JPH08298302A - 樹脂封止型半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
樹脂封止型半導体装置およびその製造方法Info
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Abstract
を有する樹脂封止型半導体装置及びその製造方法を提供
することを目的とする。 【解決手段】樹脂封止型半導体装置は、電極部28と取
付面24とを有する半導体素子20と、半導体素子20
が設置される設置面16を有して半導体素子20を冷却
する放熱体10と、半導体素子20と放熱体10との間
に介在し半導体素子20の取付面24の範囲内に収まる
形状で設置面16に設けられる接合層22と、半導体素
子20と接合層22とを接着する接着層26と、リード
30と、リード30と半導体素子20の電極部28とを
接続するワイヤ34と、半導体素子20、放熱体10、
リード30の一部、及びワイヤ34を封止する樹脂パッ
ケージ40と、を含む。
Description
脂封止型半導体装置及びその製造方法に関する。
い、低コストで放熱性を高めようという要求が高まって
いる。これに対処するために、材料の面からは、リード
フレームや封止用樹脂の熱伝導性を高めることが検討さ
れ、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放熱性の向
上が検討されている。特に、放熱体の付加によるパッケ
ージの放熱性の改善は、消費電力が1チップあたり2W
程度までのLSIにおいては、もっともオーソドックス
な対策と考えられている。
開平6−53390号公報には、熱伝導性の高い放熱体
を用いて、その放熱体がダイパッドの代わりとなる構造
が開示されている。この構成によれば、放熱性において
優れた半導体装置を得ることができる。
施して半導体素子を取り付ければ、放熱体と半導体チッ
プとの熱伝導性又は電気的な導通性を高めることができ
る。
に劣るので、樹脂封止を行って樹脂封止型の半導体装置
にすると、この半導体装置は、放熱体と樹脂との接着性
に劣るので両者の間に隙間が形成されやすい。そして、
この隙間に水が溜まると、半導体装置が発熱したときに
水蒸気となって膨張し、隙間が広がるのと同時に、放熱
体と半導体チップとを剥離させてしまうことがあり得
る。
に優れて高い放熱特性を有する樹脂封止型半導体装置及
びその製造方法を提供することにある。
体装置は、電極部と他の部材に取り付けられる取付面と
を有する半導体素子と、前記半導体素子が設置される設
置面を有し、前記半導体素子を冷却する放熱体と、前記
半導体素子と前記放熱体との間に介在し、前記半導体素
子の取付面の範囲内に収まる形状で前記設置面に設けら
れる接合層と、前記半導体素子と前記接合層とを接着す
る接着層と、リードと、前記リードと前記半導体素子の
電極部とを接続するワイヤと、前記半導体素子、前記放
熱体、前記リードの一部、及び前記ワイヤを封止する樹
脂パッケージと、を含む。
れる接合層が、半導体素子の取付面の範囲内に収まる形
状をなしているので、接合層が半導体素子から突出しな
いようになっている。したがって、樹脂パッケージが、
接合層に接触しないで放熱体を封止するので、樹脂パッ
ケージと放熱体との接着性に優れている。
は、前記放熱体が、導電性を有し、前記半導体素子の前
記取付面と、前記放熱体の前記設置面とが、電気的に導
通し、前記接合層が、前記放熱体の表面よりも導電性が
高いことが好ましい。
に伝熱性に優れていることに加え、導電性を有すること
が好ましい。導電性を有する材料として、例えば、金、
銀、銅などの金属が挙げられる。そして、半導体素子の
取付面と放熱体の設置面とを通って、半導体素子と放熱
体とが電気的に導通するように構成することが好まし
い。こうすることで、例えば、放熱体を負電位として半
導体素子を接地させることができる。
置面との間に存在する接合層は、放熱体の表面よりも導
電性が高いことが好ましい。導電性の高い接合層が介在
することで、取付面と設置面との間の電気的導通を良好
に図ることができる。この半導体装置の例として、放熱
体を銅で構成し、接合層を銀で構成する場合が挙げられ
る。
は、前記設置面における前記接合層以外の領域に、前記
放熱体の表面よりも導電性の高い導電層が設けられるこ
とが好ましい。
接続、又はリードと放熱体との接続を、導電層を介して
行うことができる。その結果、放熱体を介して、電極部
とリードとの接続を行えるので、リードの設計の自由度
が向上する。導電層の材料として、例えば、金、銀、銅
などの金属が挙げられる。
前記導電層は、前記接合層の外周を連続的に囲む形状を
なすものや、前記ワイヤと同等の径で点状をなすものが
考えられる。
によれば、半導体素子の電極部又はリードと導電層との
ワイヤによる接続を容易に行うことができる。
れば、ワイヤとの接続に必要最低限の大きさなので、樹
脂パッケージと導電層との接触面積を最小限に抑えるこ
とができる。導電層は、樹脂との接着性に劣るので、接
触面積を最小限に抑えることで、樹脂パッケージと導電
層との間の剥離を最小限に抑えることができる。
は、前記接合層は、前記放熱体の表面よりも伝熱性が高
いことが好ましい。
効率的に放熱体に伝えて、半導体素子を有効に冷却する
ことができる。
の一部を露出させて封止する場合には、放熱体の放熱効
率が一層良くなる。
は、放熱体の設置面に半導体素子の取付面の範囲内に収
まる形状の接合層を設ける工程と、接着剤を介して前記
接合層と前記半導体素子の取付面とを接着する工程と、
前記半導体素子の電極部とリードとをワイヤで接続する
工程と、前記半導体素子、前記放熱体、前記リードの一
部、及び前記ワイヤを樹脂にて封止して樹脂パッケージ
を形成する工程と、を含む。
の製造方法は、放熱体の設置面に半導体素子の取付面の
範囲内に収まる形状の接合層を設ける工程と、一方の面
に形成される大径穴と他方の面に形成される小径穴とが
連通してなる連通孔を有するマスクを用い、前記小径穴
を前記放熱体の設置面に当てて、電気めっきの方法によ
ってワイヤと同等の径で点状の導電層を形成する工程
と、接着剤を介して前記接合層と前記半導体素子の取付
面とを接着する工程と、前記半導体素子の電極部とリー
ドとをワイヤで接続し、前記半導体素子の電極部と前記
導電層とをワイヤで接続し、前記リードと前記導電層と
をワイヤで接続する工程と、前記半導体素子、前記放熱
体、前記リードの一部、及び前記ワイヤを樹脂にて封止
して樹脂パッケージを形成する工程と、を含む。
体装置を効率よく製造することができる。
の面に形成される小径穴とが連通してなる連通孔を有す
るマスクを用いれば、連通孔にめっき材料の通りが良く
なり、小さな径の導電層でも容易に形成することができ
る。
半導体装置を示し、図2のI−I線に沿って切断した状
態を模式的に示す断面図であり、図2は、本発明の実施
形態に係る半導体装置を、樹脂パッケージを除いた状態
で模式的に示す平面図である。
と、この放熱体10に取り付けられた半導体素子20
と、複数のリード30と、半導体素子20の外側に配設
されたフレームリード32と、を有し、樹脂パッケージ
40にて封止されている。
12と、この大径部12より突出する小径部14で構成
され、断面形状がほぼ凸状を成している。そして、大径
部12の表面が半導体素子20を設置するための設置面
16であり、小径部14の表面は樹脂パッケージ40か
ら露出して放熱効率を向上させるようになっている。
からなるものでもよいが、放熱効率を向上させるため
に、銅、銀又は金等の伝熱性の高い材料で構成されるこ
とが好ましい。特に、経済性を考慮して、本実施形態で
は銅が用いられている。これらの金属は、導電性も有す
るものである。
が設けられ、この接合層22を介して半導体素子20は
放熱体10に取り付けられるようになっている。接合層
22は伝熱性及び導電性に優れたもので、例えば、銀、
金、白金等が挙げられる。特に、経済性を考慮して、本
実施形態では銀が用いられている。また、接合層22
は、図1には誇張して厚く示してあるが、数μmの薄い
層で、スパッタや電気めっきの方法によって形成され
る。あるいは、導電性を有する薄膜又は板材を埋め込ん
で接合層22としても良い。
られる側の取付面24から電気的に接続できるようにな
っている。したがって、放熱体10が導電性を有する銅
から構成され、接合層22も導電性を有する銀から構成
されているので、半導体素子20は、取付面24から接
合層22を介して放熱体10に電気的に接続することが
できる。しかも、銅よりも銀の方が導電率が高いので、
接合層22を設けることで、電気的な接続状態を良好に
維持することができる。
とを電気的に接続することで、例えば、放熱体10を負
電位として接地することが容易になる。
長さlは半導体素子20の取付面24の長さLよりも小
さくなり、接合層22が取付面24の範囲に収まる形状
となっている。
つまり、接合層22は銀メッキ等により形成されるが、
この銀メッキ等は、樹脂パッケージ40を構成する樹脂
との接着性が悪いものである。
の外側にはみだすように形成されると、この部分におい
て樹脂パッケージ40との接着性が悪くなる。そして、
樹脂パッケージ40が接合層22から剥がれてしまい、
これに伴って半導体素子20の取付面24が接合層22
から離れて両者の導通が図れなくなることも想定され
る。このことは、接合層22を介して半導体素子20の
取付面24を、例えばGNDに接続しようとするとき
に、電気的接続を保証できないということである。
面積を、半導体素子20の取付面24の面積より小さく
して、接合層22が取付面24からはみ出さないように
した。こうすることで、樹脂パッケージ40が接合層2
2に接触しないため、樹脂封止を完全に行うことがで
き、半導体素子20の取付面24と接合層22との導通
も確実となる。
からなる接着層26によって放熱体10に接着され、こ
の接着層26は、図1に示すように、フィレットを形成
する。このフィレットは、半導体素子20の取付面24
よりも大きな面積を有するように末広がりとなる。した
がって、接合層22は、このフィレット内に収まる形状
であれば、樹脂パッケージ40と接触することはない
が、半導体素子20を設置するときに誤差を考慮すれ
ば、接合層22は取付面24の範囲内に収まる形状とす
ることが好ましい。例えば、接合層22は、取付面24
の外端から約0.05mm内側に入り込んだ形状とする
ことが好ましい。
体素子20の周りに、複数のスポット状の導電層18が
形成されている。導電層18は導電性に優れたもので、
例えば、銀、金、白金等が挙げられる。特に、経済性を
考慮して、本実施形態では銀が用いられている。また、
導電層18は、図1には誇張して厚く示してあるが、数
μmの薄い層で、スパッタや電気めっきの方法によって
形成される。あるいは、銀の支柱を埋め込んで導電層1
8としてもよい。
電層18を構成する銀の方が、導電率が高いので、放熱
体10に電気的な接続を図るときに、直接放熱体10に
接続するよりも導電層18を介して接続する方が、良好
な接続状態となる。
半導体素子20の電極部28又はリード30と電気的に
接続されている。
及び導電層18の形成領域を除き、図示しない絶縁層が
形成されている。この絶縁層は、良好な絶縁性を有する
限りにおいてその材質は特に制限されないが、例えば放
熱体10を構成する金属を酸化処理して得られた金属酸
化膜であることが好ましい。例えば、放熱体10が銅で
構成されている場合、強アルカリ性の処理液を用いて表
面を酸化処理することによって絶縁層を得ることができ
る。この絶縁層を設けることにより、リード30及びフ
レームリード32と放熱体10との短絡を防止すること
ができる。さらに、例えば酸化銅によって構成された絶
縁層は、通常黒色ないし茶色などの暗色を呈し、そのた
めワイヤボンディングにおける画像認識においてリード
30の認識が容易となるだけでなく、樹脂パッケージ4
0を構成する樹脂との密着性がよいため、パッケージの
機械的強度が向上する。
連続的に支持部36が接着によって固定されている。こ
の支持部36は、絶縁性を有する樹脂、例えばポリイミ
ド樹脂,エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂等のテープ状部
材から構成されている。
持するように、放熱体10の外周部に小さな幅で設けら
れている。支持部36は、樹脂にて構成されており、そ
の性質上水分を吸収するものであるが、小さく構成する
ことで、吸収する水分をできるだけ減少させることがで
きる。
部36に、リード30は接着されて固定されている。
リード30との間に両者と非接触の状態で設置されてい
る。このフレームリード32は、図2に示すように、4
本の支持リード32aによって安定的に支持されてい
る。そして、支持リード32aはそれぞれ支持部36に
よってその一部が固定されている。
(Vcc)リードまたは基準電圧(Vss)リードとし
て使用される。このフレームリード32を例えばVcc
リードとして用いる場合には、複数の電源用の電極部2
8及びリード30とフレームリード32とをワイヤ34
によってそれぞれ接続することにより、電源用に使用さ
れるリードの数を大幅に減少させることができる。した
がって、信号用リードとして使用できるリードを相対的
に増加させることができ、半導体素子20の電極部28
とリードとのワイヤ配線の自由度を高めることができ、
設計上有利となる。
より、半導体素子20のどの位置においても所定の電源
電圧または基準電圧を供給することができ、電源ノイズ
を低減した状態で動作速度の高速化を図ることができ
る。
ード32は4本の支持リード32aによって支持されて
いるが、支持リード32aはフレームリード32を安定
に支持できればよく、例えば対向する位置に2本のみ配
置する等、その本数や配置についてはこの例に限定され
ない。
について説明する。
銀メッキによって導電層18及び接合層22を形成す
る。そして、これら導電層18及び接合層22をマスキ
ングした状態で、例えばメルテックス株式会社製の「エ
ボノール(商品名)」に数秒間浸漬して表面を酸化処理
することにより絶縁層(図示せず)を形成する。このよ
うにして形成された絶縁層は、例えば2〜3μmの膜厚
を有し、その電気抵抗率が1013Ω・cm以上という、
良好な絶縁性を有することが確認された。
形成した後に導電層18及び接合層22を形成してもよ
い。
に銀ペースト等の導電性の接着剤からなる接着層26に
よって半導体素子20を接合する。その後、放熱体1
0、支持部36、全てのリード30及びフレームリード
32が一体化されてなるフレーム(図示せず)を位置合
わせして重ね合わせ、三者を例えばエポキシ樹脂等の接
着剤を用いて熱圧着し、相互を固定する。次いで、通常
の手法により、ワイヤボンディング装置を用いてワイヤ
34を所定のパターンでボンディングする。
グプロセスによってエポキシ系樹脂等を用いて樹脂パッ
ケージ40を形成する。このとき、放熱体10の小径部
14の表面が樹脂パッケージ40より露出する状態でモ
ールドが行われる。
ド30及びフレームリード32を切断して完成する。
置によれば、接合層22が半導体素子20の取付面24
の範囲内に収まる形状をなしている。したがって、接着
性に劣る関係にある樹脂パッケージ40と接合層22と
が接触しないので、両者の剥離による欠陥が生じない。
かる半導体装置の要部を模式的に示す平面図である。こ
の半導体装置は、導電層48の形状において、図2に示
す半導体装置と異なる。そして、導電層48以外の構成
は、図2に示す半導体装置と同様であるので同一の符号
を付して説明する。
ト状に形成されていたのに対して、図3において導電層
48は、リード30とフレームリード32との間の領域
で、角リング状に形成されている。
も簡単に、複数箇所からの接続ができる導電層を形成す
ることができる。
態にかかる半導体装置の要部を模式的に示す平面図であ
る。この半導体装置は、導電層58の形状において、図
2に示す半導体装置と異なる。そして、導電層58以外
の構成は、図2に示す半導体装置と同様であるので同一
の符号を付して説明する。
ト状に形成されていたのに対して、図4において導電層
58は、ワイヤ34の径と同等の径で点状をなすように
形成されている。詳しくは、例えば、ワイヤ34の直径
が約0.8mmの場合には、導電層58もこれにほぼ等
しい程度の径とすることが好ましい。
パッケージ40との接着性に劣るので、導電層58を可
能な範囲で小さくすることで、樹脂パッケージ40との
接触部分をできるだけ小さくすることができる。そし
て、樹脂パッケージ40と導電層58との剥離をできる
だけ防止することができる。
層58の形成方法を示す図である。通常、導電層58
は、マスクに形成された穴から液状の銀を電着させると
いう、電気めっきの方法によって形成される。しかしな
がら、導電層58の径が極めて小さい場合には、マスク
の穴が極めて小さくなるので、銀の通りが悪くなる。こ
こで、銀の通りを良くするために、マスクを薄くするこ
とも考えられるが、そうするとマスクが割れやすくな
る。
ク60を用いて導電層58を形成することとした。この
マスク60は、一方の面に形成される大径の穴62と他
方の面に形成される小径の穴64とが連通してなる連通
孔66を有するものである。詳しくは、穴62と穴64
とは、階段状をなして連通するようになっている。な
お、この形状の代わりに、テーパ状に連通するようにし
てもよい。
64を放熱体10の設置面16に当てて、大径の穴62
から銀を流して電気めっきの方法によってワイヤ34と
同等の径で点状の導電層58を形成することができる。
の穴62が大径なので、銀の通りが良く、必要に応じて
マスク60自体の厚みを厚く構成することもできる。
製造方法は、図1及び図2に示す半導体装置の製造方法
と同様なので説明を省略する。
で、図2のI−I線に沿って切断した状態を模式的に示
す図である。
ッケージを除いた状態で模式的に示す平面図である。
Claims (9)
- 【請求項1】 電極部と他の部材に取り付けられる取付
面とを有する半導体素子と、 前記半導体素子が設置される設置面を有し、前記半導体
素子を冷却する放熱体と、 前記半導体素子と前記放熱体との間に介在し、前記半導
体素子の取付面の範囲内に収まる形状で前記設置面に設
けられる接合層と、 前記半導体素子と前記接合層とを接着する接着層と、 リードと、 前記リードと前記半導体素子の電極部とを接続するワイ
ヤと、 前記半導体素子、前記放熱体、前記リードの一部、及び
前記ワイヤを封止する樹脂パッケージと、 を含む樹脂封止型半導体装置。 - 【請求項2】 請求項1記載の樹脂封止型半導体装置に
おいて、 前記放熱体は、導電性を有し、 前記半導体素子の前記取付面と、前記放熱体の前記設置
面とは、電気的に導通し、 前記接合層は、前記放熱体の表面よりも導電性が高い樹
脂封止型半導体装置。 - 【請求項3】 請求項2記載の樹脂封止型半導体装置に
おいて、 前記設置面における前記接合層以外の領域に、前記放熱
体の表面よりも導電性の高い導電層が設けられる樹脂封
止型半導体装置。 - 【請求項4】 請求項3記載の樹脂封止型半導体装置に
おいて、 前記導電層は、前記接合層の外周を連続的に囲む形状を
なす樹脂封止型半導体装置。 - 【請求項5】 請求項3記載の樹脂封止型半導体装置に
おいて、 前記導電層は、前記ワイヤと同等の径で点状をなす樹脂
封止型半導体装置。 - 【請求項6】 請求項1から請求項5のいずれかに記載
の樹脂封止型半導体装置において、 前記接合層は、前記放熱体の表面よりも伝熱性が高い樹
脂封止型半導体装置。 - 【請求項7】 請求項1から請求項6のいずれかに記載
の樹脂封止型半導体装置において、 前記樹脂パッケージは、前記放熱体の一部を露出させて
封止する樹脂封止型半導体装置。 - 【請求項8】 請求項1から請求項7のいずれかに記載
の樹脂封止型半導体装置の製造方法であって、 放熱体の設置面に半導体素子の取付面の範囲内に収まる
形状の接合層を設ける工程と、 接着剤を介して前記接合層と前記半導体素子の取付面と
を接着する工程と、 前記半導体素子の電極部とリードとをワイヤで接続する
工程と、 前記半導体素子、前記放熱体、前記リードの一部、及び
前記ワイヤを樹脂にて封止して樹脂パッケージを形成す
る工程と、 を含む樹脂封止型半導体装置の製造方法。 - 【請求項9】 請求項5記載の樹脂封止型半導体装置の
製造方法であって、 放熱体の設置面に半導体素子の取付面の範囲内に収まる
形状の接合層を設ける工程と、 一方の面に形成される大径穴と他方の面に形成される小
径穴とが連通してなる連通孔を有するマスクを用い、前
記小径穴を前記放熱体の設置面に当てて、電気めっきの
方法によってワイヤと同等の径で点状の導電層を形成す
る工程と、 接着剤を介して前記接合層と前記半導体素子の取付面と
を接着する工程と、 前記半導体素子の電極部とリードとをワイヤで接続し、
前記半導体素子の電極部と前記導電層とをワイヤで接続
し、前記リードと前記導電層とをワイヤで接続する工程
と、 前記半導体素子、前記放熱体、前記リードの一部、及び
前記ワイヤを樹脂にて封止して樹脂パッケージを形成す
る工程と、 を含む樹脂封止型半導体装置の製造方法。
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