(57)【要約】【課題】  高温加熱した状態で、はんだペーストを介して外部リードを基板に接続する際、一部の外部リードとはんだペーストとが接合できずに離反するといったはんだオープン不良の発生を防止することが可能な半導体装置を提供する。【解決手段】  各外部リード２ａ〜２ｈが、熱硬化性樹脂３から外側方へ突出する付け根フレーム部５と、付け根フレーム部５の先端から下向きに屈曲した屈曲フレーム部６と、屈曲フレーム部６の下端に設けられ且つ実装面８を有する先端フレーム部７とで構成され、付け根フレーム部５と屈曲フレーム部６との屈曲角度を変えることにより、プリント基板接続側に想定された水平基準面１０から各外部リード２ａ〜２ｈの実装面８までの高さＨａ〜Ｈｈを、加熱変形した際の半導体装置１の形状に応じて、変化させている。【選択図】  図１
2006332473.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子の電極パッドと電気的に導通している複数の外部リードを有し、各外部リードの先端部に実装面を形成し、高温加熱して、上記実装面を基板に接続する半導体装置であって、
基板接続側に想定された水平基準面から各外部リードの実装面までの高さが、加熱変形した際の半導体装置又は基板の少なくともいずれかの形状に応じて、変化していることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
半導体素子は封止樹脂によって封止され、
外部リードは、上記封止樹脂から外側方へ突出する付け根フレーム部と、付け根フレーム部の先端から下向きに屈曲した屈曲フレーム部と、屈曲フレーム部の下端に設けられ且つ実装面を有する先端フレーム部とで構成され、
各外部リードの上記付け根フレーム部と屈曲フレーム部との屈曲角度を変えることにより、水平基準面から各外部リードの実装面までの高さを変化させていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
半導体素子は封止樹脂によって封止され、
外部リードは、上記封止樹脂から外側方へ突出する付け根フレーム部と、付け根フレーム部の先端から下向きに屈曲した屈曲フレーム部と、屈曲フレーム部の下端から横向きに屈曲し且つ実装面を有する先端フレーム部とで構成され、
各外部リードの付け根フレーム部と屈曲フレーム部との屈曲部から屈曲フレーム部と先端フレーム部との屈曲部までの長さを変えることにより、水平基準面から各外部リードの実装面までの高さを変化させていることを特徴とする請求項１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、複数の外部リードを有し、高温加熱して、複数の外部リードの先端部を基板に接続する半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
小型機器の軽薄短小化に伴い、半導体装置自身の薄型化が進むと同時に、その半導体装置を実装するためのプリント基板も薄型化、多層化が望まれる。半導体装置をプリント基板に実装する場合、一般的にはリフロー工法を用いることが多い。
【０００３】
図１２は、従来の半導体装置４０を示しており、この半導体装置４０は、半導体素子（図示せず）の電極パッド（図示せず）と電気的に導通している複数の外部リード４１を有している。上記半導体素子は熱硬化性樹脂４２によって封止され、上記各外部リード４１が熱硬化性樹脂４２の四辺周縁部から外側へ突出している。各外部リード４１の先端部の最下面は実装面４３と呼ばれている。常温時、各外部リード４１の実装面４３はほぼ同一平面上に並ぶように形成されている。尚、取付面に対する各実装面４３の平坦性を示すコプラナリティ４４は、通常、数十〜百μｍ前後の範囲に保たれている。
【０００４】
図１３は従来の基板実装方法を説明する図であり、先ず、（ａ）で示すように、プリント基板４７上にある電極パッド（図示せず）にはんだペースト４８を塗布するはんだ印刷工程を行う。次に、（ｂ）で示すように、半導体装置４０をプリント基板４７上に載置する製品マウント工程を行う。次に、（ｃ）で示すように、プリント基板４７や半導体装置４０を含む全体を高温加熱して、はんだペースト４８を溶融させ、その後冷却することで、はんだペースト４８を固形化させるリフロー工程を行う。これら一連の工程により、半導体装置４０の外部リード４１ははんだペースト４８によりプリント基板４７と電気的に接続されることになる。
【０００５】
上記リフロー工程においては、２５℃前後の常温から約２５０℃の高温に至るまでの過程において、半導体装置４０とプリント基板４７とには様々な負荷がかかっている。すなわち、一方では、鉄や銅をベースにした外部リード４１と熱硬化性樹脂４２との熱膨張係数の違いによる半導体装置４０の変形があり、他方では、薄型化多層化されたプリント基板４７の変形がある。例えば、図１３（ｃ）に示すように、リフロー工程における高温加熱によって、半導体装置４０が谷状に反った場合、一部の外部リード４１の実装面４３とはんだペースト４８とが接合できずに離反するといった所謂はんだオープン不良の発生を招く問題がある。また、プリント基板４７が山状に反った場合も、上記と同様に、はんだオープン不良の発生を招く問題がある。
【０００６】
すなわち、常温環境にある状態において、半導体装置４０のコプラナリティ４４およびプリント基板４７の平坦性のいずれを厳密に管理できたとしても、高温環境に曝されれば全く意味の無いものになり、実装時に上記オープン不良が発生してしまうことになる。さらに、近年の狭ピッチ化に伴って接続ランドの面積も狭小化の傾向にあるため、前述のはんだ印刷工程において、はんだペーストが印刷マスクの穴から抜け切らずにはんだ過少状態となる恐れがあり、やはり上記のようなオープン不良を誘発してしまう。
【０００７】
また、下記特許文献１には、図１４に示すように、外部リード４１に湾曲部４１ａを形成した半導体装置４０が開示されている。
これによると、上記半導体装置４０をプリント基板に実装した後、機械的応力や熱的応力によりプリント基板に反りが発生しても、上記外部リード４１の湾曲部４１ａのばね作用によって応力が吸収されるため、外部リード４１のはんだ付け部および樹脂端部にかかる応力が低減される。これにより、外部リード４１をプリント基板にはんだ付けした部分においてはんだクラックが発生するのを防止している。
【０００８】
しかしながら上記特許文献１は、半導体装置４０をプリント基板に実装した後におけるプリント基板の反りによるはんだクラックの発生を防止するものであり、したがって、リフロー工程において、半導体装置４０が熱変形して反った場合、一部の外部リード４１の実装面４３とはんだペーストとが接合できずに離反するといったはんだオープン不良の発生を招いてしまう問題が依然として存在する。
【特許文献１】特開平９−２４６４５２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、高温加熱した状態で、はんだペーストを介して外部リードを基板に接続する際、一部の外部リードとはんだペーストとが接合できずに離反するといったはんだオープン不良の発生を防止することが可能な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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本第１発明は、半導体素子の電極パッドと電気的に導通している複数の外部リードを有し、各外部リードの先端部に実装面を形成し、高温加熱して、上記実装面を基板に接続する半導体装置であって、基板接続側に想定された水平基準面から各外部リードの実装面までの高さが、加熱変形した際の半導体装置又は基板の少なくともいずれかの形状に応じて、変化しているものである。
【００１１】
これによると、高温加熱し、はんだペーストを介して各外部リードの実装面を基板に接続する場合、上記水平基準面から各外部リードの実装面までの高さが、全て均一ではなく、加熱変形した際の半導体装置又は基板の少なくともいずれかの形状に応じて変化しているため、半導体装置又は基板の少なくともいずれかが変形しても、各外部リードの実装面とはんだペーストとが離反せずに確実に接合する。これにより、はんだオープン不良の発生を防止することができ、半導体装置を基板上に確実に実装することができる。
【００１２】
本第２発明は、半導体素子は封止樹脂によって封止され、外部リードは、上記封止樹脂から外側方へ突出する付け根フレーム部と、付け根フレーム部の先端から下向きに屈曲した屈曲フレーム部と、屈曲フレーム部の下端に設けられ且つ実装面を有する先端フレーム部とで構成され、各外部リードの上記付け根フレーム部と屈曲フレーム部との屈曲角度を変えることにより、水平基準面から各外部リードの実装面までの高さを変化させているものである。
【００１３】
本第３発明は、半導体素子は封止樹脂によって封止され、外部リードは、上記封止樹脂から外側方へ突出する付け根フレーム部と、付け根フレーム部の先端から下向きに屈曲した屈曲フレーム部と、屈曲フレーム部の下端から横向きに屈曲し且つ実装面を有する先端フレーム部とで構成され、各外部リードの付け根フレーム部と屈曲フレーム部との屈曲部から屈曲フレーム部と先端フレーム部との屈曲部までの長さを変えることにより、水平基準面から各外部リードの実装面までの高さを変化させているものである。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように本発明によると、はんだオープン不良の発生を防止することができ、半導体装置を基板上に確実に実装することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態における半導体装置について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１，図２に示すように、１ははんだペースト１５を介してプリント基板１６に実装される半導体装置である。この半導体装置１は、半導体素子（図示せず）の電極パッド（図示せず）と電気的に導通している複数の外部リード２ａ〜２ｈを有している。上記半導体素子は四角平板状に成形された熱硬化性樹脂３（封止樹脂の一例）によって封止されている。また、上記各外部リード２ａ〜２ｈはそれぞれ熱硬化性樹脂３の四辺周縁部から外側へ突出している。
【００１６】
上記各外部リード２ａ〜２ｈはそれぞれ、弾力性を有しており、熱硬化性樹脂３から外側方へ突出して横方向へ延びる付け根フレーム部５と、付け根フレーム部５の先端から下向きに屈曲した屈曲フレーム部６と、屈曲フレーム部６の下端から外側横向きに屈曲した先端フレーム部７とで構成されている。先端フレーム部７の下面が実装面８として形成されている。
【００１７】
常温時の状態において、各外部リード２ａ〜２ｈの下方（すなわちプリント基板１６を接続する側）に想定された水平基準面１０から各外部リード２ａ〜２ｈの実装面８までの高さＨａ〜Ｈｈは、加熱変形した際の半導体装置１の形状に応じて、変化している。すなわち、下記関係式（１）に示すように、半導体装置１の熱硬化性樹脂３の一辺の長さ方向における両端部に位置する外部リード２ａ，２ｈの高さＨａ，Ｈｈが最も低く、中央部に近い外部リード２ｂ，２ｇ，２ｃ，２ｆほど次第に高さＨｂ，Ｈｇ，Ｈｃ，Ｈｆが高くなり、中央部に位置する外部リード２ｄ，２ｅの高さＨｄ，Ｈｅが最も高くなるように形成されている。これにより、両端部の外部リード２ａ，２ｈの実装面８が最下位にあり、中央部に近い外部リード２ｂ，２ｇ，２ｃ，２ｆの実装面８ほど次第に上位にあり、中央部の外部リード２ｄ，２ｅの実装面８が最上位にある。
（Ｈａ＝Ｈｈ）＜（Ｈｂ＝Ｈｇ）＜（Ｈｃ＝Ｈｆ）＜（Ｈｄ＝Ｈｅ）    ・・・式（１）
上記のような各高さＨａ〜Ｈｈの変化は、図２に示すように、各外部リード２ａ〜２ｈの付け根フレーム部５と屈曲フレーム部６との屈曲角度αを変えることによって、得られる。すなわち、両端部の外部リード２ａ，２ｈの屈曲角度αを最大（鈍角）にし、中央部に近い外部リード２ｂ，２ｇ，２ｃ，２ｆほどその屈曲角度αを次第に小さくし、中央部の外部リード２ｄ，２ｅの屈曲角度αを最小（鋭角）にしている。
【００１８】
尚、上記付け根フレーム部５と屈曲フレーム部６との屈曲部分を第１の屈曲部１１とし、屈曲フレーム部６と先端フレーム部７との屈曲部分を第２の屈曲部１２とする。
以下、上記半導体装置１をプリント基板１６に実装する実装方法を説明する。
【００１９】
先ず、図３（ａ）に示すように、はんだ印刷工程において、プリント基板１６上にある電極パッド（図示せず）にはんだペースト１５を塗布する。次に、図３（ｂ）に示すように、製品マウント工程において、半導体装置１をプリント基板１６上に載置する。
【００２０】
次に、図３（ｃ）に示すように、リフロー工程において、プリント基板１６や半導体装置１を含む全体を高温加熱して、はんだペースト１５を溶融させる。この際、半導体装置１は、熱時変形を起こして、中央部がプリント基板１６側へ近付くように谷状に反った形状になる。これに対して上記のように各高さＨａ〜Ｈｈを加熱変形時の半導体装置１の形状に応じて変えているため、図４に示すように熱時変形を起こした半導体装置１の各外部リード２ａ〜２ｈの実装面８がほぼ同一平面上に位置し、加熱変形時のコプラナリティが規定の範囲に保たれる。
【００２１】
上記半導体装置１の変形により、図３（ｃ）に示すように、各外部リード２ａ〜２ｈの実装面８が各はんだペースト１５に確実に当接し、各実装面８とはんだペースト１５とが離反せずに確実に接合する。
【００２２】
その後、プリント基板１６と半導体装置１を冷却することにより、図５に示すように、半導体装置１が常温時の形状（反りが解消した形状）に戻るとともに、各外部リード２ａ〜２ｈの先端部がはんだペースト１５に接続固定される。この際、図６（ａ）で示すように、最も両端に位置する外部リード２ａ，２ｈは高さ方向にほとんど変形しないが、図６（ｂ）の実線で示すように、両端の外部リード２ａ，２ｈ間に位置する外部リード２ｂ〜２ｇは、プリント基板１６に対して上向きに引っ張られるため、第１の屈曲部１１が有する弾性と第２の屈曲部１２が有する弾性とによって、高さ方向に弾性変形している。これにより、冷却後、上記外部リード２ｂ〜２ｇの実装面８が各はんだペースト１５から剥離することはない。
【００２３】
以上のようなことから、はんだオープン不良の発生を防止することができ、半導体装置１をプリント基板１６上に確実に実装することができ、電気的導通が保証される。
また、上記リフロー工程において、図７に示すように、プリント基板１６が熱時変形を起こして、プリント基板１６の中央部が半導体装置１側へ近付くように山状に反った形状になる場合もある。これに対しても同様に、図１に示すように、上記各高さＨａ〜Ｈｈを加熱変形時のプリント基板１６の形状に応じて変えておくことにより、各外部リード２ａ〜２ｈの実装面８とはんだペースト１５とが離反せずに確実に接合する。これにより、はんだオープン不良の発生を防止することができ、薄型化や多層化により変形し易くなったプリント基板１６上に半導体装置１を確実に実装することができ、電気的導通が保証される。
【００２４】
尚、上記実施の形態では、半導体装置１やプリント基板１６のリフロー工程の高温時の変形状態を予め調査しておく必要があるが、通常、熱時の変形量は加熱温度や半導体装置１およびプリント基板１６を構成する材料が持つ熱膨張係数によりほぼ同じ傾向を示すことが予想されるため、初期評価などにより求められる変形量でもって各外部リード２ａ〜２ｈを加工することで何ら問題無く実施することが可能である。
【００２５】
また、上記実施の形態では、加熱時、半導体装置１が変形する場合とプリント基板１６が変形する場合とを個別に説明したが、両者の変形が同時に発生した場合も、同様に、各各高さＨａ〜Ｈｈを加熱変形時の半導体装置１とプリント基板１６との形状に応じて変えておけばよい。
【００２６】
（実施の形態２）
上記実施の形態１では、図２に示すように各外部リード２ａ〜２ｈの屈曲角度αを変えることによって、水平基準面１０から各外部リード２ａ〜２ｈの実装面８までの高さＨａ〜Ｈｈを変えているが、実施の形態２では、図８に示すように、各外部リード２ａ〜２ｈの第１の屈曲部１１から第２の屈曲部１２までの長さＬを変えることによって、上記各高さＨａ〜Ｈｈを変えている。
【００２７】
すなわち、図８（ａ）に示すように両端部の外部リード２ａ，２ｈの長さＬを最長にし、中央部に近い外部リード２ｂ，２ｇ，２ｃ，２ｆほどその長さＬを次第に短縮し、図８（ｂ）に示すように中央部の外部リード２ｄ，２ｅの長さＬを最短にしている。
【００２８】
これによると、リフロー工程において、プリント基板１６や半導体装置１を含む全体を高温加熱した際、半導体装置１やプリント基板１６が変形しても、各高さＨａ〜Ｈｈを加熱変形時の半導体装置１又はプリント基板１６の少なくともいずれかの形状に応じて変えているため、各外部リード２ａ〜２ｈの実装面８が各はんだペースト１５に確実に当接し、各実装面８とはんだペースト１５とが離反せずに確実に接合する。
【００２９】
その後、プリント基板１６と半導体装置１を冷却することにより、半導体装置１やプリント基板１６が常温時の形状（反りが解消した形状）に戻るとともに、各外部リード２ａ〜２ｈの先端部がはんだペースト１５に接続固定される。この際、図９（ａ）で示すように、最も両端に位置する外部リード２ａ，２ｈは高さ方向にほとんど変形しないが、図９（ｂ）の実線で示すように、両端の外部リード２ａ，２ｈ間に位置する外部リード２ｂ〜２ｇはプリント基板１６に対して上向きに引っ張られるため、上記外部リード２ｂ〜２ｇの根元部分Ａがバネのように撓って下向きに湾曲する。これにより、冷却後、上記外部リード２ｂ〜２ｇの実装面８が各はんだペースト１５から剥離することはない。
【００３０】
以上のようなことから、はんだオープン不良の発生を防止することができ、半導体装置１をプリント基板１６上に確実に実装することができ、電気的導通が保証される。
（実施の形態３）
上記実施の形態１および実施の形態２では、加熱時の変形の例として、半導体装置１が谷状に反って変形する場合（図３参照）とプリント基板１６が山状に反って変形する場合（図７参照）とを挙げたが、反対に、図１０に示すように半導体装置１が山状に反って変形する場合や、或いはプリント基板１６が谷状に反って変形する場合もある。このように、半導体装置１が山状に反って変形する場合又はプリント基板１６が谷状に反って変形する場合においては、図１１に示すように、上記各高さＨａ〜Ｈｈの大小関係を上記式（１）の逆にすればよい。
【００３１】
上記各実施の形態では、熱硬化性樹脂３の各々の辺に、外部リード２ａ〜２ｈを８本ずつ設けているが、８本以外の複数本設けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の半導体装置は、加熱してプリント基板上に実装する際、半導体装置自身の熱変形やプリント基板の熱変形に対して、実装歩留まりを向上させる手段として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態１における半導体装置の側面図であり、常温時の状態を示す。
【図２】同、半導体装置の外部リードの側面図であり、常温時の状態を示す。
【図３】同、半導体装置をプリント基板に実装する方法を示す図である。
【図４】同、半導体装置の側面図であり、熱変形発生時の状態を示す。
【図５】同、半導体装置をプリント基板に実装した側面図であり、リフロー工程で高温加熱した後、冷却した状態を示す。
【図６】同、半導体装置をプリント基板に実装した際の外部リードの側面図であり、リフロー工程で高温加熱した後、冷却した状態を示す。
【図７】同、半導体装置をプリント基板に実装した側面図であり、リフロー工程においてプリント基板に熱変形が発生した状態を示す。
【図８】本発明の実施の形態２における半導体装置の外部リード側面図であり、常温時の状態を示す。
【図９】同、半導体装置をプリント基板に実装した際の外部リードの側面図であり、リフロー工程で高温加熱した後、冷却した状態を示す。
【図１０】本発明の実施の形態３における半導体装置の側面図であり、熱変形発生時の状態を示す。
【図１１】同、半導体装置の側面図であり、常温時の状態を示す。
【図１２】従来の半導体装置の側面図であり、常温時の状態を示す。
【図１３】同、半導体装置をプリント基板に実装する方法を示す図である。
【図１４】別の従来の半導体装置の側面図であり、常温時の状態を示す。
【符号の説明】
【００３４】
１      半導体装置
２ａ〜２ｈ    外部リード
３      熱硬化性樹脂（封止樹脂）
５      付け根フレーム部
６      屈曲フレーム部
７      先端フレーム部
８      実装面
１０    水平基準面
１１    第１の屈曲部
１２    第２の屈曲部
１６    プリント基板
Ｈａ〜Ｈｈ    高さ
Ｌ      長さ
α      屈曲角度
【図１】
2006332473.tif 000003
【図２】
2006332473.tif 000004
【図３】
2006332473.tif 000005
【図４】
2006332473.tif 000006
【図５】
2006332473.tif 000007
【図６】
2006332473.tif 000008
【図７】
2006332473.tif 000009
【図８】
2006332473.tif 000010
【図９】
2006332473.tif 000011
【図１０】
2006332473.tif 000012
【図１１】
2006332473.tif 000013
【図１２】
2006332473.tif 000014
【図１３】
2006332473.tif 000015
【図１４】
2006332473.tif 000016