(57)【要約】【課題】パッケージに反り変形が生じることを抑制できるようにした半導体装置を提供する。【解決手段】凹状タブ１１を有するリードフレーム１０と、凹状タブ１１に配置された半導体素子２０と、凹状タブ１１と半導体素子２０とを樹脂で封止する樹脂製のパッケージ４０と、を備え、パッケージ４０の上面４１と下面４２との間の距離を２等分する第１の中心線と、半導体素子２０の上面２１と下面２２との間の距離を２等分する第２の中心線とが、断面視で同一直線上にある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タブを有するリードフレームと、
前記タブに配置された半導体素子と、
前記タブと前記半導体素子とを樹脂で封止する樹脂製のパッケージと、を備え、
前記パッケージの上面と下面との間の距離を２等分する第１の中心線と、前記半導体素子の上面と下面との間の距離を２等分する第２の中心線とが、断面視で同一直線上にあることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１の中心線と前記第２の中心線及び、前記リードフレームのうち前記パッケージで覆われているインナーリード部の上面と下面との間の距離を２等分する第３の中心線とが、断面視で同一直線上にあることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記タブは底部に貫通した第１の開口部を有する凹状タブであり、
前記第１の開口部の少なくとも一部を覆うように前記半導体素子が配置されており、
前記第１の開口部に前記樹脂が充填されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記半導体素子の外周側面と前記凹状タブの内周側面との間にスペースが設けられており、
前記スペースに前記樹脂が充填されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記凹状タブは側壁に貫通した第２の開口部を有し、
前記第２の開口部に前記樹脂が充填されていることを特徴とする請求項３又は請求項４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、特に、パッケージに反り変形が生じることを抑制できるようにした半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、樹脂封止形パッケージを備える半導体装置は、リードフレームのタブ（ダイパッド、或いはアイランドともいう。）に半導体素子がダイボンディングされ、続いて、半導体素子の電極パッドとリードフレームのインナーリード部との間がワイヤーボンディングされた後、半導体素子、タブ、インナーリード部及びワイヤーを樹脂で封止することで製造される。その製造過程において、例えばダイボンディング、ワイヤーボンディング、樹脂封止の各工程はそれぞれ高温での処理を要するが、半導体素子、リードフレーム、及び樹脂はそれぞれ固有の熱膨張係数を有するため、パッケージに変形が生じ易い。
【０００３】
また、熱ストレス試験でも同様にパッケージに変形が生じ易い。樹脂製のパッケージではしばしば、樹脂のクラックや、樹脂と半導体素子との剥離、樹脂とリードフレームとの剥離など、種々の不具合を生じる場合があるが、その一因としてパッケージの変形が考えられる。熱ストレス耐性を向上させる方法として、タブを開口し、半導体素子下の樹脂を厚くする方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５９−１６３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された構成は、半導体素子の上側に位置する樹脂とその下側に位置する樹脂の厚さが異なり、また、リードフレームの上側に位置する樹脂とその下側に位置する樹脂の厚さも異なる。このため、例えば高温を要する樹脂封止の工程では、半導体素子と樹脂との熱膨張差に起因する応力について、半導体素子の上側で生じる応力と下側で生じる応力とが釣り合わず、パッケージに反り変形が生じ易いという課題があった。
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、パッケージに反り変形が生じることを抑制できるようにした半導体装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る半導体装置は、タブを有するリードフレームと、前記タブに配置された半導体素子と、前記タブと前記半導体素子とを樹脂で封止する樹脂製のパッケージと、を備え、前記パッケージの上面と下面との間の距離を２等分する第１の中心線と、前記半導体素子の上面と下面との間の距離を２等分する第２の中心線とが、断面視で同一直線上にあることを特徴とする。
【０００７】
また、上記の半導体装置において、前記第１の中心線と前記第２の中心線及び、前記リードフレームのうち前記パッケージで覆われているインナーリード部の上面と下面との間の距離を２等分する第３の中心線とが、断面視で同一直線上にあることを特徴としてもよい。
また、上記の半導体装置において、前記タブは底部に貫通した第１の開口部を有する凹状タブであり、前記第１の開口部の少なくとも一部を覆うように前記半導体素子が配置されており、前記第１の開口部に前記樹脂が充填されていることを特徴としてもよい。
【０００８】
また、上記の半導体装置において、前記半導体素子の外周側面と前記凹状タブの内周側面との間にスペースが設けられており、前記スペースに前記樹脂が充填されていることを特徴としてもよい。
また、上記の半導体装置において、前記凹状タブは側壁に貫通した第２の開口部を有し、前記第２の開口部に前記樹脂が充填されていることを特徴としてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一態様によれば、樹脂製のパッケージの厚さを２等分する第１の中心線と、半導体素子の厚さを２等分する第２の中心線とが、断面視で同一直線上にあり、半導体素子の第２の中心線を境界とする上側と下側とで、パッケージを構成する樹脂の厚さ（即ち、樹脂厚）の差をゼロに近づけている（理想的には、ゼロにする）。これにより、半導体素子と樹脂との熱膨張差に起因する応力について、半導体素子の上側で生じる応力と下側で生じる応力とを釣り合わせることができ、これら応力の差を小さくすることができる。従って、例えば高温を要する樹脂封止の工程で、パッケージに反り変形が生じることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態に係る半導体装置１００の構成例を示す図である。
【図２】リードフレーム１０と半導体素子２０及びパッケージ４０の位置関係を示す図である。
【図３】第１実施形態に係る半導体装置１００の製造方法を工程順に示す図である。
【図４】第１実施形態に係る半導体装置１００の製造方法を工程順に示す図である。
【図５】第１実施形態に係る半導体装置１００の製造方法を工程順に示す図である。
【図６】リードフレーム１０の変形例を示す図である。
【図７】第２実施形態に係る半導体装置２００の構成例を示す図である。
【図８】樹脂―半導体素子―樹脂における上下の樹脂厚の差と反り量の計算結果を示す図である。
【図９】樹脂―リードフレーム―樹脂における上下の樹脂厚の差と反り量の計算結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。なお、以下に説明する各図において、同一の構成を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１２】
＜第１実施形態＞
（構成）
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置１００の構成例を示す平面図と、この平面図をＸ１−Ｘ´１線で切断した断面図である。
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、半導体装置１００は、リードフレーム１０と、リードフレーム１０のタブ１１に配置された半導体素子２０と、リードフレーム１０のリード部と半導体素子２０とを電気的に接続する導電性のワイヤー３０と、リードフレーム１０の一部と半導体素子２０及びワイヤー３０を樹脂で覆って封止する樹脂製のパッケージ４０と、を備える。
【００１３】
リードフレーム１０は、例えば、半導体素子２０を配置するためのタブ１１と、タブ１１の周囲に配置されたリード部１５とを有する。タブ１１は、例えば底部に貫通した開口部１２を有する凹状タブである。この凹状タブ１１の深さｄは、例えば半導体素子２０の厚さ（即ち、上面２１と下面２２との間の距離）よりも小さい。また、凹状タブ１１の平面視による形状（即ち、平面形状）は例えば半導体素子２０と同じ矩形であり、凹状タブ１１の平面視による縦、横の長さは半導体素子２０のそれらよりも大きい。
【００１４】
半導体素子２０の外周側面２３と、凹状タブ１１の内周側面１３との間にはスペース１４が確保されており、このスペース１４にパッケージ４０の構成材である樹脂が充填されている。スペース１４の幅Ｗ１は上記樹脂の流動性によって決定されるサイズであり、例えば１００μｍ程度である。また、半導体素子２０は開口部１２の少なくとも一部（例えば、全部）を覆っている。この開口部１２にも上記樹脂が充填されており、開口部１２を通して樹脂は半導体素子２０の下面（例えば、回路が形成されている面の反対側の面）と接している。開口部１２の平面視による形状は例えば半導体素子２０と同じ矩形であり、開口部１２の平面視による縦、横の長さは半導体素子２０のそれらよりも小さい（例えば、後述の図２（ａ）及び（ｂ）参照）。タブ１１の半導体素子２０を支持する部分の幅Ｗ２は、例えば１００μｍ程度である。
【００１５】
リード部１５は、樹脂製のパッケージ４０で覆われているインナーリード部１６と、パッケージ４０から露出しているアウターリード部１７とを有する。リードフレーム１０は、例えば銅（Ｃｕ）等の導電部材からなる。導電部材の表面の少なくとも一部は、例えばニッケル、パラジウム、金等でメッキされていてもよい。リードフレーム１０の厚さ（即ち、上面１８と下面１９との間の距離）は、少なくともリード部１５で均一であり、例えば５０〜５００μｍである。
【００１６】
半導体素子２０は、例えばシリコン等の基板からなる。基板の上面側には、例えばトランジスタ、キャパシタ、抵抗素子、受光素子等を組み合わせた回路が形成されている。また、この回路には、信号の入出力や電源を供給するためのボンディングパッド（図示せず）が形成されている。半導体素子２０の厚さは、例えば５０〜５００μｍである。
ワイヤー３０は、例えば金線からなり、その一端はボンディングパッドに接続され、他端はインナーリード部１６に接続されている。パッケージ４０は、例えばエポキシ樹脂からなる。パッケージ４０の厚さ（即ち、上面４１と下面４２との間の距離）は、例えば３００〜２０００μｍである。
【００１７】
図２は、リードフレーム１０と半導体素子２０及びパッケージ４０の位置関係を示す図である。図２に示すように、パッケージ４０の厚さをＴ４０ａ、Ｔ４０ｂに２等分する直線を第１の中心線とし、半導体素子２０の厚さをＴ２０ａ、Ｔ２０ｂに２等分する直線を第２の中心線とし、リード部１５の厚さをＴ１５ａ、Ｔ１５ｂに２等分する直線を第３の中心線とする。このとき、半導体装置１００では、第１〜第３の中心線が断面視で同一直線上にある。
【００１８】
（製造方法）
次に、半導体装置１００の製造方法について説明する。
図３〜５は半導体装置１００の製造方法を工程順に示す図であり、各図の（ａ）は平面図、各図の（ｂ）は（ａ）をＸ３−Ｘ´３〜Ｘ５−Ｘ´５線で切断した断面図である。
図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、まず、リードフレーム１０を用意する。リードフレーム１０は、例えば金型を用いて金属板をプレス加工することにより形成する。プレス加工では、リードフレーム１０を金型で押圧して凹状タブ１１を形成すると共に、リードフレーム１０を打ち抜いて凹状タブ１１の底部に開口部１２を形成する。なお、図３（ａ）では、開口部１２の最も単純な形として矩形を示すが、開口部１２の形状はこれに限定されるものではなく、円形や格子状の開口など、任意のパターンを採用してよい。
【００１９】
次に、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、リードフレーム１０に半導体素子２０をダイボンディングする。ここでは、開口部１２の少なくとも一部（例えば、全部）を覆うように凹状タブ１１の底部上に半導体素子２０を配置し、これを固定する。そして、金線等のワイヤー３０を用いて、半導体素子２０とリードフレーム１０とをワイヤーボンディングする。次に、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、例えばトランスファーモールド技術によりパッケージ４０を形成して、リードフレーム１０のうちタブ１１及びインナーリード部１６と、半導体素子２０と、ワイヤー３０とを樹脂で覆い封止して、パッケージ４０を形成する。
【００２０】
その後、リードフレーム１０及びパッケージ４０を図示しないダイシングテープに貼付する。そして、ダイシング装置を用いて、図５（ａ）及び（ｂ）に示すようなカーフ幅でリードフレーム１０を切断する。これにより、図１（ａ）及び（ｂ）に示した半導体装置１００が完成する。この第１実施形態では、開口部１２が本発明の第１の開口部に対応している。
【００２１】
（第１実施形態の効果）
本発明の第１実施形態は以下の効果を奏する。
（１）樹脂製のパッケージ４０の厚さを２等分する第１の中心線と、半導体素子２０の厚さを２等分する第２の中心線とが、断面視で同一直線上にあり、半導体素子２０の第２の中心線を境界とする上側と下側とで、パッケージ４０を構成する樹脂厚の差をゼロに近づけている（理想的には、ゼロにする）。これにより、半導体素子２０と樹脂との熱膨張差に起因する応力について、半導体素子２０の上側で生じる応力と下側で生じる応力とを釣り合わせることができ、これら応力の差を小さくすることができる。従って、例えば高温を要する樹脂封止の工程で、パッケージ４０に反り変形が生じることを抑制することができる。
【００２２】
（２）また、インナーリード部１６の厚さを２等分する第３の中心線も、第１、第２の中心線と同一直線上にあり、インナーリード部１６の第２の中心線を境界とする上側と下側とで、パッケージ４０を構成する樹脂厚の差をゼロに近づけている（理想的には、ゼロにする）。これにより、リードフレーム１０と樹脂との熱膨張差に起因する応力について、インナーリード部１６の上側で生じる応力と下側で生じる応力とを釣り合わせることができ、これら応力の差を小さくすることができる。従って、樹脂封止の工程でパッケージ４０に反り変形が生じることをさらに抑制することができる。
【００２３】
（３）また、タブ１１に設けられた開口部１２を通して、半導体素子２０の下面２２とパッケージ４０を構成する樹脂とが接している。これにより、半導体装置１００の厚さ方向において、樹脂−半導体素子−樹脂の３層構造の領域を増やすことができ、半導体素子２０の上側と下側とで応力の差が小さい領域を広く確保することができる。
なお、タブ１１の底部の開口部１２を囲む部分では、半導体素子２０の厚さ方向において、樹脂−半導体素子−タブ−樹脂の４層構造となり、半導体素子２０の上側と下側とで応力が異なる。パッケージ４０の反り変形を軽減する観点から言えば、応力が異なる部分は小さい方がよいため、開口部１２を囲む部分は小さい方が好ましい。但し、この開口部１２を囲む部分は、半導体素子２０を凹状タブ１１に固定する役割を果たす。このため、開口部１２を囲む部分は、半導体素子２０を凹状タブ１１に固定するためにある程度の面積（幅）が必要であり、例えば１００μｍ程度の幅を必要とする。
【００２４】
（４）また、半導体素子２０の外周側面２３と凹状タブ１１の内周側面１３との間にスペース１４が設けられており、このスペース１４にパッケージ４０を構成する樹脂が充填されている。これにより、半導体素子２０の外周側面２３を樹脂で封止することができる。なお、スペース１４の幅Ｗ１は、樹脂の流動性を考慮して例えば１００μｍ程度に設定する。これにより、スペース１４に樹脂を効率よく、容易に注入することができる。
【００２５】
（変形例）
図６（ａ）及び（ｂ）は、リードフレーム１０の変形例を示す平面図と、この平面図をＸ６−Ｘ´６線で切断した断面図である。図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、凹状タブ１１は、その側壁１１１に例えば数十μｍ〜数百μｍの貫通した開口部１１２を有していてもよい。開口部１１２の数は１つでも、複数でもよい。このような構成であれば、図６（ａ）の破線矢印で示すように、樹脂封止の工程で、上記スペース１４に樹脂を注入することがさらに容易となる。この変形例において、開口部１１２が本発明の第２の開口部に対応している。
【００２６】
＜第２実施形態＞
上記の第１実施形態では、リードフレーム１０のうち、半導体素子２０を配置するためのタブが凹状タブである場合について説明した。しかしながら、本発明においてタブの形状は凹状に限定されるものではない。
図７（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置２００の構成例を示す平面図と、この平面図をＸ６−Ｘ´６線で切断した断面図である。
図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、リードフレーム２１０のタブ２１１は平坦な板状で、その中央に貫通した開口部２１２を有する形状でもよい。このような構成であっても、樹脂製のパッケージ４０の厚さを２等分する第１の中心線と、半導体素子２０の厚さを２等分する第２の中心線とが、断面視で同一直線上にあることにより、第１実施形態の効果（１）と同様の効果を奏する。
【００２７】
また、板状タブ２１１に設けられた開口部２１２を通して、半導体素子２０の下面２２とパッケージ４０を構成する樹脂とが接している。これにより、第１実施形態の効果（３）と同様の効果を奏する。
さらに、第１実施形態と比較して、リードフレームを凹ませてタブを形成する必要がないので、リードフレームの加工が容易である、という効果を奏する。この第２実施形態では、開口部２１２が本発明の第１の開口部に対応している。
【００２８】
＜その他＞
本発明は、以上に記載した実施形態に限定されうるものではない。当業者の知識に基づいて第１、第２実施形態に設計の変更等を加えることが可能であり、そのような変形が加えられた態様も本発明の範囲に含まれる。
【実施例】
【００２９】
次に、本発明の実施例として、本発明者が行った実験とその結果を説明する。
図８は、平面視によるサイズが縦１５ｍｍ×横１５ｍｍである、樹脂―半導体素子―樹脂における上下の樹脂厚の差と反り量の計算結果を示す図である。図９は、平面視によるサイズが縦１５ｍｍ×横１５ｍｍである、樹脂−リードフレーム−樹脂における上下の樹脂厚の差と反り量の計算結果を示す図である。半導体素子の厚さは０．２６ｍｍ、リードフレームの厚さは０．１６ｍｍ、３層構造の合計厚さは共に０．８６ｍｍとした。また、半導体素子の基板にシリコンを、リードフレームの基材に銅を用いた。
【００３０】
図８に示すように、半導体素子の上側及び下側で樹脂厚の差が等しい場合は、パッケージに反り変形が生じないことを確認した。また、半導体素子の上側及び下側で樹脂厚の差が大きくなるほどパッケージの反り量が増大することを確認した。
また、図９に示すように、リードフレームの上側及び下側で樹脂厚の差が等しい場合は、パッケージに反り変形が生じないことを確認した。また、リードフレームの上側及び下側で樹脂厚の差が大きくなるほどパッケージの反り量が増大することを確認した。
【００３１】
さらに、図８と図９において、各プロットから算出される直線の傾きを比較すると、図８よりも図９の方が小さいことを確認した。これは、リードフレームの線膨張係数が樹脂の線膨張係数と比較的近い値を示すのに対して、シリコンの線膨張係数が樹脂の線膨張係数とかけ離れていることに起因する、と本発明者は考えている。
以上の結果から、樹脂製のパッケージの厚さを２等分する第１の中心線と、半導体素子の厚さを２等分する第２の中心線とが、断面視で同一直線上にあり、リードフレームの厚さを２等分する第３の中心線が第１、第２の中心線と同一直線上にない場合（即ち、第２実施形態）でも、パッケージの反り変形を低減する効果が望める（即ち、第１実施形態の効果（１）と同様の効果を奏する）ことを確認した。
【符号の説明】
【００３２】
１０、２１０  リードフレーム
１１  タブ（凹状タブ）
１２、１１２、２１２  開口部
１３  内周側面
１４  スペース
１５  リード部
１６  インナーリード部
１７  アウターリード部
１８、２１、４１  上面
１９、２２、４２  下面
２０  半導体素子
２３  外周側面
３０  ワイヤー
４０  パッケージ
１００、２００  半導体装置
１１１  側壁
２１１  タブ（板状タブ）
【図１】
2014143372.tif 000003
【図２】
2014143372.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2014143372.tif 000008
【図７】
2014143372.tif 000009
【図８】
2014143372.tif 000010
【図９】
2014143372.tif 000011