JPH0778900A - 電力素子用プラスチックパッケージ構造及びその組立方法 - Google Patents

電力素子用プラスチックパッケージ構造及びその組立方法

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JPH0778900A
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民奎 宋
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Seung-Goo Kang
承求 姜
Hyung-Jin Yoon
亨鎭 尹
Hyung-Moo Park
亨茂 朴
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 素子の高周波特性を向上させるとともに、大
量生産に適するように組立工程の規格化を図り、その素
子の組立費用を節減することができるパッケージ構造、
および、素子組立方法を提供する。 【構成】 リードフレーム１に放熱板７を付着する工程
と、電力素子チップ９と熱膨脹係数の差違から発生され
る熱応力を除去する工程と、高周波特性の向上のために
リードをインピーダンス整合されるように製造し、ノイ
ズ遮蔽をするための工程と、エポキシを利用してプラス
チックモールディングをする工程等を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路パッケ
ージ構造及びその組立方法に関するもので、特に、電力
素子用プラスチックパッケージの構造及びその組立（ｅ
ｎｃａｐｓｕｌａｔｉｎｇ ｉｎ ｐａｃｋａｇｅ；ｐ
ａｃｋａｇｉｎｇ）方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の電力素子の組立において、一般的
に、低電力用素子、例えば、消費電力が０．５Ｗ以下で
ある素子の半導体チップ（ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ
ｃｈｉｐ）は、プラスチックで組立られる。消費電力
が０．５Ｗ以上の素子の半導体チップは、発生された高
熱の速い放出のため、セラミック基板と金属フレームで
組立られる。
【０００３】プラスチックパッケージを有する上記素子
では、半導体チップと封止材の境界部分が剥離され、半
導体チップと封止材の間の熱膨脹係数の差違に起因する
応力によって、素子に亀裂がしばしば発生する。なお、
このような方式によれば、組立られた素子の高周波特性
が劣悪になる欠点が生じる。
【０００４】プラスチックパッケージを有する電力素子
の高周波特性の向上のためには、パッケージ自体のノイ
ズ遮蔽（ｎｏｉｓｅ ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ）のための下
部セラミック部分の側面に、金属が蒸着されなければな
らないし、金属蓋（ｍｅｔａｌ ｌｉｄ：メタルリッ
ド）が用いられなければならない。
【０００５】しかし、このようにすると、素子の組立工
程が複雑になり、製造費用が増加するという、また他の
問題点が生じることになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】一方、電力素子がセラ
ミック基板と金属フレームにより組立られる方式におい
ては、その半導体チップで発生された熱が、金属フレー
ムと放熱板を通じて放出されるように素子が組立られる
ので、素子の組立工程が複雑で、パッケージから高周波
信号の共振が発生され、プラスチックパッケージを採用
する素子に比べて、組立に所要される費用が増加される
ことにより、素子の製作単価が高くなるような欠点等が
ある。
【０００７】このような組立方式において、パッケージ
から発生される高周波信号による共振（ｒｅｓｏｎａｎ
ｃｅ）を除去するために、最近、金属フレーム（ｆｒａ
ｍｅ）型パッケージに素子を組立てる方式が開発され
た。しかし、この方式によれば、パッケージの電気的性
能は向上されるが、素子の組立が困難である。
【０００８】特に、高周波用電力素子である場合には、
電力利得及び雑音指数が非常に重要であるので、その素
子の高周波性能を向上させるためにインピーダンス整合
を考慮した多層セラミックパッケージに対する研究も、
最近、活発に進められている。
【０００９】本発明の目的は、高周波用電力素子を組立
てるにおいて、素子の高周波特性を向上させるととも
に、大量生産に適するように組立工程の規格化を図り、
その素子の組立費用を節減することができるパッケージ
構造、および、素子組立方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、次のような特
徴を有する。
【００１１】本発明による、ソース電極とドレイン電極
及びゲート電極を有する電力半導体素子のパッケージ構
造は、電力半導体チップの装着のためのリードフレーム
（ｌｅａｄ ｆｒａｍｅ）を備える。この上記リードフ
レームは、ソース電極用リードと、ドレイン電極用リー
ドと、ゲート電極用リードと、連結部材として機能する
タイバー（ｔｉｅ ｂａｒｓ）により支持され、二つの
面を有し、この二つの面の中で上記半導体チップが装着
される何れかの一面の背面方向に陥没される載置部とし
て機能する部分であるパドル（ｐａｄｄｌｅ）とを含
む。
【００１２】又、本発明のパッケージ構造は、上記パド
ルの上記背面に付着される放熱板と、上記パドルの二つ
の面の中で上記半導体チップが装着される何れかの一面
上に付着され、上記半導体チップの熱膨脹係数と類似す
る熱膨脹係数を有するコバル（Ｋｏｖａｒ）基板と、上
記半導体チップに所定の厚さに塗布されるポリイミド
（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）層と、半田づけにより、上記パ
ドル上に付着される金属キャップ（ｍｅｔａｌ ｃａ
ｐ）と、上記金属キャップを塗布するエポキシ樹脂層と
を含む。
【００１３】上記半導体チップは、半田づけにより、上
記コバル基板上に接着される。又、上記半導体チップの
上記電極各々は、半田づけにより、上記リードフレーム
のリード各々にワイヤ（ｗｉｒｅ）を通じて接続され
る。
【００１４】本発明の好ましい実施例において、上記タ
イバーは、上記半導体チップのソース電極用リードとし
て用いられる。
【００１５】本発明の好ましい実施例において、上記半
導体チップの上記ソース電極は、上記タイバーを通じて
アースされる。
【００１６】本発明による電力素子の組立方法は、半導
体チップを装着するためのパドルと、ゲート電極用リー
ドと、ドレイン電極用リードと、上記パドルを支持する
ためのタイバーを含み、上記パドルは二つの面を有し、
この二つの面の中の上記半導体チップが装着される何れ
かの一面の背面方向に陥没されるリードフレームを準備
する段階と、クラッディング（ｃｌａｄｄｉｎｇ）方法
により、上記パドルの上記背面に放熱板を接合する段階
と、上記半導体チップと上記リードフレームとの間の熱
膨脹係数の差違により発生する応力を除去するために、
半田づけにより、上記パドル上に、上記チップの熱膨脹
係数と類似する熱膨脹係数を有するコバル基板を付着す
る段階と、半田づけにより、上記半導体チップを上記コ
バル基板上に装着する段階と、上記半導体チップのゲー
ト電極をゲート電極用リードに、ドレイン電極をドレイ
ン電極用リードに、そして、ソース電極を上記パドル
に、各々ワイヤによりボンディング（ｂｏｎｄｉｎｇ）
する段階と、スピンコーティング（ｓｐｉｎ ｃｏａｔ
ｉｎｇ）により、上記チップを予めポリイミドで塗布し
た後、硬化（ｃｕｒｉｎｇ）処理する段階と、金属キャ
ップが上記リードフレームの上記パドル上に装着された
半導体チップを被覆するように、上記金属キャップを半
田づけにより、上記パドルの上部に付着する段階と、プ
ラスチックモールディング（ｐｌａｓｔｉｃ ｍｏｌｄ
ｉｎｇ）を行った後、モールディング材料を硬化処理す
る段階とを含む。
【００１７】
【実施例】以下、本発明の実施例について、添付した図
面を参照して詳細に説明する。
【００１８】図１は、本発明による電力素子用リードフ
レームを図示した平面図である。本発明による四つのリ
ードを有するリードフレーム１の各リードは、インピー
ダンス整合を考慮して製作される。
【００１９】図１を参照して、リードフレーム１は、素
子チップを装着するための載置部として機能する部分で
あるパドル（ｐａｄｄｌｅ）２と、ゲート電極用リード
３と、ドレイン電極用リード４と、ソース電極用リード
として用いられ、上記パドル２を支持（ｓｕｐｏｒｔｉ
ｎｇ）するための連結部材として機能するタイバー（ｔ
ｉｅ ｂａｒｓ）５，６を含む。
【００２０】上記パドル２は、半導体チップが位置する
べき面と反対になる面（即ち、放熱板が付着されるべき
面）の方向に陥没される。
【００２１】図２〜図８は、本発明による電力素子の組
立方法を工程順序の通り示したものである。上記図５〜
上記図８においては、リードフレーム１の左側と右側
に、本発明の組立工程による縦断面図と横断面図が概略
的に図示される。これから、本発明による半導体電力素
子の組立方法が、図２〜図８を参照して詳細に説明され
る。
【００２２】図２を参照して、まず、クラッディング
（ｃｌａｄｄｉｎｇ）方法により、パドル２の、半導体
チップが装着されるべき面と反対側の面上に、放熱板７
が接合される。このとき、上記放熱板７としては、銅
（Ｃｕ）で形成されたものが用いられることが好まし
い。
【００２３】次いで、図３を参照して、ガリウム砒素
（ＧａＡｓ）半導体チップとリードフレーム１との間の
熱膨脹係数の差違によって生じる応力を除去するため
に、半田づけ（ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ）により、パドル２
のチップが装着されるべき面の上部にチップの熱膨脹係
数と類似する熱膨脹係数を有するコバル（Ｋｏｖａｒ）
基板８が付着される。この工程は、温度２９０℃〜３１
０℃で行われる。半田（ｓｏｌｄｅｒ）としては、鉛
（Ｐｂ）、インジウム（Ｉｎ）、銀（Ａｇ）の比率が、
９２．５：５：２．５である合金が用いられることが好
ましい。
【００２４】次には、ダイボンディング（ｄｉｅ ｂｏ
ｎｄｉｎｇ）工程が行われる。即ち、この工程では、図
４を参照して、半田づけにより、ガリウム砒素半導体チ
ップ９が、コバル基板８上に装着される。この工程は、
温度２８０℃〜２９０℃で行われる。ダイボンダー（ｄ
ｉｅ ｂｏｎｄｅｒ）としては、金（Ａｕ）、錫（Ｓ
ｎ）の比率が、８０：２０である合金が用いられること
が好ましい。
【００２５】次には、ワイヤボンディング工程が行われ
る。この工程では、図５を参照して、上記半導体チップ
９のゲート電極（図示されていない）をゲート電極用リ
ード３に、ドレイン電極（図示されていない）をドレイ
ン電極用リード４に、そして、ソース電極（図示されて
いない）をパドル２に、各々ワイヤ１０によりボンディ
ングする。
【００２６】上記ソース電極は、パドル２にワイヤボン
ディングされることによりアースされる。従って、パド
ル２のタイバー５，６は、ソース電極用リードとして機
能することになる。
【００２７】上記のようなワイヤボンディング後には、
次に行われるプラスチックモールディング工程で、半導
体チップ９とモールディング材料との反応を防ぎ、高周
波性を向上させるために、スピンコーティングにより、
上記チップ９が予めイミド化された（ｐｒｅ−ｉｍｉｄ
ｉｚｅｄ）ポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）で塗布さ
れ（図面に図示されていない）、次いで硬化（ｃｕｒｉ
ｎｇ）処理が行られる。この工程は、スピン速度３００
０ｒｐｍ、塗布厚さ５μｍ、キューアリング温度２２０
℃の工程条件で行われる。
【００２８】次に、図６を参照して、金属キャップ１１
が、リードフレーム１のパドル２上に装着された半導体
チップ９を被覆するように、半田づけにより上記パドル
２の上部に付着される。この工程は、温度２４０℃〜２
５０℃で行われる。半田としては、錫、アンチモンの比
率が９５：５である合金が用いられる。
【００２９】以上で説明された如く、リードフレーム１
のパドル２にワイヤボンディングされた上記ソース電極
と金属キャップ１１が、電気的に共にアースされること
により、インピーダンス整合を考慮したリードフレーム
１とこの金属キャップ１１とは、上記半導体チップ９の
高周波特性を向上させるため、大いに寄与することにな
る。
【００３０】終りに、図７を参照して、プラスチックモ
ールディング工程が行われた後、熱処理による硬化工程
が行われることにより、図８に図示された如く、電力素
子の組立が完了する。この時、素子モールディング工程
は、金型により行われ、モールディング材料としてはエ
ポキシ樹脂が用いられる。上記硬化工程は、約１７５℃
〜２００℃の温度で行われる。
【００３１】以上で詳細に記述された如く、本発明の実
施例の電力素子組立方法によれば、インピーダンス整合
を考慮したリードフレーム１を利用して電力素子用パッ
ケージをプラスチックモールディング方式で製造するこ
とにより、従来のプラスチックパッケージ製造工程をそ
のまま用いることができるようにして、従来のセラミッ
ク電力素子用パッケージの製造単価を低めることができ
るようにする。
【００３２】なお、金属キャップ１１を用いてノイズを
遮蔽（ｎｏｉｓｅ ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ）することによ
り、電力素子の高周波特性の向上を計ることができ、ワ
イヤボンディングの後、ポリイミドを塗布してプラスチ
ックパッケージの信頼性を向上させて、工程の単純化が
達成される。
【００３３】
【発明の効果】本発明によれば、高周波用電力素子を組
立てるにおいて、素子の高周波特性を向上させるととも
に、大量生産に適するように組立工程の規格化を図り、
その素子の組立費用を節減することができる
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるリードフレームを図示した平面
図。
【図２】本発明による素子組立工程のうち、パドルに放
熱板を接合する工程を示す端面図。
【図３】本発明による素子組立工程のうち、パドルのチ
ップが装着されるべき面の上部にコバル基板を付着する
工程を示す端面図。
【図４】本発明による素子組立工程のうち、ダイボンデ
ィング工程を示す端面図。
【図５】本発明による素子組立工程のうち、ワイヤボン
ディング工程を示す平面図および端面図。
【図６】本発明による素子組立工程のうち、金属キャッ
プをパドルの上部に付着する工程を示す平面図および端
面図。
【図７】本発明による素子組立工程のうち、プラスチッ
クモールディング工程を示す平面図。
【図８】本発明による素子組立が完了した電力素子を示
す平面図および端面図。
【符号の説明】
１ リードフレーム ２ パドル ３ ゲート電極用リード ４ ドレイン電極用リード ５，６ ソース電極用リード（パドル用タイバー） ７ 放熱板 ８ コバル（Ｋｏｖａｒ）基板 ９ 電力素子チップ １０ ボンディングワイヤ １１ 金属キャップ（ｃａｐ） １２ プラスチックモールディング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 姜 承求 大韓民国大田直轄市大徳区邑▲内▼洞54, ヒュンダイアパート108−1406 (72)発明者 尹 亨鎭 大韓民国大田直轄市中区太平洞サンブーア パート407−156 (72)発明者 朴 亨茂 大韓民国大田直轄市儒城区新城洞ハヌルア パート109−501

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ソース電極とドレイン電極及びゲート電
    極を有する電力半導体素子のパッケージ構造において、 電力半導体チップ（９）の装着のためのリードフレーム
    （１）を備え、このリードフレーム（１）は、ソース電
    極用リードと、ドレイン電極用リードと、ゲート電極用
    リードと、連結部材（５，６）により支持されて、二つ
    の面を有し、この二つの面の中で上記半導体チップ
    （９）が装着される何れかの一面の背面方向に陥没され
    る載置部（２）とを含むものであり、 さらに、 上記載置部（２）の上記背面に付着される放熱板（７）
    と、 上記載置部（２）の二つの面の中で上記半導体チップ
    （９）が装着される何れかの一面上に付着され、上記半
    導体チップ（９）の熱膨脹係数と類似する熱膨脹係数を
    有するコバル基板（８）と、 上記半導体チップ（９）に所定の厚さに塗布されるポリ
    イミド層と、 半田づけにより上記載置部（２）上に付着される金属キ
    ャップ（１１）と、 上記金属キャップを塗布するエポキシ樹脂層とを含み、 上記半導体チップ（９）は、半田づけにより上記コバル
    基板（８）上に接着され、 上記半導体チップ（９）の上記電極各々は、半田づけに
    より上記リードフレーム（１）のリード各々にワイヤを
    通じて接続されることを特徴とする電子素子用プラスチ
    ックパッケージ構造。
  2. 【請求項２】 請求項１において、上記連結部材（５，
    ６）は、上記半導体チップ（９）のソース電極用リード
    として用いられることを特徴とする電力素子用プラスチ
    ックパッケージ構造。
  3. 【請求項３】 請求項１において、上記半導体チップ
    （９）の上記ソース電極は、上記連結部材（５，６）を
    通じてアースされることを特徴とする電力素子用プラス
    チックパッケージ構造。
  4. 【請求項４】 電力素子の組立方法において、 半導体チップ（９）を装着するための載置部（２）と、
    ゲート電極用リード（３）と、ドレイン電極用リード
    （４）と、上記載置部（２）を支持するための連結部材
    （５，６）を含み、上記載置部（２）は、二つの面を有
    し、この二つの面の中で上記半導体チップ（９）が装着
    される何れかの一面の背面方向に陥没されるリードフレ
    ーム（１）を準備する段階と、 クラッディング方法により、上記載置部（２）の上記背
    面に放熱板（７）を接合する段階と、 上記半導体チップと上記リードフレーム（１）との間の
    熱膨脹係数の差違によって発生される応力を除去するた
    めに、半田づけにより、上記載置部（２）上に上記チッ
    プ（９）の熱膨脹係数と類似した熱膨脹係数を有するコ
    バル基板（８）を付着する段階と、 半田づけにより、上記半導体チップ（９）を上記コバル
    基板（８）上に装着する段階と、 上記半導体チップ（９）のゲート電極をゲート電極用リ
    ード（３）に、ドレイン電極をドレイン電極用リード
    （４）に、そして、ソース電極を上記載置部（２）に、
    各々ワイヤ（１０）によりボンディングする段階と、 スピンコーティングにより、上記チップ（９）に予めポ
    リイミドを塗布した後、硬化処理する段階と、 金属キャップ（１１）が上記リードフレーム（１）の上
    記載置部（２）上に装着された半導体チップ（９）を被
    覆するように、上記金属キャップ（１１）を半田づけに
    より上記載置部（２）の上部に付着する段階と、 プラスチックモールディングを行った後、モールディン
    グ材料を硬化処理する段階とを含むことを特徴とする電
    力素子用プラスチックパッケージ組立方法。
  5. 【請求項５】 請求項４において、上記コバル基板
    （８）は、３１０℃〜３２０℃で、鉛（Ｐｂ）、インジ
    ウム（Ｉｎ）と銀（Ａｇ）の比率が９２．５：５：２．
    ５である合金により付着されることを特徴とする電力素
    子用パッケージ組立方法。
  6. 【請求項６】 請求項４において、上記ポリイミドは、
    ３０００ｒｐｍのスピン速度、５μｍの塗布厚さで塗布
    されて、２２０℃温度で硬化されることを特徴とする電
    力素子用プラスチックパッケージ組立方法。
  7. 【請求項７】 請求項４において、上記金属キャップ
    （１１）は、２４０℃〜２５０℃で、錫とアンチモン
    （Ｓｂ）の比率が９５：５である合金により付着される
    ことを特徴とする電力素子用プラスチックパッケージ製
    造方法。
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