JP6127293B2 - リードフレーム、半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
なお、特許文献1には、半導体素子を接着剤によって複数の凹み(ディンプル)が形成されたダイパッドの接合面に接合した半導体装置が開示されている。
しかしながら、ダイパッドの接合面に凹みを形成した場合、溶融半田がディンプルに入り込む際に、ディンプル内の空気が外部に抜け難く、気泡(ボイド)として半田内に残ってしまう。この場合、半導体装置の動作時に半導体素子において生じた熱をダイパッド側に効率よく逃がすことができない、という問題がある。また、気泡が半田内に残ってしまうと、半導体装置の動作時に半導体素子において生じた熱によって気泡が膨張し、半田にクラックが発生する虞がある。すなわち、半導体装置の信頼性が低下する、という問題もある。
また、本発明のリードフレームは、半田により半導体素子を接合する板状のダイパッドと、前記半導体素子に電気接続するリードと、を備え、前記ダイパッドが、基準面を有するベース部と、前記基準面から突出してそれぞれの頂部が互いに離間するように配置された複数の凸部と、を有し、前記凸部が、前記基準面側から前記凸部の頂部に向かうにしたがって先細る錐形状に形成され、前記凸部の頂部に、該凸部の突出方向の側方に張り出す張出部が形成され、前記凸部の頂面は、その中央部分が上方に膨らむ膨出面となっていることを特徴とする。
また、溶融半田が複数の凸部の間を流れることで、凸部の間にある空気を容易に外部に逃がし、この空気が気泡として半田内に残ることを防止できる。したがって、半導体素子の熱をダイパッド側に効率よく逃がすことができる。また、半田内の気泡に基づくクラックの発生を防いで半導体装置の信頼性低下も防止できる。
以下、図1〜6を参照して本発明の第一実施形態について説明する。
図1,2に示すように、この実施形態に係るリードフレーム1は、後述する樹脂封止型の半導体装置30(図4〜6参照)の製造に使用するものであり、銅板等のように導電性を有する板材にプレス加工等を施すことで得られる。
このリードフレーム1は、半田により半導体素子31を接合する板状のダイパッド11、及び、半導体素子31に電気接続するリード12を備えている。
基準面21aの面積は、半導体素子31が接合される領域(接合領域)の面積よりも十分に大きく設定されている。本実施形態では、半導体素子31の接合領域が基準面21aの中央部分に設定されている。
複数の凸部22は、それぞれの頂部が互いに離間するように配置されている。さらに、複数の凸部22は、互いに間隔をあけて配列され、特に基準面21aに沿って縦横に間隔をあけて配列されている。これにより、基準面21aを底面とした溝部23が、平面視で格子状に形成されている。なお、図1を参照すると、平面視矩形状とされた各凸部22の辺が、縦あるいは横に延びる溝部23の延在方向に平行しているが、これに限ることはない。
さらに、本実施形態では、基準面21aのうち半導体素子31の接合領域(半田が塗布される塗布領域)において、単位面積当たりの複数の凸部22の形成領域が、該形成領域を除く基準面21aの残部領域(溝部23の底面の領域)よりも小さく設定されている。また、半導体素子31の接合領域において、単位面積当たりの複数の凸部22の頂面の面積が、基準面21aの残部領域の面積よりも小さく設定されている(例えば図3参照)。
薄板部26は、リード12が隣り合せて配されるダイパッド11の一端と反対側に位置するダイパッド11の他端をなしている。この薄板部26は、基準面21aよりも高さ位置を低く設定した段差面26cを有する。
なお、図示例では、二つのリード12のうち一方のリード(第一リード12A)の幅寸法が、他方のリード(第二リード12B)の幅寸法よりも小さく設定されているが、これらリード12の幅寸法は、製造後の半導体装置30(図4〜6参照)において各リード12に流す電流の大きさに応じて適宜変更されてよい。
また、連結フレーム部13は、平面視したダイパッド11の他端にも連結されている。すなわち、連結フレーム部13は、ダイパッド11の両端を支持するように構成されている。
半導体装置30を製造する際には、はじめに、上記構成のリードフレーム1を用意する(準備工程)。この工程では、複数の凸部22が、例えば凸部22形成用の凹部が複数形成された所定の金型(不図示)をダイパッド11に押し付けるパンチング加工により形成される。この場合、金型に形成される凹部の大きさ(深さ寸法)は、形成後の凸部22の高さがダイパッド11の厚みの1/30以下となるように設定される。なお、複数の凸部22の形成は、銅板等の導電性を有する板材にダイパッド11、リード12等を形成するためのプレス加工において同時に行われてもよいし、この加工の前後において実施されてもよい。
第一の方法は、溶融半田をベース部21の基準面21a上に供給し、この基準面21a上の溶融半田をスパンカー(不図示)により叩いて所望の領域(例えば半導体素子31の接合領域)まで濡れ広がらせた後に、溶融半田上に半導体素子31を載置することで、半導体素子31をダイパッド11に接合する方法である。この方法では、溶融半田をベース部21の基準面21a上に供給する際、及び、溶融半田をスパンカーにより叩く際に、溶融半田がベース部21の基準面21a上において濡れ広がるが、凸部22が無い場合と比較して、前述した溶融半田の表面張力によって溶融半田の濡れ広がりが抑制される。
なお、折り曲げ工程では、図5に示すように、封止樹脂33から延出するリード12の他端部28のうち延出方向先端部が、リード12の一端部27よりも低く位置してダイパッド11の下面21bと共に同一平面をなすように、リード12の他端部28が折り曲げられる。
本実施形態の半導体素子31は、前述したように、上面にゲート電極及びソース電極を有し、下面にドレイン電極を有するMOSFETである。そして、半導体素子31の下面が半田35によってダイパッド11に接合されることで、半導体素子31のドレイン電極がダイパッド11に電気接続されている。なお、図示例では、半田35が凸部22の頂部と半導体素子31との間にも介在しているが、これに限ることはなく、例えば半導体素子31の下面が凸部22の頂部に接触していてもよい。
また、封止樹脂33は、ベース部21の基準面21aのうち半導体素子31の接合領域の周囲の領域(周囲領域)も封止しており、周囲領域に形成された複数の凸部22に係合している。
そして、この半導体装置30では、その動作時に半導体素子31に大電流が流れて半導体素子31に大きな熱が発生するが、この半導体素子31の熱は、主に半田35及びダイパッド11を介して実装基板(外部)に逃がすことができる。
さらに、複数の凸部22が半導体素子31の接合領域の周囲の領域にも形成されていることで、封止樹脂33が複数の凸部22に係合するため、ダイパッド11に対する封止樹脂33の密着性向上を図り、封止樹脂33がダイパッド11から剥離することをさらに抑制できる。
さらに、半田35の厚みが一定になることで、半導体素子31の熱を半導体素子31の下面全体から偏りなくダイパッド11に逃がすことが可能となる、すなわち、半導体装置30の信頼性低下を防止しながら、放熱性の低下も防ぐことができる。
次に、図7を参照して本発明の第二実施形態について説明する。
この実施形態では、第一実施形態のリードフレーム1と比較して、ダイパッド11に形成される凸部22の一部形状のみが異なっており、その他の構成については、第一実施形態と同様である。本実施形態では、第一実施形態と同様の構成については同一符号を付す等して、その説明を省略する。
また、張出部22Bは、凸部22の頂面22aの一部をなすように形成されている。凸部22の頂面22aは、第一実施形態の場合と同様に、ベース部21の基準面21aに平行する平坦面となっている。
ただし、準備工程においては、例えば図7(b)に示すように、第一実施形態と同様の凸部22(張出部22Bのない凸部22)をパンチング加工により形成した後に、凸部22に押し付けられる押付面50aが平坦なパンチング金型50により、凸部22の頂部を押し潰すことで張出部22Bが形成される。
また、凸部22の頂部に張出部22Bが形成されていることで、半導体素子31をダイパッド11に接合する接合工程において凸部22に対する溶融半田の接触面積が増加するため、溶融半田の濡れ広がりをさらに抑制できる。
また、凸部22の頂部に張出部22Bが形成されていることで、封止樹脂33を張出部22Bとベース部21の基準面21aとの間に入り込ませることができるため、製造後の半導体装置30において封止樹脂33がベース部21の基準面21aから上方に剥離することを確実に防止できる。
凸部22の頂面22aは、例えば図8(a)に示すように、その中央部分が基準面21aに向けて窪む窪み面となっていてもよい。なお、図示例の窪み面は、角部を有する断面V字状となっているが、例えば角部がなく丸みを帯びた断面U字状となっていてもよい。このような形状の凸部22を形成する場合には、例えば図8(b)に示すように、張出部22Bを形成するためのパンチング金型50の押付面50aを、凸部22側に膨出する膨出面とすればよい。なお、図示例では膨出面が断面V字状となっているが、例えば断面U字状であってもよい。
凸部22の頂面22aが窪み面となっている場合には、張出部22Bを含む凸部22の頂部の周縁部分を封止樹脂33により挟み込むことができるため、凸部と封止樹脂との係合を強化することができる。
例えば、凸部22は、上記実施形態のように錐台形状に限らず、例えば角錐や円錐等の錘形状、角柱や円柱等の柱形状であってもよい。
また、ダイパッド11は、板厚が異なる厚板部25及び薄板部26によって構成されているが、例えば板厚が均一の板状に形成されてもよい。
さらに、上記実施形態では、半導体素子31とリード12とがワイヤー32によって電気接続されるが、少なくとも導電性を有する接続子によって電気接続されればよく、例えば導電性の板材によって接続されてもよい。
11 ダイパッド
12 リード
21 ベース部
21a 基準面
22 凸部
22a 頂面
22B 張出部
23 溝部
30 半導体装置
31 半導体素子
32 ワイヤー(接続子)
33 封止樹脂
35 半田
Claims (8)
- 半田により半導体素子を接合する板状のダイパッドと、前記半導体素子に電気接続するリードと、を備え、
前記ダイパッドが、基準面を有するベース部と、前記基準面から突出してそれぞれの頂部が互いに離間するように配置された複数の凸部と、を有し、
前記凸部が、前記基準面側から前記凸部の頂部に向かうにしたがって先細る錐形状に形成され、
前記凸部の頂部に、該凸部の突出方向の側方に張り出す張出部が形成され、
前記凸部の頂面は、その中央部分が前記基準面に向けて窪む窪み面となっていることを特徴とするリードフレーム。 - 半田により半導体素子を接合する板状のダイパッドと、前記半導体素子に電気接続するリードと、を備え、
前記ダイパッドが、基準面を有するベース部と、前記基準面から突出してそれぞれの頂部が互いに離間するように配置された複数の凸部と、を有し、
前記凸部が、前記基準面側から前記凸部の頂部に向かうにしたがって先細る錐形状に形成され、
前記凸部の頂部に、該凸部の突出方向の側方に張り出す張出部が形成され、
前記凸部の頂面は、その中央部分が上方に膨らむ膨出面となっていることを特徴とするリードフレーム。 - 前記凸部が平面視矩形状に形成されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のリードフレーム。
- 複数の前記凸部が前記基準面に沿って縦横に間隔をあけて配列され、
前記基準面を底面とした溝部が、平面視で格子状に形成されることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のリードフレーム。 - 複数の前記凸部が互いに間隔をあけて配列され、
前記基準面のうち前記半導体素子が接合される接合領域において、単位面積当たりの複数の前記凸部の形成領域が、該形成領域を除く前記基準面の残部領域よりも小さいことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のリードフレーム。 - 前記基準面から突出する前記凸部の高さは、前記ダイパッドの厚みの1/30以下であることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のリードフレーム。
- 請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のリードフレームを用いて製造される半導体装置であって、
前記ダイパッドと、半田により前記ベース部の基準面上に接合された半導体素子と、該半導体素子に電気接続されたリードと、これらダイパッド、半導体素子及びリードを封止する封止樹脂と、を備えることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のリードフレームを用いて半導体装置を製造する製造方法であって、
前記リードフレームを用意する準備工程と、半田により半導体素子を前記ベース部の基準面上に接合する接合工程と、前記半導体素子と前記リードとを電気接続する接続工程と、前記半導体素子、前記ダイパッド及び前記リードを封止樹脂により封止する樹脂封止工程と、を備え、
前記接合工程において、前記半田を溶融させた状態で前記半導体素子を前記ダイパッドに接合することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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