に搭載された第1チップ21と、第2ダイパッド32に搭載された第2チップ22とが、互いにワイヤ70で接続され、且つ第1チップ21が出力用ピン51に、第2チップ22が制御用ピン52に接続された構成が、レジンで封止され、封止体40が形成されている。
第1ダイパッド31上に搭載された第1チップ21と、第2ダイパッド32上に搭載された第2チップ22とは、封止体40により覆われている。第1ダイパッド31と、第2ダイパッド32とは、その一部が、封止体40により覆われている。
すなわち、第1ダイパッド31と、第2ダイパッド32とは、図1に示すように、側面の一部の露出部分33(図中、分かりやすいように斜線表示した部分)が封止体40から露出され、側面の一部が封止体40内に位置しているのである。
また、図2(a)、(b)に示すように、第1ダイパッド31、第2ダイパッド32の裏面側、すなわちタブ部分が、封止体40から露出されている。
かかる封止体40からは、上記複数本の出力用ピン51と、複数本の制御用ピン52とが、突出されている。突出方向は、出力用ピン51と制御用ピン52とが、互いに反対側を向くように設けられている。
すなわち、出力用ピン51側が突出している封止体40側の辺を第1辺41とし、制御用ピン52が突出している側の辺を第2辺42とすれば、出力用ピン51は、第2辺42と対向する第1辺41側から突出されていることとなる。同様に、制御用ピン52は、第1辺41と対向する第2辺42側から突出されていることとなる。
かかる複数本の出力用ピン51の配列方向は、封止体40の第1辺41と平行になるように設けられている。同様に、制御用ピン52も、封止体40の第2辺42側と平行になるように設けられている。
かかるピン配列を行うことで、半導体装置10の実装時の配線長を短くすることができる。従来の構成で見られたような、出力用ピンと制御用ピンとを同一側に並べて配置する構成とは、異なる配置構成である。
また、第1チップ21、第2チップ22は、図1に示す場合には、それぞれ略矩形形状に形成され、第1チップ21、第2チップ22のそれぞれの長辺方向は、封止体40の第1辺41、第2辺42と互いに平行になるように搭載されている。
かかる構成の第1チップ21、第2チップ22をそれぞれ搭載する第1ダイパッド31と、第2ダイパッド32とは、それぞれ分割させられて独立している。かかる第1ダイパッド31と第2ダイパッド32との分割方向は、図1に示すように、出力用ピン51、制御用ピン52がそれぞれ配列されている方向と平行に、出力用ピン51、制御用ピン52との間で分割されている。
すなわち、封止体40の第1辺41、第2辺42の方向に分割されている。あるいは、第3辺43に交差する方向に分割されているとも言える。
従来のダイパッドの分割方向は、図1に示す分割方向に対して、90度その分割方向が異なる方向で行われていた。
しかし、本実施の形態では、かかるダイパッド30の分割方向を、従来の分割方向に対して90度回転させて、図1に示すように、出力用ピン51、制御用ピン52の配列方向と同方向に平行に、すなわち、封止体40の第1辺41、第2辺42と平行な方向に分割した。
さらに、かかるダイパッド30では、図2(a)、図3に示すように、第1ダイパッド31、第2ダイパッド32ともに、チップ搭載面の端部30aの周囲が、搭載したチップ20の上面よりも高く設定されている。
このようにダイパッド30のチップ搭載面の端部30aを、チップ20の最上部より高く設定しておくことで、チップ20をダイパッド30の搭載面から引き剥がすような応力がダイパッド30にかかっても、かかる応力が直ちにチップ20裏面側に伝達されず、高く形成された端部30aで抵抗できるためである。かかる端部30aを採用することで、接続信頼性の確保も図っているのである。
また、かかるダイパッド30、すなわち第1ダイパッド31と第2ダイパッド32とでは、図4に示すように、互いの離間距離が、絶縁破壊を来さない程度に離されている。例えば、少なくとも、第1ダイパッド31と第2ダイパッド32とは、搭載面の周囲の高くなった端部30a同士は、間に絶縁性の樹脂が介在されていたとしても、少なくとも0.1mm以上離されていることが必要である。
一方、半導体装置10では、前記説明のように、底面側は封止体40から露出され、裏面電極、例えばドレイン電極が半導体装置10の実装時に簡単に電気的接続が行えるようになっている。かかる構成の半導体装置10の底面側のタブ露出部分では、かかる露出部分は絶縁性の樹脂が介在されていないため、少なくとも、図4に示すように、露出したタブ間は0.2mm以上離すことが求められる。
かかる半導体装置10では、出力用ピン51、第1ダイパッド31、第2ダイパッド32、制御用ピン52は、同一の一枚構成のリードフレーム50を用いて形成されている。例えば、図1に示す場合には、板厚が同一のリードフレーム50が使用され、図2(a)、(b)に示すように、出力用ピン51、第1ダイパッド31、第2ダイパッド32、制御用ピン52の厚みが同一に設定されている。
しかし、図1に示す半導体装置10では、同一の板厚のリードフレーム50ではなく、ダイパッド30部分をリード部分より厚く形成したリードフレーム50を使用することもできる。かかる構成のリードフレーム50を使用した場合の断面図を、図5(a)に示した。
図5(a)では、ダイパッド30(第1ダイパッド31、第2ダイパッド32)を形成するリードフレーム50部分が、出力用ピン51、制御用ピン52をそれぞれ形成するリード50a部分よりも厚く形成されている。すなわち、リードフレーム50のダイパッド30に相当する部分のみが、板厚が厚く形成されているのである。
因に、図5(a)は、図1のA−A線での切断状況を示すものである。また、B−B線での切断状況は、図5(b)に模式的に断面図で示した。
図6に、パワートランジスタの一例としてNチャンネル型トレンチゲートMOSFETの断面図を示す。
図6に示すMOSFETでは、n型単結晶シリコン基板201Aの表面に、n型単結晶シリコン層201Bをエピタキシャル成長させた基板(半導体基板)201が使用されている。基板201の表面は、熱酸化により酸化シリコン膜203が形成されている。
かかる酸化シリコン膜203上に、パターニングされた窒化シリコン膜(図示は省略)を形成し、その窒化シリコン膜をマスクとして、n型単結晶シリコン層201Bにp型の導電型不純物(例えば、B(ホウ素))を注入する。熱処理して、かかる不純物を拡散させ、p型ウエル205が形成される。
一方、上記窒化シリコン膜のない領域では、フィールド絶縁膜206が形成される。フィールド絶縁膜206は素子分離領域であり、この領域で区画される領域が素子形成領域(アクティブ領域)となる。その後、フッ酸を用いた基板201の洗浄及び熱リン酸を用いた基板201の洗浄によって、上記窒化シリコン膜を除去する。
次に、パターニングされたフォトレジスト膜をマスクとして、p型の導電型を有する不純物イオン(例えば、B(ホウ素))をn型単結晶シリコン層201Bに導入する。その後に熱処理を施して不純物イオンを拡散させ、p型半導体領域207を形成する。このp型半導体領域207は、パワーMOSFETのチャネル層となる。
さらに、パターニングされたフォトレジスト膜をマスクとして用い、n型の導電型を有する不純物イオン(例えば、As)をn型単結晶シリコン層201Bに導入する。次いで、熱処理を施して不純物イオンを拡散させ、n型半導体領域208を形成する。このn型半導体領域208の一部は、パワーMOSFETのソース領域となる。
尚、n型半導体領域208の他の一部は、基板201を個々の半導体チップへと分割した際に、平面にチップの外周部に形成され、パワーMOSFET素子を保護する機能を有することとなる。
また、パターニングされたフォトレジスト膜をマスクとして酸化シリコン膜203及び基板201をエッチングし、溝210を形成する。続いて、基板201に熱処理を施すことにより、溝210の底部及び側壁に熱酸化膜211を形成する。この熱酸化膜211は、パワーMOSFETのゲート絶縁膜となる。
次に、Pがドープされた多結晶シリコン膜を溝210の内部を含む酸化シリコン膜203上に堆積し、その多結晶シリコン膜で溝210を埋め込む。このとき、p型ウエル205上の酸化シリコン膜203上には、多結晶シリコン膜が層状に形成される。
続いて、パターニングされたフォトレジスト膜をマスクとしてその多結晶シリコン膜をエッチングし、多結晶シリコン膜を溝210内に残すことによって、溝210内にパワーMOSFETのゲート電極212を形成する。
かかる際に、チップ領域の外周部の酸化シリコン膜203およびフィールド絶縁膜206上にも多結晶シリコン膜を残し、多結晶シリコンパターン213を形成する。多結晶シリコンパターン213の一部とゲート電極212とは、図示されない領域において電気的に接続されている。
このようにして、n型単結晶シリコン基板201Aおよびn型単結晶シリコン層201Bをドレイン領域とし、n型半導体領域208をソース領域とするパワーMOSFETを形成することができる。
次に、例えば、基板201上にPSG(Phospho Silicate Glass)膜を堆積した後、そのPSG膜上にSOG(Spin On Glass)膜を塗布して、PSG膜およびSOG膜からなる絶縁膜216を形成する。
続いて、パターニングされたフォトレジスト膜をマスクとして絶縁膜216、基板201をエッチングし、コンタクト溝217、218を形成する。コンタクト溝217は、隣接するゲート電極212間において、ソース領域となるn型半導体領域208を貫通するように形成される。また、この時、多結晶シリコンパターン213上の絶縁膜216もパターニングされ、多結晶シリコンパターン213に達するコンタクト溝219が形成される。
コンタクト溝217、218の底部からp型の導電型を有する不純物イオンとして、たとえばBF(二フッ化ホウ素)を導入し、コンタクト溝217、218の底部を覆うようなp型半導体領域220を形成する。かかるp型半導体領域220は、後の工程で形成される配線をコンタクト溝217の底部にてp型半導体領域207とオーミック接触させるためのものである。
次に、コンタクト溝217〜219の内部を含む絶縁膜216の上部に、バリア導体膜222を成膜する。かかるバリア導体膜222としては、例えば、スパッタリング法でTiW(チタンタングステン)膜を薄く堆積し、その後に基板201を熱処理すればよい。
次いで、基板201上にフォトレジスト膜を成膜し、かかるフォトレジスト膜をパターニングする。その後、スパッタ法により、フォトレジスト膜の存在しない領域にAl膜を堆積することによって導電性膜225を成膜する。その後、Ni等でUBM層を薄く導電性膜225上に形成する。
次に、フォトレジスト膜を除去した後、平面において導電性膜225が存在しない領域のバリア導体膜222をエッチングし、導電性膜225、バリア導体膜222からなる配線226、227、228を形成する。
配線227は、多結晶シリコンパターン213を介してゲート電極212と電気的に接続するゲート配線となる。配線226は、基板201を個々のチップへ分割した後において、平面でチップの外周部(第2半導体基板領域)に配置され、チップの外周部に形成されたn型半導体領域208と電気的に接続し、パワーMOSFETの駆動時においてはドレインと同電位に保たれる。
次に、例えば、プラズマCVD法等により基板201上に窒化シリコン膜231を堆積し、続いて、その窒化シリコン膜231上にポリイミド樹脂膜232を堆積する。ポリイミド樹脂膜232は、感光性または非感光性のどちらであってもよい。
続いて、パターニングされたフォトレジスト膜をマスクとしてポリイミド樹脂膜232及び窒化シリコン膜231を順次エッチングし、ソース電極である配線228上に、開口部233を形成し、それ以外の領域にポリイミド樹脂膜232および窒化シリコン膜231を残す。
ここまでの工程によって、バリア導体膜222、UBM層を含む導電性膜225からなるバンプ下地膜236を形成することができる。配線228に、ソース電極(配線)としての機能とバンプ下地膜としての機能を併せ持たせることができる。尚、Au膜を配線228上に形成しておき、バンプ電極が形成されるまでに配線228を形成する導電性膜225の表面酸化を防止しておけばよい。
次に、基板201の表面をテープ等で保護した後、保護面を下側とし、n型単結晶シリコン基板201Aの裏面を研削する。さらに、n型単結晶シリコン基板201Aの裏面上に、導電性膜として、たとえばTi(チタン)膜237、Ni膜238及びAu膜239を順次蒸着し、積層膜を形成する。かかる積層膜は、ドレイン領域の引き出し電極(ドレイン電極)240として機能する。
その後、前記開口部233の平面パターンに合わせたメタルマスク(図示は省略)を用いて、例えばAg(銀)、Sn(スズ)およびCu(銅)からなるはんだペーストを印刷し、開口部233を埋め込み、配線228と電気的に接続する厚さ150μm程度のバンプ電極241を形成する。かかる構成のバンプ電極に、先に述べた板状電極61を設ける。
このバンプ電極241及び配線228は、パワーMOSFETの主面電極であるソース電極となる。その後、ウエハ状態の基板201を、分割領域に沿ってダイシングし、第1チップ21が形成される。
図7は本半導体装置の等価回路ブロック図である。図7に示すように、半導体装置10の第1チップ21側には、Gate端子a、Cathode端子b、Anode端子c、SenseSource端子d、SenseGND端子eがそれぞれ形成されている。また、第2チップ22側には駆動用回路のVB端子A、Vin端子B、Diag端子C、C1端子D、C2端子E、VCP端子F、VDDTEST端子G、GND端子Hがそれぞれ設けられ駆動用回路22aが形成されている。駆動用回路22aから出力される駆動信号がパワートランジスタ21aのGate端子aに入力され、パワートランジスタ21aがターンオン・ターンオフされるのである。
かかる半導体装置10は、例えば、図8に示すようなフロー図の各工程を経て製造される。すなわち、図8のステップS101では、例えは、ダイシングにより個片化する前の段階まで作り込まれたウエハが供給される。かかる個片化直前のチップには、例えばアルミニウムのパッド電極が形成され、かかる電極パッド上に、アンダーバンプメタル(UBM)が施される。かかるUBMとしては、例えば、Ni、Ti等を使用すればよい。
その後、供給されたダイシングテープを用いて、ステップS102でウエハ裏面にダイシングテープを貼る。ステップS103で、ウエハをダイシングして、チップを個片化する。本実施の形態で説明する半導体装置10では、図1に示すように、第1チップ21、第2チップ22が設けられているため、上記ステップS101からステップS103までの工程は、第1チップ21、第2チップ22でそれぞれ行われることとなる。
このようにしてダイシングにより個片化されたチップを、供給された半田ペーストとリードフレームとを用いて、ステップS104により、リードフレームのダイパッド上にダイボンディングする。本実施の形態の半導体装置10では、上記の如く、2個のチップが搭載されるため、ダイボンディングは2回行われることとなる。例えば、第2チップ22をダイボンディングし、その後に第1チップ21をダイボンディングすればよい。かかるダイボンディングにより、2つのチップは、裏面電極がダイパッドに接続されることとなる。
その後、ステップS105で、供給された半田ペーストと板状電極用のクリップフレームを用いて、クリップボンディングを行う。かかるクリップボンディングにより、第1チップ21の主面に形成された電極と、出力用ピン51とが接続されることとなる。その後、ステップS106で所定温度に加熱して一括リフローを行い、前記半田ペーストによるボンディングを完成する。
ボンディングが完成した後で、ステップS107で、噴流洗浄等による半田フラックスの洗浄を行う。その後、供給されたAuワイヤにより、ステップS108で、ワイヤボンディングを行う。かかるワイヤボンディングにより、第1チップ21と第2チップ22、第2チップ22と制御用ピン52のそれぞれが電気的に接続される。
その後、ステップS201で、供給されたレジンを用いてモールドを行う。かかるモールドにより、封止体40が形成され、上記構成の半導体装置10が封止される。モールド後、ステップS202でキュアベークする。金型から取り出して、ステップS203でバリ取りを行い、且つ、リード部分の所要箇所にメッキ処理を行う。
メッキ処理後、ステップS204でレーザマークを付け、ステップS205で切断して半導体装置10の個片化を行い、半導体装置10の完成となる。
かかる一連の製造工程における前記ステップS201のモールド工程では、本実施の形態の半導体装置10では、前記説明の如く、第1ダイパッド31、第2ダイパッド32の一部が、それぞれ封止体40の外に露出するようにモールドされる。
かかる第1ダイパッド31の封止体40からの露出状況は、前記の如く、図1に示すように、第1ダイパッド31、第2ダイパッド32の側面の一部である露出部分33(図中、分かりやすいように斜線表示した部分)が封止体40から露出されているのである。
一方、図1に示すように、第1ダイパッド31では、かかる封止体40の辺を基準として見た場合に、封止体40の第1辺41と第2辺42とに交差する第3辺43と平行な第1ダイパッド31の第1端面31a部分が、封止体40内に位置するように収まっているのである。
すなわち、図9(a)に示すように、モールドに際しては、第1ダイパッド31、第2ダイパッド32の露出部分33を、金型の上型、下型で押さえた状態で封止する場合に、第1端面31a部分は上型、下型で押さえられた範囲から内側に入るのである。そのため、図9(b)に部分図として示すように、上型、下型でしっかりとレジンによる封止型の外形が作れるため、封止するレジンが漏れる虞がないのである。
かかる構成は、第1ダイパッド31、第2ダイパッド32が分割されておらず、繋がった一枚構成の場合にも適用できるものである。すなわち、図9(c)に示すように、一枚構成の場合にも、同じ金型でモールドすることができるのである。
しかし、図10(a)に示すように、第1ダイパッド31と第2ダイパッド32との分割部で、図9(a)とは異なり、第1端面31aが封止体40外に出るように浅く形成されている場合には、かかる箇所での上型、下型のかみ合わせが旨く行えず、封止レジンの漏れが発生するのである。図10(b)にその様子を模式的に示した。
また、このように第1端面31a部分が浅く形成されている場合には、同一の金型を用いて、図10(c)に示すように、ダイパッドが一枚構成のものと、分割構成されたものとのモールドが行えず、金型の共通化はできないのである。
このように第1端面31aの切れ込みは、上型と下型とからレジン封止時の外形が隙間なく形成されるように、深く形成しておくことが必要である。
以上のように構成された本発明の半導体装置10では、1つのパッケージに2つのチップが搭載されているので、個々のチップ毎にパッケージを形成する場合に比べて、小型化を図ることができ、例えば、実装時における実装面積を小さくすることができる。また、同一パッケージ内にチップが搭載されているので、パッケージ間配線での損失も減らすことができる。
(実施の形態2)
本実施の形態では、前記実施の形態1で述べたように、一枚構成のダイパッドでも第1端面31aの切れ込みを深く形成しておくことにより、ダイパッドを分割構成した場合に使用されるモールド金型で、モールドが行える場合について説明する。
ダイパッド30の分割構成では、上記の如く、第1端面31aの切れ込みを深く形成することが重要であるが、かかる分割構成時に使用する金型を用いても、一枚構成のダイパッド30に適用することで、十分に適切な封止体40を形成することができる。
例えば、図11に示す場合は、ダイパッド30は分割構成されていないものの、第1端面31aは、封止体40の内側に入るように深く形成されている。かかるダイパッド30上にはチップ21aが搭載され、ソース電極は出力用ピン等に形成されたリード50aに対して板状電極61で接続されている。また、ゲート電極も、ワイヤ接続ではなく板状電極61でリード50bに接続され、ワイヤレスの構造を有している。
かかる構成では、同一のリードフレーム50で、リード50a、50b、ダイパッド30が形成され、板厚が同一に形成されている。かかる場合を、図11(b)、(d)に示した。また、ダイパッド30部分が厚い構成のリードフレーム50を用いても形成することができ、図11(c)、(e)にその例を示した。かかる半導体装置では、例えば、図11(f)に示すような回路構成が採用されている。
(実施の形態3)
本実施の形態では、前記実施の形態2と同様に、ダイパッド30が分割構成されていない他の例について説明する。図12(a)に示すように、ダイパッド30上に、例えばMOSFETであるチップ21aが搭載された場合を挙げることができる。かかる場合でも、前記金型封止で述べたように、ダイパッド30の第1端面31aが深く形成されているため、モールド時にレジン漏れを防止して、十分な精度で封止体40を形成することができる。
かかる構成では、チップ21aは、ソース電極がリード50aと板状電極61により接続されている。ゲート電極は、ワイヤボンディングによりワイヤ70で、リード50bに接続されている。ワイヤ70には、例えば、Al、あるいはAu等が使用されている。かかる構成においては、リード50a、50b、ダイパッド30は、同一のリードフレーム50を用いて、板厚が同一となるように形成されている。
板厚が同一のリードフレーム50を用いた場合を、図12(b)、(d)に示した。また、ダイパッド部分の板厚が厚く形成されたリードフレーム50を用いても、図12(c)、(e)に示すように形成することができる。図12(a)に示す場合では、例えば、図12(f)に回路構成を示すように、温度検知センサ付きダイオードを内蔵したMOSFETにチップ21aが形成されている例である。
(実施の形態4)
本実施の形態では、前記実施の形態2と同様に、ダイパッド30に第1端面31aが形成されて、かかる第1端面31aが封止体40の内部に内包されている半導体装置10の他の例を挙げる。かかる場合には、図13(a)に示すように、例えばダイパッド30上に2個のNチャンネルMOSFETであるチップ21aと、ダイオードであるチップ21bが搭載されている。
2個のチップ21aは、ソース電極が板状電極61によりリード50aに接続されている。ゲート電極もワイヤ70によりリード50bに接続されている。また、チップ21bも板状電極61によりリード50cに接続されている。かかる構成においては、リード50a、50b、50c、ダイパッド30は、同一のリードフレーム50を用いて、板厚が同一に形成されている。
かかる場合を、図13(b)、(d)に示した。また、ダイパッド部分の板厚をリード部分より厚く形成したリードフレーム50を用いても、同様に、図13(c)、(e)に示すように形成することができる。図13(a)に示す場合には、例えば、図13(f)に回路構成を示すように、逆接防止ダイオードが用いられている。
(実施の形態5)
本実施の形態では、前記実施の形態1で説明した半導体装置10の実装形態について説明する。半導体装置10は、図14の回路ブロック図に示すように、コントローラIC80と電気的に接続されて使用される。
すなわち、コントローラIC80から出力される制御信号で、半導体装置10が制御される。コントローラIC80からの制御信号を受けた駆動用回路22aは、駆動用信号を生成する。この駆動用信号がパワートランジスタ21a(パワーMOSFET)の入力端子に入力され、パワートランジスタ21aがターンオン・ターンオフすることで、パワートランジスタ21aに接続された負荷Lを駆動する。
駆動用回路22aでは、第1チップ21に内蔵された温度センサからの信号を受け、過温度を検知した場合、パワートランジスタ21aをOFFにする。一方、駆動用回路22aは、第1チップ21に内蔵されたパワートランジスタ21aに対して、ある比率でセルが少ないカレントミラーMOSの電流を検知することで負荷Lの過電流を検知し、MOSFETのゲートをコントロールして一定値以上の電流が流れないように制御する。
かかる構成の駆動用回路22aは、上記過温度を検知してパワートランジスタ21aをOFFにしたり、あるいはパワートランジスタ21aのゲート制御による一定値以上の電流が流れないようにする機能に異常が発生した場合には、診断信号を出してコントローラIC80へ異常発生を知らせることができるようになっている。
半導体装置10は、その出力用ピン51と制御用ピン52とが相対して反対方向から出されている。そのために、半導体チップ10の配置構成は、コントローラIC80に対して、それぞれの突出させるリード方向が揃うように、すなわち図15に示すように、縦配列が可能となるのである。
かかる縦配列に構成することで、例えば、図15に丸で囲んで示すように、半導体装置10の駆動用回路22aを含む第2チップ22とコントローラIC80との配線長を、最短の直線状配線とすることができる。実装に際して、このように最短の直線状の配線を行うことが可能となるため、配線長が長い従来の場合とは異なり、ノイズ等に強い回路構成が行えるのである。さらに、かかる配線は一層配線が可能で、これまでの複雑に配線がからみ合うような場合とは異なり、多層配線に構成する煩雑さを避けることができるのである。
従来の実装配線の回路構成では、半導体装置10aが、本実施の形態の半導体装置10とは異なり、出力用ピンと制御用ピンとは並んで同一辺上に形成されていたため、図16に示すように、実装に際しては、コントローラIC80と半導体装置10aとは、並行配置を行うしかなかった。そのため、両コントローラIC80と半導体装置10aとを結ぶ配線は、図16の丸で囲んで示すように、横方向に長く配線せざるを得ず、配線長が長くなっていた。場合によっては、多層配線が必要となることもあった。
しかし、本発明の半導体装置10では、図1に示すように、第1チップ21と第2チップ22とは、互いに分離された第1ダイパッド31、第2ダイパッド32に搭載され、且つ、出力用ピン51と制御用ピン52とが、相対した反対側から突出されている。そのため、図16に示すような従来の配列を採用することなく、図15に示すような縦配列による実装を行うことができるのである。かかる構成により、実装配線の効率化が図れるのである。
従来の半導体装置10aでは、図16に示すように、配線長が長くなっていた。勿論、従来の半導体装置10aを用いて短い距離の配線を行うことも可能ではあるが、かかる場合には、配線を多層に形成する等が必要となり、配線レイアウトがさらに複雑化して、実際的ではなくなるのである。
(実施の形態6)
前記実施の形態で述べた構成の半導体装置10においては、実装に際して、電源用の配線と、負荷用の配線とは、例えば、BUS−BARと呼ばれるような複数個の半導体装置10を一括して処理できるような配線レイアウトが採用される場合がある。
かかるBUS−BARを採用するレイアウト構成では、前記実施の形態で述べた半導体装置10が、従来の半導体装置10aに比較して、また有利となるのである。
すなわち、図17に示すように、電源用BUS−BAR100を直線状にして、かかる電源用BUS−BAR100上に、複数の個々の半導体装置10を、出力用ピン51の突出方向を揃えて横方向に並列配置することができる。個々の半導体装置10は、電源用BUS−BAR100のライン方向に対して、出力用ピンを交差方向に突出させて並列配置されるのである。
かかる並列配置された個々の半導体装置10では、半導体装置10毎に出力用ピン51が、負荷用BUS−BAR200に接続されることとなる。かかる負荷用BUS−BAR200は、図17に示すように、互いに交差させる必要がなく、負荷用BUS−BAR200は一層の平面配線が可能となるのである。
しかし、従来の半導体装置10aでは、出力用ピンと制御用ピンとが、同一辺側から突出されているため、図18に示すように、各出力用ピンの出ている側を揃えて、個々の半導体装置10aが、縦方向に並ぶように配列する必要がある。かかる配列に際して、電源用BUS−BAR100は、出力用ピンに対して直線状に並行して設け、その上で個々の半導体装置10a側に横方向に分岐させ、個々の半導体装置10aに電源供給ができるようになっている。
一方、負荷用BUS−BAR200は、個々の半導体装置10aの複数の出力用ピンに対して直線状にされ、複数の出力用ピンが同じ負荷用BUS−BAR200に接続できるようにされている。そのため、負荷用BUS−BAR200は、どうしても電源用BUS−BAR100と、図18に示すように、配線上でクロスする箇所が発生し、かかる箇所では立体交差が必要となった。
このようにBUS−BAR配線に際しても、前記実施の形態1で述べた半導体装置10では、かかる配列構成を持たない従来の半導体装置10aに比べて、配線レイアウトが極めて簡単になるのである。
また、従来の半導体装置10aでは、出力用ピンは、制御用ピンとが同一辺に突出させられ、且つ、かかる出力用ピンは、制御用ピンとは反対方向に分けられていた。そのため、出力用ピンは、上記負荷用BUS−BAR200では、片側のみが負荷用BUS−BAR200に接続され、他方の出力用ピンは接続されないフリーな状態となるため、実装時には傾き等が起き易い不安定な状態が発生することともなるのである。
(実施の形態7)
前記実施の形態6では、前記実施の形態1で説明した半導体装置10を用いた場合のBUS−BAR配線における優位性を述べたが、BUS−BAR配線を利用して半導体装置10の放熱性の向上を図ることもできる。
例えば、図19(a)に示す場合には、半導体装置10は、前記実施の形態1と同様に、第1ダイパッド31上に第1チップ21が搭載され、第2ダイパッド32上に第2チップ22が搭載されている。かかる第1ダイパッド31、第2ダイパッド32とは、封止体40の第1辺41、第2辺42に平行な方向に分割され、独立して形成されている。
図19(a)に示すように、第1チップ21の出力用ピン51は封止体40の第1辺41側から突出され、板状電極61により第1チップ21主面に形成された電極と接続されている。さらに、板状電極61は、封止体40の上面から露出されており、かかる板状電極61の露出面が、負荷用BUS−BAR200に接続されている。
また、第1ダイパッド31、第2ダイパッド32の裏面側も、封止体40から露出され、電源用BUS−BAR100に接続されている。
第1チップ21と第2チップ22、第2チップ22と制御用ピン52とは、共にワイヤボンディングによるワイヤ70で接続されている。制御用ピン52は、制御基板と接続されている。
かかる半導体装置10では、負荷用BUS−BAR200に半導体装置10の板状電極61が接続されているため、大電流処理等で発生した熱を、速やかに負荷用BUS−BAR200を介して放熱させることができる。併せて、電源用BUS−BAR100も第1ダイパッド31、第2ダイパッド32の裏面に接続されているため、放熱特性が改善されることとなる。
かかるタイプの半導体装置10では、上記説明のように上下両面がそれぞれ負荷用BUS−BAR200、電源用BUS−BAR100に接続されるとともに、出力用ピン51、制御用ピン52も板状電極61、ワイヤ70等でチップ20に接続されている。そのため、実装に際しては、平面実装でも、あるいは上下面での実装でも、両方の実装が可能なパッケージ構成になっているのである。
図19(b)に示す場合は、同一のリードフレーム50で、出力用ピン51、制御用ピン52、第1ダイパッド31、第2ダイパッド32が形成され、板厚が同一に形成されている場合である。図19(c)に示す場合は、第1ダイパッド31、第2ダイパッド32部分が出力用ピン51、制御用ピン52より板厚が厚い形状のリードフレーム50を用いた場合で、その他の構成は、図19(b)に示す場合と同様である。
図20(a)に示す半導体装置10でも、実施の形態1と同様に、第1ダイパッド31上に第1チップ21が搭載され、第2ダイパッド32上に第2チップ22が搭載されている。かかる第1ダイパッド31、第2ダイパッド32とは、封止体40の第1辺41、第2辺42に平行な方向に分割され、独立して形成されている。
かかる場合には、図20(b)に示すように、第1チップ21側の出力用ピン51は、板状電極62とは接続されておらず、出力用ピン51は機能していな。しかし、板状電極62は第1チップ21主面に形成された電極と負荷用BUS−BAR200とが接続されている。かかる板状電極62は、封止体40の上面から露出されており、かかる板状電極62の露出面が、負荷用BUS−BAR200に接続されているのである。
また、第1ダイパッド31、第2ダイパッド32の裏面側は、封止体40から露出され、電源用BUS−BAR100に接続されている。第1チップ21と第2チップ22、第2チップ22と制御用ピン52とは、共にワイヤボンディングによるワイヤ70で接続され、さらに制御用ピン52は制御基板に接続されている。
かかる半導体装置10では、負荷用BUS−BAR200に半導体装置10の板状電極62が接続されているため、大電流処理等で発生した熱を、速やかに負荷用BUS−BAR200を介して放熱させることができる。併せて、電源用BUS−BAR100も第1ダイパッド31、第2ダイパッド32の裏面に接続されているため、放熱特性が改善されることとなる。
かかるタイプの半導体装置10では、上記説明のように上下両面がそれぞれ負荷用BUS−BAR200、電源用BUS−BAR100に接続されている反面、出力用ピン51が電気的に第1チップ21と接続されていないため、BUS−BAR上下面実装専用パッケージと言うことができる。
図20(b)に示す場合は、同一のリードフレーム50で、出力用ピン51、制御用ピン52、第1ダイパッド31、第2ダイパッド32が形成され、板厚が同一に形成されている場合である。図20(c)に示す場合は、第1ダイパッド31、第2ダイパッド32部分が出力用ピン51、制御用ピン52より板厚が厚い形状のリードフレーム50を用いた場合で、その他の構成は、図20(b)に示す場合と同様である。
上記説明のように、図19、20に示した半導体装置10では、そのパッケージ構成上、封止体40の上下両面からの放熱が行える。かかる放熱性は、前掲の図2に示すような構成の下面側からの放熱性とは異なり、より一層の放熱効果を向上させることができるのである。すなわち、熱抵抗低減が図れる。特に、短時間で大電流が流れる際の発熱である過度熱抵抗領域での低減効果を期待することができるのである。
結果的には、製品における低オン抵抗化が図れることとなるのである。図19、20では、特にBUS−BARを封止体40の上下両面に配置して、電気的接続を行うとともに、放熱特性の向上が特に図られ、システム特性上、負荷短絡耐量、すなわち破壊時間を特に過度熱領域において上昇させることができるのである。
本実施の形態で述べたように、すなわち、図19、20に示したように、封止体40の上面から、板状電極61、62の一部を露出させることで、放熱特性を向上させている。
本実施の形態の半導体装置10では、封止体40の上下面に、板状電極61、62を露出させているが、かかる構成は、図21に示すような工程で製造することができる。
すなわち、前掲の図8に示すフロー図で、ステップS201のモールド工程以降の幾つかの工程を、図21(a)に示すような工程で行えば、かかる構成の半導体装置10を製造することができるのである。尚、図21(b)は、図21の各工程の内容を模式的に示す図である。
ステップS301で、供給されたレジンを用いてモールドを行い、封止体40を形成する。かかるモールド形成に際しては、レジンの充填を板状電極61の上面より数μm〜数十μm程度に押さえるように行う。かかるステップS301のモールド工程の様子を模式的に、図21(b)に示した。
その後はステップS302でキュアベークし、ステップS303でレジン研磨を行う。すなわち、液体ホーニング、研削作業を行って、封止体40の上面に板状電極61の上面が露出するまで研磨すればよい。かかる様子を、図21(c)に示した。
その後、ステップS304で端子メッキを行う。かかる工程の様子を、図21(d)に示した。さらに、ステップS305で切断して個片化し、リード部分のフォーミングを行い、併せてレーザマークを付けて完成となる。かかる工程の様子を、図21(e)に示した。
また、本実施の形態の半導体装置10で、上下両面放熱特性の向上を図る対策として、図20(a)、(b)で、板状電極62を間に介在させて、第1チップ21側と負荷用BUS−BAR200とを接続させる構成を示した。かかる放熱特性は、さらに板状電極62のレジン接触面を長くなるように構成することで、よりその効果が大きくなるものと本発明者は考えた。例えば、図22(a)に示すように、放熱性の良好なCu等で形成した板状電極62の側面に、凹部62aを設けた。
かかる凹部62aを設けることにより、熱伝達面が広く形成されるため、その分、放熱特性が向上するのである。
また、凹部62aを設けることは、封止体40のレジンからの抜け等の防止にも効果がある。すなわち、板状電極62が、図20(a)、(b)に示すように、側面が平坦に形成されている場合に比べて、格段にレジンとの絡みが良好となり、抜けの虞が皆無となる。さらには、耐湿性の向上も図れるのである。
図22(a)に示す場合は、同一のリードフレーム50で、出力用ピン51、制御用ピン52、第1ダイパッド31、第2ダイパッド32が形成され、板厚が同一に形成されている場合である。図22(b)に示す場合は、第1ダイパッド31、第2ダイパッド32部分が出力用ピン51、制御用ピン52より板厚が厚い形状のリードフレーム50を用いた場合で、その他の構成は、図22(a)に示す場合と同様である。
(実施の形態8)
本実施の形態では、前記実施の形態1で説明した半導体装置10の板状電極61の変形例を示したものである。
本実施の形態では、板状電極61は、図23(a)に示すように、平面的に見た場合には、出力用ピン51等のリードとのリード接続部側が櫛歯状に形成されている。かかる板状電極61は、チップ側電極接続部61a、出力用ピン等のリードと接続させるリード用電極接続部61bからなり、両者が連結部61cで連結されている。
チップ側電極接続部61aは、図23(a)に示すように、幅広の大面積の平板状に形成されている。一方、リード用電極接続部61b、連結部61cは、図23(a)に示すように、幅広のチップ側電極接続部61aに対して、幅が狭い複数枚の突片状に形成されている。かかる複数枚の突片状に形成されたリード用電極接続部61b、連結部61cは、平面的に見ると、あたかも櫛の歯のように見えるのである。
幅広のチップ側電極接続部61aは、リード用電極接続部61bと同様に、その接続面が平面状に形成され、両チップ側電極接続部61aとリード用電極接続部61bとは、図23(b)の側面図に示すように、連結部61cで連結されて段違いに形成されている。このように櫛歯状に形成された板状電極61の厚みは、その周縁がその内側より肉薄に形成されている。図23(c)には、(a)におけるA−A線での断面の様子を示した。
かかる櫛歯状に形成することで、突片状部分で空気と熱交換を行い易く、放熱特性が向上させられる。また、一枚の板状に形成した場合に比べ、応力による変形等を受けにくく、接続信頼性を向上することができる。
図24(a)に示す場合には、チップ側電極接続部61aも櫛歯状に形成したものである。かかる構成の板状電極61では、チップ側電極接続部61aもリード用電極接続部61b、連結部61cと同様に、突片状に形成され、互いに反対方向に突出形成されている。
かかるチップ側電極接続部61aの突片状部分と、リード用電極接続部61b、連結部61cの突片状部分とは、互い違いに形成され、両者は基部61dで接合された形状になっている。かかる構成を、図24(b)では側面からの様子を、(c)では断面の様子を示した。
このようにチップ側電極接続部61aとリード用電極接続部61bとの両方が櫛歯状に形成された板状電極61は、図23に示すリード用電極接続部61bのみが櫛歯状に形成された場合とは異なり、熱ストレス等の応力作用による歪みを、より小さくすることができる。
図23(a)に示すように、応力作用は、図23に示す場合はチップ側電極接続部61aからリード用電極接続部61bまで、真っ直ぐ伝わることとなる。しかし、両側交互櫛歯状に形成された図24に示す構成では、図24(a)に示すように、チップ側電極接続部61aで発生した応力は、一端基部61dで伝達方向を変えて、その後にリード用電極接続部61bに伝えられる。
このようにチップ側電極接続部61aの突片部分と、リード用電極接続部61bの突片部分とが、基部61dを介して、交互に接続された構成を有することで、応力破壊の作用が弱められるのである。
応力破壊作用が弱められることについては、例えば、2次元の歪み式からも説明できる。すなわち、τ=L×α×Tなる式において、図23における突片部分の長さである櫛歯長と、図24における突片部分の長さである櫛歯長とが同じ長さaであったとすると、L2は、L1×1/2となり、単純に歪みは半減することとなるのである。尚、τは歪みの大きさを、Lは長さを、αは線膨張係数を、Tは温度を、それぞれ表すものとする。
(実施の形態9)
前記実施の形態1で説明した半導体装置10の製造方法では、例えば、第1チップ21、第2チップ22を、第1ダイパッド31、第2ダイパッド32上にそれぞれダイボンディングする際に、半田ペーストを用いる場合について説明した。しかし、かかるダイボンド材には、半田ペーストの他に、Agペースト等のように他のペーストを用いても製造することができる。
本実施の形態では、半導体装置10の製造方法について、かかるダイボンド材にAgペーストを用いた場合について、図25のフロー図に沿って説明する。
前記実施の形態1に示す半導体装置10は、例えば、図25に示すようなフロー図の各工程を経て製造することができる。すなわち、図25のステップS401では、例えは、ダイシングにより個片化する前の段階まで作り込まれたウエハが供給される。かかる個片化直前のチップには、例えばアルミニウムのパッド電極が形成され、かかる電極パッド上に、アンダーバンプメタル(UBM)が施される。かかるUBMとしては、例えば、Ni、Ti等が適用される。
その後、供給されたダイシングテープを用いて、ステップS402でウエハ裏面にダイシングテープを貼る。ステップS403で、ウエハをダイシングして、チップを個片化する。本実施の形態で説明する半導体装置10では、図1に示すように、第1チップ21、第2チップ22が設けられているため、上記ステップS401からステップS403までの工程は、第1チップ21、第2チップ22でそれぞれ行われることとなる。
このようにしてダイシングにより個片化されたチップを、供給されたAgペーストとリードフレームとを用いて、ステップS404により、リードフレームのダイパッド上にダイボンディングする。本実施の形態の半導体装置10では、上記の如く、2個のチップが搭載されるため、ダイボンディングは2回行われることとなる。例えば、第2チップ22をダイボンディングし、その後に第1チップ21をダイボンディングすればよい。かかるダイボンディングにより、2つのチップは、裏面電極がダイパッドに接続されることとなる。
その後、ステップS405で、供給されたAgペーストと板状電極用のクリップフレームを用いて、クリップボンディングを行う。かかるクリップボンディングにより、第1チップ21の主面に形成された電極と、出力用ピン51とが接続されることとなる。その後、ステップS406で一括ベークして、前記Agペーストによるボンディングを完成する。
ボンディングが完成した後で、ステップS407で、供給されたAuワイヤによりワイヤボンディングを行う。かかるワイヤボンディングにより、第1チップ21と第2チップ22、第2チップ22と制御用ピン52のそれぞれが電気的に接続される。
その後は、前記実施の形態1の図8に示すと同様に、ステップS201で、供給されたレジンを用いてモールドを行う。かかるモールドにより、封止体40が形成され、上記構成の半導体装置10が封止される。モールド後、ステップS202でキュアベークする。金型から取り出して、ステップS203でバリ取りを行い、且つ、リード部分の所要箇所にメッキ処理を行う。
メッキ処理後、ステップS204でレーザマークを付け、ステップS205で切断して半導体装置10の個片化を行い、半導体装置10の完成となる。このようにして、半導体装置10をAgペーストを用いたダイボンディングすることで製造することができる。
(実施の形態10)
本実施の形態では、前記実施の形態1で説明した半導体装置10の変形例について説明する。
前記実施の形態1で説明した半導体装置10は、2つのダイパッド30上に、それぞれ異なるチップ20が搭載され、両チップ20が搭載されたダイパッド30は、封止体40の第1辺41、第2辺42に平行に分割され、独立に形成されていた。
本実施の形態で説明する半導体装置10では、ダイパッド30上に搭載されるチップ20の数が前記実施の形態1の場合とは異なるものである。
すなわち、図26(a)に示すように、第1ダイパッド31上に、搭載チップ20として、例えば、NチャンネルMOSFETである2個のチップ21aが搭載されている。第2ダイパッド32上には、パワートランジスタを駆動する駆動用回路22aを含む第2チップ22が搭載されている。
かかる第1ダイパッド31上に搭載された複数のチップ21aは、それぞれチップ21aの主面に形成された電極で、リード50aと板状電極61により電気的に接続されている。また、複数のチップ21aと第2チップ22とは、ワイヤボンディングによりワイヤ70で接続されている。さらに、第2チップ22とリード50bもワイヤボンディングによるワイヤ70で接続されている。
また、複数のチップ21aを搭載する第1ダイパッド31と、第2チップ22を搭載する第2ダイパッド32とは、前記実施の形態1と同様に、封止体40の第1辺41、第2辺42と平行な方向で、リード50a、50bとの間で分割されている。第1ダイパッド31と、第2ダイパッド32とは、同一のリードフレーム50で形成され、板厚は図26(b)、(d)に示すように同一に形成されている。
尚、リードフレーム50に関しては、同一であっても、ダイパッド30部分が他のリード部分とは異なり、厚く形成されている場合には、図26(c)、(e)に示すようになる。尚、ダイパッド30の端部30aは、第1ダイパッド31、第2ダイパッド32で、それぞれ搭載するチップ21a、第2チップ22の上面よりも高く設定されている。
図26(f)には、本半導体装置の等価回路ブロック図を示す。Nch1、Nch2MOSFETはそれぞれ素子保護のための温度情報を駆動用回路へ伝達する温度検知ダイオード及び電流情報を伝達するメイン電流を流すMOSFETに対し、ある比率(例えば2000:1)のセル数のサブMOSFETを内蔵している。駆動用回路は、各MOSFETを独立に制御する入出力と温度情報及び電流情報を受けて、FETをオフもしくは電流を抑制するようにMOSFETのゲートを制御する機能を有している。
(実施の形態11)
本実施の形態では、前記実施の形態1で説明した半導体装置10の変形例について説明する。
図27(a)に示す場合は、本実施の形態で説明する半導体装置10において、第1ダイパッド31上に、搭載チップ20として、例えば、NチャンネルMOSFETであるチップ21aと、ダイオードであるチップ21bが搭載されている。第1ダイパッド31と独立に分割された第2ダイパッド32上には、駆動用回路22aを含む第2チップ22が搭載されている。
チップ21aとリード50aとは、板状電極61により接続されている。チップ21bとリード50bも、板状電極63により接続されている。かかるチップ21aは、第2チップ22とワイヤ70で接続されている。第2チップ22とリード50cも、ワイヤ70で接続されている。
また、第1ダイパッド31と、第2ダイパッド32とは、図27(a)に示すように、封止体40の第1辺41、第2辺42と平行な方向で、リード50a、50bと、リード50cとの間で分割され、独立に形成されている。
かかるリード50a、50b、50cとは、同一のリードフレーム50で互いに分割された形状に形成されている。前記図26(b)〜(e)と同様に、同一リードフレーム50に同一厚さの構成を使用した場合については、図27(b)、(d)に示す。図27(c)、(e)には、ダイパッド30の厚みがリード部分より厚い場合を示した。
図27(f)には、本半導体装置の等価回路ブロック図を示す。NchMOSFETは素子保護のための温度情報を駆動用回路へ伝達する温度検知ダイオード及び電流情報を伝達するメイン電流を流すMOSFETに対し、ある比率(例えば2000:1)のセル数のサブMOSFETを内蔵している。駆動用回路はMOSFETを制御する入出力と温度情報及び電流情報を受けて、FETをオフもしくは電流を抑制するようにMOSFETのゲートを制御する機能を有している。また、DiodeチップはVK端子、Drain端子をモータ両端に接続することにより、MOFSETがオフした時の回生素子として機能する。
(実施の形態12)
本実施の形態では、前記実施の形態1で説明した半導体装置10の変形例について説明する。
図28(a)に示す場合は、本実施の形態で説明する半導体装置10において、第1ダイパッド31上に、搭載チップ20として、例えば、NチャンネルMOSFETであるチップ21aと、PチャンネルMOSFETであるチップ21bとが搭載されている。第1ダイパッド31と独立に分割された第2ダイパッド32上には、駆動用回路22aを含む第2チップ22が搭載されている。
チップ21aとリード50aは、板状電極61により接続されている。チップ21bとリード50bも、板状電極64により接続されている。かかるチップ21aは、第2チップ22とワイヤ70で接続されている。チップ21bと第2チップ22ともワイヤ70で接続されている。第2チップ22とリード50cも、ワイヤ70で接続されている。
また、第1ダイパッド31と、第2ダイパッド32とは、図28(a)に示すように、封止体40の第1辺41、第2辺42と平行な方向で、リード50a、50bと、リード50cとの間で分割され、独立に形成されている。
かかるリード50a、50b、50cとは、同一のリードフレーム50で互いに分割された形状に形成されている。前記図26(b)〜(e)と同様に、同一リードフレーム50に同一厚さのものを使用した場合については、図28(b)、(d)に示す。図28(c)、(e)には、ダイパッド30の厚みがリード部分より厚い場合を示した。
図28(f)には、本半導体装置の等価回路ブロック図を示す。NchMOSFETは素子保護のための温度情報を駆動用回路へ伝達する温度検知ダイオード及び電流情報を伝達するメイン電流を流すMOSFETに対し、ある比率(例えば2000:1)のセル数のサブMOSFETを内蔵している。駆動用回路は、MOSFETを制御する入出力と温度情報及び電流情報を受けて、FETをオフもしくは電流を抑制するようにMOSFETのゲートを制御する機能を有している。
PchMOSFETは、VK端子、Drain端子をモータ両端に接続することによりMOFSETがオフした時の回生素子として機能する。Diode素子を回生素子として用いる場合に比べ、回生時はPchMOSFETをオンさせることにより回生時のロスを低減することが可能となり効率が改善される。
(実施の形態13)
本実施の形態では、前記実施の形態1で説明した半導体装置10の変形例について説明する。
図29(a)に示す場合は、本実施の形態で説明する半導体装置10において、第1ダイパッド31上に、搭載チップ20として、例えば、PチャンネルMOSFETである2個のチップ21aが搭載されている。第1ダイパッド31と独立に分割された第2ダイパッド32上には、NチャンネルMOSFETである2個のチップ22bが搭載されている。
第1ダイパッド31上に搭載されたそれぞれのチップ21aは、ソース用の共通のリード50aが板状電極61により接続され、別々に形成されたゲート用のリード50bとはワイヤ70で接続されている。一方、第2ダイパッド32上に搭載されたそれぞれのチップ22bは、共通のソース用のリード50cと板状電極61により接続され、別々に形成されたゲート用のリード50dとはワイヤ70で接続されている。
また、第1ダイパッド31と、第2ダイパッド32とは、図29(a)に示すように、封止体40の第1辺41、第2辺42と平行な方向で、リード50a、50bと、リード50c、50dとの間で分割され、独立に形成されている。
かかるリード50a、50b、50c、50dは、同一のリードフレーム50で互いに分割されるように形成されている。前記図26(b)〜(e)と同様に、同一リードフレーム50に同一厚さの構成を使用した場合については、図29(b)、(d)に示す。図29(c)、(e)には、ダイパッド30の厚みがリード部分より厚い場合を示した。
図29(f)には、本半導体装置の等価回路ブロック図を示す。Pch、NchMOSFETを各2個づつ搭載し、Hブリッジ回路を構成する。各MOSFETのゲート端子は独立に外部出力端子にでており、外部にHブリッジコントローラを用意することで正逆転モータの制御に適用できる。
(実施の形態14)
本実施の形態では、前記実施の形態1で説明した半導体装置10の変形例について説明する。
図30(a)に示す構成は、本実施の形態で説明する半導体装置10において、第1ダイパッド31上に、搭載チップ20として、例えば、NチャンネルMOSFETである2個のチップ21aが搭載されている。第1ダイパッド31と独立に分割された第2ダイパッド32上には、PチャンネルMOSFETであるチップ22bが搭載されている。
第1ダイパッド31上に搭載されたチップ21aは、ソース電極がリード50aと板状電極61により接続され、ゲート電極がリード50aと反対の方向のリード50bとワイヤ70で接続されている。一方、第2ダイパッド32上に搭載されたチップ22bは、第1ダイパッド31側と、リード50cとが、それぞれワイヤ70で接続されている。
第1ダイパッド31と、第2ダイパッド32とは、図30(a)に示すように、封止体40の第1辺41、第2辺42と平行な方向で、独立に分割されている。
リード50a、50b、50cとは同一のリードフレーム50で互いに分割されるように形成されている。前記図26(b)〜(e)と同様に、同一リードフレーム50に同一厚さの構成を使用した場合については、図30(b)、(d)に示す。図30(c)、(e)には、ダイパッド30の厚みがリード部分より厚い場合を示した。
図30(f)には、本半導体装置の等価回路ブロック図を示す。各NchMOSFETは素子保護のための温度情報を駆動用回路へ伝達する温度検知ダイオード及び電流情報を伝達するメイン電流を流すMOSFETに対し、ある比率(例えば2000:1)のセル数のサブMOSFETを内蔵しており、それぞれのNchMOSFETはHブリッジ回路のハイサイド側を構成する。PchMOSFETはNchMOSFETの電源側上流に接続され、バッテリー逆接続時の逆電流通電を防止する。バッテリーが逆接続時はオフし、通常はオンするように外部から制御する。
(実施の形態15)
本実施の形態では、前記実施の形態1で説明した半導体装置10の変形例について説明する。
図31(a)に示す場合は、本実施の形態で説明する半導体装置10において、第1ダイパッド31上に、搭載チップ20として、例えば、MOSFETであるチップ21aが搭載されている。第1ダイパッド31と独立に分割された第2ダイパッド32上にも、MOSFETであるチップ22bが搭載されている。
チップ21aのソース電極はリード50aと板状電極61により接続され、ゲート電極はリード50bとワイヤ70で接続されている。同様に、チップ22bも、ソース電極はリード50cと板状電極61により接続され、ゲート電極がワイヤ70でリード50dと接続されている。
第1ダイパッド31と、第2ダイパッド32とは、図31(a)に示すように、封止体40の第1辺41、第2辺42と平行な方向で分割され、独立に形成されている。
リード50a、50b、50c、50dとは、同一のリードフレーム50で形成されている。前記図26(b)〜(e)と同様に、同一リードフレーム50に同一厚さの構成を使用した場合については、図31(b)、(d)に示す。図31(c)、(e)には、ダイパッド30の厚みがリード部分より厚い場合を示した。また、図31(f)には、図31(a)により構成される回路構成を示した。
(実施の形態16)
前記実施の形態では、いずれの場合にも、ダイパッドのチップ搭載面と、チップと電気的接続がなされるリードの接続面とが、異なる高さの状態でモールドされている場合を例に挙げて説明した。
例えば、図32(a)に示すように、前記実施の形態1の場合には、出力用ピン51、第1ダイパッド31、第2ダイパッド32、制御用ピン52は、同一の一枚構成のリードフレーム50を用いて形成されていた。
かかる第1ダイパッド31のチップ21の搭載面31sと、第2ダイパッド32のチップ22の搭載面32sとは、同一の高さh1で揃えられていた。一方、出力用ピン51の接続面51sと、制御用ピン52の接続面52sとは、高さh1とは異なる高さh2で揃えられていた。このようにチップ搭載面の高さh1と、リード接続面の高さh2とは、高さが異なる状態でモールドされ、封止体40が形成されていたのである。
かかる封止体40は、モールド金型の上型と下型とで、リードフレーム50を挟んだ状態でモールドすることにより形成される。そのため、上記のように、チップ搭載面とリード接続面の高さが異なる状態でモールドを行うためには、モールド金型の上型、下型における対応段差部分が増え、金型の構造が複雑になってしまう。併せて、上記のように段差が多くなることは、曲げ用の金型も増えて、効率的ではなくなるのである。
そこで、本発明者は、図32(b)に示すように、第1ダイパッド31のチップ21の搭載面31sと、第2ダイパッド32のチップ22の搭載面32sと、出力用ピン51の接続面51sと、制御用ピン52の接続面52sとが、同一高さh3となるようにして、モールドを行うことを発想した。
このようにチップ搭載面とリード接続面とが同一高さに形成される場合には、図32(c)に示すように、第1チップ21と出力用ピン51とを接続する板状電極65は、段違いで平行に形成されたチップ側電極接続部65aとリード用電極接続部65bとが、第1ダイパッド31の端部30aを跨ぐように形成した連結部65cで連結されている。
このようにモールドに際して、チップ搭載面とリード接続面との高さを同一高さに揃えた状態にする方法は、例えば、図33(a)、(b)、(c)に示す場合でも適用できるものである。図33(a)、(b)、(c)に示す場合とは、前記実施の形態7で説明した図19(c)、20(c)、22(b)の場合である。
尚、図32(a)、(b)、図33(a)、(b)、(c)に示した例では、第1ダイパッド31、第2ダイパッド32部分が、出力用ピン51、制御用ピン52よりも厚さが厚く形成された一枚構成のリードフレーム50を用いた場合であるが、出力用ピン51、第1ダイパッド31、第2ダイパッド32、制御用ピン52は、同一厚さの一枚構成のリードフレーム50を用いて形成されていても構わない。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
前記実施の形態では、パワートランジスタとしてMOSFETを使用した例を挙げて説明したが、かかるパワートランジスタにはMISFET、IGBT(Insulated gate bipolar transistor)等を用いても良い。
本発明は、半導体装置の分野で、特に、実装配線を簡単な配線レイアウトに構成する場合に有効に利用することができる。
本発明の一実施の形態である半導体装置の構成を模式的に示す平面図である。 (a)、(b)は、図1に示す半導体装置を模式的に示す断面図であり、(c)は板状電極を模式的に示す断面図である。 ダイパッド部の様子を模式的に示す部分断面図である。 ダイパッドの離間距離を示す説明図である。 (a)、(b)は、半導体装置の構成を模式的に示す断面図である。 半導体装置のチップ構成の例を示す断面図である。 半導体装置内の回路構成を示す回路図である。 半導体装置の製造手順を示すフロー図である。 (a)、(b)、(c)は、本発明における半導体装置のモールド状況を説明する説明図である。 (a)、(b)、(c)は、本発明とは異なる構成の半導体装置のモールド状況を説明する説明図である。 (a)〜(e)は、本発明に関連した半導体装置の構成を示す説明図であり、(f)はその回路図である。 (a)〜(e)は、本発明に関連した半導体装置の構成を示す説明図であり、(f)はその回路構成を示すブロック図である。 (a)〜(e)は、本発明に関連した半導体装置の構成を示す説明図であり、(f)はその回路構成を示すブロック図である。 本発明の半導体装置の実装時の回路構成の一例を示した回路図である。 本発明の半導体装置の実装時の配線構成の一例を示す説明図である。 従来の半導体装置の実装時の配線構成の一例を示す説明図である。 本発明の半導体装置の実装時のBUS−BAR配線の様子を示す説明図である。 従来の半導体装置の実装時のBUS−BAR配線の様子を示す説明図である。 (a)は本発明に係わる半導体装置の平面構成を示す平面図であり、(b)、(c)はその断面図である。 (a)は本発明に係わる半導体装置の平面構成を示す平面図であり、(b)、(c)はその断面図である。 (a)は上面放熱構成の半導体装置におけるモールド以降の工程を示すフロー図であり、(b)〜(e)はその工程内容を模式的に示す説明図である。 (a)、(b)は、本発明に係わる半導体装置の断面構成を模式的に示す断面図である。 (a)は板状電極の平面構成を模式的に示す平面図であり、(b)は側面図であり、(c)は断面図である。 (a)は板状電極の平面構成を模式的に示す平面図であり、(b)は側面図であり、(c)は断面図である。 本発明の半導体装置の製造方法の変形例を示すフロー図である。 (a)〜(e)は、本発明に関連した半導体装置の構成を示す説明図であり、(f)はその回路構成を示すブロック図である。 (a)〜(e)は、本発明に関連した半導体装置の構成を示す説明図であり、(f)はその回路構成を示すブロック図である。 (a)〜(e)は、本発明に関連した半導体装置の構成を示す説明図であり、(f)はその回路構成を示すブロック図である。 (a)〜(e)は、本発明に関連した半導体装置の構成を示す説明図であり、(f)はその回路図である。 (a)〜(e)は、本発明に関連した半導体装置の構成を示す説明図であり、(f)はその回路構成を示すブロック図である。 (a)〜(e)は、本発明に関連した半導体装置の構成を示す説明図であり、(f)はその回路構成を示すブロック図である。 (a)チップ搭載面とリード接続面とが異なる高さの場合のモールド状況を模式的に示す断面図であり、(b)はチップ搭載面とリード接続面とが同一高さの場合のモールド状況を模式的に示す断面図であり、(c)は(b)に示す構成で使用する板状電極の構成を示す部分断面図である。 (a)〜(c)は、チップ搭載面とリード接続面とが同一高さの場合のモールド状況の変形例の構成を模式的に示す断面図である。
符号の説明
10 半導体装置
10a 半導体装置
20 半導体チップ(チップ)
21 第1チップ
21a チップ(パワートランジスタ)
21b チップ
21c チップ
22 第2チップ
22a 駆動用回路
22b チップ
22c チップ
30 ダイパッド
30a 端部
31 第1ダイパッド
31a 第1端面
31s 搭載面
32 第2ダイパッド
32s 搭載面
33 露出部分
40 封止体
41 第1辺
42 第2辺
43 第3辺
50 リードフレーム
50a リード
50b リード
50c リード
50d リード
51 出力用ピン
51s 接続面
52 制御用ピン
52s 接続面
61 板状電極
61a チップ側電極接続部
61b リード用電極接続部
61c 連結部
61d 基部
62 板状電極
62a 凹部
63 板状電極
64 板状電極
65 板状電極
65a チップ側電極接続部
65b リード用電極接続部
65c 連結部
70 ワイヤ
70a ワイヤ
70b ワイヤ
70c ワイヤ
70d ワイヤ
70e ワイヤ
70A ワイヤ
70B ワイヤ
70C ワイヤ
70D ワイヤ
70E ワイヤ
70F ワイヤ
70G ワイヤ
70H ワイヤ
80 コントローラIC
100 電源用BUS−BAR
200 負荷用BUS−BAR
201 基板(半導体基板)
201A n型単結晶シリコン基板
201B n型単結晶シリコン層
201C 基板(半導体基板)
201D p++型単結晶シリコン基板
201E n型単結晶シリコン層
203 酸化シリコン膜
205 p型ウエル
206 フィールド絶縁膜
207 p型半導体領域
208 n型半導体領域
210 溝
211 熱酸化膜
212 ゲート電極
213 多結晶シリコンパターン
216 絶縁膜
217 コンタクト溝
218 コンタクト溝
219 コンタクト溝
220 p型半導体領域
222 バリア導体膜
223 シード膜
225 導電性膜
226 配線
227 配線
228 配線
231 窒化シリコン膜
232 ポリイミド樹脂膜
233 開口部
236 バンプ下地膜
237 Ti膜
238 Ni膜
239 Au膜
240 引き出し電極
241 バンプ電極
a Gate端子
b Cathode端子
c Anode端子
d SenseSource端子
e SenseGND端子
A VB端子
B Vin端子
C Diag端子
D C1端子
E C2端子
F VCP端子
G VDDTEST端子
H GND端子
h1 高さ
h2 高さ
h3 高さ

Claims (15)

  1. パワートランジスタを含む第1半導体チップと、
    前記パワートランジスタを駆動する駆動用回路を含み、前記第1半導体チップと電気的に接続された第2半導体チップと、
    前記第1半導体チップが搭載された第1ダイパッドと、
    前記第2半導体チップが搭載された第2ダイパッドと、
    前記第1半導体チップのパワートランジスタの出力用電極と電気的に接続された出力用ピンと、
    前記第2半導体チップの駆動用回路と電気的に接続された制御用ピンと、
    第1辺、および前記第1辺と対向する第2辺を有し、前記第1半導体チップ、前記第2半導体チップ、前記第1ダイパッドの一部、前記第2ダイパッドの一部、前記出力用ピンの一部、および前記制御用ピンの一部を覆う封止体と、を有し、
    前記出力用ピンは、前記封止体の前記第1辺側に配置され、
    前記制御用ピンは、前記封止体の前記第2辺側に配置され、
    前記第1および前記第2ダイパッドは、前記出力用ピンと前記制御用ピンとの間に位置し、
    前記第1ダイパッドの裏面および側面の第1部分は、前記封止体から露出しており、
    前記第2ダイパッドの裏面および側面の第1部分は、前記封止体から露出していることを特徴とする半導体装置。
  2. 請求項1に記載の半導体装置において、
    前記封止体は、前記第1辺および前記第2辺に交差する第3辺を有し、
    前記封止体から露出している前記第1ダイパッドの前記側面の前記第1部分は、前記封止体の前記第3辺から露出していることを特徴とする半導体装置。
  3. 請求項1に記載の半導体装置において、
    前記第1ダイパッドの前記側面は、前記第1部分とは異なる第2部分をさらに有し、
    前記第2部分は前記封止体で覆われていることを特徴とする半導体装置。
  4. 請求項1に記載の半導体装置において、
    前記封止体から露出している前記第1ダイパッドの前記裏面は、前記半導体装置が実装基板上に実装された際、前記実装基板上の配線と電気的に接続可能な面であることを特徴とする半導体装置。
  5. 請求項4に記載の半導体装置において、
    前記封止体から露出している前記第1ダイパッドの前記裏面は、前記実装基板の前記配線から電源供給が可能な面であることを特徴とする半導体装置。
  6. 請求項5に記載の半導体装置において、
    前記第1半導体チップの裏面にはドレイン電極が形成され、前記第1半導体チップの前記裏面は、前記第1ダイパッドと導電性接着剤を介して電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
  7. 請求項に記載の半導体装置において、
    前記封止体は、前記第1辺および前記第2辺に交差する第3辺を有し、
    前記封止体から露出している前記第2ダイパッドの前記側面の前記第1部分は、前記封止体の前記第3辺から露出していることを特徴とする半導体装置。
  8. 請求項に記載の半導体装置において、
    前記第2ダイパッドの前記側面は、前記第1部分とは異なる第2部分をさらに有し、
    前記第2部分は前記封止体で覆われていることを特徴とする半導体装置。
  9. 請求項1に記載の半導体装置において、
    前記第1半導体チップの表面にはゲート電極が形成されており、
    前記ゲート電極は、ワイヤを介して前記第2半導体チップと電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
  10. 請求項1に記載の半導体装置において、
    前記第1半導体チップの表面にはソース電極が形成されており、
    前記ソース電極は、板状電極を介して前記出力用ピンと電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
  11. 請求項10に記載の半導体装置において、
    前記第2半導体チップの表面には複数の電極が形成されており、
    前記複数の電極はそれぞれ複数のワイヤを介して前記制御用ピンと電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
  12. 請求項1に記載の半導体装置において、
    前記出力用ピンは、前記封止体の前記第1辺側から突出し、前記制御用ピンは、前記封止体の前記第2辺側から突出していることを特徴とする半導体装置。
  13. 請求項1に記載の半導体装置において、
    前記出力用ピンは、前記封止体の前記第2辺側には配置されておらず、前記制御用ピンは、前記封止体の前記第1辺側には配置されていないことを特徴とする半導体装置。
  14. 請求項1に記載の半導体装置において、
    前記第1および前記第2半導体チップは実質的に矩形形状であって、それぞれの長辺が前記封止体の前記第1および前記第2辺と互いに平行になるように前記第1および前記第2ダイパッド上に搭載されていることを特徴とする半導体装置。
  15. 請求項1に記載の半導体装置において、
    前記第1および前記第2ダイパッドは、前記封止体の前記第1および前記第2辺と平行な方向に分割され、配置されていることを特徴とする半導体装置。
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