(57)【要約】【課題】リード端子による応力緩和機能を損なうことなくはんだ接合に関する信頼性を向上させ得る半導体装置および電子装置を提供する。【解決手段】各リードフレーム２０には、その全面に、はんだ接合性を向上させるためのめっき等の表面処理がそれぞれ施されている。また、各リードフレーム２０は、半導体素子１１側の第１端子部２１とランド４側の第２端子部２２とが屈曲して連結されるように形成され、第２端子部２２には、第１端子部２１側に対してランド４側が薄くなる段部２２ａが形成されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
封止部材（１３）により封止される半導体素子（１１）と、
前記封止部材から導出されて回路基板（３）のランド（４）にはんだ接合される複数のリード端子（２０，３０）と、を備える半導体装置（１０）であって、
前記リード端子は、前記半導体素子側の第１端子部（２１）と前記ランド側の第２端子部（２２，３１）とが屈曲して連結されるように形成され、
前記第２端子部には、前記第１端子部側に対して前記ランド側が薄くなる段部（２２ａ，３１ａ）が形成されることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記段部は、前記第２端子部の前記半導体素子側に形成され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】
前記段部は、前記第２端子部に設けられる凹部（３１ａ）により形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記段部は、前記ランド側の端部（２４ｂ）までの距離（Ｌ１）が前記第１端子部との屈曲部（２４ａ）までの距離（Ｌ２）よりも長くなる位置に形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記段部は、前記複数のリード端子のうち、一部のリード端子に設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記段部は、前記封止部材の一辺から導出する複数のリード端子のうち、外側に配置されるリード端子（２０ａ）に設けられることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体装置と、
前記複数のリード端子がそれぞれはんだ（５）を介してはんだ接合されるランド（４）を有する回路基板（３）と、
を備えることを特徴とする電子装置（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、はんだ接合される複数のリード端子を備える半導体装置および電子装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＳＯＰ（Small Outline Package）やＱＦＰ（Quad Flat Package）のような半導体装置を回路基板にはんだ接合する実装方法に関する技術として、下記特許文献１に開示されるＱＦＰ実装方法が知られている。このＱＦＰ実装方法では、まず、ＱＦＰのリードフレームをプリント基板のランド上に供給されたクリームはんだに押圧した状態で加熱することで、リードフレームとランドとをはんだ接合して、ＱＦＰをプリント基板に固定する。その後、ＱＦＰの本体のコーナー部とプリント基板に跨って熱硬化性の接着剤を塗布する。そして、ＱＦＰがはんだ付けされたプリント基板を反転した後、その裏面のランド上にもクリームはんだを供給してチップ部品をマウントした状態で加熱することで、チップ部品のはんだ接合を行う。これにより、チップ部品のはんだ接合時に熱硬化性の接着剤が硬化するため、ＱＦＰのリードフレームとプリント基板のランドとを接続しているクリームはんだが再溶融しても、ＱＦＰは接着剤によりプリント基板に固定された状態に保持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０６−０８５４５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１に開示されるように構成されるリード端子には、はんだ接合性を良くするためにリード端子の全面にめっき等の表面処理が施される。このような表面処理によりリード端子のはんだ濡れ上がり性が良くなることから、ランドに塗布されたはんだがリード端子の表面に沿って濡れ上がるため、はんだとリード端子との接触面積が増加することとなる。
【０００５】
しかしながら、濡れ上がったはんだによりリード端子の大部分が覆われると、リード端子の剛性が不必要に上がる場合がある。このように剛性が上がってしまうと、リード端子に求められる応力緩和機能が低下してしまい、熱応力等に起因したクラックがはんだに生じやすくなるという問題が生じる。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、リード端子による応力緩和機能を損なうことなくはんだ接合に関する信頼性を向上させ得る半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、特許請求の範囲の請求項１に記載の発明は、封止部材（１３）により封止される半導体素子（１１）と、前記封止部材から導出されて回路基板（３）のランド（４）にはんだ接合される複数のリード端子（２０，３０）と、を備える半導体装置（１０）であって、前記リード端子は、前記半導体素子側の第１端子部（２１）と前記ランド側の第２端子部（２２，３１）とが屈曲して連結されるように形成され、前記第２端子部には、前記第１端子部側に対して前記ランド側が薄くなる段部（２２ａ，３１ａ）が形成されることを特徴とする。
なお、特許請求の範囲および上記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を示すものである。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の発明では、ランドにはんだ接合されるリード端子は、半導体素子側の第１端子部とランド側の第２端子部とが屈曲して連結されるように形成され、第２端子部には、第１端子部側に対してランド側が薄くなる段部が形成されている。
【０００９】
第１端子部および第２端子部が屈曲して連結されるリード端子では、第２端子部を濡れ上がるはんだが屈曲部まで達すると、硬化したはんだにより屈曲部が弾性変形しにくくなり、リード端子による応力緩和機能が低下しやすくなる。そこで、第１端子部側に対してランド側が薄くなる段部を第２端子部に形成することで、リード端子の全面にはんだ接合性を向上させるための表面処理が施される場合でも、第２端子部におけるはんだの濡れ上がりが段部により抑制され、上記屈曲部まではんだが濡れ上がることもない。したがって、段部によりはんだの濡れ上がりが抑制される一方で、第２端子部のうち段部までははんだが濡れ上がるので、リード端子による応力緩和機能を損なうことなくはんだ接合に関する信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態に係る電子装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１の半導体装置を示す上面図である。
【図３】図２のＸ−Ｘ線相当の切断面による断面図である。
【図４】図３のリードフレーム近傍を拡大して示す拡大断面図である。
【図５】第１実施形態の変形例に係る半導体装置を示す上面図である。
【図６】第２実施形態に係る半導体装置の要部を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［第１実施形態］
以下、本発明に係る半導体装置および電子装置を具現化した第１実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に示す電子装置１は、温度変化が大きな使用環境にて採用されており、例えば、車両に搭載されたエンジン等の車載機器を制御する電子制御装置（Electronic Control Unit）として構成されている。電子装置１は、筐体２内にプリント基板（回路基板）３や他の基板等を収容して構成されている。
【００１２】
プリント基板３の実装面３ａには、半導体装置１０や外部コネクタ３ｂ等が実装されている。半導体装置１０は、実装面３ａの所定の位置に配置されるランド４とはんだ５を介してはんだ接合されている。
【００１３】
次に、半導体装置１０の構成について、図２および図３を用いて説明する。なお、図２は、図１の半導体装置１０を示す上面図である。図３は、図２のＸ−Ｘ線相当の切断面による断面図である。
図２および図３に示すように、半導体装置１０は、ＱＦＰ型の半導体パッケージであり、主に、半導体素子１１、ヒートシンク１２および複数のリードフレーム２０を備え、半導体素子１１とヒートシンク１２および各リードフレーム２０の一部とがエポキシ系樹脂等をモールドして形成される封止部材１３により封止されて構成されている。
【００１４】
半導体素子１１は、シリコン基板などからなるもので、半導体プロセス技術を用いてトランジスタなどの素子が形成されたＩＣチップ等である。ヒートシンク１２は、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｏ、４２アロイ、コバールなどの金属など、放熱性に優れた材料からなる矩形板状の放熱部材として構成されている。このヒートシンク１２の一面側に接着剤１４を介して半導体素子１１の裏面が固定され、ヒートシンク１２の他面側１２ａが封止部材１３から露出することで、半導体素子１１の放熱性を向上させている。
【００１５】
次に、本発明の特徴的部分であるリードフレーム２０の形状について、図面を用いて詳述する。なお、図４は、図３のリードフレーム２０近傍を拡大して示す拡大断面図である。
リードフレーム２０は、４２合金（４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金）や銅合金等の金属薄板をエッチングや金型プレスによりパターニングすることでリード端子として機能するもので、そのアウターリード側が封止部材１３の四辺から導出するように配置されている（図２参照）。各リードフレーム２０には、その全面に、はんだ接合性を向上させるため、錫、金、銀、パラジウム、ニッケル等の材料によるめっきなどの表面処理がそれぞれ施されている。
【００１６】
図４に示すように、リードフレーム２０は、第１端子部２１、第２端子部２２および第３端子部２３を備えており、第１端子部２１および第３端子部２３が平行となるように第２端子部２２の一端側および他端側に対して屈曲部２４ａおよび屈曲部２４ｂを介して連結されている。すなわち、第１端子部２１と第２端子部２２とが屈曲部２４ａを介して屈曲するように連結されており、第２端子部２２と第３端子部２３とが屈曲部２４ｂを介して屈曲するように連結されている。
【００１７】
第１端子部２１は、封止部材１３により封止されるインナーリード部分にて、ボンディングワイヤ１５等を介して半導体素子１１に電気的に接続されている（図３参照）。
【００１８】
第２端子部２２には、その半導体素子１１側（封止部材３の中央側）の表面に、第１端子部２１側（図４の上側）に対してランド４側（図４の下側）が薄くなる段部２２ａが形成されている。この段部２２ａは、ランド４側の端部（屈曲部２４ｂ）までの距離Ｌ１が屈曲部２４ａまでの距離Ｌ２よりも長くなる位置に配置されている（図４参照）。
【００１９】
第３端子部２３は、ランド４に対して対向するように配置され、はんだ５を介してランド４に電気的に接続されている。
【００２０】
次に、上述のように構成される半導体装置１０の各リードフレーム２０とランド４とのはんだ５を用いたはんだ接合について詳述する。
各リードフレーム２０の第２端子部２２に段部２２ａがそれぞれ形成された半導体装置１０を用意する。そして、各リードフレーム２０の第３端子部２３がペースト状のはんだ５を介してプリント基板３の各ランド４に乗るように、半導体装置１０をプリント基板３の実装面３ａに載置する。
【００２１】
続いて、プリント基板３に載置された半導体装置１０をリフロー工程へ搬送し、炉内ではんだ５をリフローさせる。このとき、第３端子部２３とランド４との間に介在されたはんだ５は、溶融すると、第２端子部２２の半導体素子１１側を濡れ上がり段部２２ａまで到達するが、この段部２２ａによりさらに第１端子部２１側への濡れ上がりが抑制される。これにより、図４に示すように、段部２２ａにより濡れ上がりが妨げられた状態ではんだフィレットが形成されて、各リードフレーム２０とランド４とのはんだ５を用いたはんだ接合が完了する。
【００２２】
第１端子部２１および第２端子部２２が屈曲して連結されるリードフレーム２０では、第２端子部２２を濡れ上がるはんだ５が屈曲部２４ａまで達すると、硬化したはんだ５により屈曲部２４ａが弾性変形しにくくなり、リードフレーム２０による応力緩和機能が低下しやすくなる。
【００２３】
本実施形態では、上述したように、第１端子部２１側に対してランド４側が薄くなる段部２２ａが第２端子部２２に形成されているので、第２端子部２２におけるはんだ５の濡れ上がりが段部２２ａにより抑制され、上記屈曲部２４ａまではんだ５が濡れ上がることもない。
【００２４】
以上説明したように、本実施形態に係る半導体装置１０では、ランド４にはんだ接合されるリードフレーム２０は、半導体素子１１側の第１端子部２１とランド４側の第２端子部２２とが屈曲して連結されるように形成され、第２端子部２２には、第１端子部２１側に対してランド４側が薄くなる段部２２ａが形成されている。
【００２５】
これにより、リードフレーム２０の全面にはんだ接合性を向上させるための表面処理が施される場合でも、第２端子部２２におけるはんだ５の濡れ上がりが段部２２ａにより抑制され、屈曲部２４ａまではんだ５が濡れ上がることもない。したがって、段部２２ａによりはんだ５の濡れ上がりが抑制される一方で、第２端子部２２のうち段部２２ａまでははんだ５が濡れ上がるので、各リードフレーム２０による応力緩和機能を損なうことなくはんだ接合に関する信頼性を向上させることができる。
【００２６】
そして、上述のように構成される半導体装置１０と、各リードフレーム２０がそれぞれはんだ５を介してはんだ接合されるランド４を有するプリント基板３とを備えるように電子装置１を構成することで、各リードフレーム２０による応力緩和機能を損なうことなくはんだ接合に関する信頼性を向上させ得る効果を奏する電子装置１を実現することができる。
【００２７】
特に、段部２２ａが形成されない場合と比較して、第２端子部２２のランド４側の厚さが薄くなるので、リードフレーム２０の剛性が低下し、リードフレーム２０の応力緩和機能が向上し、はんだ接合に関する信頼性を向上させることができる。
【００２８】
また、段部２２ａは、第２端子部２２の半導体素子１１側に形成されている。第３端子部２３に対して第２端子部２２が傾斜しているため、はんだ５は第２端子部２２の半導体素子１１側を濡れ上がることから、はんだ５の濡れ上がりを確実に抑制することができる。なお、はんだ５の濡れ上がり経路を考慮して、段部２２ａを半導体素子１１側と異なる位置に形成してもよい。
【００２９】
特に、段部２２ａは、ランド４側の端部（屈曲部２４ｂ）までの距離Ｌ１が第１端子部２１との屈曲部２４ａまでの距離Ｌ２よりも長くなる位置に形成されている。これにより、屈曲部２４ａまでのはんだ５の濡れ上がりを抑制しつつ、はんだ５と第２端子部２２との接触面積を大きくできることから、はんだ接合に関する信頼性をより向上させることができる。
【００３０】
図５は、第１実施形態の変形例に係る半導体装置１０を示す上面図である。
第１実施形態の変形例として、段部２２ａは、全てのリードフレーム２０の第２端子部２２に形成されることに限らず、一部のリードフレーム２０の第２端子部２２に形成されてもよい。これにより、第２端子部２２を設けることによる加工コストを低減することができる。
【００３１】
特に、温度変化に起因する応力は、封止部材１３の一辺から導出する複数のリードフレーム２０のうち、内側に配置されるリードフレーム（図５の符号２０ｂ参照）よりも外側に配置されるリードフレーム（図５の符号２０ａ参照）の方が大きくなる。そこで、例えば、外側に配置されるリードフレーム２０ａに対してのみ段部２２ａを形成することで、リードフレーム２０による応力緩和機能の低下を好適に抑制しつつ、段部２２ａに関する加工コストの低減を図ることができる。
【００３２】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る半導体装置について、図６を用いて説明する。なお、図６は、第２実施形態に係る半導体装置の要部を示す拡大断面図である。
本第２実施形態では、段部２２ａの一形態として凹部３１ａを採用する点が主に上記第１実施形態と異なる。このため、第１実施形態と実質的に同様の構成部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００３３】
本実施形態に係る半導体装置１０のリードフレーム３０は、図６に示すように、上述したリードフレーム２０に対して、第２端子部２２に代えて、第２端子部３１を有するように構成されている。この第２端子部３１には、その半導体素子１１側（封止部材３の中央側）に、凹部３１ａが形成されている。この凹部３１ａは、ランド４側の端部（屈曲部２４ｂ）までの距離Ｌ１が屈曲部２４ａまでの距離Ｌ２よりも長くなる位置に配置されている。
【００３４】
このようにしても、第３端子部２３とランド４との間に介在されたはんだ５は、溶融すると、第２端子部３１の半導体素子１１側を濡れ上がり凹部３１ａまで到達するが、この凹部３１ａによりさらに第１端子部２１側への濡れ上がりが抑制される。
【００３５】
したがって、凹部３１ａによりはんだ５の濡れ上がりが抑制される一方で、第２端子部３１のうち凹部３１ａまでははんだ５が濡れ上がるので、各リードフレーム３０による応力緩和機能を損なうことなくはんだ接合に関する信頼性を向上させることができる。
【００３６】
なお、上記第１実施形態の変形例と同様に、凹部３１ａは、全てのリードフレーム３０の第２端子部３１に形成されることに限らず、一部のリードフレーム３０の第２端子部３１に形成されてもよい。これにより、凹部３１ａを設けることによる加工コストを低減することができる。
【００３７】
特に、外側に配置されるリードフレーム３０に対して凹部３１ａを形成することで、リードフレーム３０による応力緩和機能の低下を好適に抑制しつつ、凹部３１ａに関する加工コストの低減を図ることができる。
【００３８】
なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下のように具体化してもよい。
（１）第２端子部２２に形成される段部２２ａは、第１端子部２１側に対してランド４側が薄くなるように形成されることに限らず、はんだ５の濡れ上がりが阻害されるような段差状に形成されてもよい。
【００３９】
（２）半導体装置１０は、半導体素子１１の発熱量に応じてヒートシンク１２を採用しないように構成されてもよい。
【００４０】
（３）本発明の特徴的構成は、ＱＦＰのリードフレームに適用されることに限らず、例えば、ＳＯＰのリードフレームなど、半導体素子側の端子部（２１）とランド側の端子部（２２，３１）とが屈曲して連結されるリード端子に適用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１…電子装置
３…プリント基板（回路基板）
４…ランド
５…はんだ
１０…半導体装置
１１…半導体素子
１３…封止部材
２０，３０…リードフレーム（リード端子）
２１…第１端子部
２２，３１…第２端子部
２２ａ…段部
３１ａ…凹部（段部）
【図１】
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【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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