(57)【要約】【課題】導体パターンと端子とが半田接続された場合に、端子の上面に向かう半田流れを抑制することで、不具合を防止できる半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置１００は、平坦な表面５０ａを有する導体パターン５０と、導体パターン５０に接続される端子１０とを備える。端子１０は、平坦な接続面１２、及びこの接続面１２から立ち上がる側面１３を有する。端子１０は、接続面１２が導体パターン５０の表面５０ａに接するように導体パターン５０に半田接続される。接続面１２と導体パターン５０の表面５０ａとが半田接続されるコーナー部分Ａに、端子１０を囲む環状の切欠き溝１４が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平坦な表面を有する導体パターンと、
平坦な接続面及び該接続面から立ち上がる側面を有し、前記接続面が前記導体パターンの表面に接するように前記導体パターンに半田接続される端子とを備え、
前記接続面と前記導体パターンの表面とが半田接続されるコーナー部分に、前記端子を囲む環状の切欠き溝が形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記切欠き溝が、前記導体パターンの表面と平行な側面を有する、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記端子が平坦な上面を有し、該上面に半導体チップが搭載されている、請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記切欠き溝が、前記端子の接続面及び側面のコーナー部分を切り欠いて形成されている、請求項１〜３の何れか一に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記切欠き溝が、前記端子の接続面に隣接する側面に形成されている、請求項１〜３の何れか一に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記切欠き溝が、前記導体パターンの表面上に形成されている、請求項１〜３の何れか一に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記切欠き溝の横断面が、三角形状、多角形状、円弧形状、又は、階段形状を有する、請求項１〜６の何れか一に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関し、更に詳しくは、半田流れを防止する構造を有する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置には、半導体チップを基板上に実装する際に発生する半田流れを防止する構造を有するものが知られている（例えば、特許文献１〜３）。
【０００３】
特許文献１には、半導体チップを実装する電極と、ワイヤボンディングにより半導体チップと接続される他の電極とを有し、他の電極の表面を切り欠いて、めっき層の表面を露出した半導体装置が記載されている。半導体装置は、半導体チップ及び各電極が、モールド樹脂により封止されたパッケージ構造を有している。半導体装置では、めっき層の表面に形成された酸化膜によって、半田の濡れ性を低下させ、ワイヤがボンディングされた箇所（ワイヤボンドエリア）に半田が流れ込むことを阻止して、導通部分の確保を図っている。
【０００４】
特許文献２には、ベース基板上に形成され、ダイパッドエリア及びワイヤボンドエリアを有するメタライズ層と、メタライズ層に実装された半導体チップと、メタライズ層に形成された半田流れ防止壁とを有する半導体装置が記載されている。半導体装置は、半導体チップ、メタライズ層及び半田流れ防止壁が、モールド樹脂により封止されたパッケージ構造を有している。半導体装置では、半田流れ防止壁が、ダイパッドエリアとワイヤボンドエリアとの間に形成され、ダイパッドエリア上に半導体チップを実装する際に、ワイヤボンドエリアに半田が流れ込むことを防止している。
【０００５】
特許文献３には、半導体チップとヒートシンク金属体とを半田で接合する半導体装置が記載されている。この半導体装置では、ヒートシンク金属体に窪み（溝）を形成することで、半田流れを溝に溜めて、半田が周囲に拡散することを抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１９６６４１号公報
【特許文献２】特許第２５２７８２８号
【特許文献３】特開２００５−２５１８５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１，２に記載の技術では、パッケージ内での半田流れを抑制できるものの、パッケージの外部に配置された端子間での半田ショートを抑制する点については考慮していない。
【０００８】
特許文献３に記載の技術では、ヒートシンク金属体の溝が、ヒート金属体の側面に所定間隔を隔てて複数形成されている。この溝は、半導体チップの表面に対して垂直方向に延在しているので、半田が過剰に供給された際に、半田流れを垂直方向へ誘導しつつ、平面方向への半田の拡散を抑制する。
【０００９】
本発明者は、特許文献３に記載の技術を、マイクロ波帯等の高周波帯域で用いられるパワートランジスタ（電力増幅器用デバイス）に適用した場合について検討した。パワートランジスタは、例えば、半導体チップと、接続端子と、半導体チップ及び接続端子の一部を覆う保護パッケージと、接地端子とを備えている。接続端子は、半導体チップとプリント基板の配線パターンとを接続する端子である。接地端子の上面には、半導体チップが搭載されている。接地端子の下面（接続面ともいう）が、平坦な表面を有する導体パターンであるグランドの表面に接することで、半導体チップを接地する役割を担っている。接地端子は、また半導体チップで発生する熱を放熱する役割も担っている。
【００１０】
上記パワートランジスタでは、接地及び放熱を接地端子が担うので、グランドの表面のうち、接地端子の下面と重なる範囲に、適切な半田量が供給されないことがある。半田量が不足すると、例えば、放熱性の低下に起因する特性劣化、チャネル温度上昇に伴うデバイス耐久性の低下が発生し、更には、接地抵抗の増加に起因するデバイスの発振、安定性の低下等に至るおそれがある。
【００１１】
パワートランジスタに対して特許文献３に記載の技術を適用した場合には、適切な半田量を供給しても、半田が、溝に沿って垂直方向、即ち、接地端子の上面に向かって流れてしまい、接続面で半田量が不足してしまう場合がある。このため、特許文献３に記載の技術では、上記不具合を解消できない。
【００１２】
上記不具合を解消するために、ヒートシンク金属体の溝に流入する半田を考慮して半田量を設定すると、使用する半田量が増加して、グランド表面での平面方向の半田の拡散を抑制できなくなる。
【００１３】
本発明は、上記に鑑み、導体パターンと端子とが半田接続された場合に、端子の上面に向かう半田流れを抑制することで、上記不具合を防止できる半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明は、平坦な表面を有する導体パターンと、
平坦な接続面及び該接続面から立ち上がる側面を有し、前記接続面が前記導体パターンの表面に接するように前記導体パターンに半田接続される端子とを備え、
前記接続面と前記導体パターンの表面とが半田接続されるコーナー部分に、前記端子を囲む環状の切欠き溝が形成されていることを特徴とする半導体装置を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の半導体装置では、導体パターンと端子とが半田接続された場合に、端子の上面に向かう半田流れを抑制できる。このため、接続面における半田量の不足を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、接続面から見た切欠き溝の形状を示す図。
【図３】図１に示す半導体装置で、接地端子とグランドとを半田接続した状態を示す断面図。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、比較例である半導体装置の構成を示す図。
【図５】図４に示す半導体装置で、接地端子とグランドとを半田接続した状態を示す断面図。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、図５に示す半田接続した状態で発生する半田ショートを示す断面図。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、他の形状の切欠き溝を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の半導体装置は、最小基本構成として、平坦な表面を有する導体パターンと、導体パターンに接続される端子とを備える。端子は、平坦な接続面、及びこの接続面から立ち上がる側面を有する。端子は、接続面が導体パターンの表面に接するように半田接続される。接続面と導体パターンの表面とが半田接続されるコーナー部分に、端子を囲む環状の切欠き溝が形成されている。
【００１８】
上記半導体装置では、端子の接続面が導体パターンに半田接続された場合に、半田が、コーナー部分に形成された環状の切欠き溝に溜まるので、端子の側面から上面に向かって半田が流れることを抑制できる。このため、半田量の不足を防止できる。
【００１９】
以下、図面を参照し、本発明の例示的な実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。ここでは、半導体装置として、マイクロ波帯等の高周波帯域で用いられ、無線通信機器等に搭載されるパワートランジスタを例示して説明する。半導体装置１００は、プレート状の端子（以下、接地端子）１０と、接地端子１０の上面１１に搭載される半導体チップ２０と、一端が半導体チップ２０の側面に接続された一対の接続端子３０，３１とを有する。半導体装置１００は、少なくとも半導体チップ２０が保護パッケージ４０で封止されたパッケージ構造を有する。
【００２０】
接地端子１０は、平坦な下面（以下、接続面）１２、及びこの接続面１２から立ち上がる側面１３を有する。接続面１２及び側面１３には、めっき処理が施されている。接地端子１０は、接続面１２が、平坦な表面を有する導体パターン（以下、グランド）５０の表面（接地面ともいう）５０ａに接するように半田接続される。
【００２１】
また、接地端子１０のコーナー部分Ａには、接地端子１０を囲む環状の切欠き溝１４が形成されている。コーナー部分Ａは、接地端子１０の接続面１２と側面１３との境界部分を含み、接地端子１０の接続面１２の外周部に対応する。
【００２２】
上記パッケージ構造では、接地端子１０とグランド５０との接続状態がデバイス特性に影響を及ぼす。そこで、半導体装置１００では、プレート状の接地端子１０とグランド５０とを半田接続することで、半導体チップ２０で発生する熱の放熱性を向上させ、且つ、接地抵抗を低減する。その結果、放熱性の低下に起因するデバイス特性の劣化や、接地抵抗の増加に起因する安定性の低下を抑制できる。
【００２３】
仮に、接地端子１０とグランド５０とをネジで接続する場合には、半田接続と異なり、加熱が不要で接続を簡易に行うことができる。ネジの接続では、接地端子１０にネジ止め用のフランジ等を形成し、且つ、放熱と電気的接続とを考慮して導電性シリコングリス等を塗布する必要がある。しかし、導電性シリコングリスは、放熱性や接地抵抗に関して半田接続に劣る。このため、接地端子１０とグランド５０との接続には、半田接続が一般に用いられる。本実施形態では、この半田接続における半田量不足を防止するものである。
【００２４】
次に、図１及び図２を参照して、コーナー部分Ａに形成された切欠き溝１４について説明する。図２は、接地端子１０を接続面１２から見た状態を示している。切欠き溝１４は、図２（ａ）に示すように、接続面１２の外周部に環状に形成されている。切欠き溝１４は、図１及び図２（ａ）に示すように、接続面１２の縁部に形成された段差から成り、この段差により、グランド５０の表面５０ａと対向する又は平行な対向面１５が形成されている。
【００２５】
上記切欠き溝１４は、接地端子１０の側面１３に沿って環状に形成されているので、接地端子１０とグランド５０との半田接続で供給された半田が溝内に溜まり易くなり、且つ、段差により形成された対向面１５によって、接地端子１０の上面１１への半田の流れをせき止める。なお、切欠き溝１４は、図２（ｂ）に示すように、接続面１２ａの矩形状における頂角を削った形状としてもよい。この形状では、対向面１５ａが多少大きくなり、溜められる半田の量を増やすことができる。つまり、切欠き溝１４は、接地端子１０の側面１３に沿った垂直方向の半田流れを防止する溝として機能する。以下、図３を用いて具体的に説明する。
【００２６】
図３は、半導体装置１００の接地端子１０とグランド５０とを半田接続した状態を示す図である。半田接続を行う際には、まず、接地端子１０の接続面１２と重なるグランド５０の表面５０ａに、箔状又はペースト状の半田６０を供給する。次に、接地端子１０をグランド５０の表面５０ａに実装する。このとき、接地端子１０の縁部に形成された段差と、グランド５０の表面５０ａとによって、コーナー部分Ａに上記切欠き溝１４が形成される。なお、接続端子３０は、図示のように、他端側の下面が適宜のプリント基板７０上に半田接続される。
【００２７】
続いて、リフロー炉又はホットプレート等を用いて、半田融点まで加熱を行い、半田６０を溶融する。半田６０が溶融することで、接地端子１０の接続面１２とグランド５０の表面５０ａとが半田接続される。このとき、溶融状態の半田６０は、デバイスの自重のため、又はデバイスに加えられる押圧力のために、接地端子１０の接続面１２から押し出される。
【００２８】
押し出された半田６０は、濡れ性が良好であれば、半田の自重や溶融の程度により、接続端子３０の接続面１２の外周部に流れ込み、図３に示すように、環状の切欠き溝１４に溜まる。これにより、グランド５０の平面方向に半田６０が拡散することを抑制できる。更に、半田６０が、接地端子１０の側面１３に沿って垂直方向、即ち上面１１に向かって流れようとしても、切欠き溝１４の対向面１５によりせき止められる。
【００２９】
本実施形態の半導体装置１００では、上記構成により、接地端子１０の接続面１２から上面１１に向かう半田流れに起因する半田ショートを防止できる。防止できる半田ショートには、接地端子１０の上面１１に流れ込んだ半田が、半導体チップ２０と接触することで生じるパッケージ内半田ショートと、接地端子１０の上面に向かう半田が、接続端子３０と接触することで生じる端子間半田ショートとが含まれる。
【００３０】
また、接地端子１０の接続面１２の外周部に半田６０が溜まり、平面方向への半田６０の拡散を抑制できる。ところで、接地端子１０の接続面１２の面積は、切欠き溝１４の段差により小さくなるものの、切欠き溝１４に流れ込む半田６０が溜まることで、実効的な面積低下を少なくできる。そのため、半田不足に起因する放熱性の低下や接地抵抗の増加を防止して、デバイス特性の劣化や安定性の低下を抑制できる。
【００３１】
なお、一般に、接地抵抗の増加は、半田不足で発生するボイドやクラック等により導電性や熱伝導が劣化することで生じる。しかし、本実施形態では、切欠き溝１４に半田６０が溜まるため、導電性や熱伝導が劣化することがない。さらに、切欠き溝１４に溜まった半田６０の量や状態を目視できるので、半田付けの良否を容易に確認できる。
【００３２】
また、本実施形態では、切欠き溝１４を接地端子１０に形成するので、グランド５０の表面５０ａを加工する必要がなく、半導体チップ２０等のデバイスの変更のみで、既存の製品（例えば、無線通信機器）に搭載できる。さらに、接地端子１０の外寸を変更することなく、切欠き溝１４の形状を変更できるので、実装条件を変更する必要がない。
【００３３】
次に、図４〜図７を参照して、比較例としての半導体装置について説明する。比較例の半導体装置１００Ａは、接地端子１０Ａに上記切欠き溝１４を形成していない点で、上記実施形態の半導体装置１００と異なる。半導体装置１００Ａは、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、接地端子１０Ａと、接地端子１０Ａの上面１１Ａに実装された半導体チップ２０と、一対の接続端子３０，３１とを有し、これらの各部材が保護パッケージ４０で覆われたパッケージ構造を備えている。接地端子１０Ａには、図４（ｂ）に示すように、上記切欠き溝１４が形成されていない。
【００３４】
次に、図５を参照して、接地端子１０Ａとグランド５０とを半田接続した状態について説明する。まず、接地端子１０Ａの接続面１２Ａが、グランド５０の表面５０ａに供給された箔状又はペースト状の半田６０上に重なるように実装され、続いて、加熱により半田が溶融される。その結果、接地端子１０Ａの接続面１２Ａは、図示のように、グランド５０の表面５０ａに半田付けされる。
【００３５】
半導体装置１００Ａでは、上記接地端子１０Ａとグランド５０とを半田接続する際に、デバイスの自重と溶融状態の半田６０の表面張力との均衡が図れるまで、半田６０は、接地端子１０Ａの接続面１２Ａから押し出される。
【００３６】
押し出された半田６０は、接地端子１０Ａが加熱されており、且つ、半田濡れ性が良好な場合には、接地端子１０Ａの側面１３Ａ、即ち垂直方向に流れる。垂直方向に流れた半田は、図６（ａ）に示すように、接地端子１０Ａの上面１１Ａにまで流れ込む（浸食する）。接地端子１０Ａの上面１１Ａに流れ込んだ半田６０は、図示のように、接地端子１０Ａの上面１１Ａに搭載された半導体チップ２０を覆う保護パッケージ４０の隙間から、半導体チップ２０に流れ込む。このため、パッケージ内での半田ショートＢが発生するおそれがある。
【００３７】
パッケージ内半田ショートＢを回避するために、保護パッケージ４０を密封型とすること、保護パッケージ４０内に浸食防止の酸化膜や壁等を途中に形成すること、保護パッケージ４０内へ浸食するほど濡れ性が良くない半田を用いること等が考えられる。しかし、保護パッケージ４０内に半田が浸食しない場合であっても、上記パッケージ構造では、接地端子１０Ａの近傍に接続端子３０が配置されているので、図６（ｂ）に示すように、双方の端子間で半田ショートＣが発生する場合がある。
【００３８】
端子間半田ショートＣは、半田流れが起きる温度で、接地端子１０Ａと接続端子３０の双方から半田流れが発生し、接続端子３０の半田接続に用いられた半田が、保護パッケージ４０の近傍まで流れることで発生する。つまり、端子間半田ショートＣでは、図６（ｂ）に示すように、接地端子１０Ａと接続端子３０とが半田接続されることで発生する。
【００３９】
上記のように、比較例の半導体装置１００Ａでは、接地端子１０Ａの半田接続用に供給量が調整された半田が、本来意図していない箇所へ流れて、半田ショートＢ，Ｃが生じる。このため、不良率が増加するだけでなく、接続面１２Ａでの半田不足が起こる。この半田不足によって、ボイド６１が発生して接地状態が不良となり、半田接続の強度低下、放熱性の低下及び接地抵抗の増加が発生する。そのために、半導体チップ２０に熱が蓄積されてデバイス特性（例えば、ＲＦ特性）が劣化するおそれがある。
【００４０】
また、接地端子１０Ａの接続面１２Ａは、グランド５０の表面５０ａで挟み込まれているので、半田が、上記したように、接地端子１０Ａの上面１１Ａやグランド５０の平面方向へ拡散する。このため、半田流れに基づいて半田接続の良否を目視で確認できず、検査工程の工数が増えてしまう。
【００４１】
これに対して、本実施形態では、上記したように、接地端子１０のコーナー部分Ａに切欠き溝１４を環状に形成したので、接地端子１０の外周部に半田６０が流れ込み、グランド５０の平面方向に半田６０が拡散することを抑制できる。また、半田不足が発生しても、半田６０が接地端子１０の外周部に流れ込むので、放熱性の低下や接地抵抗の増加を抑制できる。また、切欠き溝１４が、グランド５０の表面５０ａに対向する対向面１５を有するので、半田６０が過剰に供給された場合であっても、接地端子１０の上面１１に向かう半田流れをせき止めて、上記各半田ショートＢ，Ｃを防止できる。さらに、切欠き溝１４に溜まった半田６０の量や状態を目視できるので、半田付けの良否を容易に確認できる。
【００４２】
次に、図７を参照して、他の形状を有する切欠き溝１４について説明する。図７（ａ）に示す横断面は、接地端子１０の接続面１２とグランド５０の表面５０ａとが半田接続された状態で溝が形成されるように、接地端子１０の形状を凹凸状に加工した例を示している。つまり、切欠き溝１４Ａ〜１４Ｃは、接地端子１０の接続面１２及び側面１３のコーナー部分Ａを切り欠いて形成されている。
【００４３】
切欠き溝１４Ａの形状は、溝内に段差をつけた形状であり、半田流れを防止する溝を段数分だけ形成している。切欠き溝１４Ａでは、溝の中で半田の溜まりやすい角が複数あるので、濡れ性が良好で加熱時に半田流れが生じやすい半田を用いる場合に好適である。また、切欠き溝１４Ｂの形状は、溝の角に丸みをつけた形状であり、切欠き溝１４Ｂの全体で半田が溜まり易い。
【００４４】
切欠き溝１４Ｃの形状は、接地端子１０の接続面１２の周囲に角度をつけた形成であり、加工が容易で、コーナー部を鋭角にすることで溝の中に半田が溜まり易い構造としている。
【００４５】
図７（ｂ）に示す横断面は、接地端子１０の接続面１２に隣接する側面１３に、溝を形成した例を示している。なお、溝が形成される接地端子１０の側面１３は、接地端子１０の接続面１２に近い位置にある。切欠き溝１４Ｄ〜１４Ｆは、接地端子１０の接続面１２より上方に位置する側面１３に形成されている。このため、接地端子１０とグランド５０との半田接続に寄与する接続面積の大きさが、溝に溜まる半田量に依存せずに一定となり、この状態で半田流れを防止できる。
【００４６】
切欠き溝１４Ｄの形状は、コーナー部を鋭角にした形状であり、溝の中に半田が溜まり易い構造としている。また、切欠き溝１４Ｅの形状は、丸みをつけた形状であり、接地端子１０の接続面１２から押し出された半田が、溝の際から流れ込み易く、グランド５０の平面方向への半田の拡散を抑制できる構造としている。さらに、切欠き溝１４Ｆの形状は、接地端子１０の側面１３に深い凹部を形成した形状であり、側面１３に沿って流れ込んだ半田を多く溜められる構造としている。
【００４７】
図７（ｃ）に示す横断面は、グランド５０の表面５０ａに溝を形成した例を示している。切欠き溝１４Ｇは、接地端子１０の接続面１２の外周部が、切欠き溝１４Ｇの対向面１５となるように、接地端子１０とグランド５０とを半田接続することで形成される。切欠き溝１４Ｇでは、接地端子１０を加工することなく、半田を溜められる。
【００４８】
なお、上記各切欠き溝１４は、接地端子１０の外寸を変更することなく形成できる。しかし、接地端子１０の外寸の制約がない、或いは、外寸の変更を行う設計上の余裕があれば、半田流れを防止する切欠き溝１４を、側面１３から突出した凸形状としてもよい。
【００４９】
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明の半導体装置は、上記実施形態の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５０】
１０：接地端子（端子）
１１：上面
１２：接続面
１３：側面
１４，１４Ａ〜１４Ｇ：切欠き溝
１５：対向面
２０：半導体チップ
３０，３１：接続端子
４０：保護パッケージ
５０：グランド（導体パターン）
５０ａ：表面
６０：半田
７０：プリント基板
１００：半導体装置
Ａ：コーナー部分
Ｂ：パッケージ内半田ショート
Ｃ：端子間半田ショート
【図１】
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【図２】
2010206090.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2010206090.tif 000007
【図６】
2010206090.tif 000008
【図７】
2010206090.tif 000009