JPH0774287A - ヒートシンク付き半導体装置及びそのヒートシンクの製造方法 - Google Patents
ヒートシンク付き半導体装置及びそのヒートシンクの製造方法Info
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Abstract
るヒートシンクの安価で高品質な構造及び製造方法を提
供する。 【構成】リードフレーム1のリードで形成された空間内
に配設されそのボンディングパッドがワイヤ5によりリ
ードにそれぞれ接続された半導体素子3と、外周がリー
ドと重なる大きさに形成された高熱伝導性の材料からな
り、中央部に直接半導体素子3が配設された凸型状のヒ
ートシンク4aと、リード上に配設され半導体素子をヒ
ートシンクに接着・固定する絶縁物2と、リードの一部
及びヒートシンクの凸部頂上面を残して樹脂封止したパ
ッケージ6とからなるヒートシンク付き半導体装置であ
って、絶縁物2はリードの一部を覆い、ヒートシンク4
の外周端縁に接する内側面に沿うテープ形状のものと
し、ヒートシンク4はその凸部頂上部がその側面部の最
小面積より大きく、側面部がえぐれた形状を有する。
Description
装置及びそのヒートシンクの製造方法に関し、特に放熱
体として使用する凸型(正確には凸字型)ヒートシンク
の放熱面を露出させて放熱性及び装置信頼性の向上を図
ったヒートシンク付き半導体装置及びそのヒートシンク
の製造方法に関するものである。
高消費電力化に伴い、廉価で低熱抵抗のプラスチック・
パッケージの要求が高まっている。これに対処する手法
として、材料の面からは、リードフレームや封止用樹脂
の高熱伝導化があり、構造の面からは、リードフレーム
・デザインの変更やヒートシンクすなわち放熱体の付加
によるものが鋭意検討乃至実施中の情況にある。これら
の手法の各利害特質の説明は専門書に譲るが、ヒートシ
ンクの付加によるパッケージの低熱抵抗化は、消費電力
が1チップ当り2W程度までのLSIに対するものとし
て、近い将来を含めて現状に即した最もオーソドックス
な対策と考えられる。
シンク付き半導体装置のパッケージ構造を模式的に示す
要部断面図である。図14において、1はリードフレー
ムの各リードであり、多数のリードが配列されていて中
央のリード先端部では四角い空間部を形成している。そ
して、凸状体の高熱伝導性金属例えば無酸素銅からなる
ヒートシンク4(構造については後述)がその底辺の周
辺部でポリイミド等の絶縁板2によって各リード1の上
に接着・固定されている。ヒートシンク4の底辺中央部
には、接着剤等により半導体チップ(半導体素子)3が
前記空間部の位置で取り付けられており、半導体チップ
3のボンディングパッド(図示せず)とこれに対応する
各リード1とはそれぞれワイヤ5により接続されてい
る。
続され前記空間部の位置で取り付けられた半導体チップ
3は、各リード1の一部(例えば外側部分)及びヒート
シンク4の一部(例えば突起部頂上面)を残してエポキ
シ樹脂等の封止用プラスチックにより封止されてパッケ
ージ6が形成される。そして、パッケージ6から突出し
た各リード1は所定の形状に折り曲げられて装置の端子
として形成され、ヒートシンク付き半導体装置の形成が
終了する。上述の構成によって、半導体チップ3の使用
状態においてこれから発生した熱は低熱抵抗体(高熱伝
導体)のヒートシンク4を介して効率よく上述の突起部
頂上面に達し、ここで空冷により外部に放出されるよう
になっている。
大断面図である。従来の凸型状のヒートシンク4は切削
や圧延を併用して製作されている。このため、たとえ図
に示される凸状体がその突起部の側面が垂直な完全な凸
状体が得られるものとして製作されても、図のA部、B
部にみられるように、切削又は圧延による加工歪み又は
加工不良によって、A部のように角面が曲面状になった
り、B部のように不規則な切断ばりが発生した状態にな
っている。切断ばりは後工程で除去可能であるが、角の
曲面はそのまま使用しているのが普通である。
ートシンク付き半導体装置及びそのヒートシンクの製造
方法では、特にヒートシンクを機械加工で製造している
ため、突起部の頂上面の平坦度や平行度がだしづらく、
ヒートシンクの突起部端縁角面が曲面になっている。そ
のため、この端縁角面近傍の突起部頂上面が多少だれ下
がりぎみに傾斜しており、かつ側面部の上部の曲面の曲
率が特に大きい場合には、樹脂封止時、樹脂が前記の傾
斜部に回り込んでのったりするので、封止樹脂とヒート
シンクとの界面剥離が生じ易くなり、この型の半導体装
置の信頼性を損なうといった問題があつた。また、従来
のヒートシンクは、マクロ的な構造からも封止樹脂との
密着性が悪く、このためのトラブルにより半導体装置の
信頼性を低下させるといった問題があった。さらに、装
置製造の際、特にワイヤボンディング時にヒートシンク
面が光沢を有するので、ボンディング装置においてリー
ドフレームのリードの自動認識ができずらい上に、絶縁
板が弾力があって歪むので、ボンディング品質が安定し
ないという問題があった。
れたもので、放熱体一部露出型のヒートシンク付き半導
体装置のパッケージングにおいて、安定したワイヤボン
ディングとその高信頼性が可能で、かつ安価でしかも高
放熱特性を有するヒートシンク付き半導体装置及びその
ヒートシンクの製造方法を提供することを目的とするも
のである。
ク付き半導体装置は、空間部及び複数のリードを有する
リードフレームの前記の空間部内に配設された半導体素
子と、複数のリードと半導体素子に設けられた複数のパ
ッドとを各々電気的に接続するワイヤと、高熱伝導性の
材料からなり、リードの一部と重なる大きさに形成され
半導体素子が載置される底面と底面とは反対面に突起し
た突起部とからなり、突起部の頂上面の一辺の長さを突
起部における所定部分の対向する1対の側面間の距離よ
り大きく形成した凸型ヒートシンクと、リードと凸型ヒ
ートシンクとを各々所定距離離し、かつリードと底面と
の重なる間の一部を接合するように配設された絶縁物
と、リード、半導体素子、ワイヤ及び頂上面を除く凸型
ヒートシンク及び絶縁物を封止する樹脂とからなるもの
である。ここで、絶縁物が配設される位置は、凸型ヒー
トシンクの底面の全辺に沿うものであってもよく、また
例えば長方形タイプのパッケージの場合に使用して好適
な長方形の凸型ヒートシンクの底面に対しては、その相
対する短辺部の2つの辺のみに沿うものであってもよ
い。
銅、アルミニウム、銀又は金の単体、あるいはこれら各
金属元素を主成分とする合金からなるものであることが
望ましく、経済性を考慮すれば、特に銅を使用するのが
好適である。また、ヒートシンクの突起部側面部がその
部分の横断面の少なくとも最小の面積が突起部頂上面の
面積より小さくかつ曲線状にえぐれた形状となっている
構造は湿式エッチングによって製作されたものであり、
ヒートシンクの突起部頂上面の表面粗さを30um以下と
し、突起部表面とその裏面の面平行度は30um以下とな
っている。さらに、ヒートシンクはその表面にアルカリ
酸化処理による暗色表面処理層を有することことが好ま
しい。
形状で、かつその中央に凸字状の突起部を持ち、突起部
頂上面を除く底面部分の対称位置に、厚さ方向に貫通す
る複数個の穴を有するのがよい。ただし、このヒートシ
ンクの突起部頂上面と底面の面形状は互いに異なるもの
であってもよく、突起部頂上面の例えば四角面状のコー
ナー部は欠けた状態のものであってもよい。
配設位置にはこの半導体素子のチップ面積より大きい銀
めっき面を設けておいてもよい。そして、半導体素子の
接地電位用パッドから銀めっき面に接続するワイヤと銀
めっき面からリードに接続するワイヤとを有するワイヤ
接続としてもよく、また、半導体素子の接地電位用パッ
ドからリードに接続するワイヤと銀めっき面から同じリ
ードに接続するワイヤとを有するものであってもよく、
さらに、半導体素子の接地電位用パッドからリードに接
続するワイヤを有するとともに、同じリードから銀めっ
き面に接続するワイヤを有するものとしてもよい。ま
た、ヒートシンクの突起部頂上面はパッケージングの
後、半田めっきにより加工処理されたものとしてもよ
い。
体装置のヒートシンクの製造方法は、高熱伝導性の材料
からなりヒートシンク付き半導体装置に使用する凸状体
のヒートシンクの厚さに等しい素材の一つの面に凸状体
の突起部頂上面の面積と等しい小レジスト膜を所定の間
隔をもつて配設し、素材の他の面の小レジスト膜に対応
する位置に凸状体の底面の面積と等しい大レジスト膜を
所定の間隔をもつて配設し、大レジスト膜及び小レジス
ト膜をマスクとして素材の両面から湿式エッチングを行
い、大レジスト膜間の所定の間隔下の素材の部分が分離
されるまでエッチングして個々のレジスト付き凸状素材
を形成し、このレジスト付き凸状素材の大レジスト膜及
び小レジスト膜を除去して個々の凸状ヒートシンクを形
成するものである。
導体装置のヒートシンクの他の製造方法は、高熱伝導性
の材料からなりヒートシンク付き半導体装置に使用する
凸状体のヒートシンクの厚さに等しい素材の一つの面に
凸状体の突起部頂上面の面積と等しいレジスト膜を所定
の間隔をもつて配設し、素材の他の面の全面にレジスト
膜を形成し、素材のレジスト膜をマスクとして素材の上
記一つの面側から湿式エッチングを行い、素材の所定厚
さまでエッチングして相連結するレジスト付き凸状素材
を形成し、このレジスト付き凸状素材のレジスト膜を除
去した後、エッチング領域を均等分割して個々の凸状ヒ
ートシンクを形成するものである。
のヒートシンクの製造方法において、素材は無酸素銅を
使用し、湿式エッチングには塩化第二鉄のエッチング液
を使用するのが好適である。また、大レジスト膜を形成
する前に、ヒートシンクの半導体素子の接着・固定位置
に銀めっき面を形成しておくことが望ましい。そして、
素材の他の面の全面にレジスト膜を形成する前に、ヒー
トシンクの半導体素子の接着・固定位置に銀めっき面を
形成しておくと好都合である。
部に半導体素子を設定し、半導体素子のボンディングパ
ッドとリードフレームのインナーリードとを金線等のワ
イヤにて接続した後、樹脂等で封止してなる半導体装置
において、通常のダイパッドの代りとして銅等の熱伝導
性の良いヒートシンクを用い、その一部を半導体装置外
部に露出するヒートシンク付き半導体装置のヒートシン
クの形状が凸型をしており、かつその突起部側面がえぐ
れている構造となっているから、ヒートシンクのえぐれ
た部分に封止樹脂がたまり込むので、封止樹脂の密着
性、強固性が高められる。また、ヒートシンク表面に黒
化処理等の暗色表面処理を施しているため、ワイヤボン
ディングの際、ボンディング装置によるリード認識が容
易で安定したボンディングが可能となる。また、黒化処
理によりヒートシンクと封止樹脂との密着性も向上し、
半導体装置の信頼性を高める。
を施すことにより、貫通穴に封止樹脂が回りこみ、リー
ドフレームを挾む封止樹脂がこの穴を介して繋がるの
で、ヒートシンク樹脂との密着性が向上し、信頼性の高
いパッケージが得られる。そして、ヒートシンクの底面
の半導体素子配設位置にこの半導体素子のチップ面積よ
り大きい銀めっき面が設けられている場合は、半導体素
子の接地電位用パッドから銀めっき面に接続するワイヤ
と銀めっき面からリードに接続するワイヤとを有するワ
イヤ接続が可能である。その他、半導体素子の接地電位
用パッドからリードに接続するワイヤと銀めっき面から
同じリードに接続するワイヤとを有する接続や、半導体
素子の接地電位用パッドからリードに接続するワイヤを
有するとともに、同じリードから銀めっき面に接続する
ワイヤを有する接続も可能となる。また、ヒートシンク
の突起部頂上面が半田めっきにより加工処理されたもの
では、パッケージングの後のヒートシンクの保護膜とし
て機能する他に、他の所要部材の接続が可能となる。ま
た、ヒートシンク突起部形状をエッチングにより製作す
ることにより、ヒーシシンクに機械ストレスを与えるこ
とがなくなり、このため、ヒートシンクの形状制度が安
定する。また、エッチングによる製作によって、突起部
頂上面の表面粗さを30um以下とし、突起部頂上面とそ
の裏面の面平行度を30um以下となるようなヒートシン
ク形状を得ることが可能となる。このため、ヒートシン
ク露出面に封止樹脂が回り込んで被着されるようなこと
がなくなる。
ク付き半導体装置の一実施例を模式的に示す要部説明図
である。図1の(a)はその断面図、図1の(b)は図
1の(a)で使用したヒートシンクの要部断面図であ
る。まず、図1の(a)において、1はリードフレーム
の各リード、4aは無酸素銅等の高熱伝導性の材料から
なる凸字状のヒートシンクであり、その周辺部分におい
てポリイミド等の絶縁テープ2aで各リード1の上に接
着固定されている。3はヒートシンク4a上に接着剤等
により取り付けられた半導体チップであり、半導体チッ
プ3に設けられたボンディングパッドとこれに対応する
各リード1とは、それぞれ金線等のワイヤ5により接続
されている。上記のようにして、多数の各リード1に接
続された半導体チップ3は各リード1の一部及びヒート
シンク4aの突起部頂上面を残してエポキシ等のプラス
チックにより封止されてパッケージ6として形成されて
いる。そして、パッケージ6から外側に突出した各リー
ド1が所定の形状に折り曲げられて装置端子が形成され
て、放熱体露出型のヒートシンク付き半導体装置が構成
されるようになっている。つまり、図1の(a)に示さ
れる実施例装置は、各リード1上に絶縁テープ2aを介
して半導体チップ3を接着固定し、半導体チップ3のボ
ンディングパッド(図示せず)とインナーリードとを金
線等のワイヤ5にて接続した後、樹脂等で封止してなる
半導体装置で、従来から半導体チップ3を固定している
ダイパッドの代わりに、金属等からなる熱伝導性の良い
ヒートシンクを用いて半導体チップ3を固定し、そのヒ
ートシンクを半導体装置外部に露出するように設置して
構成したヒートシンク付き半導体装置である。そして、
この場合、熱伝導性のよいヒートシンクの材料は銅、ア
ルミニウム、銀又は金の単体、あるいはこれら各金属元
素の主成分合金からなるものであることが望ましく、経
済性を考慮すれば、特に銅を使用するのが好適である。
トシンク4aは、後述のように湿式のエッチングによっ
て形成されるが、ヒートシンクの厚さ方向の断面をみた
場合、突起部頂上面幅Xに対して、突起部側面幅YはX
>Yとなるよう突起部側面が内側にえぐれているように
製作されている。また、ヒートシンク4aの各A、B及
びC面、すなわちそれぞれ突起部頂上面、突起部側面及
び底面については、A面及びC面の粗さは30um以下と
なるよう製作されている。また、A面及びC面の平行度
については、30um以下となるよう製作されている。B
面については、特に鏡面にする必要はないが50um程度
の粗さであればよい。
ンクの他の実施例を示す模式説明図である。図2の
(a)は、例えば実施例1で用いた凸字状のヒートシン
ク4aの全表面に黒化処理等の暗色処理層7を有するヒ
ートシンク4bの一部断面図であり、図2の(b)は、
上述のヒートシンク4bを用いて形成したヒートシンク
付き半導体装置のパッケージ工程前の要部平面図であ
る。図2において、1はリードフレームの各リード、4
bは暗色処理層7を有するヒートシンクであり、ポリイ
ミド等の絶縁テープ2aで図1の場合と同様に接着固定
されている。3はヒートシンク4b上に接着剤により取
り付けられた半導体チップであり、半導体チップ3に設
けられたボンディングパッド(図示せず)とこれに対応
する各リード1とは、それぞれワイヤー5により接続さ
れている。
ている暗色処理層7は、例えばメルテックス(株)の
「エボノール(商品名)」にヒートシンク4aを数秒間
浸漬して表面に酸化処理を施すことによって得られたも
のである。暗色処理層7を有するヒートシンク4bのよ
うに表面を例えば黒色化処理等の暗色化処理したことに
より、パッケージの際の樹脂の密着性が向上し、またワ
イヤボンディングにおけるボンディングマシンのリード
認識が容易になるばかりでなく、腐蝕されやすい銅等の
表面劣化を防止することが可能となる効果が得られる。
つの重要な特徴は、各リード1とヒートシンク4a,4
bを接着するのに比較的幅の狭い絶縁テープ2aを用い
ていることである。ここで、使用した絶縁テープの効用
について、以下図3、図4の断面説明図を用いて説明す
る。図3はワイヤボンディングの有様の一例を示すもの
で、リード押え15により各リード1の先端部を押えて
圧下させると、各リード1は絶縁テープ2aがテープ状
の幅狭いものであるから、この絶縁テープ2aを支点と
して先端部がヒートシンク4aに当接し、各リード1を
固定させる。従って、この状態でワイヤ5を安定してボ
ンディングすることができる。ボンディングが終ってリ
ード押え15を離して元へ戻すと、図4に示すように、
各リード1はその弾性により元の水平な状態に戻って保
持され、各リード1とヒートシンク4aとの間は絶縁テ
ープ2aにより絶縁されるようになる。以上のようにし
て、ヒートシンク4aと各リード1とを絶縁・固定する
のに絶縁テープ2aを用い、実施例2で示したように、
ヒートシンク4aの表面に暗色処理層7を設けたので、
パッケージの際の樹脂の密着性が向上し、また、ワイヤ
ボンディングにおけるボンディングマシンのリード認識
が容易になった。ここで、絶縁テープ2aの配設態様に
ついて検討する。図2の(a)にみられるヒートシンク
4bのように底面が例えばほぼ四角形状の場合は、この
底面の全ての底辺(この場合4辺)に沿うような絶縁テ
ープ2aを使用している。しかし、図16の(a),
(b)に示したヒートシンク4aのように、長方形のパ
ッケージに使用すると好適な長方形状のヒートシンクの
場合は、一般にリード1の長さがその辺によって変わる
ので、リードの長くなる側の辺(ここではヒートシンク
の短辺)にのみ絶縁テープ2aを配設するのが好都合で
ある。すなわち、この構成により絶縁テープ2aが長い
リード1を支持するから、リードの長さをかせぐことが
できる。また、信頼性、耐湿性の面からこの絶縁物は量
的に少ない方がよいという前提条件を満たすのに好都合
である。すなわち、今述べたことを敷衍すると、このよ
うな絶縁物の配設態様を利用して、場合によっては例え
ば4方向のみでなく2方向にのみリードを使用すること
も可能であり、適宜必要に応じた箇所に絶縁物を設ける
ことができるという利点がある。
図2の(a)にみられるように、ヒートシンク4bの全
表面に暗色処理層7が形成されているが、暗色処理層7
は必ずしもヒートシンク4bの全表面にある必要はな
く、望ましくはヒートシンク4bの樹脂接着面と半導体
素子の搭載面に形成してあればよい。また、図2の
(b)にみられるように、ヒートシンク4a,4bの突
起部頂上面と底面は同じ四角形のものを示しているが、
これらは同じ形状である必要はなく、例えば底面が四角
である時でも、突起部頂上面の四隅が曲線又は直線的に
削られたようなものであっても差支えない。
ンクの別の実施例を示す模式説明図であり、図は貫通穴
を有するヒートシンクを用いた半導体装置の要部平面図
を示している。図5において、1は各リード、4cは凸
字状のヒートシンクであり、両者はポリイミド等の絶縁
テープ2aで前述の方式と同様に接着固定されている。
3はヒートシンク4c上に接着剤により取り付けられた
半導体チップであり、半導体チップ3に設けられたボン
ディングパッドとこれに対応する各リード1とは、それ
ぞれワイヤー5により接続されている。また、8は四角
形状のヒートシンク4cの例えば四隅の対称位置のヒー
トシンク4cの突起部以外の場所に設けられた貫通穴で
あり、絶縁テープ2aと各リード1の先端との間に設け
られているが、穴の数や形状は適宜任意でよい。このよ
うに、貫通穴8を有するヒートシンク4cを本発明の構
成に採用することにより、パッケージの際貫通穴8を介
して封止樹脂が注入されるので、封止樹脂とヒートシン
クとの密着性を向上させることができる。同時に、リー
ドフレームを挾んでパッケージを構成する上下の樹脂が
貫通穴8を介して隙間なく注入されしっかりとつながっ
てモールドされるので、強固なパッケージ6を形成する
のに効果がある。
付き半導体装置に用いるヒートシンクの製造方法の一実
施例を示す工程説明図である。図6の(a)〜(c)の
工程断面図順にその製造手順を説明する。まず、図6の
(a)において、形成しようとするヒートシンクの板厚
と同じ厚さの例えば無酸素銅等の素材(金属板)9の一
面(図の上面)に、凸字状の突起部を形成するために小
レジスト膜10を所定の間隔をもつて配設し、さらに素
材9の他の面(図の下面)の小レジスト膜10に対応す
る位置に凸型ヒートシンクの底面を形成するための大レ
ジスト膜11を所定の間隔をもつて配設する。次いで、
図6の(b)に示すように、大レジスト膜11及び小レ
ジスト膜10をマスクとして素材9の両面から例えば塩
化第二鉄を主成分とするエッチング液による湿式エッチ
ングを行い、大レジスト膜11間の所定の間隔下の素材
9の部分が分離されるまでエッチングして、個々のレジ
スト付き凸状素材9aを形成する。さらに、図6の
(c)に示すように、レジスト付き凸状素材9aの大レ
ジスト膜11及び小レジスト膜10を通常の方法で除去
することにより個々の凸型ヒートシンク4aが形成され
る。
はエッチングのみでヒートシンクを製作する製造方法を
示したものである。そして、本実施例工程のような湿式
エッチングでは、よく知られている等方的なエッチング
が行われるので、上下のエッチング側面は周知のアンダ
ーカット状になるので、突起部側面は曲面的にえぐられ
た形状のものとなる。そのため、図1の(b)で説明し
たようなX>Yの条件を満足する突起部が形成される。
そして、上下面はマスクされているのでエッチングされ
ないから素材9の初めの上下面が保存され、ヒートシン
ク4aの各A、B及びC面(図1の(c)参照)、すな
わちそれぞれ突起部頂上面、突起部側面及び底面につい
ては、A面及びC面の粗さは30um以下が達成される。
また、A面及びC面の平行度も、30um以下が保たれて
いる。また、B面も50um程度の粗さで形成されること
が保証される。
の製造方法の他の実施例を示す工程説明図である。図7
の(a)〜(d)の工程断面図順にその製造手順を説明
する。まず、図7の(a)に示すように、形成しようと
するヒートシンクの厚さに等しい無酸素銅等の素材9の
一つの面にヒートシンクの突起部を形成するための小レ
ジスト膜10を所定の間隔をもつて配設し、他の面の全
面にはレジスト膜12を形成する。ついで、図7の
(b)のように、小レジスト膜10をマスクとして素材
9の上記一つの面側から前述と同様な湿式エッチングを
行い、素材9の厚さの例えばほぼ半分までエッチングし
て突起部が形成された相互に連結したままのレジスト付
き凸状素材9bを形成する。さらに、図7の(c)のよ
うに、このレジスト付き凸状素材9bの小レジスト膜1
0及びレジスト膜12を除去した後、図7の(d)のよ
うに、エッチング領域をプレス加工あるいは切削加工等
の機械加工により均等分割して、個々の凸状ヒートシン
ク4aを形成する。この時、プレス加工はヒートシンク
凸部側の面もしくは裏面のどちらから実施してもよい。
方法として、本実施例では湿式エッチングと機械加工を
併用する方法を示したが、この場合は一つの面側からの
みエッチングを行うので、エッチング深さつまり凸部の
高さを任意に設定できる点に特長がある。この点は、実
施例4の場合はエッチングが両面から行われるために、
凸部の高さを所期の値に設定するには上下面のマスク相
互の間隔を調整しなければならないという工程前のチェ
ックを要するのと比較すると、対照的な利点ということ
ができる。その他、形成されるヒートシンクの形状、精
度等についての特徴や効果は、実施例4で説明した通り
である。
いては、ヒートシンク4aは厚さH(凸字状体の高さに
相当)が1.6mmのものを使用している。そして、パ
ッケージ6の厚さPは3.35mmである。また、リー
ドフレームの各リード1の厚さFは0.125〜0.1
5mmであるが、通常は0.15mmのものを使用して
いる。そして、絶縁テープ2aの位置から各リード1の
先端部までのリードの長さLは最低2.5mmである。
さらに、ポリイミドフィルム等からなる絶縁テープ2a
の厚さTは0.05mm、0.075mm及び0.12
5mmの3種類のものがあるが、主として0.05mm
及び0.075mmのものを使用している。上述の実施
例寸法から、ヒートシンクの厚さHは、絶縁テープの厚
さを無視すれば、次式で表すことができる。 H=(P−F)/2
4,5で説明したヒートシンクの製造方法を応用して、
半導体チップ取り付け場所に銀(Ag)めっき面を有す
るヒートシンクの実施例とその構成及び効能について説
明する。図8は銀めっき面を有するヒートシンクを製造
する際の第1段階(図6の(a)工程に対応する段階)
の状態を示す断面図である。図に示したように、大レジ
スト膜11を素材9の所定の位置に形成する前に、ま
ず、得ようとするヒートシンクの半導体チップ3の取り
付け位置を基準として、所定面積の銀めっき面13を形
成する。この所定面積は一般に半導体チップ3の占める
面積の例えば4〜9倍程度と半導体チップ3の面積より
大きく取っておくのが望ましい。銀めっき面13の形成
後、大レジスト膜11と、この取り付け面の反対面に前
述の小レジスト膜10を形成する。その後は、実施例4
の形成方法と同様な湿式エッチングを行った後、レジス
トを除去することにより、本発明による銀めっき面13
を備えたヒートシンク4aが得られる。
ヒートシンクを用いて形成したヒートシンク付き半導体
装置のパッケージング前の有様を示す断面図であり、図
9の(b)はその平面図である。図9の(a),(b)
において、13はヒートシンク4aの半導体チップ3の
取り付け位置面を中心に形成された銀めっき面であり、
ワイヤ5aを除く他の構成は図1の実施例装置等で示し
た半導体装置のそれと同様である。本実施例装置の特徴
は、半導体チップ3に設けられている幾つかの接地用の
ボンディングパットから取り出すワイヤ5aを直接銀め
っき面13に接続することにより、銀めっき面13を接
地用として共用化でき、その共用化された分のリードを
他に利用できる。なお、本実施例では、銀めっき面13
を有しかつ暗色処理層7を施しているヒートシンク4b
の場合についてワイヤ接続の態様を説明した。しかし、
暗色処理層7を施していないような例えば銀めっき面1
3を備えたヒートシンク4aを使用した場合であって
も、同様の効果が得られることはいうまでもない。
を有するヒートシンクを用いて形成した他の実施例装置
のパッケージング前の有様を示す断面図であり、図10
の(b)はその平面図である。図10の(a),(b)
において、13はヒートシンク4bの半導体チップ3の
取り付け位置面を中心に形成された銀めっき面であり、
ワイヤ5bを除く他の構成は図9の実施例装置等で示し
た半導体装置のそれと同様である。本実施例において、
ワイヤ5bは銀めっき面13(ヒートシンク4b)から
少数のリード1に直接接続するワイヤ、ワイヤ5aは図
9の場合と同様に半導体チップ3の複数の接地パッドか
ら銀めっき面13へ直接接続するワイヤである。銀めっ
き面13を利用したこのワイヤ接続構成によって、半導
体チップ3に設けられている幾つかの接地用のボンディ
ングパッドから取り出すワイヤ5aを直接銀めっき面1
3に接続することにより、その分のリード1を他に利用
できるばかりでなく、例えば半導体チップ3上の複数の
接地用パッドからヒートシンク4b面にボンディング
し、少数のリード1にヒートシンク4bからワイヤボン
ィングすることにより、接地電位が安定し、かつ少数リ
ードで多くの接地点をとることができるという利点が得
られる。なお、図10の(a)では、各リード1から半
導体チップ3のボンディングパッドへ接続する通常のボ
ンディング用のワイヤ5の図示は省略している。
るヒートシンクを用いて形成した他の実施例装置のパッ
ケージング前の有様を示す断面図であり、図11の
(b)はその平面図である。図11の(a),(b)に
おいて、ワイヤ5bを除く他の構成は図9及び図10の
実施例装置で示した半導体装置のそれと同様である。図
11のワイヤ接続構成では、接地用のリード1からヒー
トシンク4bの銀めっき面13にワイヤ5bでボンディ
ングすると共に、半導体チップ3の複数の接地用パッド
にワイヤ5で接続している。しかも接続の順番として
は、接地用パッドと銀めっき面13を比べた場合、最初
にリード1から近くの銀めっき面13と接続し、その後
に、リード1から遠くの接地用パッドに接続するように
なっている。このワイヤ接続構成により、半導体チップ
3の裏面電位を接地電位に合わせられる利点が生ずると
共に、図10の実施例装置に比して、例えばワイヤ5a
の上部の折れ曲がり変形が緩やかになるので、ボンディ
ング品質がより優れたものとなる。
するヒートシンクを用いて形成した別のの実施例装置の
パッケージング前の有様を示す断面図であり、図12の
(b)はその平面図である。図12の(a),(b)に
おいて、ワイヤボンディングの態様を除く他の構成は図
10及び図11の実施例装置で示した半導体装置のそれ
と同様である。この構成では、図10及び図11で示し
たワイヤ5a及び5bの銀めっき面13を介して行う接
続法を併用したものとなっている。すなわち、半導体チ
ップ3の接地用パッドとヒートシンク4bをワイヤ5a
と、少数リードとヒートシンク4bを接続するワイヤ5
bを適宜組み合わせることによって、好適な接地接続の
態様が得られる利点がある。すなわち、この銀めっき面
は、この銀めっき面を介するワイヤボンディング結合方
式の多様化が可能となるので、ワイヤボンディングに対
して変化の多い態様を可能にするので、アース電位の安
定化や時定数の低減化等の装置性能の向上に著しく寄与
する。
ク付き半導体装置の別の実施例を示す断面図である。図
13の実施例装置の主構成は、図1の実施例装置とほぼ
同等であるが、ヒートシンク4aの露出部を構成する突
起部頂上面に半田めっき層14が設けられているのが特
徴である。すなわち、これまでの説明では省略していた
が、従来からこの種の半導体装置の外部端子となってい
る部分の各リード1には、実装時の便利さのために、図
示のような半田めっき14aが施されている。上述の半
田めっき層14は、半田めっき14aの形成時に同一工
程で形成されたものである。この半田めっき層14の付
加によって、例えば図2の実施例で説明した暗色処理層
7でこの面が被覆されている場合よりも、ヒートシンク
の防蝕作用を高める効果がある。また、単独では電気的
に絶縁構成となっているヒートシンクに電位(接地電位
を含む)を付与したり、場合によっては例えば放熱フィ
ン(図4せず)を追加接合する場合の半田づけ等の作業
上便利であるというような実用上の効果が得られる。
等の熱伝導性の良いヒートシンクの一端面を露出させた
ヒートシンク付き半導体装置において、ヒートシンクを
凸字状のものとし、その突起部の側面部の形状をえぐれ
た格好のものととすることにより、突起部表面幅Xに対
して突起部側面の最小幅YがX>Yとなるように構成し
たので、封止樹脂とヒートシンクとの密着性が改良さ
れ、この種の半導体装置の信頼性が向上する効果が得ら
れた。
突起部頂上面(A面)、突起部側面(B面)及び底面
(C面)において、A面及びC面の粗さは30um以下と
なっており、また、A面及びC面の平行度については、
30um以下となっており、B面については、特に鏡面に
する必要はないが50um程度にすることで、突起部頂上
面に封止樹脂が回り込んで被着されることがなくなり、
樹脂が剥離したりすることのない安定した見映えのよい
ヒートシンク露出面が確保できる。また、ワイヤーボン
ディングも安定した品質が保てるとともに、封止樹脂と
の密着性も確保できる。
接着するのに幅の狭い絶縁テープを使用しているので、
ボンディング時にこの絶縁物を支点としてリード先端部
がボンディングパットやヒートシンクの面に確実に当接
し、リードをしっかりと固定させる。従って、この状態
でワイヤを安定したボンディングが可能となる。また、
絶縁物の配設態様によっては、例えばヒートシンク底面
の全ての辺でなく、相対する2辺にのみ配設することに
よって、リードの長さを稼ぎ得るばかりでなく、絶縁物
の量を減らせることができるので、半導体装置の信頼
性、耐湿性を改良させる効果がある。
たヒートシンクとすることにより、ワイヤーボンディン
グ時のリード認識が安定しボンディング品質が向上する
とともに、封止樹脂とヒートシンクとの密着性が向上す
る。また、貫通穴を有するヒートシンクを用いることに
より、貫通穴に封止樹脂が注入されるので、リードフレ
ームを挾んでパッケージを構成する上下の樹脂が貫通穴
を介して隙間なくしっかりとつながってモールドされる
ようになり、強固なパッケージを形成するのに効果があ
る。また、封止樹脂とヒートシンクとの密着性をさらに
向上させることができる。
法によれば、エッチングにてヒートシンクの突起部を形
成するので、機械的なストレスをヒートシンクにかける
ことなく平坦度及び平行度の安定したヒートシンクを製
作することができる。一般に、エッチング加工のほうが
ヒートシンクの品質は安定するが、プレス加工を併用す
る場合は、素材の片面からのみエッチングすればよいの
で、エッチング深さの制御が容易となる上に、コストの
低下に寄与するという利点がある。さらに、このヒート
シンクの形成方法を利用すれば、ヒートシンクの半導体
チップの取り付け位置に所定面積の銀めっき面を形成し
ておくのが容易となる。そして、この銀めっき面は、こ
の銀めっき面を介するチップ近傍でのワイヤボンディン
グ結合方式の多様化を可能とし、ワイヤボンディングに
対して変化の多い態様を達成させるので、アース電位の
安定化や時定数の低減化等の装置性能の向上に著しく寄
与する。
ヒートシンクの一実施例を示す要部説明図である。
したヒートシンク及びワイヤボンディング部分の要部説
明図である。
を示す断面図である。
態を示す断面図である。
体装置の要部平面図である。
例を示す断面工程図である。
施例を示す断面工程図である。
造する際の第1段階の状態を示す断面図である。
いたパッケージング前の有様を示す説明図である。
用いたパッケージング前の他の有様を示す説明図であ
る。
用いたパッケージング前の別の有様を示す説明図であ
る。
用いたパッケージング前のもう1つ別の有様を示す説明
図である。
有する一実施例を示す説明図である。
部断面図である。
る。
説明図である。
Claims (22)
- 【請求項1】 空間部及び複数のリードを有するリード
フレームの前記空間部内に配設された半導体素子と、 前記複数のリードと前記半導体素子に設けられた複数の
パッドとを各々電気的に接続するワイヤと、 高熱伝導性の材料からなり、前記リードの一部と重なる
大きさに形成され前記半導体素子が載置される底面と前
記底面とは反対面に突起した突起部とからなり、前記突
起部の頂上面の一辺の長さを前記突起部における所定部
分の対向する1対の側面間の距離より大きく形成した凸
型ヒートシンクと、 前記リードと前記凸型ヒートシンクとを各々所定距離離
し、かつ前記リードと前記底面との重なる間の一部を接
合するように配設された絶縁物と、 前記リード、前記半導体素子、前記ワイヤ及び前記頂上
面を除く前記凸型ヒートシンク及び前記絶縁物を封止す
る樹脂とからなる凸型ヒートシンク付き半導体装置。 - 【請求項2】 前記絶縁物は前記底面の全ての辺に配設
されることを特徴とする請求項1記載の凸型ヒートシン
ク付き半導体装置。 - 【請求項3】 前記絶縁物は前記底面の対向する2つの
辺に配設されることを特徴とする請求項1記載の凸型ヒ
ートシンク付き半導体装置。 - 【請求項4】 前記凸型ヒートシンクは前記突起部の頂
上面の面積が前記突起部の最小横面積より大きいことを
特徴とする請求項1記載の凸型ヒートシンク付き半導体
装置。 - 【請求項5】 前記高熱伝導性の材料は銅、アルミニウ
ム、銀又は金の単体、あるいはこれら金属元素の合金か
らなるものであることを特徴とする請求項1記載の凸型
ヒートシンク付き半導体装置。 - 【請求項6】 前記凸型ヒートシンクの形状構造は湿式
エッチングにより得られたものであることを特徴とする
請求項1記載の凸型ヒートシンク付き半導体装置。 - 【請求項7】 前記凸型ヒートシンクはその表面にアル
カリ酸化処理による暗色表面処理層を有することを特徴
とする請求項1記載の凸型ヒートシンク付き半導体装
置。 - 【請求項8】 前記凸型ヒートシンクは前記底面が四角
形状を持ち、前記突起部の頂上面を除く部分の対称位置
に、厚さ方向に貫通する複数個の穴を有することを特徴
とする請求項1記載の凸型ヒートシンク付き半導体装
置。 - 【請求項9】 前記凸型ヒートシンクの前記突起部の頂
上面の表面粗さが30μm以下であることを特徴とする
請求項1記載の凸型ヒートシンク付き半導体装置。 - 【請求項10】 前記凸型ヒートシンクの前記突起部の
頂上面と前記底面の面平行度が30μm以下であること
を特徴とする請求項1記載の付き凸型ヒートシンク付き
半導体装置。 - 【請求項11】 前記凸型ヒートシンクの前記突起部の
頂上面と前記底面の面形状が互いに異なっていることを
特徴とする請求項1記載の凸型ヒートシンク付き半導体
装置。 - 【請求項12】 前記凸型ヒートシンクの前記底面の前
記半導体素子の配設位置に、この半導体素子のチップ面
積より大きい銀めっき面を有することを特徴とする請求
項1記載の凸型ヒートシンク付き半導体装置。 - 【請求項13】 前記半導体素子の接地電位用パッドか
ら前記銀めっき面に接続するワイヤと前記銀めっき面か
ら前記リードに接続するワイヤとを有することを特徴と
する請求項10記載の凸型ヒートシンク付き半導体装
置。 - 【請求項14】 前記半導体素子の接地電位用パッドか
ら前記リードに接続するワイヤと前記銀めっき面から同
じ前記リードに接続するワイヤとを有することを特徴と
する請求項10記載の凸型ヒートシンク付き半導体装
置。 - 【請求項15】 前記半導体素子の接地電位用パッドか
ら前記リードに接続するワイヤを有するとともに、同じ
前記リードから前記銀めっき面に接続するワイヤを有す
ることを特徴とする請求項11記載の凸型ヒートシンク
付き半導体装置。 - 【請求項16】 前記凸型ヒートシンクの前記突起部の
頂上面は樹脂パッケージングの後半田めっき加工されて
いることを特徴とする請求項1記載の凸型ヒートシンク
付き半導体装置。 - 【請求項17】 凸型ヒートシンクの突起部を形成する
ために高熱伝導性の素材の一方の面上に選択的に第一レ
ジスト膜を形成する工程と、 前記凸型ヒートシンクの底面を形成するために前記素材
の一方の面と異なる他方の面上に選択的に第二レジスト
膜を形成する工程と、 前記第一レジスト膜及び第二レジスト膜をマスクとして
前記一方及び他方の両面から所定の間隔下の前記素材が
分離されるまでエッチングを行う工程とを有することを
特徴とする凸型ヒートシンク付き半導体装置のヒートシ
ンクの製造方法。 - 【請求項18】 凸型ヒートシンクの突起部を形成する
ために高熱伝導性の素材の一方の面上に選択的に第一レ
ジスト膜を形成する工程と、 前記素材の一方の面と異なる他方の面上の全面に第二レ
ジスト膜を形成する工程と、 前記第一レジスト膜をマスクとして前記一方の面から所
定の前記突起部が形成されるまでエッチングを行う工程
と、 前記エッチングされた領域を機械加工により分割する工
程とを有することを特徴とする凸型ヒートシンク付き半
導体装置のヒートシンクの製造方法。 - 【請求項19】 前記素材は無酸素銅を使用し、前記湿
式エッチングには塩化第二鉄のエッチング液を使用する
ことを特徴とする請求項15記載の凸型ヒートシンク付
き半導体装置のヒートシンクの製造方法。 - 【請求項20】 前記素材は無酸素銅を使用し、前記湿
式エッチングには塩化第二鉄のエッチング液を使用する
ことを特徴とする請求項16記載の凸型ヒートシンク付
き半導体装置のヒートシンクの製造方法。 - 【請求項21】 前記第二レジスト膜を形成する前に、
前記素材の一方の面と異なる面の前記半導体素子の接着
固定位置に銀めっき面を形成しておくことを特徴とする
請求項15記載の凸型ヒートシンク付き半導体装置のヒ
ートシンクの製造方法。 - 【請求項22】 前記第二レジスト膜を形成する前に、
前記素材の一方の面と異なる面の半導体素子の接着固定
位置に銀めっき面を形成しておくことを特徴とする請求
項16記載の凸型ヒートシンク付き半導体装置のヒート
シンクの製造方法。
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