(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと、この半導体チップが搭載されるダイパッドと、上記半導体チップと電気的に導通させられている複数本の内部リードと、上記半導体チップないし上記内部リードを包み込む樹脂パッケージと、上記各内部リードに連続して上記樹脂パッケージの外部に延出する外部リードと、上記樹脂パッケージの底面に露出するようにして上記樹脂パッケージ内に埋設された放熱板と、上記ダイパッドに繋がる吊りリードと、を備える半導体装置の製造方法であって、
上記ダイパッド、上記内部リード、上記外部リードおよび上記吊りリードを含むように形成されたリードフレームを用い、
上記ダイパッドの下面に上記放熱板を接合する工程と、
上記ダイパッドの上面に半導体チップをボンディングする工程と、
上記半導体チップと上記内部リードとを電気的に導通させる工程と、
上記半導体チップ、上記ダイパッドおよび上記放熱板を樹脂モールドする工程と、を含んでおり、
上記放熱板は、平面視において円形を呈し、
上記樹脂モールド工程は、
金型のキャビティの底面に設けた吸引口に吸引力を作用させて、上記放熱板を上記金型のキャビティの底面に密着させながら行うことを特徴とする、半導体装置の製造方法。
【請求項２】
半導体チップと、この半導体チップが搭載されるダウンセットされたダイパッドと、上記半導体チップと電気的に導通させられている複数本の内部リードと、上記半導体チップないし上記内部リードを包み込む樹脂パッケージと、上記各内部リードに連続して上記樹脂パッケージの外部に延出する外部リードと、上記樹脂パッケージの底面に露出するようにして、かつ上記ダイパッドに対して直接的に接合されて上記樹脂パッケージ内に埋設された放熱板と、上記ダイパッドに繋がる吊りリードとを備え、
上記ダイパッド、上記内部リード、上記外部リードおよび上記吊りリードを含むように形成されたリードフレームを用い、
上記ダイパッドの上面に半導体チップをボンディングする工程と、
上記半導体チップと上記内部リードとを電気的に導通させる工程と、
金型のキャビティの底面に設けた吸引口に吸引力を作用させることによって上記放熱板を上記金型のキャビティの底面に密着させながら、上記半導体チップ、上記ダイパッドおよび上記放熱板を、樹脂モールドする工程と、を含む方法により製造される半導体装置であって、
上記放熱板は、平面視において円形を呈し、
上記吊りリードのダウンセットされていない部分は、放熱板側に曲がった状態または放熱板と平行な状態でモールド樹脂が硬化していることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、半導体装置、その製造方法およびそれに用いる樹脂モールド工程装置に関し、特に、放熱板が樹脂パッケージの底面に露出するようにして組み込まれたタイプの樹脂パッケージ型半導体装置の製造技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、モータドライブ用パワーＩＣ、ある種のゲートアレイ、超ＬＳＩなど、同時に生じる発熱量が比較的大きい樹脂パッケージ型半導体装置には、その放熱性能を高めるために、図７に示すように、放熱板１４が樹脂パッケージ１０の底面に露出するようにして組み込まれたものが見受けられる。
【０００３】
この半導体装置１は、半導体チップ１３と、この半導体チップ１３が搭載されるダイパッド１２と、上記ダイパッド１２上の半導体チップ１３に対してワイヤ１９を用いるなどして電気的に導通させられている複数本の内部リード１６と、上記半導体チップ１３ないし上記内部リード１６などを包み込む樹脂パッケージ１０と、上記各内部リード１６に連続して上記樹脂パッケージ１０の側面から外部に延出する外部リード１１と、下面が上記樹脂パッケージ１０の底面に露出するようにして、上記樹脂パッケージ１０内に埋め込まれた放熱板１４とを備えて構成されている。なお、図７に示す例においては、上記放熱板１４は、樹脂パッケージ１０の底面と面一状に露出させられていると同時に、ダイパッド１２の下面に対してたとえば超音波接合などの手法を用いることによって直接的に接合されている。
【０００４】
上記樹脂パッケージ型半導体装置１は、上記ダイパッド１２、上記内部リード１６あるいは外部リード１１などを含むように形成されたリードフレームを用い、このリードフレーム２２のダイパッド１２の下面に上記放熱板１４を接合しておく一方、上記ダイパッド１２上に半導体チップ１３をボンディングし、この半導体チップ１３の上面電極パッドと各対応する内部リード１６間をたとえばワイヤボンディング１９によって電気的に導通し、このような工程を終えたリードフレーム２２を、樹脂モールド工程装置６に導入して樹脂パッケージング工程を行うことにより製造される。すなわち、上記樹脂モールド工程装置６は、図４に示すように、型締め状態において、上記ダイパッド１２上の半導体チップ１３、あるいはその周縁の内部リード１６を収容可能なキャビティ７０，７１を有する上下の金型６０，６１を備えている。型開き状態において、下金型６１上に上記した工程を終えたリードフレーム２２を位置決め状態においてセットし、そして、型締め状態において上下のキャビティ空間７に溶融樹脂を注入する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような樹脂モールド工程において、キャビティ内に注入される樹脂の流れの力により、上記ダイパッド１２の下面に接合された放熱板１４が所定の姿勢を崩してしまい、その下面がキャビティ７１の底面から不整に浮いた状態でモールド樹脂が硬化してしまう場合がある。そうすると、製品状態において、樹脂パッケージ１０の底面に上記放熱板１４がうまく露出せず、放熱板１４の底面を覆うようにパッケージ用の樹脂が薄バリ状に張りついたような不良品ができてしまう。
【０００６】
このようなことは、製品としての外観品位を著しく悪化させるのみならず、所定の放熱性能を得ることができなくなるという不具合を生じさせる。このような不具合を解消させるための一つの方法として、ダイパッド１２のダウンオフセット量を大きめに設定し、リードフレーム２２を金型６１上にセットして型締めをした状態において、放熱板１４がダイパッドを支持するリード（「吊りリード」とも言う）の弾性力により下金型６１のキャビティ７１底面に密着するようにすることが考えられる。しかしながら、いわゆるクワッド・フラット型半導体装置のように、端子数が多い半導体装置においては、上記ダイパッド１２を支持するリードも細状とならざるをえず、比較的厚みの大きい場合がある上記の放熱板に十分な下向きの圧力を与えることができない。
【０００７】
本願発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、放熱板が樹脂パッケージの底面に露出するような恰好で組み込まれる半導体装置を、不良品の発生を極力無くしながら製造することができる技術を提供することをその課題としている。
【０００８】
【発明の開示】
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【０００９】
本願発明の第１の側面によって提供される半導体装置の製造方法は、半導体チップと、この半導体チップが搭載されるダイパッドと、上記半導体チップと電気的に導通させられている複数本の内部リードと、上記半導体チップないし上記内部リードを包み込む樹脂パッケージと、上記各内部リードに連続して上記樹脂パッケージの外部に延出する外部リードと、上記樹脂パッケージの底面に露出するようにして上記樹脂パッケージ内に埋設された放熱板と、上記ダイパッドに繋がる吊りリードと、を備える半導体装置の製造方法であって、上記ダイパッド、上記内部リード、上記外部リードおよび上記吊りリードを含むように形成されたリードフレームを用い、上記ダイパッドの下面に上記放熱板を接合する工程と、上記ダイパッドの上面に半導体チップをボンディングする工程と、上記半導体チップと上記内部リードとを電気的に導通させる工程と、上記半導体チップ、上記ダイパッドおよび上記放熱板を樹脂モールドする工程と、を含んでおり、上記放熱板は、平面視において円形を呈し、上記樹脂モールド工程は、金型のキャビティの底面に設けた吸引口に吸引力を作用させて、上記放熱板を上記金型のキャビティの底面に密着させながら行うことに特徴づけられる。
【００１０】
上記方法は、リードフレームの状態におて、ダイパッドに放熱板を接合する場合に本願発明を適用したものである。上記方法によれば、樹脂モールド工程において、型締め状態の金型によって形成されるキャビティ空間内に溶融樹脂を注入するに際し、リードフレーム上に比較的不安定に支持された恰好の放熱板が、キャビティ底面に設けた吸引口に作用させられる吸引力により、キャビティ底面に密着した状態に維持される。したがって、キャビティ空間内に注入される溶融樹脂の流れによって上記放熱板の姿勢が変動するということがなくなり、その結果、上記放熱板の底面のすべてが樹脂パッケージの底面に適正に露出した製品が、確実に得られる。
【００１１】
また、樹脂注入に際して上記したように放熱板の姿勢の変動がないので、この放熱板を支持するダイパッド、ないしこれにボンディングされる半導体チップの姿勢変動もなく、したがって、半導体チップと内部リードとをつなぐワイヤの接続不良が生じるという不具合も都合よく回避される。
【００１２】
本願発明のバリエーションとして、半導体装置の他の製造方法が提供される。この半導体装置の製造方法は、半導体チップと、この半導体チップが搭載されるダイパッドと、上記半導体チップと電気的に導通させられている複数本の内部リードと、上記半導体チップないし上記内部リードを包み込む樹脂パッケージと、上記各内部リードに連続して上記樹脂パッケージの外部に延出する外部リードと、上記樹脂パッケージの底面に露出するようにして上記樹脂パッケージ内に埋設された放熱板と、を備える半導体装置の製造方法であって、上記ダイパッド、上記内部リードおよび上記外部リードを含むように形成されたリードフレームを用い、このリードフレームに対し、上記ダイパッドの上面に半導体チップをボンディングする工程と、上記半導体チップと上記内部リードとを電気的に導通させる工程と、を行う一方、キャビティの底面に吸引口を設けた下金型を備える樹脂モールド装置を用い、この下金型のキャビティの底面に上記放熱板をセットするとともに、この下金型に上記各工程を終えたリードフレームをセットし、型締め状態において、上記吸引口に吸引力を作用させて、上記放熱板をキャビティの底面に密着させながら樹脂モールドを行うことを特徴としている。
【００１３】
この方法は、リードフレームとは分離した状態で、放熱板を、樹脂パッケージの底面に露出するように組込んだ形態をもつ半導体装置の製造に本願発明を変形適用したものである。この場合においても、樹脂モールド工程において、金型のキャビティの底面にセットされる放熱板は、キャビティ底面の吸引口に作用させられる吸引力により、キャビティ底面に密着した状態が維持される。したがって、キャビティ空間に注入される溶融樹脂の流れの力によって、この放熱板の姿勢や位置が変動してしまい、放熱板がこの変動後の状態で樹脂パッケージ内に組み込まれるという不良の発生をなくすことができる。
【００１４】
そして、このようにして上記した形態の半導体装置を製造する場合、リードフレームにあらかじめ比較的重量を有する放熱板を支持させる必要がなくなるので、チップボンディング工程あるいはワイヤボンディング工程において、リードフレームの取扱いが容易になるとともに、リードフレーム自体についても、放熱板の重量を支持する強度を必要としないものとすることができる。
【００１５】
本願発明のバリエーションとして半導体装置も提供される。この半導体装置は、半導体チップと、この半導体チップが搭載されるダイパッドと、上記半導体チップと電気的に導通させられている複数本の内部リードと、上記半導体チップないし上記内部リードを包み込む樹脂パッケージと、上記各内部リードに連続して上記樹脂パッケージの外部に延出する外部リードと、上記樹脂パッケージの底面に露出するようにして、かつ上記ダイパッドに対して直接的に接合されることなく上記樹脂パッケージ内に埋設された放熱板と、を備えることを特徴としている。
【００１６】
このような形態をもつ半導体装置は、前出のバリエーションとして提供される方法を採用してこそ、初めて、効率的かつ適正な製造が可能なのである。
【００１７】
このバリエーションに係る半導体装置はリードフレームに予め放熱板を接合しておく必要がないために、リードフレームにおける特にダイパッドのための支持リード（「吊りリード」とも言う）を放熱板の支持のために必要な強度を有するように太状とする必要がないので、それだけチップボンディングあるいはワイヤボンディング工程におけるリードフレームの取扱いが簡便になり、このことがこの種の半導体装置の歩留りの向上につながる。
【００１８】
本願発明のバリエーションとして樹脂モールド工程装置も提供される。この樹脂モールド工程装置は、所定のキャビティを有する下金型と、上記下金型のキャビティに対応する所定のキャビティを有する上金型と、を備え、上記下金型のキャビティの底面には、吸引口が形成されていることに特徴づけられる。
【００１９】
本願発明の第２の側面によって提供される半導体装置は、半導体チップと、この半導体チップが搭載されるダウンセットされたダイパッドと、上記半導体チップと電気的に導通させられている複数本の内部リードと、上記半導体チップないし上記内部リードを包み込
む樹脂パッケージと、上記各内部リードに連続して上記樹脂パッケージの外部に延出する外部リードと、上記樹脂パッケージの底面に露出するようにして、かつ上記ダイパッドに対して直接的に接合されて上記樹脂パッケージ内に埋設された放熱板と、上記ダイパッドに繋がる吊りリードとを備え、上記ダイパッド、上記内部リード、上記外部リードおよび上記吊りリードを含むように形成されたリードフレームを用い、上記ダイパッドの上面に半導体チップをボンディングする工程と、上記半導体チップと上記内部リードとを電気的に導通させる工程と、金型のキャビティの底面に設けた吸引口に吸引力を作用させることによって上記放熱板を上記金型のキャビティの底面に密着させながら、上記半導体チップ、上記ダイパッドおよび上記放熱板を、樹脂モールドする工程と、を含む方法により製造される。本半導体装置では、上記放熱板は、平面視において円形を呈し、上記吊りリードのダウンセットされていない部分は、放熱板側に曲がった状態または放熱板と平行な状態でモールド樹脂が硬化していることを特徴とする。
【００２０】
本願発明のその他の特徴および利点は、図面を参照して以下に行う詳細な説明からより明らかとなろう。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
【００２２】
以下に説明する方法は、図１に示した樹脂パッケージ型半導体装置１を製造するにあたり、本願発明を適用した例である。既に述べたように、図１に示される樹脂パッケージ型半導体装置１は、半導体チップが搭載されるダイパッド１２と、上記半導体チップ１３と電気的に導通させられる複数本の内部リード１６と、上記半導体チップ１３ないし上記各内部リード１６を包み込む樹脂パッケージ１０と、上記各内部リード１６と連続して上記樹脂パッケージ１０の側面から外部に延出する外部リード１１と、上記樹脂パッケージ１０の底面に面一状の露出するようにして、上記樹脂パッケージ１０内に埋設された放熱板１４とを備えている。そして、この形態においては、上記放熱板１４は、ダイパッド１２の下面に直接的に接合されている。
【００２３】
上記樹脂パッケージ型半導体装置１は、たとえば、図２および図３に示すようなリードフレーム２２を用いて製造される。すなわち、このリードフレーム２２は、幅方向両側のサイドフレーム２３，２３および長手方向等間隔に上記サイドフレーム２３，２３間を掛け渡すように形成されるクロスフレーム２４，２４によって囲まれる矩形領域２５内に、上記樹脂パッケージ型半導体装置１の構成部分となるべきリード１１，１６あるいはダイパッド１２などが打ち抜き形成されている。四辺形枠状タイバー２６がその支持リード２７によってサイドフレーム２３およびクロスフレーム２４に連結されるようにして形成されている。この四辺形枠状のタイバー２６が、その四隅部から内方に延びる吊りリード１５を介して、中央の矩形状のダイパッド１２を支持している。隣合う吊りリード１５，１５で区画される台形領域には、タイバー２６に基端が連結され、かつダイパッド１２の各辺に向けて延びる複数本の内部リード１６が形成されている。タイバー２６の外側には、各内部リード１６に連続して延びる複数本の外部リード１１が形成されている。各外部リード１１の外端部は、支持リード２７を介してサイドフレーム２３，２３またはクロスフレーム２４，２４に連結されている。
【００２４】
上記ダイパッド１２は、後述するように、その裏面側に放熱板１４を取付けた状態において、放熱板１４の周縁部の上面が内部リード１６の先端部の下面と接触しないように、かつ、放熱板１４の下面が、このリードフレーム２２を金型にセットした際にそのキャビティ７１の底面に適正に接触するように、上記リードフレーム２２のその他の部分に対して下方にダウンオフセットされている。
【００２５】
上記のリードフレーム２２には、図３に示すように、ダイパッド１２の下面に、放熱板１４を接合する。図に示す実施形態において、この放熱板１４は、平面視において円形を呈している。この放熱板１４は、たとえば銅などの熱良導性金属板を打ち抜くなどすることによって形成することができる。この放熱板１４の大きさは、適当に定めればよいが、図に示す実施形態においては、ダイパッド１２よりも大きな面積を有している。なお、このダイパッド１２と上記放熱板１４との接合は、超音波接合、あるいはスポット溶接などによって行うことができる。
【００２６】
次に、図３に示すように、上記ダイパッド１２の上面に半導体チップ１３をボンディングし、この半導体チップ１３の上面に形成された電極パッド（図示略）と、上記各内部リード１６の先端部との間をワイヤボンディング１９によって結線し、これらを、電気的に導通させる。
【００２７】
次に、図４に示すように、上記の工程を終えたリードフレーム２２を、樹脂モールド工程装置６の下金型６１上にセットし、上下の金型６０，６１を型締めする。この樹脂モールド工程装置６は、基本的には、いわゆるトランスファーモールド法によって半導体装置の樹脂パッケージングを行うために構成された公知のものであるが、下金型６１のキャビティ７１の底面に、吸引口８０が形成されている点が、従前の装置とは異なる。上下の金型６０，６１に形成されるべきキャビティ７０，７１は、図２および図３に示したリードフレーム２２におけるタイバー２６で囲まれる矩形領域を所定厚みの樹脂によってパッケージングしうるように形成されている。なお、上記吸引口８０を形成するべき位置は、上記放熱板１４によって覆い隠されるべき位置とするべきである。
【００２８】
なお、上記した上下の金型６０，６１のキャビティ７０，７１のコーナ部には、ランナを介してキャビティ空間内に溶融樹脂材料を供給するためのゲート（図示略）が形成されており、型締めが行われた上下の金型６０，６１には、ヒータなどによって熱が与えられている。
【００２９】
次いで、上記ゲートからランナを介してエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を溶融状態でキャビティ空間７内に注入するが、本願発明においては、その際、上記吸引口８０に吸引力を作用させる。このようにすることにより、放熱板１４は、上記溶融樹脂の注入の過程において、溶融樹脂の流れの力によって姿勢が変動するといったことがなく、キャビティ７１の底面に密着させられた状態が維持される。上記のようにしてキャビティ空間７内に注入された溶融樹脂は、金型６０，６１に与えられる熱によって硬化させられる。このような硬化が終わると、上下の金型６０，６１は型開きされ、樹脂パッケージ１０が形成されたリードフレーム２２が、この樹脂モールド工程装置６から取り外される。
【００３０】
最後に、リードフレーム２２の所定部位にハンダメッキを行い、検査工程、標印工程を経た後に、リードフォーミングおよびリードフレームカット処理を施し、図１に示したような個別の樹脂パッケージ型半導体装置１が得られる。
【００３１】
図５は、本願発明方法によって好適に製造され得る樹脂パッケージ型半導体装置１の他の実施形態を示す断面図である。この樹脂パッケージ型半導体装置１においても、樹脂パッケージ１０の底面に面一に露出するようにして放熱板１４が埋設されているが、この放熱板１４は、ダイパッド１２に対して直接的に接合されていない。このような放熱板１４を樹脂パッケージ１０内に組み込むためには、チップボンディング工程およびワイヤボンディング工程を終えたリードフレーム２２に対して樹脂モールド工程を施すに際し、下金型６１のキャビティ７１底面に上記放熱板１４をセットするほかないが、本願発明方法においては、図６に示すように、下金型６１のキャビティ７１の底面にセットされた放熱板１４を、キャビティ７１の底面に設けた吸引口８０に吸引力を作用させてキャビティ底面に密着させた状態において、キャビティ空間７への溶融樹脂の注入を行う。この場合においても、キャビティ空間内に注入される溶融樹脂の流れによって放熱板１４の姿勢が狂うといった不具合は発生せず、上記放熱板１４が確実にその底面の全てが樹脂パッケージ１０の底面に露出する恰好で樹脂パッケージ１０内に組み込まれる。
【００３２】
図５に示すような構造の樹脂パッケージ型半導体装置１は、本願発明方法によって、歩留りの低下を招くことなく適正に製造することができる。そして、図１に示す構造の半導体装置に比較して、放熱板１４が接合された状態でのリードフレームを取扱う必要がなくなるので、チップボンディング工程およびワイヤボンディング工程におけるリードフレームの取扱いが好適に行えるとともに、リードフレームについても、放熱板１４の重量を支持するのに耐える強度を備える必要がなくなる。
【００３３】
もちろん、この発明の範囲は、上述した実施形態に限定されるものではない、実施形態は、いわゆるクワッド・フラット型の半導体装置であるが、いわゆるデュアル・イン・ライン型の半導体装置についても、同様に本願発明方法を適用して製造することができる。また、放熱板の形状は円形の場合が最も樹脂注入の際の浮き上がりを防止できるが、円形に近い多角形でも構わないことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明方法によって製造される半導体装置の一形態の断面図である。
【図２】図１に示される半導体装置を製造するためのリードフレームの一例の部分拡大平面図であり、そのダイパッドの下面に円形の放熱板が接合された状態を示す。
【図３】図１に示される半導体装置を製造するためのリードフレームの一例の部分拡大平面図であり、図２に示される工程の後、チップボンディングおよびワイヤボンディングを施した状態を示す。
【図４】図３に示す工程を終えたリードフレームを用いて本願発明によって特徴づけられる樹脂モールド工程を行っている状態を示す模式的断面図である。
【図５】本願発明方法によって製造される半導体装置の他の形態の断面図である。
【図６】図５に示される形態の半導体装置の製造において、本願発明によって特徴づけられる樹脂モールド工程を行っている状態を示す模式的断面図である。
【図７】図１に示される形態の半導体装置の製造において、従来方法によって樹脂モールド工程を行っている状態を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
１  半導体装置
１０  樹脂パッケージ
１１  外部リード
１２  ダイパッド
１３  半導体チップ
１４  放熱板
１６  内部リード
２２  リードフレーム
６  樹脂モールド工程装置
６０  上金型
６１  下金型
７  キャビティ空間
７０  （上金型の）キャビティ
７１  （下金型の）キャビティ
８０  吸引口
【図１】
0003616469.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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