WO2015079808A1 - 半導体装置 - Google Patents

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WO2015079808A1
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die pad
silver
gan
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中西 宏之
知稔 佐藤
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シャープ株式会社
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    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181Encapsulation

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor device in which a plurality of semiconductor devices are fixed on the same plane of a die stage.
  • GaN-HEMT GaN-High Electron Mobility Mobility Transistor
  • MOS-FET MOS type field effect transistor
  • FIG. 9 is a view showing a lead frame 100 used in a conventional semiconductor device.
  • FIG. 9A is a top view showing a conventional lead frame 100
  • FIG. 9B is a cross-sectional view showing the conventional lead frame 100.
  • the lead frame 100 includes a silver-plated die pad portion 102, a silver-plated inner lead portion 103, an outer lead portion 104 for connection to the outside, and a fin portion. 108.
  • a region plated with silver is shown as a silver-plated region 105 in the drawing, and the fin portion 108 is provided with a round hole 109 for screwing to dissipate heat.
  • FIG. 10 is a view showing a conventional semiconductor device 150 in which GaN-HEMT and MOS-FET are fixed to the lead frame shown in FIG. 9 by using different die attach materials.
  • FIG. 10A is a top view showing a conventional semiconductor device 150
  • FIG. 10B is a cross-sectional view showing the conventional semiconductor device 150.
  • the MOS-FET 111 is fixed to the die pad portion 102 with solder 112
  • the GaN-HEMT 113 is fixed to the die pad portion 102 with silver paste 114 next to the MOS-FET 111.
  • the solder 112 is a Pb—Sn—Ag high melting point solder
  • the silver paste 114 is a conductive epoxy resin containing a silver filler.
  • the GaN-HEMT 113 is bonded to the die pad portion 102 that has been subjected to silver plating.
  • the solder 112 has a higher melting point (the die pad portion 102 is heated to about 350 ° C. during die bonding), and the epoxy resin of the silver paste 114 is decomposed by high heat.
  • the MOS-FET 111 is fixed first using the solder 112.
  • the MOS-FET 111, the GaN-HEMT 113, and the inner lead portion 103 are wire-bonded using an aluminum wire 115 and a gold wire 116 using a wire bonder, and particularly, a large current is generated.
  • a 300 ⁇ m diameter aluminum wire 115 is used for the flowing portion, and a 30 ⁇ m diameter gold wire 116 is used where only a small current flows by signal transmission.
  • the MOS-FET 111 is first die-bonded with the solder 112, but an unfilled portion is generated under the MOS-FET 111, resulting in poor bonding, increased thermal resistance, Considering that reliability such as corrosion due to moisture absorption is reduced, the solder 112 must have a certain spread.
  • FIG. 11A is a diagram showing a position where the pre-processed silver plating region 120 is located in a predetermined pattern with respect to the lead frame 200 having a plurality of lead frames.
  • FIG. 10B is a diagram showing a lead frame 200 in which a plurality of lead frames 100 shown in FIG.
  • the lead frame 200 in a multiple state, before punching a Cu alloy or Fe alloy metal with a mold, the lead frame 200 is generally processed into a predetermined pattern shown in FIG. After the silver plating is performed on the silver plating region 120, the Cu-based alloy or Fe-based alloy metal and the silver plating region 120 before processing into a predetermined pattern are punched out together with a die, as shown in FIG. A lead frame 200 having the pattern of the silver plating region 105 shown in the figure can be obtained.
  • FIG. 11A in order to relatively indicate which region is subjected to silver plating with respect to the lead frame 200 made of a Cu-based alloy or Fe-based alloy after being punched with a die.
  • the silver-plated region 120 before processing is shown in a predetermined pattern for a Cu-based alloy or Fe-based alloy metal after punching with a mold.
  • the metal of the Fe-based alloy or the Fe-based alloy is not punched out by a mold.
  • chemical etching is performed to form a Cu alloy or Fe alloy metal in a desired pattern.
  • silver plating it is preferable to perform silver plating after the chemical etching in order to avoid affecting the silver plating region during the chemical etching.
  • FIG. 12 is a diagram showing an appearance of the semiconductor device 150 shown in FIG.
  • FIG. 12A is a top view of the appearance of the semiconductor device 150
  • FIG. 12B is a side view of the appearance of the semiconductor device 150.
  • the semiconductor device 150 is called TO-220, and is used for a package of a semiconductor device, and is particularly often used for a power system device.
  • the external appearance of the semiconductor device 150 protects the semiconductor device by the outer lead portion 104 for connection to the outside, the fin portion 108 provided with the round hole 109 for screwing for heat dissipation, and the semiconductor device. It is comprised with the sealing part 117.
  • JP 2013-153027 Released on August 8, 2013
  • the silver paste 114 hardened on the hardened solder 112 has remarkably low adhesion at the interface, and is easily peeled by stress due to distortion of the entire package resulting from a difference in thermal expansion coefficient of each material due to temperature change. Problems also arise.
  • the GaN-HEMT 113 when the GaN-HEMT 113 is fixed to the die pad portion 102 in an inclined state, the aluminum wire 115 and the gold wire 116 that are formed thereafter may be slowly connected or may not be attached.
  • the present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and the object thereof is to provide a semiconductor device even when a plurality of semiconductor devices are arranged close to each other on a die pad portion of a limited size.
  • a semiconductor device of the present invention is a semiconductor device including a plurality of semiconductor devices, and includes a first region plated with metal and a second layer not plated with metal on the same surface.
  • a second semiconductor device fixed by a touch material, and the boundary between the first region and the second region, or the second region is the same as the first semiconductor device in plan view It is characterized by being positioned between the second semiconductor device.
  • the boundary between the first region and the second region or the second region is between the first semiconductor device and the second semiconductor device in plan view. Since it is located, it can suppress that the area
  • the semiconductor device is not fixed in an inclined state with respect to the die pad portion. Therefore, a semiconductor device with improved reliability and yield can be realized.
  • the semiconductor device of the present invention even when a plurality of semiconductor devices are arranged close to each other on a die pad portion of a limited size, the semiconductor device is fixed in an inclined state with respect to the die pad portion. Since this does not occur, reliability and yield can be improved.
  • FIG. 3 is a diagram showing a lead frame of the semiconductor device of First Embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a semiconductor device in a first embodiment. It is a figure which shows in which position the two silver plating area
  • FIG. 10 is a diagram showing a lead frame of the semiconductor device of the second embodiment.
  • FIG. 6 illustrates a semiconductor device according to a second embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing a semiconductor device in which a MOS-FET and a GaN-HEMT are fixed on the die pad portion of the lead frame shown in FIG. 4 using only solder as a die attach material.
  • FIG. 6 illustrates a lead frame of a semiconductor device according to a third embodiment. It is a figure which shows the lead frame used for the conventional semiconductor device.
  • FIG. 10 is a diagram showing a conventional semiconductor device using the lead frame shown in FIG. 9.
  • (A) is a figure which shows the position which a silver plating area
  • (b) is a figure which shows the lead frame shown in FIG. It is a figure which shows the lead frame which is in a multiple connection state. It is a figure which shows the external appearance of the conventional semiconductor device shown in FIG.
  • FIGS. 1 to 8 Embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 8 as follows.
  • FIG. 1 is a diagram showing a lead frame 1 of a semiconductor device 10 according to the present embodiment.
  • FIG. 1A is a top view showing the lead frame 1
  • FIG. 1B is a cross-sectional view showing the lead frame 1.
  • the lead frame 1 includes a die pad portion 2, an inner lead portion 3, an outer lead portion 4 for connecting to the outside, and a fin portion 8. Is provided with a round hole 9 for screwing for heat dissipation.
  • the die pad portion 2 there are a silver-plated region 5 that is a silver-plated region and a non-silver-plated region 6 that is not silver-plated.
  • the die pad portion 2 having a thickness of about 1.27 mm is used, and silver plating is performed at a thickness of about 5 ⁇ m.
  • the thickness of the die pad portion 2 and the thickness of the silver plating are as follows. It is not limited to this and may be set as appropriate.
  • the silver-plated region 5 that is a region plated with silver is divided into a part of the die pad portion 2 and the inner lead portion 3 as shown in FIG.
  • silver plating is realized by forming silver plating regions in stripes at predetermined intervals using a so-called stripe plating method which has been conventionally performed in detail, which will be described later. be able to.
  • the method is the same as the conventional method except that the area for forming the silver plating in a stripe shape is different. Therefore, the trouble of forming the silver plating area in the stripe shape at a predetermined interval is the same as the conventional method. is there.
  • the silver plating region 5 is formed using a method called stripe plating, but the present invention is not limited to this, and the silver plating region 5 is formed using another method. It may be formed.
  • silver plating is used.
  • the present invention is not limited to this, and other metal plating can be used.
  • FIG. 2A is a top view showing the semiconductor device 10 before being covered with a sealing portion for protecting the semiconductor device
  • FIG. 2B is a semiconductor device before being covered with the sealing portion for protecting the semiconductor device.
  • the MOS-FET 11 is fixed to the die pad portion 2 with solder 12 (thermal conductivity: about 40 W / m ⁇ K), and GaN-HEMT 13 is adjacent to the silver paste. 14 (thermal conductivity: about 10 W / m ⁇ K) and fixed to the die pad portion 2.
  • the solder 12 is a Pb—Sn—Ag high melting point solder
  • the silver paste (resin adhesive) 14 is a conductive epoxy resin containing a silver filler
  • the MOS-FET 11 is fixed on the silver plating region 5 of the die pad portion 2 with solder 12
  • the GaN-HEMT 13 is fixed on the non-silver plating region 6 of the die pad portion 2 with silver paste 14.
  • the boundary 7 between the silver plating region 5 and the non-silver plating region 6 in the die pad portion 2 is located between the MOS-FET 11 and the GaN-HEMT 13 in plan view.
  • the solder 12 certainly exhibits a certain spread, but the solder 12 stops along the boundary 7 between the silver-plated region 5 and the non-silver-plated region 6, and the silver-plated region 5. No outflow occurs at the edge of the.
  • the silver paste 14 also shows a certain spread, the spread of the silver paste 14 stops due to the side surface of the silver plating region 5 (thickness of about 5 ⁇ m in this embodiment), and the silver paste 14 Don't get into 5.
  • the MOS-FET 11 and the GaN-HEMT 13 are arranged close to each other on the die pad portion 2 of a limited size, the MOS-FET 11 and the GaN-HEMT 13 are inclined with respect to the die pad portion 2. Since it is not fixed in the state, it is possible to avoid the phenomenon that the aluminum wire 15 and the gold wire 16 that are formed thereafter are slowly connected or non-attached. Therefore, the reliability and yield of the semiconductor device 10 can be improved.
  • the silver paste 14 rides on the hardened solder 12 and hardens, the adhesion at the interface is remarkably low, and the stress due to the distortion of the entire package resulting from the difference in thermal expansion coefficient of each material due to temperature change. Thus, there arises a problem that a peeling phenomenon is likely to occur at the portion where the silver paste 14 has run on the solder 12.
  • the silver paste is placed on the solder 12. Since it is possible to suppress the formation of the portion on which 14 rides, the occurrence of such a peeling phenomenon can be avoided, and the reliability and yield of the semiconductor device 10 can be improved.
  • the present invention is not limited to this.
  • the present invention is applicable when a plurality of semiconductor devices are arranged close to each other.
  • the distance between the MOS-FET 11 and the GaN-HEMT 13 is arranged close to about 0.5 mm, and in this case also, a semiconductor with improved reliability and yield The device 10 can be realized.
  • the step of fixing the GaN-HEMT 13 which is a step using the silver paste 14 to the die pad portion 2 is performed before the step of fixing the MOS-FET 11 which is a step using the solder 12 to the die pad portion 2, the solder 12 Since this has a higher melting point, it is necessary to heat the die pad 2 to a high temperature of about 350 ° C. when the MOS-FET 11 is die-bonded to the die pad 2.
  • the step of fixing the MOS-FET 11 to the die pad portion 2 which is the step of using the solder 12 is the step of using the silver paste 14 because the epoxy resin of the silver paste 14 is decomposed. This was performed before the step of fixing a certain GaN-HEMT 13 to the die pad unit 2.
  • GaN-HEMT GaN power device
  • a wafer with an epitaxially grown GaN-based semiconductor film on a silicon substrate is applied to a power device, a large current and high voltage are applied, so the silicon substrate is thinned and the die attach material has thermal conductivity. Generally, heat dissipation is increased by using high-solder.
  • the step of metallizing the back surface of the GaN-HEMT 13 is omitted, and the base silicon portion of the GaN-HEMT 13 (GaN-based power device) is gated to simplify the manufacturing process and reduce the manufacturing cost.
  • the structure used as an electrode was used.
  • the base silicon part of the GaN-HEMT When the base silicon part of the GaN-HEMT is used as a gate electrode, almost no current flows between the back side of the GaN-HEMT and the die pad part facing the back side of the GaN-HEMT. Even if a low resistance die attach material is not used for fixing (bonding) to the die pad portion, almost no energy loss occurs.
  • the silver paste 14 is used as a die attach material for fixing the GaN-HEMT 13 and the die pad portion 2 because a low resistance material such as solder is not required.
  • the step of metallizing the back surface of the GaN-HEMT 13 can be omitted, and the manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.
  • the lateral type GaN-based high electron mobility transistor GaN-HEMT 13 is used.
  • the present invention is not limited to this.
  • MOS-FET Similarly to the above, since a large current and a high voltage are applied to the MOS-FET formed on the silicon substrate, the silicon substrate is made thin and the die attach material is made of solder having high thermal conductivity. Generally, heat dissipation is improved.
  • solder 12 which is a low resistance material is used as a die attach material for fixing the MOS-FET 11 and the die pad portion 2.
  • the solder 12 which is a low resistance material is used, and the GaN-HEMT 13 and the die pad portion 2 are fixed.
  • the silver paste 14 is used as the touch material, but is not limited thereto.
  • the solder 12 and the silver paste 14 are used as the die attach material for fixing the MOS-FET 11 and the GaN-HEMT 13 to the die pad portion 2. Only one of them can be used.
  • the back surface of the MOS-FET 11 is metallized as compared with the case of the present embodiment.
  • a process can be omitted and an advantage that one die attach material can be used.
  • it is necessary to secure the heat dissipation of the MOS-FET 11 by adopting a configuration that can ensure the material and thickness of the substrate to be used and other heat dissipation.
  • the MOS-FET 11 which is a vertical MOS field effect transistor is used, but the present invention is not limited to this.
  • the MOS-FET 11, the GaN-HEMT 13, and the inner lead portion 3 are made of an aluminum wire 15 and a gold wire according to the circuit configuration.
  • the wire bonder is used for wire bonding at No.16, and in particular, a 300 ⁇ m diameter aluminum wire 15 is used for the portion where a large current flows, and a 30 ⁇ m diameter gold wire 16 is used where only a small current flows by signal transmission. is doing.
  • the die pad portion 2 the MOS-FET 11, the GaN-HEMT 13, the inner lead portion 3, the aluminum wire 15, and the gold A sealing portion is provided so as to cover the line 16, and the semiconductor device inside the semiconductor device 10 is protected.
  • FIG. 3 shows the positions of two striped silver plating regions 17 formed by stripe plating and separated by a predetermined distance with respect to the lead frame 20 in which a plurality of lead frames are in a multiple state.
  • a predetermined separation is provided with respect to the lead frame 20 after punching with a die.
  • two striped silver-plated regions 17 are illustrated, the lead frame 20 is actually not punched out by a mold when silver plating is performed.
  • the lead frame 20 not punched by the mold and the two striped silver plating areas 17 are punched by a mold, and the pattern of the silver plating area 5 as shown in FIG. Obtainable.
  • the silver plating region is affected during the chemical etching. In order to avoid this, it is preferable to perform silver plating after the chemical etching.
  • the MOS-FET 11 and the GaN-HEMT 13 are bonded to the die pad portion by using the multiple lead frame 20 having the pattern of the silver plating region 5 as shown in FIG. 2, a wire bonding step, and a step of forming a sealing portion, and then cut into the shape shown in FIG. 2, and a plurality of semiconductor devices 10 are formed from a single lead frame 20. Have gained.
  • the lead frame 20 in a multiple state is used.
  • the present invention is not limited to this, and FIG.
  • the semiconductor device 10 can also be manufactured using a lead frame having a shape as illustrated.
  • FIG. 4 is a diagram showing the lead frame 30 of the semiconductor device 40 or the semiconductor device 50 of the present embodiment.
  • FIG. 4A is a top view showing the lead frame 30, and FIG. 4B is a cross-sectional view showing the lead frame 30.
  • FIG. 4A is a top view showing the lead frame 30, and FIG. 4B is a cross-sectional view showing the lead frame 30.
  • silver plating is performed so that a non-silver plating region 6 having a predetermined width is formed on the die pad portion 2 between the silver plating region 5 and the silver plating region 5. Is given.
  • FIG. 5A is a top view showing the semiconductor device 40 before being covered with a sealing portion that protects the semiconductor device
  • FIG. 5B is a semiconductor device before being covered with the sealing portion that protects the semiconductor device.
  • the non-silver plated region 6 having a predetermined width formed between the silver plated region 5 and the silver plated region 5 has a MOS-FET 11 and a GaN-HEMT 13 in plan view. Located between and.
  • the MOS-FET 11 and the GaN-HEMT 13 are fixed to each of the two silver plating regions 5 separated by the non-silver plating region 6.
  • the solder 12 and the silver paste 14 certainly show a certain spread, but along the two boundaries between the silver-plated region 5 and the non-silver-plated region 6, The silver paste 14 stops, and the solder 12 and the silver paste 14 do not flow out at the edge portion (non-silver plating region 6) of the silver plating region 5.
  • the MOS-FET 11 and the GaN-HEMT 13 are arranged close to each other on the die pad portion 2 of a limited size, the MOS-FET 11 and the GaN-HEMT 13 are inclined with respect to the die pad portion 2. Since it is not fixed in the state, it is possible to avoid the phenomenon that the aluminum wire 15 and the gold wire 16 that are formed thereafter are slowly connected or non-attached. Therefore, the reliability and yield of the semiconductor device 40 can be improved.
  • the silver paste 14 rides on the hardened solder 12 and hardens, the adhesion at the interface is remarkably low, and the stress due to the distortion of the entire package resulting from the difference in thermal expansion coefficient of each material due to temperature change. Thus, there arises a problem that a peeling phenomenon is likely to occur at a portion where the silver paste 14 has run on the solder 12.
  • the silver paste is placed on the solder 12. Since it is possible to suppress the formation of the portion on which 14 rides, the occurrence of such a peeling phenomenon can be avoided, and the reliability and yield of the semiconductor device 40 can be improved.
  • the present invention is not limited to this.
  • the present invention is applicable when a plurality of semiconductor devices are arranged close to each other.
  • the distance between the MOS-FET 11 and the GaN-HEMT 13 is arranged close to about 0.5 mm, and in this case also, a semiconductor with improved reliability and yield The device 40 can be realized.
  • FIG. 6 is a diagram showing a semiconductor device 50 in which the MOS-FET 11 and the GaN-HEMT 13 are fixed on the die pad portion 2 of the lead frame 30 shown in FIG. 4A by using only solder as a die attach material. is there.
  • the MOS-FET 11 and the GaN-HEMT 13 are fixed to the two silver plating regions 5 separated by the non-silver plating region 6 with the solder 12 and the solder 18, respectively.
  • metallization for performing solder bonding is also required on the back surface of the GaN-HEMT 13, which increases the manufacturing cost.
  • the man-hours required by using a die attach material in common with the solder There is also a reduction, and the manufacturing cost can be reduced overall.
  • the non-silver plating region 6 having a predetermined width formed between the silver plating region 5 and the silver plating region 5 is, in plan view, the MOS Since it is located between the FET 11 and the GaN-HEMT 13, the solder 12 and the solder 18 stop along the two boundaries between the silver-plated region 5 and the non-silver-plated region 6, and the edge (non- No outflow of the solder 12 and the solder 18 occurs in the silver plating region 6).
  • solder 12 and the solder 18 from being mixed with each other and forming a so-called solder bridge.
  • the amount of solder necessary for fixing the GaN-HEMT 13 and the amount of solder necessary for fixing the MOS-FET 11 cannot be controlled appropriately, and the inclination does not occur. It is difficult to fix the GaN-HEMT 13 and the MOS-FET 11 on the die pad portion 2.
  • the GaN-HEMT 13 and the MOS-FET 11 can be fixed on the die pad portion 2 without causing an inclination.
  • FIG. 7 shows the position of two striped silver plating regions 17 formed by stripe plating and separated by a predetermined distance from the lead frame 60 in which a plurality of lead frames are in a multiple state.
  • a predetermined separation is provided with respect to the lead frame 60 after punching with a die.
  • the lead frame 60 is actually not punched out by a mold at the stage where silver plating is performed.
  • the lead frame 60 not punched by the mold and the two striped silver plating areas 17 are punched by a mold to form a pattern of the silver plating area 5 as shown in FIG. Obtainable.
  • the silver plating region is affected during the chemical etching. In order to avoid this, it is preferable to perform silver plating after the chemical etching.
  • Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the shape of the silver plating region 5 formed on the die pad portion 2 is different from those of the first and second embodiments.
  • Other configurations are as described in the first and second embodiments.
  • members having the same functions as those shown in the drawings of Embodiments 1 and 2 are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
  • FIG. 8 is a diagram showing a lead frame 70 of the semiconductor device of the present embodiment.
  • FIG. 8A is a top view showing the lead frame 70
  • FIG. 8B is a cross-sectional view showing the lead frame 70.
  • the die pad portion 2 includes a silver plating region 5 and a non-silver plating region 6.
  • the silver plating area 5 of the die pad 2 is slightly larger than the size of the MOS-FET (not shown) to be fixed later, that is, about 0.3 mm away from each side of the MOS-FET (not shown). It is formed in a substantially rectangular shape up to the position.
  • the boundary 7a between the silver-plated region 5 and the non-silver-plated region 6 in the die pad 2 is located between the MOS-FET and the GaN-HEMT that are fixed later in plan view.
  • the GaN-HEMT is fixed to the non-silver plating region 6 of the die pad portion 2 by a die attach material in the silver plating region 5 of the die pad portion 2.
  • solder and silver paste As the die attach material used for fixing the MOS-FET and the GaN-HEMT, either two different types (for example, solder and silver paste) or a common type (for example, solder and silver paste) Can be used.
  • the pattern after the MOS-FET and the GaN-HEMT are fixed to the die pad portion 2 is the same as that of the first embodiment except that the shape of the silver plating region 5 in the die pad portion 2 is different. Illustration is omitted.
  • the die attach material used for fixing the MOS-FET stops along the boundary 7a between the silver plating region 5 and the non-silver plating region 6, and at the edge of the silver plating region 5. No outflow occurs.
  • the die attach material used for fixing the GaN-HEMT stops spreading due to the side surface of the silver plating region 5 (thickness of about 5 ⁇ m in this embodiment). Don't get in.
  • the manufacturing cost is relatively high, but it is possible to perform die bonding with higher precision and less misalignment. Furthermore, even when the third semiconductor device is disposed adjacent to the GaN-HEMT (GaN-based power device) in a different direction, the same effects as those of the first and third embodiments described above can be obtained.
  • the semiconductor package has been described by taking as an example a semiconductor package called TO-220 using transfer molding, but the present invention can also be applied to other semiconductor packages and semiconductor modules. Of course.
  • GaN-HEMT GaN-based power device
  • MOS-FET MOS-FET
  • GaN-HEMT GaN-based power device
  • GaN-HEMT In the case where solder or silver paste is used as the die attach material of GaN-HEMT (GaN-based power device) has been described as an example, but GaN-HEMT ( In the case where the GaN-based power device is a lateral type device, there is no problem even if the back surface is insulated, so there is no need to stick to the inclusion of a conductor such as silver, and an insulating paste may be used. .
  • the semiconductor device is a semiconductor device including a plurality of semiconductor devices, and a first region plated with metal and a second region not plated with metal are formed on the same surface.
  • the boundary between the first region and the second region or the second region is between the first semiconductor device and the second semiconductor device in plan view. Since it is located, it can suppress that the area
  • the semiconductor device is not fixed in an inclined state with respect to the die pad portion. Therefore, a semiconductor device with improved reliability and yield can be realized.
  • the first semiconductor device is fixed to the first region, and the first region is formed along the shape of the first semiconductor device. It may be formed so as to be surrounded by.
  • the first semiconductor device includes a vertical MOS transistor
  • the second semiconductor device is a power device including a lateral transistor
  • the first semiconductor device and the second semiconductor device may be configured to be cascode-connected.
  • the first semiconductor device including the vertical MOS transistor on the die pad portion having a limited size, and the second semiconductor device serving as a power device including the lateral transistor.
  • a semiconductor device provided with the above can be realized.
  • the first die attach material may be solder.
  • the first die attach material uses solder with high thermal conductivity, the heat dissipation of the first semiconductor device can be improved.
  • the second die attach material may include a resin-based adhesive.
  • the die pad portion has the The surface facing the same surface may not be metallized. Therefore, the manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.
  • the second die attach material includes a metallic filler.
  • the second die attach material including the resin-based adhesive includes the metallic filler having a high thermal conductivity, the heat dissipation of the second semiconductor device can be improved.
  • the second die attach material may include a silver filler.
  • the second die attach material including the resin-based adhesive includes the silver filler having high thermal conductivity, the heat dissipation of the second semiconductor device can be improved.
  • the surface of the die pad portion facing the same surface does not include a metal layer.
  • the second semiconductor device when the second semiconductor device is fixed to the same surface of the die pad portion by the second die attach material containing a resin-based adhesive, the second semiconductor device
  • the surface of the die pad portion facing the same surface does not include a metal layer, so that the manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.
  • the metal plating preferably contains silver.
  • the first region and the second region are formed using a stripe plating method.
  • the first region and the second region are formed using a partial plating method.
  • the first die attach material and the second die attach material may be the same material.
  • the present invention can be suitably used for a semiconductor device in which a plurality of semiconductor devices are fixed on the same plane of a die stage.

Abstract

 限られたサイズのダイパッド部上に、複数個の半導体デバイスを近接させて並べて配置する場合においても、半導体デバイスがダイパッド部に対し、傾斜した状態で固定されてしまうようなことが生じない、信頼性および歩留りが向上された半導体装置を提供する。ダイパッド部(2)の同一面上にハンダ(12)によって固定されたMOS-FET(11)と、ダイパッド部(2)の上記同一面上に銀ペースト(14)によって固定されたGaN-HEMT(13)と、を備え、銀メッキ領域(5)と非銀メッキ領域(6)との境界または、非銀メッキ領域(6)は、平面視において、MOS-FET(11)とGaN-HEMT(13)との間に位置する。

Description

半導体装置
 本発明は、複数個の半導体デバイスを、ダイステージの同一平面上に固定した半導体装置に関する。
 これまでに、複数個の半導体デバイスを内蔵した様々な半導体装置、いわゆる半導体パッケージが提案されている。
 近年、その中でも、バンドギャップが大きく、ヘテロ接合による高い電子濃度を実現し得るGaN(窒素ガリウム)系パワーデバイスを備えた半導体装置が注目されている。
 このようなGaN系パワーデバイスを備えた半導体装置の構造については、特許文献1に記載されており、具体的には、GaN系の高電子移動度トランジスタ(GaN-HEMT:GaN-High Electron Mobility Transistor)と、MOS型電界効果トランジスタ(MOS-FET)とが、何れもハンダペーストによって同一ダイステージ(以下、ダイパッド部と称する)上に固定され、互いにカスコード接続された半導体装置について記載されている。
 一方、GaN-HEMTとMOS-FETとのそれぞれを、異なるダイアタッチ材を用いて、同一ダイパッド部上に固定した半導体装置も提案されている。
 図9は、従来の半導体装置に用いられるリードフレーム100を示す図である。
 図9(a)は従来のリードフレーム100を示す上面図であり、図9(b)は従来のリードフレーム100を示す断面図である。
 図示されているように、リードフレーム100には、銀メッキが施されたダイパッド部102と、銀メッキが施されたインナーリード部103と、外部と接続するためのアウターリード部104と、フィン部108と、が備えられている。そして、銀メッキが施された領域は、図中において、銀メッキ領域105として示しており、フィン部108には、放熱するためにねじ止めを行う用度の丸孔109が設けられている。
 図10は、GaN-HEMTとMOS-FETとのそれぞれを、異なるダイアタッチ材を用いて、図9に示すリードフレームに固定した従来の半導体装置150を示す図である。
 図10(a)は従来の半導体装置150を示す上面図であり、図10(b)は従来の半導体装置150を示す断面図である。
 図示されているように、従来の半導体装置150においては、MOS-FET111はハンダ112でダイパッド部102に固定されており、その隣にGaN-HEMT113が銀ペースト114でダイパッド部102に固定されている。
 そして、ハンダ112は、Pb-Sn-Ag系の高融点ハンダであり、銀ペースト114は、銀のフィラーを含有した導電性のあるエポキシ系樹脂であって、ダイボンダを用いて、MOS-FET111とGaN-HEMT113とが、銀メッキが施されたダイパッド部102に接合される。
 なお、ハンダ112より銀ペースト114を先に使用すると、ハンダ112の方が高融点(ダイボンド時にダイパッド部102を350℃程度に加熱)のため、銀ペースト114のエポキシ系樹脂が高熱で分解するため、先にハンダ112を用いてMOS-FET111を固定するのが一般的である。
 また、回路構成にしたがって、MOS-FET111と、GaN-HEMT113と、インナーリード部103と、は、アルミ線115および金線116でワイヤーボンダを用いてワイヤボンディング接続されており、特に、大きな電流が流れる部分は300μm径のアルミ線115を、信号伝達のみで小さな電流しか流れないところは30μm径の金線116が採用されている。
 そして、このような構成の場合、上述したように、先にハンダ112でMOS-FET111をダイボンドすることとなるが、MOS-FET111の下に未充填部分が生じ、接合不良、熱抵抗の増大、吸湿による腐食など信頼性が低下してしまうことを考慮すると、ある一定の拡がりをハンダ112に持たせなければならない。
 図11(a)は、リードフレームが複数個多連状態となっているリードフレーム200に対して、所定パターンに加工前の銀メッキ領域120がどの位置にあるかを示す図であり、図11(b)は、図9に示すリードフレーム100が複数個多連状態となっているリードフレーム200を示す図である。
 多連状態となっているリードフレーム200においては、一般的には、Cu系合金または、Fe系合金の金属を型で打ち抜く前に、図11(a)に図示されている所定パターンに加工前の銀メッキ領域120に銀メッキを行った後、Cu系合金または、Fe系合金の金属と、所定パターンに加工前の銀メッキ領域120とを、一緒に型で打ち抜き、図11(b)に図示されている銀メッキ領域105のパターンを有するリードフレーム200を得ることができる。なお、図11(a)においては、型で打ち抜いた後のCu系合金または、Fe系合金の金属からなるリードフレーム200に対して、どの領域に銀メッキが行われるかを相対的に示すため、型で打ち抜いた後のCu系合金または、Fe系合金の金属に対して、所定パターンに加工前の銀メッキ領域120を図示しているが、実際、銀メッキが行われる段階においては、Cu系合金または、Fe系合金の金属は型で打ち抜かれてない状態である。
 なお、Cu系合金または、Fe系合金の金属を型で打ち抜いて所望のパターンを形成する代わりに、化学的にエッチングを行い、Cu系合金または、Fe系合金の金属を所望のパターンに形成する場合には、上記化学的エッチング時に、銀メッキ領域が影響を受けるのを避けるため、上記化学的エッチング後に、銀メッキを行うことが好ましい。
 図12は、図10に示す半導体装置150の外観を示す図である。
 図12(a)は半導体装置150の外観の上面図であり、図12(b)は半導体装置150の外観の側面図である。
 半導体装置150は、TO-220と呼ばれるもので、半導体デバイスのパッケージに用いられ、特に、パワー系デバイスにもよく用いられている。
 図示されているように、半導体装置150の外観は、外部と接続するためのアウターリード部104と、放熱用にねじ止めするための丸孔109を設けたフィン部108と、半導体デバイスを保護する封止部117とで構成されている。
日本国公開特許公報「特開2013-153027号」公報(2013年8月8日公開)
 しかしながら、上記特許文献1に記載されている半導体装置の構成においては、GaN-HEMTとMOS-FETとは、同一ダイパッド上に、ハンダによって固定されている。
 したがって、限られたダイパッド上の領域に、GaN-HEMTとMOS-FETとの距離を極力近づけて並べて配置する場合、GaN-HEMTを固定するためのハンダとMOS-FETを固定するためのハンダとが、相互に混ざり合い、いわゆるハンダブリッジが形成されてしまい、GaN-HEMTの固定に必要なハンダの量と、MOS-FETの固定に必要なハンダ量とを、それぞれ適切に制御できなくなってしまう。
 よって、傾斜を生じさせずに、GaN-HEMTおよびMOS-FETをダイステージ上に固定するのは困難となってしまう。
 そして、図10に示す従来の半導体装置150においては、図10(b)に図示されているように、ハンダ112の拡がりにより、ハンダ112の上に銀ペースト114が乗り上がった領域が発生してしまい、GaN-HEMT113がダイパッド部102に対し、傾斜した状態で固定されてしまうという問題がある。
 また、硬化したハンダ112の上で硬化した銀ペースト114は、その界面での密着性が著しく低く、温度変化による各材料の熱膨張係数の差から生じるパッケージ全体の歪みによる応力によって剥離しやすいという問題も生じる。
 それから、GaN-HEMT113がダイパッド部102に対し、傾斜した状態で固定されると、その後に形成されるアルミ線115や金線116が緩慢に接続されたり、不着になったりすることもある。
 これらの問題は、半導体デバイス間の距離を離せば、回避できるが、ダイパッド部のサイズは限られており、現実的に半導体デバイス間の距離を所定以上に離すことは困難である。
 本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、限られたサイズのダイパッド部上に、複数個の半導体デバイスを近接させて並べて配置する場合においても、半導体デバイスがダイパッド部に対し、傾斜した状態で固定されてしまうようなことが生じない、信頼性および歩留りが向上された半導体装置を提供することにある。
 本発明の半導体装置は、上記課題を解決するために、複数個の半導体デバイスを含む半導体装置であって、同一面上に、金属メッキされた第1の領域と、金属メッキされていない第2の領域とが形成されたダイパッド部と、上記ダイパッド部の上記同一面上に第1のダイアタッチ材によって固定された第1の半導体デバイスと、上記ダイパッド部の上記同一面上に第2のダイアタッチ材によって固定された第2の半導体デバイスと、を備え、上記第1の領域と上記第2の領域との境界または、上記第2の領域は、平面視において、上記第1の半導体デバイスと上記第2の半導体デバイスとの間に位置することを特徴としている。
 上記構成によれば、上記第1の領域と上記第2の領域との境界または、上記第2の領域は、平面視において、上記第1の半導体デバイスと上記第2の半導体デバイスとの間に位置するようになっているので、第1のダイアタッチ材および第2のダイアタッチ材の一方が他方に乗り上がった領域が形成されたり、相互に混ざり合う領域が形成されるのを抑制できる。
 したがって、限られたサイズのダイパッド部上に、複数個の半導体デバイスを近接させて並べて配置する場合においても、半導体デバイスがダイパッド部に対し、傾斜した状態で固定されてしまうようなことが生じないので、信頼性および歩留りが向上された半導体装置を実現できる。
 本発明の半導体装置においては、限られたサイズのダイパッド部上に、複数個の半導体デバイスを近接させて並べて配置する場合においても、半導体デバイスがダイパッド部に対し、傾斜した状態で固定されてしまうようなことが生じないので、信頼性および歩留りを向上できる。
実施の形態1の半導体装置のリードフレームを示す図である。 実施の形態1の半導体装置を示す図である。 リードフレームが複数個多連状態となっているリードフレームに対して、ストライプメッキ法によって形成される所定間隔離されたストライプ状の2つの銀メッキ領域がどの位置にあるかを示す図である。 実施の形態2の半導体装置のリードフレームを示す図である。 実施の形態2の半導体装置を示す図である。 図4に図示したリードフレームのダイパッド部上に、ダイアタッチ材としてハンダのみを用いて、MOS-FETとGaN-HEMTとを固定した半導体装置を示す図である。 リードフレームが複数個多連状態となっているリードフレームに対して、ストライプメッキ法によって形成される所定間隔離されたストライプ状の2つの銀メッキ領域がどの位置にあるかを示す図である。 実施の形態3の半導体装置のリードフレームを示す図である。 従来の半導体装置に用いられるリードフレームを示す図である。 図9に示すリードフレームを用いた従来の半導体装置を示す図である。 (a)は、リードフレームが複数個多連状態となっているリードフレームに対して、銀メッキ領域がどの位置にあるかを示す図であり、(b)は、図9に示すリードフレームが複数個多連状態となっているリードフレームを示す図である。 図10に示す従来の半導体装置の外観を示す図である。
 以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などはあくまで一実施形態に過ぎず、これらによってこの発明の範囲が限定解釈されるべきではない。
 本発明の実施の形態を図1~図8に基づいて説明すれば以下のとおりである。
 〔実施の形態1〕
 本発明の一実施形態について図1~図3に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
 (リードフレーム)
 図1は、本実施の形態の半導体装置10のリードフレーム1を示す図である。
 図1(a)は、リードフレーム1を示す上面図であり、図1(b)は、リードフレーム1を示す断面図である。
 図示されているように、リードフレーム1には、ダイパッド部2と、インナーリード部3と、外部と接続するためのアウターリード部4と、フィン部8と、が備えられており、フィン部8には、放熱用にねじ止めするための丸孔9が設けられている。
 そして、ダイパッド部2においては、銀メッキが施された領域である銀メッキ領域5と、銀メッキが施されていない領域である非銀メッキ領域6と、が存在する。
 なお、本実施の形態においては、厚さ約1.27mmのダイパッド部2を用いており、銀メッキは厚さ約5μmで行っているが、ダイパッド部2の厚さおよび銀メッキの厚さはこれに限定されることはなく、適宜設定すればよい。
 具体的に、銀メッキが施された領域である銀メッキ領域5は、図1(a)に図示されているように、ダイパッド部2の一部と、インナーリード部3と、に分かれているが、このような銀メッキは、詳しくは後述する従来から行われている、いわゆるストライプメッキと呼ばれる方法を用いて、所定間隔をおいて、ストライプ状に銀メッキ領域を形成することにより、実現することができる。
 したがって、ストライプ状に銀メッキを形成する領域が違うこと以外は、従来の方法と同じであるため、所定間隔をおいて、ストライプ状に銀メッキ領域を形成することの手間は、従来と同じである。
 なお、本実施の形態においては、ストライプメッキと呼ばれる方法を用いて、銀メッキ領域5を形成しているが、これに限定されることはなく、他の方法を用いて、銀メッキ領域5を形成してもよい。
 なお、本実施の形態においては、銀メッキを用いているが、これに限定されることはなく、他の金属メッキを用いることもできるのは勿論である。
 (部分的に銀メッキされたダイパッド部を備えた半導体装置)
 以下、図2に基づいて、ダイボンダを用いて、MOS-FET11とGaN-HEMT13とが、ダイパッド部2にどのように接合されているかと、ワイヤーボンダを用いて、MOS-FET11と、GaN-HEMT13と、インナーリード部3とが、アルミ線15および金線16で、どのようにワイヤボンディング接続されているかについて説明する。
 図2(a)は、半導体デバイスを保護する封止部で覆う前の半導体装置10を示す上面図であり、図2(b)は、半導体デバイスを保護する封止部で覆う前の半導体装置10を示す断面図である。
 図示されているように、半導体装置10においては、MOS-FET11はハンダ12(熱伝導率:約40W/m・K)でダイパッド部2に固定されており、その隣にGaN-HEMT13が銀ペースト14(熱伝導率:約10W/m・K)でダイパッド部2に固定されている。
 より具体的には、ハンダ12はPb-Sn-Ag系の高融点ハンダであり、銀ペースト(樹脂系接着剤)14は銀のフィラーを含有した導電性のあるエポキシ系樹脂であって、ダイボンダを用いて、MOS-FET11はダイパッド部2の銀メッキ領域5上にハンダ12で固定され、GaN-HEMT13はダイパッド部2の非銀メッキ領域6上に銀ペースト14で固定されている。
 そして、図示されているように、ダイパッド部2における、銀メッキ領域5と非銀メッキ領域6との境界7が、平面視において、MOS-FET11とGaN-HEMT13との間に位置する。
 このような構成であるため、MOS-FET11とGaN-HEMT13との下に未充填部分が生じ、接合不良、熱抵抗の増大、吸湿による腐食など信頼性が低下してしまうことを考慮し、ハンダ12および銀ペースト14に、ある一定の拡がりを持たせた場合でも、ハンダ12および銀ペースト14の一方が他方に乗り上がった領域が形成されるのを抑制できる。
 すなわち、図2に図示されているように、ハンダ12は確かに一定の拡がりを示すが、銀メッキ領域5と非銀メッキ領域6との境界7に沿ってハンダ12は止まり、銀メッキ領域5のエッジ部で流れ出しは発生しない。
 一方、銀ペースト14も一定の拡がりを示すが、銀メッキ領域5の側面(本実施の形態の場合には厚さ約5μm)によって、銀ペースト14の拡がりが止まり、銀ペースト14は銀メッキ領域5に入り込まない。
 したがって、限られたサイズのダイパッド部2上に、MOS-FET11とGaN-HEMT13とを近接させて並べて配置する場合においても、MOS-FET11とGaN-HEMT13とが、ダイパッド部2に対し、傾斜した状態で固定されてしまうようなことが生じないので、その後に形成されるアルミ線15や金線16が緩慢に接続されたり、不着になったりする現象が生じるのを回避することができる。よって、半導体装置10の信頼性および歩留りを向上させることができる。
 さらに、硬化したハンダ12の上に、銀ペースト14が乗り上がり硬化した場合には、その界面の密着性が著しく低く、温度変化による各材料の熱膨張係数の差から生じるパッケージ全体の歪みによる応力で、ハンダ12の上に、銀ペースト14が乗り上がった部分で剥離現象が生じやすいという問題が生じるが、本実施の形態の半導体装置10の構成によれば、ハンダ12の上に、銀ペースト14が乗り上がった部分が形成されるのを抑制できるので、このような剥離現象が生じるのを回避でき、半導体装置10の信頼性および歩留りを向上させることができる。
 なお、本実施の形態においては、2つの半導体デバイス(MOS-FET11とGaN-HEMT13)を近接させて並べて配置する場合を例に挙げて説明しているが、これに限定されることはなく、本発明は、複数個の半導体デバイスを近接させて並べて配置する場合に適用可能である。
 なお、本実施の形態においては、MOS-FET11とGaN-HEMT13との間の距離を0.5mm程度にまで近接させて配置しており、この場合においても、信頼性および歩留りが向上された半導体装置10を実現することができる。
 そして、銀ペースト14を用いる工程であるGaN-HEMT13をダイパッド部2へ固定する工程を、ハンダ12を用いる工程であるMOS-FET11をダイパッド部2へ固定する工程より、先に行うと、ハンダ12の方が高融点のため、MOS-FET11をダイパッド部2にダイボンドする際にダイパッド部2を350℃程度に高温加熱する必要が生じるが、この高温加熱により、先にダイパッド部2上に形成されている銀ペースト14のエポキシ系樹脂が分解してしまうため、本実施の形態においては、ハンダ12を用いる工程であるMOS-FET11をダイパッド部2へ固定する工程を、銀ペースト14を用いる工程であるGaN-HEMT13をダイパッド部2へ固定する工程より、先に行った。
 (GaN-HEMT(GaN系パワーデバイス))
 シリコン基板上にGaN系半導体膜をエピタキシャル成長させたウエハをパワーデバイスに適用する場合には、大電流、高電圧を印加することから、シリコン基板を薄くして、かつ、ダイアタッチ材は熱伝導率の高いハンダを用いて放熱性を上げるのが一般的である。
 しかしながら、GaN-HEMTをハンダでダイパッドに接合するには、GaN-HEMTの裏面をメタライズしてハンダが濡れるようにしておく必要が生じ、製造プロセスおよび製造コストの増加を招くこととなる。
 そこで、本実施の形態においては、GaN-HEMT13の裏面をメタライズする工程を省き、製造プロセスの簡略化と製造コストダウンを実現するため、GaN-HEMT13(GaN系パワーデバイス)のベースシリコン部をゲート電極とする構成を用いた。
 GaN-HEMTのベースシリコン部をゲート電極とした場合、GaN-HEMTの裏面側と、GaN-HEMTの裏面側に対向するダイパッド部との間には、ほとんど電流は流れないので、GaN-HEMTとダイパッド部との固定(接合)に低抵抗のダイアタッチ材を用いなくてもエネルギー損失はほとんど生じない。
 したがって、本実施の形態においては、GaN-HEMT13とダイパッド部2とを固定するダイアタッチ材として、ハンダのような低抵抗の材料を必要としないことから、銀ペースト14を用いている。
 よって、本実施の形態の半導体装置10においては、GaN-HEMT13の裏面をメタライズする工程を省くことができ、製造プロセスの簡略化と製造コストダウンを実現している。
 なお、本実施の形態において、ラテラル型のGaN系の高電子移動度トランジスタであるGaN-HEMT13を用いているが、これに限定されることはない。
 (MOS-FET)
 上記同様に、シリコン基板上に形成されたMOS-FETについても、大電流、高電圧を印加することから、シリコン基板を薄くして、かつ、ダイアタッチ材は熱伝導率の高いハンダを用いて放熱性を上げるのが一般的である。
 しかしながら、MOS-FETの場合は、GaN-HEMTの場合とは異なり、MOS-FETの裏面側と、MOS-FETの裏面側に対向するダイパッド部との間には、大きな電流が流れるため、MOS-FETとダイパッド部との固定(接合)には、低抵抗のダイアタッチ材を用いてエネルギー損失を抑える必要が生じる。したがって、本実施の形態においては、MOS-FET11とダイパッド部2とを固定するダイアタッチ材として、低抵抗材料であるハンダ12を用いている。
 以上のように、本実施の形態においては、MOS-FET11とダイパッド部2とを固定するダイアタッチ材としては、低抵抗材料であるハンダ12を、GaN-HEMT13とダイパッド部2とを固定するダイアタッチ材としては、銀ペースト14を、それぞれ用いているが、これに限定されることはなく、MOS-FET11およびGaN-HEMT13をダイパッド部2に固定するダイアタッチ材として、ハンダ12および銀ペースト14の何れか一方のみを用いることもできる。
 なお、MOS-FET11およびGaN-HEMT13をダイパッド部2に固定するダイアタッチ材として、ハンダ12のみを用いる場合には、本実施の形態の場合と比較して、GaN-HEMT13の裏面をメタライズする工程が追加されるが、一つのダイアタッチ材を用いることができるというメリットがある。この構成については、詳しくは、実施の形態2で説明する。
 また、MOS-FET11およびGaN-HEMT13をダイパッド部2に固定するダイアタッチ材として、銀ペースト14のみを用いる場合には、本実施の形態の場合と比較して、MOS-FET11の裏面をメタライズする工程を省くことができるというメリットと、一つのダイアタッチ材を用いることができるというメリットとがある。しかし、用いる基板の材質や厚さやその他の放熱性を確保できる構成を採用して、MOS-FET11の放熱性を確保する必要が生じる。
 なお、本実施の形態において、縦型のMOS型電界効果トランジスタであるMOS-FET11を用いているが、これに限定されることはない。
 (ワイヤボンディング)
 図2に図示されているように、本実施の形態の半導体装置10においては、その回路構成にしたがって、MOS-FET11と、GaN-HEMT13と、インナーリード部3とは、アルミ線15および金線16でワイヤーボンダを用いてワイヤボンディング接続されており、特に、大きな電流が流れる部分は、300μm径のアルミ線15を、信号伝達のみで小さな電流しか流れないところは30μm径の金線16を採用している。
 (封止部)
 そして、図2には図示してないが、本実施の形態の半導体装置10においては、ダイパッド部2と、MOS-FET11と、GaN-HEMT13と、インナーリード部3と、アルミ線15と、金線16とを覆うように、封止部が設けられ、半導体装置10内部の半導体デバイスを保護するようになっている。
 (多連状態のリードフレーム)
 図3は、リードフレームが複数個多連状態となっているリードフレーム20に対して、ストライプメッキ法によって形成される所定間隔離されたストライプ状の2つの銀メッキ領域17がどの位置にあるかを示す図である。
 図3においては、型で打ち抜いた後のリードフレーム20に対して、どの領域に銀メッキが行われるかを相対的に示すため、型で打ち抜いた後のリードフレーム20に対して、所定間隔離されたストライプ状の2つの銀メッキ領域17を図示しているが、実際、銀メッキが行われる段階においては、リードフレーム20は型で打ち抜かれてない状態である。
 それから、型で打ち抜かれてない状態のリードフレーム20と、ストライプ状の2つの銀メッキ領域17とを、型で打ち抜き、図1(a)に図示されているような銀メッキ領域5のパターンを得ることができる。
 なお、リードフレーム20を型で打ち抜いて所望のパターンを形成する代わりに、化学的にエッチングを行い、所望のパターンに形成する場合には、上記化学的エッチング時に、銀メッキ領域が影響を受けるのを避けるため、上記化学的エッチング後に、銀メッキを行うことが好ましい。
 そして、本実施の形態においては、図1(a)に図示されているような銀メッキ領域5のパターンを有する多連状態のリードフレーム20を用いて、MOS-FET11およびGaN-HEMT13をダイパッド部2に固定する工程と、ワイヤボンディング工程と、封止部を形成する工程と、を行った後、図2に示す形状に切り取り、一つの多連状態のリードフレーム20から複数個の半導体装置10を得ている。
 なお、本実施の形態においては、ストライプメッキ法を用いることにより、生産性の向上を図るため、多連状態のリードフレーム20を用いているが、これに限定されることはなく、図1に図示されているような形状のリードフレームを用いて、半導体装置10を製造することもできる。
 〔実施の形態2〕
 次に、図4から図7に基づいて、本発明の実施の形態2について説明する。本実施の形態においては、ダイパッド部2上に形成される銀メッキ領域5の形状が、上記の実施の形態1とは異なる。その他の構成については実施の形態1において説明したとおりである。説明の便宜上、上記の実施の形態1の図面に示した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付し、その説明を省略する。
 図4は、本実施の形態の半導体装置40または半導体装置50のリードフレーム30を示す図である。
 図4(a)は、リードフレーム30を示す上面図であり、図4(b)は、リードフレーム30を示す断面図である。
 図示されているように、リードフレーム30においては、ダイパッド部2上に、銀メッキ領域5と銀メッキ領域5との間に所定幅を有する非銀メッキ領域6が形成されるように、銀メッキが施される。
 図5(a)は、半導体デバイスを保護する封止部で覆う前の半導体装置40を示す上面図であり、図5(b)は、半導体デバイスを保護する封止部で覆う前の半導体装置40を示す断面図である。
 図示されているように、ダイパッド部2において、銀メッキ領域5と銀メッキ領域5との間に形成された所定幅を有する非銀メッキ領域6は、平面視において、MOS-FET11とGaN-HEMT13との間に位置する。
 そして、MOS-FET11とGaN-HEMT13とは、非銀メッキ領域6によって分離された2つの銀メッキ領域5のそれぞれに固定される。
 このような構成であるため、MOS-FET11とGaN-HEMT13との下に未充填部分が生じ、接合不良、熱抵抗の増大、吸湿による腐食など信頼性が低下してしまうことを考慮し、ハンダ12および銀ペースト14に、ある一定の拡がりを持たせた場合でも、ハンダ12および銀ペースト14の一方が他方に乗り上がった領域が形成されるのを抑制できる。
 すなわち、図5に図示されているように、ハンダ12および銀ペースト14は確かに一定の拡がりを示すが、銀メッキ領域5と非銀メッキ領域6との2つの境界に沿って、ハンダ12および銀ペースト14は止まり、銀メッキ領域5のエッジ部(非銀メッキ領域6)でハンダ12および銀ペースト14の流れ出しは発生しない。
 したがって、限られたサイズのダイパッド部2上に、MOS-FET11とGaN-HEMT13とを近接させて並べて配置する場合においても、MOS-FET11とGaN-HEMT13とが、ダイパッド部2に対し、傾斜した状態で固定されてしまうようなことが生じないので、その後に形成されるアルミ線15や金線16が緩慢に接続されたり、不着になったりする現象が生じるのを回避することができる。よって、半導体装置40の信頼性および歩留りを向上させることができる。
 さらに、硬化したハンダ12の上に、銀ペースト14が乗り上がり硬化した場合には、その界面の密着性が著しく低く、温度変化による各材料の熱膨張係数の差から生じるパッケージ全体の歪みによる応力で、ハンダ12の上に、銀ペースト14が乗り上がった部分で剥離現象が生じやすいという問題が生じるが、本実施の形態の半導体装置40の構成によれば、ハンダ12の上に、銀ペースト14が乗り上がった部分が形成されるのを抑制できるので、このような剥離現象が生じるのを回避でき、半導体装置40の信頼性および歩留りを向上させることができる。
 なお、本実施の形態においては、2つの半導体デバイス(MOS-FET11とGaN-HEMT13)を近接させて並べて配置する場合を例に挙げて説明しているが、これに限定されることはなく、本発明は、複数個の半導体デバイスを近接させて並べて配置する場合に適用可能である。
 なお、本実施の形態においては、MOS-FET11とGaN-HEMT13との間の距離を0.5mm程度にまで近接させて配置しており、この場合においても、信頼性および歩留りが向上された半導体装置40を実現することができる。
 (ダイアタッチ材としてハンダのみを用いる例)
 上述した本実施の形態においては、異なる2種類のダイアタッチ材(ハンダ12と銀ペースト14)を用いる場合について説明したが、これに限定されることはなく、ダイアタッチ材としてハンダのみを用いることもできる。
 図6は、図4(a)に図示したリードフレーム30のダイパッド部2上に、ダイアタッチ材としてハンダのみを用いて、MOS-FET11とGaN-HEMT13とを固定した半導体装置50を示す図である。
 図示されているように、MOS-FET11とGaN-HEMT13とは、非銀メッキ領域6によって分離された2つの銀メッキ領域5のそれぞれに、ハンダ12およびハンダ18で固定される。
 このような半導体装置50においては、GaN-HEMT13の裏面にも、ハンダ接合を行うためのメタライズが必要となり、その分、製造コストが上昇するが、ダイアタッチ材をハンダで共通化することによる工数低減もあり、総合的には製造コストの低減を図ることができる。
 そして、図示されているように、半導体装置50のダイパッド部2において、銀メッキ領域5と銀メッキ領域5との間に形成された所定幅を有する非銀メッキ領域6は、平面視において、MOS-FET11とGaN-HEMT13との間に位置するので、銀メッキ領域5と非銀メッキ領域6との2つの境界に沿って、ハンダ12およびハンダ18は止まり、銀メッキ領域5のエッジ部(非銀メッキ領域6)でハンダ12およびハンダ18の流れ出しは発生しない。
 したがって、ハンダ12およびハンダ18が相互に混ざり合い、いわゆるハンダブリッジが形成されるのを抑制することができる。
 ハンダブリッジが形成されてしまうと、GaN-HEMT13の固定に必要なハンダの量と、MOS-FET11の固定に必要なハンダ量とを、それぞれ適切に制御できなくなってしまい、傾斜を生じさせずに、GaN-HEMT13およびMOS-FET11をダイパッド部2上に固定するのは困難となってしまう。
 半導体装置50においては、ハンダブリッジが形成されてしまうのを抑制できることから、ダイパッド部2上に、GaN-HEMT13およびMOS-FET11を、傾斜を生じさせずに、固定することができる。
 (多連状態のリードフレーム)
 図7は、リードフレームが複数個多連状態となっているリードフレーム60に対して、ストライプメッキ法によって形成される所定間隔離されたストライプ状の2つの銀メッキ領域17がどの位置にあるかを示す図である。
 図7においては、型で打ち抜いた後のリードフレーム60に対して、どの領域に銀メッキが行われるかを相対的に示すため、型で打ち抜いた後のリードフレーム60に対して、所定間隔離されたストライプ状の2つの銀メッキ領域17を図示しているが、実際、銀メッキが行われる段階においては、リードフレーム60は型で打ち抜かれてない状態である。
 それから、型で打ち抜かれてない状態のリードフレーム60と、ストライプ状の2つの銀メッキ領域17とを、型で打ち抜き、図4(a)に図示されているような銀メッキ領域5のパターンを得ることができる。
 なお、リードフレーム60を型で打ち抜いて所望のパターンを形成する代わりに、化学的にエッチングを行い、所望のパターンに形成する場合には、上記化学的エッチング時に、銀メッキ領域が影響を受けるのを避けるため、上記化学的エッチング後に、銀メッキを行うことが好ましい。
 〔実施の形態3〕
 次に、図8に基づいて、本発明の実施の形態3について説明する。本実施の形態においては、ダイパッド部2上に形成される銀メッキ領域5の形状が、上記の実施の形態1および2とは異なる。その他の構成については実施の形態1および2において説明したとおりである。説明の便宜上、上記の実施の形態1および2の図面に示した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付し、その説明を省略する。
 図8は、本実施の形態の半導体装置のリードフレーム70を示す図である。
 図8(a)は、リードフレーム70を示す上面図であり、図8(b)は、リードフレーム70を示す断面図である。
 図示されているように、ダイパッド部2には、銀メッキ領域5と非銀メッキ領域6とが存在する。
 ダイパッド部2の銀メッキ領域5は、後から固定されるMOS-FET(未図示)のサイズより一回り大きい、すなわち、MOS-FET(未図示)の各辺から例えば、0.3mm程度離れた位置まで、略長方形形状に形成されている。
 そして、ダイパッド部2における、銀メッキ領域5と非銀メッキ領域6との境界7aは、平面視において、後から固定されるMOS-FETとGaN-HEMTとの間に位置し、MOS-FETはダイパッド部2の銀メッキ領域5に、GaN-HEMTはダイパッド部2の非銀メッキ領域6に、ダイアタッチ材によって固定される。
 なお、MOS-FETとGaN-HEMTとを固定する際に用いられるダイアタッチ材としては、異なる2種類(例えば、ハンダと銀ペースト)または共通化された1種類(例えば、ハンダおよび銀ペーストの何れか一方)を用いることができる。
 なお、MOS-FETおよびGaN-HEMTがダイパッド部2へ固定された後の模様は、ダイパッド部2における、銀メッキ領域5の形状が異なる以外は、実施の形態1と同じであるため、ここでは図示を省略する。
 このような構成であるため、MOS-FETを固定する際に用いられるダイアタッチ材は、銀メッキ領域5と非銀メッキ領域6との境界7aに沿って止まり、銀メッキ領域5のエッジ部で流れ出しは発生しない。
 一方、GaN-HEMTとを固定する際に用いられるダイアタッチ材は、銀メッキ領域5の側面(本実施の形態の場合には厚さ約5μm)によって、その拡がりが止まり、銀メッキ領域5に入り込まない。
 したがって、信頼性および歩留りが向上された半導体装置を実現することができる。
 なお、上述した実施の形態1および2においては、安価なストライプメッキを採用した場合を例に挙げて説明したが、本実施の形態においては、マスキングによる部分メッキの手法により、図8(a)に図示された銀メッキ領域5のパターンを得ている。
 マスキングによる部分メッキの手法を用いると、相対的に製造コストが高価となるが、より緻密で、かつ、位置ずれの少ないダイボンドを行うことが可能となる。さらには、GaN-HEMT(GaN系パワーデバイス)と異なる方向に、第3の半導体デバイスを隣接配置する場合などにおいても、上述した実施の形態1および3と同様の効果を得ることができる。
 上述した実施の形態1から3においては、半導体パッケージとして、トランスファーモールド成型を用いたTO-220と呼ばれるものを例に挙げて説明したが、本発明は他の半導体パッケージや半導体モジュールにも適用できるのは勿論である。
 また、上述した実施の形態1から3においては、GaN-HEMT(GaN系パワーデバイス)とMOS-FETとの組み合わせ、特に、これらがカスコード接続された構成を例に挙げて説明したが、本発明は他の半導体デバイス並びにそれらの組合せに対しても適用できる。
 そして、上述した実施の形態1から3においては、GaN-HEMT(GaN系パワーデバイス)のダイアタッチ材として、ハンダまたは、銀ペーストを用いた場合を例に挙げて説明したが、GaN-HEMT(GaN系パワーデバイス)が、ラテラル型のデバイスの場合は、その裏面が絶縁されていても問題ないので、銀などの導電体の含有にこだわる必要はなく、絶縁性のペーストを用いても構わない。
 〔まとめ〕
 本発明の態様1における半導体装置は、複数個の半導体デバイスを含む半導体装置であって、同一面上に、金属メッキされた第1の領域と、金属メッキされていない第2の領域とが形成されたダイパッド部と、上記ダイパッド部の上記同一面上に第1のダイアタッチ材によって固定された第1の半導体デバイスと、上記ダイパッド部の上記同一面上に第2のダイアタッチ材によって固定された第2の半導体デバイスと、を備え、上記第1の領域と上記第2の領域との境界または、上記第2の領域は、平面視において、上記第1の半導体デバイスと上記第2の半導体デバイスとの間に位置する構成である。
 上記構成によれば、上記第1の領域と上記第2の領域との境界または、上記第2の領域は、平面視において、上記第1の半導体デバイスと上記第2の半導体デバイスとの間に位置するようになっているので、第1のダイアタッチ材および第2のダイアタッチ材の一方が他方に乗り上がった領域が形成されたり、相互に混ざり合う領域が形成されるのを抑制できる。
 したがって、限られたサイズのダイパッド部上に、複数個の半導体デバイスを近接させて並べて配置する場合においても、半導体デバイスがダイパッド部に対し、傾斜した状態で固定されてしまうようなことが生じないので、信頼性および歩留りが向上された半導体装置を実現できる。
 本発明の態様2における半導体装置は、上記第1の領域に上記第1の半導体デバイスが固定され、上記第1の領域は、上記第1の半導体デバイスの形状に沿って、上記第2の領域に囲まれるように形成されていてもよい。
 上記構成によれば、より緻密で、かつ、位置ずれが少ないようにダイボンドされた半導体デバイスを備えた半導体装置を実現できる。
 本発明の態様3における半導体装置において、上記第1の半導体デバイスは、縦型のMOS型トランジスタを備えており、上記第2の半導体デバイスは、ラテラル型のトランジスタを備えたパワーデバイスであり、上記第1の半導体デバイスと上記第2の半導体デバイスとは、カスコード接続されている構成であってもよい。
 上記構成によれば、限られたサイズのダイパッド部上に、縦型のMOS型トランジスタを備えた上記第1の半導体デバイスと、ラテラル型のトランジスタを備えたパワーデバイスである上記第2の半導体デバイスと、を備えた半導体装置を実現できる。
 本発明の態様4における半導体装置において、上記第1のダイアタッチ材は、ハンダであってもよい。
 上記構成によれば、上記第1のダイアタッチ材は、熱伝導率の高いハンダを用いているので、上記第1の半導体デバイスの放熱性を向上できる。
 本発明の態様5における半導体装置において、上記第2のダイアタッチ材は、樹脂系の接着剤を含んでいてもよい。
 上記構成によれば、上記第2のダイアタッチ材は、樹脂系の接着剤を含んでいるので、上記第2のダイアタッチ材によって固定される上記第2の半導体デバイスにおいて、上記ダイパッド部の上記同一面と対向する面を、メタライズしなくてもよい。したがって、製造プロセスの簡略化と製造コストダウンを実現できる。
 本発明の態様6における半導体装置において、上記第2のダイアタッチ材は、金属性フィラーを含むことが好ましい。
 上記構成によれば、樹脂系の接着剤を含む上記第2のダイアタッチ材は、熱伝導率の高い金属性フィラーを含んでいるので、上記第2の半導体デバイスの放熱性を向上できる。
 本発明の態様7における半導体装置において、上記第2のダイアタッチ材は、銀フィラーを含んでいてもよい。
 上記構成によれば、樹脂系の接着剤を含む上記第2のダイアタッチ材は、熱伝導率の高い銀フィラーを含んでいるので、上記第2の半導体デバイスの放熱性を向上できる。
 本発明の態様8における半導体装置の上記第2の半導体デバイスにおいて、上記ダイパッド部の上記同一面と対向する面は、金属層を含まないことが好ましい。
 上記構成によれば、上記第2の半導体デバイスが、樹脂系の接着剤を含む上記第2のダイアタッチ材によって、上記ダイパッド部の上記同一面に固定される場合に、上記第2の半導体デバイスにおいて、上記ダイパッド部の上記同一面と対向する面は、金属層を含まないので、製造プロセスの簡略化と製造コストダウンを実現できる。
 本発明の態様9における半導体装置において、上記金属メッキは、銀を含有していることが好ましい。
 上記構成においては、銀メッキを用いているので、より信頼性および歩留りが向上された半導体装置を実現できる。
 本発明の態様10における半導体装置において、上記第1の領域と上記第2の領域とは、ストライプメッキ法を用いて形成されていることが好ましい。
 上記構成によれば、ストライプメッキ法を用いているので、より安価な半導体装置を実現できる。
 本発明の態様11における半導体装置において、上記第1の領域と上記第2の領域とは、部分メッキ法を用いて形成されていることが好ましい。
 上記構成によれば、部分メッキ法を用いているので、より緻密で、かつ、位置ずれの少ない半導体装置を実現できる。
 本発明の態様12における半導体装置において、上記第1のダイアタッチ材と上記第2のダイアタッチ材とは、同一材料であってもよい。
 上記構成によれば、上記第1のダイアタッチ材と上記第2のダイアタッチ材とが、共通化されているので、工数低減および製造コストの低減を実現できる。
 なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
 本発明は、複数個の半導体デバイスを、ダイステージの同一平面上に固定した半導体装置に好適に利用することができる。
  1    リードフレーム
  2    ダイパッド部
  3    インナーリード部
  4    アウターリード部
  5    銀メッキ領域(第1の領域)
  6    非銀メッキ領域(第2の領域)
  7    境界
  7a   境界
  8    フィン部
  9    丸孔
  10   半導体装置
  11   MOS-FET(第1の半導体デバイス)
  12   ハンダ(第1のダイアタッチ材)
  13   GaN-HEMT(第2の半導体デバイス)
  14   銀ペースト(第2のダイアタッチ材)
  15   アルミ線
  16   金線
  17   銀メッキ領域
  18   ハンダ(第2のダイアタッチ材)
  20   多連状態のリードフレーム
  30   リードフレーム
  40   半導体装置
  50   半導体装置
  60   多連状態のリードフレーム
  70   リードフレーム

Claims (5)

  1.  複数個の半導体デバイスを含む半導体装置であって、
     同一面上に、金属メッキされた第1の領域と、金属メッキされていない第2の領域とが形成されたダイパッド部と、
     上記ダイパッド部の上記同一面上に第1のダイアタッチ材によって固定された第1の半導体デバイスと、
     上記ダイパッド部の上記同一面上に第2のダイアタッチ材によって固定された第2の半導体デバイスと、を備え、
     上記第1の領域と上記第2の領域との境界または、上記第2の領域は、平面視において、上記第1の半導体デバイスと上記第2の半導体デバイスとの間に位置することを特徴とする半導体装置。
  2.  上記第1の領域に上記第1の半導体デバイスが固定され、
     上記第1の領域は、上記第1の半導体デバイスの形状に沿って、上記第2の領域に囲まれるように形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  3.  上記第1の半導体デバイスは、縦型のMOS型トランジスタを備えており、
     上記第2の半導体デバイスは、ラテラル型のトランジスタを備えたパワーデバイスであり、
     上記第1の半導体デバイスと上記第2の半導体デバイスとは、カスコード接続されていることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。
  4.  上記第1のダイアタッチ材は、ハンダであることを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の半導体装置。
  5.  上記第2のダイアタッチ材は、樹脂系の接着剤を含むことを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載の半導体装置。
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