(57)【要約】【課題】はんだ接合における接合信頼性の高い半導体装置を提供する。【解決手段】一面１１ａと他面１１ｂとを有するダイパッド１１と、リード１２と、これらの一部を覆うモールド樹脂１６とを備える半導体装置において、モールド樹脂１６を該一面に対する法線方向において上下非対称の構成とする。そして、該法線方向のうち該一面から該他面へ向かう方向を上方向とし、上方向の反対方向を下方向とし、該モールド樹脂をインナーリード１２１よりも下方向の部分の厚みが該インナーリードよりも上方向の部分のそれよりも厚くし、アウターリード１２２を該下方向の部分に折り曲げた形状とする。これにより、半導体装置の反りが抑制されつつ、該アウターリードが長くなり、当該反りや熱応力に起因する力が該アウターリードにかかってもこの力が緩和され、該アウターリードを他部材にはんだ接合した際にその接合信頼性の高い半導体装置となる。【選択図】図２
2018195648.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表裏の関係にある一面（１１ａ）と他面（１１ｂ）とを有するダイパッド（１１）と、リード（１２）とを備えるリードフレーム（１０）と、
前記一面上に搭載された半導体チップ（１４）と、
前記リードの一部と前記半導体チップとを電気的に接続するワイヤ（１５）と、
前記ダイパッドの前記一面、前記半導体チップ、前記ワイヤおよび前記リードの一部を覆うモールド樹脂（１６）と、を備え、
前記ダイパッドは、前記リードのうち前記モールド樹脂に覆われた部分であるインナーリード（１２１）のなす平面と異なる平面上に配置されており、
前記一面に対する法線方向のうち前記一面から前記他面へ向かう方向を上方向とし、前記他面から前記一面へ向かう方向を下方向として、前記モールド樹脂のうち前記インナーリードよりも前記下方向の部分であるモールド下部（１６２）の前記法線方向における厚みは、前記モールド樹脂のうち前記インナーリードよりも前記上方向の部分であるモールド上部（１６１）の前記法線方向における厚みよりも厚くされており、
前記アウターリードは、前記モールド下部側に折り曲げられた形状とされている半導体装置。
【請求項２】
前記モールド樹脂の表面のうち前記半導体チップを隔てて前記一面と向き合う面を底面（１６ａ）として、前記アウターリードは、少なくとも前記底面まで延設されている請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記他面のうち一部もしくは全部は、前記モールド樹脂から露出している請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記他面上には、前記半導体チップから生じる熱を拡散させる放熱ゲル（４０）が配置されている請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
表面（２０ａ）を有する基板（２０）と、
放熱部材（５０）と、をさらに備え、
前記アウターリードは、はんだ（３０）を介して前記表面上に接続されており、
前記放熱ゲルは、前記放熱部材と接続されると共に、前記半導体チップと前記放熱部材とを熱的に接続している請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記モールド樹脂の前記法線方向における厚みは、１ｍｍ〜２ｍｍの範囲内である請求項１ないし５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、半導体材料によりなる発熱体を備え、当該発熱体から生じる熱を当該発熱体が搭載された面の背面から放熱する構造の半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ダイパッドとリードとを備えるリードフレームと、ダイパッド上に搭載され、ワイヤを介してリードと電気的に接続された半導体チップと、これらの一部を覆う封止部材とを備える半導体装置として、例えば特許文献１に記載のものが知られている。
【０００３】
特許文献１に記載の半導体装置は、半導体チップと、半導体チップを搭載するダイパッドとリードとを備えるリードフレームと、半導体チップとリードとを電気的に接続するワイヤと、半導体チップ、リードフレームの一部を封止する樹脂部材とを備える。具体的には、特許文献１に記載の半導体装置は、樹脂部材がインナーリードおよびダイパッドを封止した構造、いわゆるフルモールド構造とされている。
【０００４】
このような構成において、リードのうち樹脂部材に覆われたインナーリードは、ダイパッドと同一平面上に配置されている。樹脂部材は、平面視での外郭領域にて、インナーリードと重なる領域でその一部が凹んだ形状の切り込み部が形成されている。そして、リードのうち樹脂部材から露出したアウターリードは、切り込み部に入り込むように折り曲げられ、断面視にてインナーリードと樹脂部材を隔てて向き合うＪの字形状とされている。
【０００５】
すなわち、リードフレームのうちダイパッドとインナーリードとが同一平面上に配置され、アウターリードが樹脂部材の切れ込み部に入り込むように折り曲げられた構造とされることで、小型化および低背化された半導体装置となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１３３７６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、リードフレーム、半導体チップおよびこれらの一部を覆う樹脂部材を備える半導体装置では、半導体チップを駆動させた際に生じる熱を効率良く放熱させ、半導体チップを冷却することが重要である。特許文献１に記載の半導体装置は、小型化および低背化されるものの、フルモールド構造の装置とされているため、放熱性を高くすることが難しい。
【０００８】
一方、半導体装置を低背化、すなわち薄型化しつつ、放熱性を高める構造としては、リードフレームのうち半導体チップが搭載された部分の当該半導体チップを搭載した面の反対側が樹脂部材から露出した、いわゆるハーフモールド構造が知られている。
【０００９】
ハーフモールド構造の半導体装置は、例えば、配線基板とアウターリードとのはんだ接合により配線基板上に搭載されると共に、半導体チップが搭載された面の反対面（以下「背面」という）が熱伝導率の高い材料によりなる放熱部材に接続されて用いられる。具体的には、ハーフモールド構造の半導体装置は、アウターリードが半導体チップの搭載された側の方向に伸びると共に、配線基板とはんだを介して接合され、背面と放熱基板とが接合材により接合されている。つまり、上記の例では、ハーフモールド構造の半導体装置は、配線基板と放熱部材とに挟まれた状態とされている。このように、ハーフモールド構造の半導体装置は、半導体チップの駆動により生じる熱を背面から放熱できる構造であるため、フルモールド構造に比べて半導体チップの冷却効率が高い。
【００１０】
そこで、特許文献１に記載の半導体装置をハーフモールド構造として放熱性を高めることが考えられるが、インナーリードとダイパッドとが同一平面上に配置する必要があり、ハーフモールド構造ではインナーリードが樹脂部材から剥離するおそれがある。そのため、特許文献１に記載の半導体装置は、ハーフモールド構造を採用した場合、剥離に対する信頼性が著しく低下してしまう。
【００１１】
ここで、ハーフモールド構造の半導体装置では、リードフレームを押し出し加工することでダイパッドがリードから突き出した構造とされる。また、この押し出し加工においては、ダイパッドとリードとを繋ぐ吊りピンが切れたり、破損したりしないようにダイパッドの押し出し量を少なくすることが一般的であるため、ハーフモールド構造の半導体装置は、薄型化される傾向にある。
【００１２】
また、近年、ハーフモールド構造の半導体装置は、高集積化などのニーズから、さらに薄型化が検討されている。本発明者らが薄型化されたハーフモールド構造の半導体装置を鋭意検討した結果、単に薄膜化しただけの構成ではアウターリードにおけるはんだ接合の信頼性が確保できないことが判明した。
【００１３】
具体的には、薄型化されたハーフモールド構造の半導体装置は、半導体チップの駆動による発熱により反りやすく、アウターリードが薄型化に伴って短くされているため、半導体装置の反りがアウターリードのはんだ接合部に伝わり易い。その結果、半導体チップの駆動による発熱で生じる半導体装置の反りや熱応力がはんだ接合部にかかり、はんだにクラックが生じることではんだ接合の信頼性が低下し得ることが判明した。
【００１４】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、従来よりも薄型化された背面放熱型の構造とされつつ、アウターリードにかかる熱応力などを緩和でき、はんだ接合の信頼性の高い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】
【００１５】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の半導体装置は、表裏の関係にある一面（１１ａ）と他面（１１ｂ）とを有するダイパッド（１１）と、リード（１２）とを備えるリードフレーム（１０）と、一面上に搭載された半導体チップ（１４）と、リードの一部と半導体チップとを電気的に接続するワイヤ（１５）と、ダイパッドの一面、半導体チップ、ワイヤおよびリードの一部を覆うモールド樹脂（１６）と、を備える。そして、ダイパッドは、リードのうちモールド樹脂に覆われた部分であるインナーリード（１２１）のなす平面と異なる平面上に配置されており、一面に対する法線方向のうち一面から他面へ向かう方向を上方向とし、他面から一面へ向かう方向を下方向として、モールド樹脂のうちインナーリードよりも下方向の部分であるモールド下部（１６２）の法線方向における厚みは、モールド樹脂のうちインナーリードよりも上方向の部分であるモールド上部（１６１）の法線方向における厚みよりも厚くされており、アウターリードは、モールド下部側に折り曲げられた形状とされている。
【００１６】
これにより、モールド樹脂がインナーリードを基準位置としてインナーリードよりも下方向の部分であるモールド下部の厚みが、インナーリードよりも上方向の部分であるモールド上部の厚みよりも厚い非対称体とされた半導体装置となる。そして、アウターリードがモールド上部よりも厚いモールド下部側に折り曲げられた配置とされ、アウターリードの上下方向における長さを確保できる構造となる。これにより、薄型化されつつも半導体チップを駆動させた際に生じる熱の影響により半導体装置が反ることが抑制されると共に、熱応力がアウターリードのうちモールド樹脂の反対側に伝わりにくく、他の部材へ搭載した際の安定性が高い半導体装置となる。
【００１７】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態の半導体装置を示す上面レイアウト図である。
【図２】図１中の破線で示すII−II間の断面図である。
【図３】（ａ）は、基板上に搭載された従来の半導体装置を示す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）中の破線で示す領域Ｒ１における当該半導体装置の反りや熱応力による力の作用およびこれによるはんだのクラックの発生の様子について示す拡大断面図である。
【図４】第１実施形態の半導体装置が基板上に搭載された状態を示す断面図である。
【図５】図４中の破線で示す領域Ｒ２を拡大したものであって、基板上に搭載された第１実施形態の半導体装置の反りや熱応力による力の作用およびこれによるはんだのクラック発生が抑制される様子について示す拡大断面図である。
【図６】従来の半導体装置と第１実施形態の半導体装置における半導体チップとダイパッドとの接合界面に作用する応力についてのシミュレーション結果を示す図である。
【図７】第２実施形態の半導体装置について示す断面図である。
【図８】他の実施形態の半導体装置におけるアウターリードと基板とのはんだ接合について示す図である。
【図９】他の実施形態の半導体装置について示す断面図である。
【図１０】他の実施形態の半導体装置について示す断面図である。
【図１１】他の実施形態の半導体装置について示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
【００２０】
（第１実施形態）
第１実施形態の半導体装置について、図１〜図６を参照して述べる。本実施形態の半導体装置は、例えば自動車などの車両に搭載され、車両用の各種電子装置を駆動するための装置として適用されるものである。
【００２１】
図１では、図２に示す後述するダイパッド１１の他面１１ｂ側から見た本実施形態の半導体装置の上面レイアウトを示しており、モールド樹脂１６の外郭線を二点鎖線で示している。また、図１では、他面１１ｂ側から見てダイパッド１１もしくはインナーリード１２１により隠される部分である半導体チップ１４やワイヤ１５の一部については、破線で示している。図２では、モールド樹脂１６の構成の説明のため便宜的に、後述するインナーリード１２１の表面のなす平面およびモールド樹脂１６の表面のうち一部のなす平面の延長線を一点鎖線で示している。
【００２２】
本実施形態の半導体装置は、図１もしくは図２に示すように、ダイパッド１１とリード１２とを有するリードフレーム１０と、ダイパッド１１の一面１１ａ上に搭載された半導体チップ１４と、ワイヤ１５と、これらの一部を覆うモールド樹脂１６とを有してなる。
【００２３】
本実施形態の半導体装置は、図１に示すように、ダイパッド１１の他面１１ｂ側から見て略四角形状とされたモールド樹脂１６の四辺からリード１２の一部が突き出して露出した形状のＱＦＰ（Quad Flat Packageの略）として構成されている。なお、本実施形態の半導体装置は、ＱＦＰに限られず、ＳＯＰ（Small Outline Packageの略）などの他のパッケージ形状とされてもよい。
【００２４】
リードフレーム１０は、例えばＣｕやＦｅなどの金属材料によりなり、図２に示すように、一面１１ａと他面１１ｂとを備えるダイパッド１１と、ダイパッド１１と異なる平面上に配置されるリード１２とを有してなる。リードフレーム１０は、例えば、１枚の金属板をプレス打ち抜きなどでダイパッド１１およびリード１２となる領域を形成した後、押し出し加工にてダイパッド１１となる領域を押し出すことで形成される。リードフレーム１０は、ワイヤボンディング性の向上などの観点から、必要に応じて、Ａｇ、Ａｕなどの貴金属メッキなどが施されていてもよい。
【００２５】
ダイパッド１１は、例えば、図１に示すように表裏の関係にある一面１１ａと他面１１ｂとを有し、四角形板状とされる。ダイパッド１１は、例えば上述の押し出し加工により一枚の金属板から押し出された結果、リード１２と異なる平面上に配置される。なお、ダイパッド１１は、押し出し加工時においては図１に示す吊りリード１７を介してリード１２が形成された金属板と接続されているが、モールド樹脂１６の形成後に打ち抜き加工された結果、リード１２と分断されている。
【００２６】
ダイパッド１１は、図２に示すように、一面１１ａ上に接合材１３を介して例えばMOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistorの略）やIGBT（Insulated Gate Bipolar Transistorの略）などを備える半導体チップ１４が搭載されている。
【００２７】
接合材１３は、例えば、はんだやダイボンド材などの任意の接合材料であり、半導体チップ１４とダイパッド１１とを熱的に接続している。
【００２８】
リード１２は、図２に示すように、一部がモールド樹脂１６に覆われており、モールド樹脂１６に覆われたインナーリード１２１と、モールド樹脂１６から露出した残部であるアウターリード１２２とにより構成されている。
【００２９】
インナーリード１２１は、例えば、Ａｌなどの金属材料によりなるワイヤ１５がワイヤボンディングされることにより、ワイヤ１５を介して半導体チップ１４と電気的に接続されている。インナーリード１２１は、上述のリードフレーム１０の押し出し加工の結果、ダイパッド１１と異なる平面上に配置されている。
【００３０】
アウターリード１２２は、図２に示すように、ダイパッド１１の一面１１ａに対する法線方向Ｙ１のうち一方向側に折り曲げられつつ、当該一方向側へ伸びるように延設されている。具体的には、法線方向Ｙ１のうちダイパッド１１の一面１１ａから他面１１ｂに向かう方向を上方向とし、上方向の反対方向を下方向として、アウターリード１２２は、下方向側へ折り曲げられた形状とされている。その結果、アウターリード１２２は、モールド樹脂１６から突出すると共に、下方向側へ折り曲げられ、下方向側に延設された形状とされている。
【００３１】
アウターリード１２２のうちモールド樹脂１６の反対側の一端１２２ａは、はんだ接合などにより配線基板などに搭載されるために用いられる。アウターリード１２２は、図２に示すように、モールド樹脂１６の表面のうち半導体チップ１４を隔ててダイパッド１１の一面１１ａと向き合う面を底面１６ａとして、少なくとも底面１６ａまで延設されることが好ましい。これは、アウターリード１２２の一端１２２ａをはんだ付けにより他の部材へ接合した際に、当該接合した部分の信頼性を高めることができるためである。この詳細については、後ほど説明する。
【００３２】
モールド樹脂１６は、本実施形態では、図２に示すように、ダイパッド１１のうち他面１１ｂと異なる部分、リード１２の一部、接合材１３、半導体チップ１４およびワイヤ１５を覆う封止部材であり、例えばエポキシ樹脂などの樹脂材料により構成される。
【００３３】
モールド樹脂１６は、図２に示すように、インナーリード１２１の表面を基準位置とした場合、法線方向Ｙ１において非対称体とされている。具体的には、モールド樹脂１６のうちインナーリード１２１よりも上方向における部分をモールド上部１６１とし、モールド樹脂１６のうちインナーリード１２１よりも下方向における部分をモールド下部１６２とする。このとき、モールド下部１６２の法線方向Ｙ１における厚みは、モールド上部１６１の法線方向Ｙ１における厚みよりも厚くされている。
【００３４】
言い換えると、インナーリードを基準位置とした場合にモールド樹脂が法線方向Ｙ１において対称体となる従来の半導体装置と異なり、本実施形態の半導体装置では、モールド樹脂１６は法線方向Ｙ１において非対称体とされている。
【００３５】
これは、半導体チップ１４を駆動させた際の発熱に起因するモールド樹脂１６全体の反りを低減すると共に、アウターリード１２２の長さを確保するためである。この詳細については、後ほど詳しく説明する。
【００３６】
なお、本実施形態の半導体装置は、ダイパッド１１およびこれに搭載された半導体チップ１４がモールド上部１６１側に配置され、ダイパッド１１の他面１１ｂがモールド樹脂１６から露出した構成とされている。これにより、半導体チップ１４から生じる熱がダイパッド１１の他面１１ｂ、すなわち背面から放熱される背面放熱型の半導体装置となる。
【００３７】
以上が、本実施形態の半導体装置の基本的な構成である。次に、本実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。
【００３８】
Ｃｕなどによりなる１枚の金属板をプレス打ち抜き加工をし、ダイパッド１１およびリード１２となる領域を形成した後に、押し出し加工によりダイパッド１１となる領域を押し出すことでリードフレーム１０を作製する。なお、既にダイパッド１１がリード１２と異なる平面上に配置されたリードフレーム１０を用意し、これを用いてもよい。また、必要に応じてリードフレーム１０の表面に貴金属メッキなどを施してもよい。
【００３９】
次いで、任意の製造方法により製造された半導体チップ１４を用意し、例えば任意のダイボンド材によりなる接合材１３を介してダイパッド１１の一面１１ａ上に半導体チップ１４を搭載する。そして、ワイヤボンディングによりリード１２と半導体チップ１４とをＡｌなどによりなるワイヤ１５を介して電気的に接続する。
【００４０】
続けて、図示しない上型と下型とによりなる金型を用意し、半導体チップ１４が搭載され、かつワイヤボンディングがされたリードフレーム１０を下型にセットし、上型と下型とを型合わせする。そして、モールド樹脂１６となるエポキシ樹脂などの樹脂材料を金型に流し込み、当該樹脂材料を加熱硬化させる。
【００４１】
なお、この場合、例えば上型のキャビティがリードフレーム１０をセットする下型のキャビティよりも深く凹んだ形状とされており、この金型は、半導体チップ１４の搭載側の反対側の樹脂厚みが半導体チップ１４の搭載側の樹脂厚みより厚くなる仕様とされる。
【００４２】
モールド樹脂１６を形成後、金型からワークを取出し、プレス打ち抜きにより不要な部分を切断除去することで、本実施形態の半導体装置を製造することができる。
【００４３】
次に、本実施形態の半導体装置を他の部材にはんだ付けにより搭載した後のはんだクラックを抑制する効果について、図３〜図５を参照して説明する。
【００４４】
まず、従来の半導体装置を他の部材にはんだ付けにより搭載した場合について、図３を参照して説明する。
【００４５】
従来の半導体装置は、図３（ａ）に示すように、一面１１１ａおよび他面１１１ｂを有するダイパッド１１１とリード１１２とを備えるリードフレーム１１０と、半導体チップ１１４と、ワイヤ１１５とこれらの一部を覆うモールド樹脂１１６とを有してなる。
【００４６】
このような構成において、ダイパッド１１１は、リード１１２のうちモールド樹脂１１６に覆われたインナーリード１１２１と異なる平面上に配置されている。半導体チップ１１４は、接合材１１３を介してダイパッド１１１の一面１１１ａ上に搭載され、ワイヤ１１５を介してリード１１２のうちモールド樹脂１１６に覆われた部分であるインナーリード１１２１と電気的に接続されている。リード１１２のうちモールド樹脂１１６から露出した部分であるアウターリード１１２２は、ダイパッド１１１の反対側に折り曲げられた形状とされている。
【００４７】
モールド樹脂１１６は、図３（ａ）に示すように、インナーリード１１２１をダイパッド１１１の一面１１１ａに対する法線方向Ｙ２における基準とした場合、法線方向Ｙ２において対称体とされている。具体的には、法線方向Ｙ２のうち一面１１１ａから他面１１１ｂに向かう方向を上方向とし、上方向の反対方向を下方向とする。このとき、モールド樹脂１１６のうちインナーリード１１２１よりも上方向の部分は、モールド樹脂１１６のうちインナーリード１１２１よりも下方向の部分と法線方向Ｙ２における厚みが同じとされている。
【００４８】
図３（ａ）では、上記構成の従来の半導体装置を薄型化したものが基板２０の表面２０ａ上に搭載され、アウターリード１１２２のうちモールド樹脂１１６の反対側の一端１１２２ａが表面２０ａ上に形成されたパッド２１にはんだ接合された状態を示している。
【００４９】
なお、ここでいう「薄型化」とは、半導体装置を構成するモールド樹脂の厚みを１ｍｍ以上２ｍｍ以下の範囲内の構成とすることをいう。また、従来の半導体装置については、構成要素であるモールド樹脂の厚みが２ｍｍよりも大きい構成とされ、本実施形態の半導体装置は、従来の半導体装置よりも全体的に薄くされている。
【００５０】
また、基板２０は、例えば、ガラスエポキシ樹脂などの絶縁性材料などによりなり、Ａｌなどの金属材料などにより構成されたパッド２１が形成されている。
【００５１】
ここで、本発明者らが検討した結果、このような従来の半導体装置の構造のままで単に薄型化したものを他部材にはんだ付けで搭載した場合、図３（ｂ）に示すように、はんだクラックの不具合が生じることを判明した。
【００５２】
具体的には、図３（ａ）に示すように、アウターリード１１２２の表面のうち上方向の部分とアウターリード１１２２の一端１１２２ａとの法線方向Ｙ２における距離をアウターリード１１２２の高さＨ１とする。
【００５３】
このとき、アウターリード１１２２の高さＨ１は、モールド樹脂１１６の法線方向Ｙ２における厚みを薄く、すなわち半導体装置を薄くするほど小さくなる。また、半導体装置を薄型化するほど、半導体チップの発熱による半導体装置の反りやモールド樹脂１１６とリード１１２との線膨張係数差に起因する熱応力による力がアウターリード１１２２に及ぼす影響が大きくなる。
【００５４】
より具体的には、図３（ｂ）の白抜き矢印で示すように、半導体チップ１１４の発熱による半導体装置の反りや冷熱サイクルなどの環境変化によりモールド樹脂１１６とリード１１２との間に生じる熱応力等に起因した力Ｆ１がアウターリード１１２２に作用する。このとき、半導体装置の薄型化に伴い、アウターリード１１２２の高さＨ１が、薄型化されていない構成の半導体装置におけるそれに比べて小さくなっている。言い換えると、アウターリード１１２２の長さは、従来の半導体装置のそれよりも短くなっている。
【００５５】
そして、従来の半導体装置を単に薄型化したものをはんだ３０を介して基板２０に設けられたパッド２１に接合した場合、図３（ｂ）に示すように、アウターリード１１２２に力Ｆ１が作用することとなる。しかし、図３（ｂ）に示すように、アウターリード１１２２の長さが短くなると、力Ｆ１を緩和する作用が小さくなるため、力Ｆ１の影響により、はんだ３０とパッド２１との間にはんだクラック３０１が生じ得る。
【００５６】
このような不具合は、例えば車載用途などの信頼性の要求が厳しい分野に適用する場合には、特に問題となることが予想される。
【００５７】
そこで、本発明者らは、鋭意検討の結果、薄型化しつつも半導体チップ１４の発熱による反りや環境変化などに起因する熱応力によるアウターリード１２２への影響を低減できる半導体装置を発明するに至った。その一例として、本実施形態の半導体装置を他部材にはんだ付けにより搭載した場合について、図４、図５を参照して説明する。
【００５８】
本実施形態の半導体装置を表面２０ａにパッド２１を備える基板２０に搭載した場合、図５に示すように、アウターリード１２２には、半導体チップ１４の発熱による半導体装置の反りや環境変化などに起因する熱応力などによる力Ｆ２が作用することとなる。このとき、アウターリード１２２に作用する力Ｆ２は、従来の半導体装置を単に薄型化したもののアウターリード１１２２に作用する力Ｆ１よりも小さくなる。
【００５９】
具体的には、アウターリード１２２の表面のうち上方向の部分とアウターリード１２２の一端１２２ａとの法線方向Ｙ１における距離をアウターリード１２２の高さＨ２とする。本実施形態の半導体装置では、上述したように、モールド上部１６１よりも法線方向Ｙ１における厚みが厚いモールド下部１６２側にアウターリード１２２が折り曲げられて延設された形状とされている。
【００６０】
そのため、モールド樹脂の法線方向Ｙ１における厚みが同じであっても、アウターリード１２２の高さＨ２は、従来の半導体装置を単に薄型化したものにおけるアウターリード１１２２の高さＨ１に比べて大きくなる。言い換えると、アウターリード１２２の長さは、アウターリード１１２２の長さよりも長くなる。つまり、アウターリード１２２は、半導体装置の反りなどに起因する力を緩和する作用がアウターリード１１２２のそれに比べて大きい構成とされる。
【００６１】
また、本実施形態の半導体装置は、モールド樹脂１６のうち半導体チップよりも下方向における部分の厚みが従来の半導体装置のそれよりも厚いため、従来の半導体装置に比べて半導体装置全体の反りが小さくなる構成とされている。
【００６２】
さらに、本実施形態の半導体装置では、モールド下部１６２がモールド上部１６１よりも厚くされているため、基板２０などの他の部材に搭載する際にモールド下部１６２がこの搭載時に本実施形態の半導体装置にかかる荷重を受ける役割を果たす。そのため、他の部材への搭載時にアウターリード１２２が塑性変形しにくく、アウターリード１２２のうちはんだ接合に用いる部分の面積を安定して確保できる効果も期待される。
【００６３】
上記のように、Ｈ２＞Ｈ１とされつつ、半導体装置全体が反りにくいモールド樹脂１６の構成とされることで、アウターリード１２２に作用する力Ｆ２は、力Ｆ１よりも小さくなる。その結果、図５に示すように、はんだ３０とパッド２１との間にはんだクラックが発生することを抑制することができる半導体装置となる。
【００６４】
次に、本実施形態の半導体装置のうち半導体チップ１４とダイパッド１１とが接合された部分（以下、単に「接合部」という）における応力低減の効果について、図６を参照して説明する。
【００６５】
図６では、接合部にかかる応力振幅をシミュレートにより算出した結果であって、従来の半導体装置を単に薄型化したものおよび本実施形態の半導体装置にて得られた結果を比較したものである。
【００６６】
なお、図６の横軸における「従来」とは、従来の半導体装置を単に薄型化したものを指し、「第１実施形態」とは、本実施形態の半導体装置を指す。図６の縦軸における「接合部の応力振幅」では、従来の半導体装置のシミュレーション結果で得られた応力振幅を１００（基準）としている。また、シミュレーションにおいては、２Ｄ解析にて実施し、図２に示すような断面状態での応力解析を行った。そして、従来の半導体装置を単に薄型化したものおよび本実施形態の半導体装置は、モールド樹脂の外郭寸法を２０ｍｍ（幅）×１．４ｍｍｔ（高さ）とし、ダイパッドの外郭寸法を１３ｍｍ（幅）×０．１５ｍｍｔ（高さ）とした。また、半導体チップの外郭寸法を９ｍｍ（幅）とし、接合部の面積を半導体チップの外郭寸法と同じとした。そして、−６５℃の条件において、上記の各半導体装置の接合部にかかる応力振幅を算出した。
【００６７】
また、図６のシミュレーションについては、一般的に用いられる公知の応力計算のシミュレーションソフト（例えばアンシス・ジャパン社製のANSYS AIM）を用いて行った。このシミュレーションにより得られる応力振幅が小さいほど、接合部にかかる応力が小さく、接合の信頼性が高くなることを示している。このシミュレーションにより得られる応力振幅の大小の傾向は、経験上、実際の半導体装置における接合部の信頼性の高低とおよそ同じ傾向となることがわかっている。
【００６８】
図６に示すように、従来の半導体装置を単に薄型化したものにおける接合部にかかる応力振幅を１００とした場合、本実施形態の半導体装置における接合部にかかる応力振幅は８８であった。言い換えると、本実施形態の半導体装置は、接合部にかかる応力振幅が従来の半導体装置を単に薄型化したもののそれに比べて１２％低減されており、接合部における接合信頼性が従来に比べて高い構成となる。
【００６９】
本実施形態によれば、薄型化されつつも、半導体チップの発熱による半導体装置全体の反りを抑制し、反りや熱応力などによる力がアウターリードに作用してもこれを緩和できる半導体装置となる。そのため、他部材へはんだ付けにより搭載した場合、はんだにクラックが発生することを抑制でき、従来の半導体装置に比べて、他部材へのはんだ接合の信頼性の高い半導体装置となる。また、ダイパッドと半導体チップとの接合部にかかる応力についても、従来の半導体装置に比べて緩和される構成の半導体装置となる。
【００７０】
（第２実施形態）
第２実施形態の半導体装置について、図７を参照して述べる。図７に示すパッケージ部１００は、リードフレーム１０、接合材１３、半導体チップ１４、ワイヤ１５およびモールド樹脂１６により構成された上記第１実施形態の半導体装置に相当する部分である。
【００７１】
本実施形態の半導体装置は、図７に示すように、パッド２１を備える基板２０上にパッケージ部１００が搭載され、ダイパッド１１の他面１１ｂ上に半導体チップ１４から生じる熱を放熱するための放熱ゲル４０が配置されている。そして、本実施形態の半導体装置は、放熱ゲル４０を介して放熱部材５０に接続された構成とされている点で上記第１実施形態と相違する。本実施形態では、この相違点について主に説明する。
【００７２】
放熱ゲル４０は、半導体チップ１４から生じる熱を放熱する効率を高めるために用いられ、例えばシリコンゲルなどにより構成される。放熱ゲル４０は、放熱の効率向上の観点から、熱伝導率が３Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料が用いられることが好ましい。放熱ゲル４０は、放熱の効率向上の観点から、他面１１ｂの一部に接するように形成されてもよいが、他面１１ｂの全部を覆うように形成されることが好ましい。
【００７３】
放熱ゲル４０は、基板２０上に搭載されたパッケージ部１００のうちダイパッド１１の他面１１ｂ上に放熱ゲル４０となる材料を例えばディスペンサーなどで塗布した後、放熱部材５０を当該塗布した材料上に載せることにより形成される。
【００７４】
放熱部材５０は、放熱ゲル４０を介して半導体チップ１４と熱的に接続され、放熱の効率向上のために用いられる部材であり、例えばＡｌなどの熱伝導率の高い金属材料により構成される。
【００７５】
放熱部材５０は、図７に示すように、例えば断面視にて四角形板状とされているが、放熱効率が向上できればよく、任意の冷却フィンなどのように、放熱部材５０の表面のうち放熱ゲル４０と反対の面に凹凸形状や溝などが設けられた形状とされていてもよい。放熱部材５０は、パッケージ部１００もしくはパッケージ部１００および基板２０などの他の部材などを覆う筐体とされていてもよい。このように放熱部材５０は、必要に応じて、任意の形状とされるが、放熱の効率向上の観点から、面積や体積が大きくされた、すなわち熱容量の大きい形状とされることが好ましい。
【００７６】
本実施形態によれば、半導体チップ１４から生じる熱がダイパッド１１の他面１１ｂから放熱ゲル４０を介して熱容量の大きい放熱部材５０へと拡散し、放熱の効率の高い背面放熱型の半導体装置となる。
【００７７】
また、上記第１実施形態と同様に、パッケージ部１００のうちモールド下部１６２がモールド上部１６１よりも厚くされ、かつ、アウターリード１２２の長さが長くされた構成とされている。そのため、本実施形態の半導体装置は、パッケージ部１００が薄型化されつつも、アウターリード１２２のはんだ接合における接合信頼性の高い半導体装置となる。
【００７８】
（他の実施形態）
なお、上記した各実施形態に示した半導体装置は、本発明の半導体装置の一例を示したものであり、上記の各実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
【００７９】
（１）例えば、上記各実施形態の半導体装置において、図８に示すように、アウターリード１２２のうち一端１２２ａ側、すなわち基板２０上のパッド２１などとの接合に用いる部分の長さが長くされた構造とされてもよい。これにより、はんだ３０を介してアウターリード１２２がパッド２１と接合された部分の面積が多くなり、半導体装置の反りや熱応力に起因する力が一端１２２ａに作用してもはんだ３０にクラックが生じることを抑制できる接合構造となる。
【００８０】
（２）上記各実施形態の半導体装置は、モールド樹脂１６のうち底面１６ａと反対側の面を上面として、上面とダイパッド１１の他面１１ｂとが同一平面に配置された構造とされた例について説明した。しかし、ダイパッド１１の他面１１ｂがモールド樹脂１６から露出した構造とされる場合には、他面１１ｂがモールド樹脂１６から露出していればよく、上面が他面１１ｂよりも上方向に配置される構造とされてもよい。
【００８１】
例えば、図９に示すように、他面１１ｂの一部もしくは全部がモールド樹脂１６から露出するように、断面視にてモールド樹脂１６の上面１６ｂに他面１１ｂに達する凹部１６ｃが形成された構造の半導体装置とされてもよい。なお、放熱ゲル４０を他面１１ｂ上に配置する場合、放熱ゲル４０は、凹部１６ｃ内に収まるように設けられてもよいし、上面１６ｂから上方向へはみ出るように設けられてもよい。
【００８２】
（３）上記各実施形態の半導体装置は、ダイパッド１１がインナーリード１２１よりも上方向に配置された例について説明した。しかし、背面放熱型の構造とされていればよいため、ダイパッド１１がインナーリード１２１よりも下方向に配置された構造とされてもよい。
【００８３】
この場合、図１０に示すように、ダイパッド１１がインナーリード１２１よりも下方向に配置されつつ、モールド樹脂１６の上面１６ｂに形成された凹部１６ｃが形成され、他面１１ｂが凹部１６ｃにおいてモールド樹脂１６から露出した構造とされる。このような構造とされた場合であっても、薄型化、放熱性および接合信頼性の高い半導体装置となる。
【００８４】
（４）上記各実施形態の半導体装置は、ダイパッド１１の他面１１ｂがモールド樹脂１６から露出した、いわゆるExposedパッケージの構造とされた例について説明した。しかし、本発明の半導体装置は、Exposedパッケージの構造に限られず、図１１に示すように、ダイパッド１１の他面１１ｂもモールド樹脂１６に覆われた、いわゆるフルモールド構造とされていてもよい。フルモールド構造とされた半導体装置は、ダイパッド１１と当該半導体装置以外の部材との絶縁性を確保しつつ、背面放熱型の半導体装置となる。この際、ダイパッド１１の他面１１ｂ上に放熱ゲル４０を配置してもよいし、放熱ゲル４０を介して放熱部材５０等の他の部材と熱的に接続されていてもよい。
【００８５】
（５）上記各実施形態の半導体装置は、リードフレーム１０の厚み、特にアウターリード１２２の厚みが、従来の半導体装置におけるアウターリード１１２２の厚みに比べて薄い構成とされていてもよい。これにより、薄くされたアウターリード１２２が撓むことで、アウターリード１２２と接合されたはんだ３０にかかる応力が緩和され、はんだ接合における接合信頼性の高い半導体装置となる。
【００８６】
（６）上記各実施形態の半導体装置は、モールド樹脂１６が、当該樹脂中にアルミナやシリカ等のフィラーが含有された構成とされてもよい。モールド樹脂１６は、フィラーを含んだ構成とされる場合、モールド樹脂１６全体の線膨張係数を上記各実施形態の半導体装置を搭載する基板２０や他の部材の線膨張係数と同じかそれに近い構成とされることが好ましい。これにより、冷熱サイクルなどにおけるモールド樹脂１６の熱伸縮と当該半導体装置がはんだ３０を介して搭載された基板２０や他の部材の熱伸縮との差が少なくなり、はんだ３０にかかる応力を緩和し、はんだ接合における接合信頼性の高い半導体装置となる。
【符号の説明】
【００８７】
１１    ダイパッド
１２    リード
１２１  インナーリード
１２２  アウターリード
１３    接合材
１４    半導体チップ
１６    モールド樹脂
３０    はんだ
４０    放熱ゲル
５０    放熱部材
【図１】
2018195648.tif 000003
【図２】
2018195648.tif 000004
【図３】
2018195648.tif 000005
【図４】
2018195648.tif 000006
【図５】
2018195648.tif 000007
【図６】
2018195648.tif 000008
【図７】
2018195648.tif 000009
【図８】
2018195648.tif 000010
【図９】
2018195648.tif 000011
【図１０】
2018195648.tif 000012
【図１１】
2018195648.tif 000013