(57)【要約】【課題】樹脂封止された半導体チップの温度を簡単に精度よく評価できるようにする。【解決手段】半導体チップ６を外部接続用のリード３に電気的に接続し、封止樹脂９により樹脂封止した半導体装置において、半導体チップ６に熱的に結合するダイパッド１から延び出た吊りリード１の一部を封止樹脂９の表面より露出させ、この露出部に、温度に応じて変色する示温材１０を設ける。【選択図】図１
2008103434.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップを外部接続用のリードに電気的に接続し樹脂封止した半導体装置において、前記半導体チップに熱的に結合する部材を設け、前記部材の一部を封止樹脂の表面より露出させ、この露出部に、温度に応じて変色する示温材を設けたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
半導体チップと、前記半導体チップを搭載したダイパッドと、前記ダイパッドの近傍に一端が位置する外部接続用のリードと、前記半導体チップとリードとを電気的に接続した金属細線と、前記半導体チップとダイパッドと金属細線と前記金属細線が接続した前記リードの接続部分とを一体的に封止した封止樹脂とを有した半導体装置であって、前記ダイパッドから延び出た延出部を有し、前記延出部の一部が前記封止樹脂の表面より露出されていて、この露出部に、温度に応じて変色する示温材が設けられ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】
前記ダイパッドから延び出た延出部は、前記ダイパッドの半導体チップ搭載面側に突出した凸部を有していて、この凸部の一部が前記封止樹脂の表面より露出されていることを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記ダイパッドから延び出た延出部の露出部は平坦であるか凹状であり、その平坦部あるいは凹状部に示温材が塗布あるいは貼付されていることを特徴とする請求項２または請求項３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項５】
示温材は、半導体チップの動作保証温度あるいはそれより低い所定の温度で変色するように選定されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項６】
請求項１記載の半導体装置について、示温材の色から半導体チップの動作温度を評価することを特徴とする半導体装置の温度評価方法。
【請求項７】
半導体チップを搭載するためのダイパッドと、前記ダイパッドの近傍に一端が位置する複数のリードと、前記複数のリードの他端を保持したフレーム枠と、前記ダイパッドから延び出て前記フレーム枠に接続した延出部と、前記延出部に前記ダイパッドの半導体チップ搭載面側に突出して形成された凸部とを有することを特徴とするリードフレーム。
【請求項８】
前記凸部上に平坦部を有することを特徴とする請求項７記載のリードフレーム。
【請求項９】
前記凸部上に凹部を有することを特徴とする請求項７または請求項８のいずれかに記載のリードフレーム。
【請求項１０】
前記凸部はプレス加工により折り曲げ形成されていることを特徴とする請求項７から請求項９のいずれかに記載のリードフレーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置、その温度評価方法、およびそのためのリードフレームに関し、特に樹脂封止型の半導体装置の温度評価のための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、拡散プロセスの微細化によるチップサイズの縮小や高周波化・高密度化による発熱量の増加などにより、半導体装置の発熱が大きな問題となってきている。半導体装置が搭載される電子機器でも、小型・薄型化のための高密度実装やデータ処理速度の高速化などにより熱密度が高くなってきており、また携帯電話やディスクドライブなどのように防水・防塵のための密閉構造等を持っている電子機器では放熱経路が確保できなくなってきていることから、半導体装置の発熱は、電子機器全体の大きな問題となっている。このため、電子機器の開発においては、電子機器の実動作時に、基板上に高密度実装された個々の半導体装置の温度評価が重要な要素になっている。
【０００３】
電子機器の温度評価に際しては、一般に、各部品に熱伝対を取付けて測定するシステムや赤外線カメラを用いたシステムが用いられてきた。しかし熱伝対を用いたシステムでは、同時に複数箇所の温度測定を実施する場合に、その測定箇所の数に相当する熱伝対と温度計が必要となり、取り扱いが非常に煩雑であり、コストも高くなってしまう。また赤外線カメラを用いたシステムは、システム自体が高価であり、熱伝対を用いたシステム以上にコストが高くなる。
【０００４】
そこで、半導体装置の表面に温度変化によって変色する物質を設けることが提案されている。図１０（ａ）（ｂ）はこの種の半導体装置の上面図および断面図である。半導体チップ６を回路素子形成面を上にしてダイパッド１上に固定し、半導体チップ６の電極パッド（図示せず）とリード３とを金属細線７により電気的に接続し、ダイパッド１と半導体チップ６と金属細線７とリード３の電気的接続部分とを封止樹脂９により一体的に封止してパッケージとし、封止樹脂９の表面全体に（一部でもよい）温度変化により変色する示温材１０を塗布または貼り付けによって設けている。このようなパッケージ型半導体装置においては、示温材１０によってパッケージ表面の温度を目視によって認識することができ、基板上に複数実装された場合も温度分布を認識することができる。上述の方法に比べて、高額な設備を用いることなく、簡単に、温度評価できる（特許文献１、２）。
【特許文献１】特開平３−２３９３３９号公報
【特許文献２】特開平１−１６９９５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した従来の温度評価システムや半導体装置の構成は全て、封止樹脂表面の温度を評価するものであり、半導体装置の温度保証箇所である半導体チップの温度を評価するものではない。図１０に示した半導体装置でも、パッケージ型（樹脂封止型）であるという構造上、そして封止樹脂の熱伝導率が低いことから、半導体チップと封止樹脂表面との間に温度差が生じてしまい、本来評価が必要な半導体チップについてはある程度の評価誤差が常に発生することとなる。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑み、樹脂封止された半導体チップの温度を簡単に精度よく評価することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る半導体装置は、半導体チップを外部接続用のリードに電気的に接続し樹脂封止した半導体装置において、前記半導体チップに熱的に結合する部材を設け、前記部材の一部を封止樹脂の表面より露出させ、この露出部に、温度に応じて変色する示温材を設けたことを特徴とする。これによれば、半導体チップの発熱状況を、封止樹脂の外部から、つまり封止樹脂で外形を形成したパッケージの外部から、示温材によって視認することができる。
【０００８】
半導体チップと、前記半導体チップを搭載したダイパッドと、前記ダイパッドの近傍に一端が位置し前記ダイパッドの外周側へ延びたリードと、前記半導体チップと前記リードとを電気的に接続した金属細線と、前記半導体チップとダイパッドと金属細線と前記金属細線が接続した前記リードの接続部分とを一体的に封止した封止樹脂とを有した半導体装置において、前記ダイパッドから延び出た延出部を有し、前記延出部の一部が前記封止樹脂の表面より露出されていて、この露出部に、温度に応じて変色する示温材が設けられているのが好ましい。これによれば、半導体チップの熱は、ダイパッドを通じて延出部に伝わり、示温材を変色させることになるので、封止樹脂の外部から、つまり封止樹脂で外形を形成したパッケージの外部から、半導体チップの発熱状況を視認することができる。
【０００９】
前記ダイパッドから延び出た延出部は、前記ダイパッドの半導体チップ搭載面側に突出した凸部を有していて、この凸部の一部が前記封止樹脂の表面より露出されていることを特徴とする。前記ダイパッドから延び出た延出部の露出部は平坦であるか凹状であり、その平坦部あるいは凹状部に示温材が塗布あるいは貼付されていることを特徴とする。示温材は、半導体チップの動作保証温度あるいはそれより低い所定の温度で変色するように選定されるのが好ましい。
【００１０】
上記の半導体装置については、示温材の色から半導体チップの動作温度を評価することができる。
本発明に係るリードフレームは、半導体チップを搭載するためのダイパッドと、前記ダイパッドの近傍に一端が位置する複数のリードと、前記複数のリードの他端を保持したフレーム枠と、前記ダイパッドから延び出て前記フレーム枠に接続した延出部と、前記延出部に前記ダイパッドの半導体チップ搭載面側に突出して形成された凸部とを有することを特徴とする。このリードフレームを、上記の半導体装置を構成するのに用いることで、ダイパッドから延び出た延出部の凸部を封止樹脂の表面に容易に露出させることが可能となる。樹脂封止終了後に切除されるフレーム枠にダイパッドを一体化させておくための延出部の一部に凸部を持たせるだけなので、加工は容易である。
【００１１】
前記凸部上に平坦部を有するのが、上述の示温材を設けるのに好都合である。前記凸部上に凹部を有するのも好都合である。前記凸部はプレス加工により折り曲げ形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の半導体装置は、半導体チップに熱的に結合する部材の一部を封止樹脂の表面に露出させて示温材を設けているので、封止樹脂内の半導体チップの温度を外部から容易に評価することができ、従来のように半導体チップから樹脂厚み分だけ隔たった封止樹脂表面の温度を評価するのではないため、精度が高い。熱伝対や赤外線カメラを用いないので安価でもある。半導体装置自体も、簡単な構成であるため、製造が容易、安価である。半導体装置が基板上に複数実装された場合も温度分布を認識することができ、どの半導体装置がどのような発熱状況にあるかなどを一目瞭然に把握することができるため、冷却状況の変化や不良の半導体装置装置の発見に有効である。
【００１３】
また本発明のリードフレームは、樹脂封止終了後に切除されるフレーム枠にダイパッドを一体化させておくために従来より設けている延出部（吊りリードと呼ばれている）の一部に凸部を持たせたもので、上記の半導体装置を構成するのに好適に用いることができ、加工も容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１（ａ）は本発明の一実施形態に係る半導体装置の上面図、図１（ｂ）は同半導体装置の図１（ａ）におけるＡ−Ａ′ラインでの断面図である。図２（ａ）は図１の半導体装置に用いる本発明の一実施形態に係るリードフレームの上面図、図２（ｂ）は同リードフレームの図２（ａ）におけるＢ−Ｂ′ラインでの断面図である。
【００１５】
図１に示す半導体装置は、半導体チップ６と、半導体チップ６が接合材８により固着されたダイパッド１と、ダイパッド１の近傍に一端が対向するように配列された複数本のリード３と、ダイパッド１から延び出た複数本の吊りリード２（前述した延出部に相応する）と、半導体チップ６とリード３とを電気的に接続した金属細線７と、半導体チップ６とダイパッド１と吊りリード２の大部分と金属細線７とリード３の電気的接続部分とを一体的に封止した封止樹脂９とを有している。
【００１６】
吊りリード２は、ダイパッド１の半導体チップ搭載面側に突出した凸部１１を有し、この凸部１１の頂部が平坦部１１ａとして形成されていて、封止樹脂９の表面より露出されており、この露出した平坦部１１ａに、温度に応じて変色する示温材１０が設けられている。
【００１７】
示温材１０としては、呈色性化合物、顕色剤、および可逆剤を含み、結晶構造あるいは相分離状態が変化することで着色状態が変化するものなどを使用することができる。呈色性化合物は、ロイコオーラミン類、ジアリールフタリド類、ポリアリールカルビノール類などの電子供与性有機化合物などであり、また顕色剤は、フェノール類、フェノール金属塩類、カルボン酸金属塩類等の酸化物などであり、また可逆剤は、スタノローン、β−シトスロール、メチルアンドロステンジオールなどである。この示温材１０は液状であってもよいし、シート状に構成して用いてもよく、市販の温度管理用示温材やサーモカラーセンサーに用いられる感温ワックスを使用可能である。示温材１０の変色の温度閾値は、半導体チップ６の動作保証温度に設定するか、あるいは、安全のために、半導体チップ６の動作保証温度より任意のマージン分だけ低い温度に設定することが好ましい。
【００１８】
以上のような半導体装置では、半導体チップ６の熱は、接合材８とダイパッド１とを経て吊りリード２に伝わり、示温材１０を変色させることになるので、封止樹脂９の外部から、つまり封止樹脂９で外形を形成するパッケージの外部から、示温材１０の色を視認することにより、半導体チップ６の発熱状況を認識すること、半導体チップ６の実際の動作温度に近い温度を評価することが可能である。
【００１９】
上記の半導体装置を製造するためには、図２に示すリードフレームを用いる。このリードフレームは、上述のダイパッド１と吊りリード２とリード３とを含むものである。すなわち、矩形のダイパッド１と、ダイパッド１の周囲に当該ダイパッド１に一端が対向するように且つ放射状に延びるように配列された複数本のリード３と、複数本のリード３を櫛歯状に保持したフレーム枠４と、ダイパッド１の各コーナー部から延び出てフレーム枠４に接続した吊りリード２とを有している。吊りリード２は、ダイパッド１の半導体チップ搭載面側に突出した凸部１１を有するように折れ曲がっており、凸部１１の頂部は平坦部１１ａとなっている。
【００２０】
このリードフレームは、厚さが０．１〜０．３ｍｍ程度の薄板であって、主に鉄・ニッケル合金・銅などを主成分とした合金材料よりなる金属薄板が用いられて、上記の各部材で構成される形状が機械的な打ち抜き加工（化学的なエッチング加工でもよい）により形成される。リード３は、モールドライン５を境にして、インナーリード３ａおよびアウターリード３ｂとして設計されている。吊りリード２の折り曲げ形状は、プレスによる絞り加工により成形される。１３は切断ラインである。
【００２１】
このようなリードフレームのダイパッド１に、先の図１に示したように、半導体チップ６が搭載される。半導体チップ６はたとえば、シリコン（Ｓｉ）などをベース材料として、表面に薄膜の積層によって回路素子が形成され、その回路形成面に電極パッドが形成されたものであり、その回路形成面を上にしてダイパッド１上に接合材８により固定される。接合材８としては、銀を含有したエポキシ系樹脂などが用いられる。次に、半導体チップ６の電極パッドとリード３のインナーリード３ａとがＡｕやＡｌなどの金属からなる金属細線７によって電気的に接続される。このワイヤーボンディングには、超音波熱圧着方式などが用いられる。
【００２２】
次に、半導体チップ６と接合材８とダイパッド１と吊りリード２と金属細線７とインナーリード３ａとが、エポキシ系樹脂などの封止樹脂９により一体的にモールドライン５まで封止されて、封止樹脂９によりパッケージ外形が形成される。ただしこのとき、吊りリード２の凸部１１の平坦部１１ａが封止樹脂９から露出するようにモールドされる。
【００２３】
その後に、封止樹脂９から露出した平坦部１１ａの上に示温材１０が塗布あるいは貼付される。その後に、機械的な曲げ加工によりアウターリード３ｂがガルウイング状に成型されるとともに、打ち抜き加工によりフレーム枠４などの不要部分が除去されて、半導体装置の最終形状となる。
【００２４】
以上のようにして、リードフレームに従来より設けている吊りリード２を利用して、封止樹脂９の表面に、半導体チップ６に対して接合材８とダイパッド１と吊りリード２を介して接続する示温材１０を設けることができる。リードフレーム自体の加工は、従来に比べて、吊りリード２のプレス加工が増えるだけである。
【００２５】
なお、封止樹脂９より露出させる吊りリード２の位置や露出部の形状は、図１に図示したものに限定されず、他の位置や形状であっても同様の効果が得られる。
図３に示すように、吊りリード２の露出部たる平坦部（図示せず）および示温材１０が封止樹脂９の端部にかかっても問題はない。図４に示すように、吊りリード２の露出部たる平坦部（図示せず）および示温材１０が円形であったり、あるいは多角形であってもよい。また、露出部の数も１つに限定されるものではなく、複数あっても問題ない。たとえば、図５に示すように各々の吊りリード２の一部を露出させ、その露出部たる平坦部（図示せず）のすべてに示温材１０を設けてもよい。
【００２６】
図６に示す半導体装置、それに用いられる図７に示すリードフレームのように、吊りリード２の露出部の全体を平坦部１１ａとするのでなく、平坦部１１ａの一部に円形等の凹部１１ｂをコイニング加工あるいはディンプル加工、エッチングによるハーフエッチ加工などにより形成し、樹脂封止後に凹部１１ｂ内を液状の示温材１０で埋めてもよい。
【００２７】
このようにすれば、上述の各半導体装置では露出部の全体を平坦部１１ａとしてその上に示温材１０を設けていたためその周囲の封止樹脂９の表面とは幾分の段差が生じることとなっていたのに比較して、パッケージ表面が凹凸にならず平坦性が得られる。
【００２８】
さらに、図８に示す半導体装置、それに用いられる図９に示すリードフレームのように、吊りリード２を複雑な凸状の曲げ形状にするのでなく、モールドライン５より外方へ幾分か延びるように形成しておき、リード３と同様に封止樹脂９から突き出た突出部１２とし、この突出部１２の表面に示温材１０を塗布などにより設けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明の半導体装置およびリードフレームは、封止樹脂内の半導体チップの温度を外部から評価するために有効であり、半導体装置の発熱が特に問題となる電子機器等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体装置の構成図
【図２】図１の半導体装置に用いる本発明に係るリードフレームの構成図
【図３】図１の半導体装置の変形例の上面図
【図４】図１の半導体装置の他の変形例の上面図
【図５】図１の半導体装置のさらに他の変形例の上面図
【図６】本発明の他の実施形態に係る半導体装置の構成図
【図７】図６の半導体装置に用いる本発明に係るリードフレームの構成図
【図８】本発明のさらに他の実施形態に係る半導体装置の構成図
【図９】図８の半導体装置に用いる本発明に係るリードフレームの構成図
【図１０】従来の半導体装置の構成図
【符号の説明】
【００３１】
１    ダイパッド
２    吊りリード（延出部）
３    リード
４    フレーム枠
５    モールドライン
６    半導体チップ
７    金属細線
８    接合材
９    封止樹脂
10    示温材
11    凸部
11a   平坦部
11b   凹部
12    突出部
【図１】
2008103434.tif 000003
【図２】
2008103434.tif 000004
【図３】
2008103434.tif 000005
【図４】
2008103434.tif 000006
【図５】
2008103434.tif 000007
【図６】
2008103434.tif 000008
【図７】
2008103434.tif 000009
【図８】
2008103434.tif 000010
【図９】
2008103434.tif 000011
【図１０】
2008103434.tif 000012