(57)【要約】【課題】  均一な接合が形成可能であり、半導体素子傾き増大の要因となるはんだ厚の選択自由度が向上し、はんだをより厚くすることが可能となって半導体装置の長期信頼性を向上させる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】  半導体装置は、半導体素子５と、半導体素子を搭載するベッド７と、半導体素子の電極と電気的に接続された外部端子と、半導体素子の電極と外部端子とを電気的に接続する導電体ストラップと、これらを樹脂封止する樹脂封止体とを具備する。導電体ストラップ６を半導体素子５上に超音波接続する工程と、導電体ストラップ６を半導体素子５に接続した後、ベッド７上に半導体素子をマウントする工程とを備えている。均一な接合が形成可能であり、半導体素子傾き増大の要因となるはんだ厚の選択自由度が向上するため、はんだをより厚く出来るので半導体装置の長期信頼性を向上させることが可能である。【選択図】  図１
2008016597.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電極を有する半導体素子と、前記半導体素子を搭載するベッドと、前記複数の電極と電気的に接続された外部端子と、前記複数の電極のうちの１個の電極と前記外部端子のうちの少なくとも１個の外部端子とを電気的に接続する導電体ストラップと、前記半導体素子、前記導電体ストラップ及び前記外部端子をパッケージングする樹脂封止体とを具備した半導体装置を製造する方法において、
前記導電体ストラップを前記半導体素子の前記１個の電極上に超音波接続する工程と、
前記導電体ストラップを前記半導体素子の前記１個の電極上に接続した後、前記ベッド上に前記半導体素子をマウントする工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記導電体ストラップを前記半導体素子の前記１個の電極上に超音波接続する工程には前記半導体素子を載置させる受け台を用い、前記受け台は、弾性があり、半導体素子との接触面の摩擦係数が高い材料を用いることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記半導体素子は、はんだにより前記ベッド上にマウントす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の製造方法。
【請求項４】
前記ベッドは、上面が前記半導体素子の前記複数の電極のうちの少なくとも他の１個に電気的に接続されており、裏面が前記外部端子の１つを兼ねていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記半導体素子をマウントする工程において、前記半導体素子は、この半導体素子より面積の小さい受け台上で行うことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子がベッドに搭載され、前記半導体素子を導電体ストラップを経由して外部リードと電気的に接続させた樹脂封止タイプの半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来技術における導電体ストラップを具備した半導体装置の製造工程は、半導体素子を搭載するベッドに予めはんだでマウントした半導体素子上に導電体ストラップを超音波接続する。この時、マウントはんだの厚さ不均一に起因する半導体素子の傾きが生じた場合、導電体ストラップの接続時にボンディングツールの片当りが起って、接合の不均一が生じる。また、ボンディングツール片当りによる半導体素子へのダメージの原因となる。
従来では、半導体素子の傾きを抑えるために、はんだを薄くすることで対応しているが、そのため半導体素子面積が大きい製品では、温度サイクルによる熱応力を十分にはんだが吸収できずに長期信頼性が確保出来なくなってしまうという問題があった。
【０００３】
従来技術としては、特許文献１に省電力で作動可能であると共に電気的性能が安定しており、且つ耐久性が高い半導体装置が開示されている。リードフレームのドレイン側端子のドレイン側ポスト部の上に、半導体素子をそのソース電極及びゲート電極が上向きとなる姿勢で接合する。素子のゲート電極とフレームのゲート側端子のゲート側ポスト部とをボンディングワイヤで電気的に接続する。略板形状に形成されており、且つソース電極に接続される部分とソース側ポスト部に接続される部分との間の中間部が、素子から離間する形状に形成されている１個のアルミニウム製の接続ストラップをその両端部が、電極及びポスト部に直接接触するように、超音波接合により同時に電気的に接合する。
【特許文献１】特開２００２−３１４０１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、均一な接合が形成可能であり、半導体素子傾き増大の要因となるはんだ厚の選択自由度が向上し、はんだをより厚くすることが可能となって半導体装置の長期信頼性を向上させる半導体装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の半導体装置の一態様は、複数の電極を有する半導体素子と、前記半導体素子を搭載するベッドと、前記複数の電極と電気的に接続された外部端子と、前記複数の電極のうちの１個の電極と前記外部端子のうちの少なくとも１個の外部端子とを電気的に接続する導電体ストラップと、前記半導体素子、前記導電体ストラップ及び前記外部端子をパッケージングする樹脂封止体とを具備した半導体装置を製造する方法において、前記導電体ストラップを前記半導体素子上に超音波接続する工程と、前記導電体ストラップを前記半導体素子に接続した後、前記ベッド上に前記半導体素子をマウントする工程とを備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、均一な接合が形成可能であり、半導体素子傾き増大の要因となるはんだ厚の選択自由度が向上するため、はんだをより厚くすることが出来るので半導体装置の長期信頼性を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、実施例を参照して発明の実施の形態を説明する。
【実施例１】
【０００８】
図１乃至図５を参照して実施例１を説明する。
図１は、この実施例に係る半導体装置の製造方法を説明する工程図、図２は、この実施例に係る半導体装置の斜視図、図３は、図２のＡ−Ａ線に沿う部分の断面図、図４は、図２のＢ−Ｂ線に沿う部分の断面図、図５は、この実施例に係る半導体装置の製造方法における導電体ストラップを半導体素子に接続する工程から半導体素子をベッドに接合する工程までを説明する工程図である。
図２に示すように、この実施例の半導体装置としてＭＯＳＦＥＴ（パワーＭＯＳＦＥＴ）を用いて説明する。この半導体装置１は、その全体の殆どを、例えば、エポキシ系樹脂などからなる封止樹脂体（モールド樹脂）２によって固めて形成されたハウジングに覆われている。また、この半導体装置１は、例えば、ＳＯＰ−８パッケージといわれているように、８本の外部端子３を有するリードフレームを備えている。各外部端子３は、樹脂封止体２の両側部において４本ずつに分かれて対向するように、その外側に露出されている。
【０００９】
図では、８本の外部端子３のうち、５本のみを示し、残りの３本はそれらの図示を省略する。樹脂封止体２の右側の側面には、ソース電極に電気的に接続された３本の外部端子（ソース側外部端子）３１の先端及びゲート電極に電気的に接続された１本の外部端子（ゲート側外部端子）３２の先端が露出している。樹脂封止体２の左側の側面には、ドレイン電極に電気的に接続された４本の外部端子（ドレイン側外部端子）３３の先端が露出している。
この実施例で用いられるリードフレームは、銅やＦｅ−４２Ｎｉなどからなる材料を用い、フレームに支持された外部端子及び半導体素子搭載用ベッドが一体化して形成されている。そして、外部端子のうち、ドレイン側外部端子は、ベッドに一体的につながっている。
【００１０】
図３及び図４には、半導体装置１の内部構造の主要部分が示されている。
図３及び図４に示すように、外部端子３３は、樹脂封止体２の内部において４本１組に一体化されて形成されており、更に、半導体素子５を搭載するベッド７とは一体化されて形成されている。ベッド７には半導体素子５が搭載され、外部端子３３は、ベット７を介して、半導体素子５のドレイン電極（図示しない）に電気的に接続されている（ドレイン側外部端子）。
外部端子３１は、半導体素子５の電極４のうちのソース電極４１に電気的に接続されている（ソース側外部端子）。両者を電気的に接続するのは、アルミニウムや銅などの金属材料からなる略板形状の導電体ストラップ６である。導電体ストラップ６は、一端が半導体素子５のソース電極４１に、例えば、超音波溶接により面接触で接続され、他端が３本の外部端子３１に超音波溶接などにより面接触で接続される。３本の外部端子３１は、共通部分３１１を有し、導電体ストラップ６の他端は、この共通部分３１１に接合される。
【００１１】
外部端子３２は、半導体素子５の電極４のうちのゲート電極４２に電気的に接続されている（ゲート側外部端子）。ゲート電極４２は、半導体素子５のソース電極４１が形成されている面と同一面に形成されている。両者を電気的に接続するのは、アルミニウムや金などのボンディングワイヤ８である。ボンディングワイヤ８は、一端が半導体素子５のゲート電極４２にボンディングされ、他端が外部端子３２にボンディングされる。ボンディングワイヤ８は、樹脂封止体２内部に含まれる。４本の外部端子３１、３２は、樹脂封止体２の内側において、ソース電極４１及びゲート電極４２を含めた半導体素子５に直接接触しないように設けられている。
【００１２】
この実施例の半導体装置１は、その半導体素子（半導体チップ）５のチップサイズが、３．７９ｍｍ×２．６５ｍｍに形成されている。また、導電体ストラップ６は、その幅が２．０ｍｍの大きさに、その厚さが０．１ｍｍの大きさにそれぞれ形成されている。導電体ストラップ６は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）によって形成されており、Ａｌストラップ６とも称する。
この実施例は、半導体素子をベッドに導電体ストラップを用いて接合する工程に特徴がある。その特徴は、導電体ストラップを半導体素子上に予め超音波接続しておき、その後に、半導体素子をベッド上にマウントすることにある。
【００１３】
図１及び図５は、この実施例における半導体装置の製造工程の一部を示すものである。この実施例では、半導体素子５を保持するために受け台８を用いる。この受け台８は、超音波接続中の半導体素子５の横滑り及び破損を防ぐために、半導体素子５との接触面の摩擦係数が高く、弾性率の高い、例えば、ラバー等の材料が望ましい。また、半導体素子５の受け台８への沈み込みによる半導体素子５の四隅の破損を防ぐために、例えば、半導体素子５より小さいものを用いる。つまり、受け台８に搭載された半導体素子５は、半導体素子５の各辺より内側において受け台８と接している。また、この弾性を有する受け台を用いて超音波接続を行う方法では、半導体素子は上面と下面間の平行度が高精度で加工されているため、超音波接続用の超音波振動子が内蔵されたボンディングツールの片当りが生じないと言う利点がある。
【００１４】
まず、半導体素子５及び導電体ストラップ６を用意し、半導体素子５をラバーなど弾性のある材料を用いて形成し、半導体素子５より小さい受け台８の上に載せる。受け台８は、その外周が半導体素子５の各辺より内側に配置されるように、半導体素子５を搭載する（図１（ａ）及び図５（１）参照）。次に、受け台８に搭載された半導体素子５のソース電極（図示しない）が露出している面に導電体ストラップ６を当接し、超音波振動子を内蔵するボンディングツール１０先端を導電体ストラップ６に押し当て、導電体ストラップ６と半導体素子５のソース電極とを超音波接続させる（図１（ｂ）、図５（２）参照）。次工程では、導電体ストラップ６を接続した半導体素子５をＰｂ系、Ｓｎ系あるいはＰｂ−Ｓｎ系などのはんだを使用してベッド７上面にマウントする（図１（ｃ）、図５（３）参照）。
図２及び図３に示す通り、ベッド７は、ソース側外部端子３３と一体的に形成されている。したがって、次工程で、ゲート側外部端子３２をゲート電極に電気的に接続し、その後、外部端子の一端部、半導体素子、導電体ストラップ及びボンディングワイヤ等を封止するエポキシ樹脂などの樹脂封止体を形成し、その後、外部端子等を構成するリードフレームの不要部分を樹脂封止体から切り離し整形して半導体装置を完成する。
【００１５】
この実施例では、予め導電体ストラップを半導体素子に接続してから、半導体素子をベッドに搭載しているので、はんだ厚の不均一に起因する半導体素子の傾きを考慮することなくマウントが可能となり、はんだをより厚くすることが出来る。そのために温度サイクルによるはんだへの応力が緩和でき、半導体装置の長期信頼性を向上させることが可能となる。
【実施例２】
【００１６】
次に、図６を参照して実施例２を説明する。
図６は、この実施例の半導体装置に用いるリードフレームの斜視図である。
この実施例はリードフレームに特徴がある。このリードフレームは、銅やＦｅ−４２Ｎｉなどからなる材料を用い、フレームに支持された外部端子が一体化して形成されているが半導体素子搭載用ベッドは、リードフレームに一体化されて形成されておらず、リードフレームにはめ込まれている。
この半導体装置は、図示はしないがその全体の殆どを、例えば、エポキシ系樹脂などからなる封止樹脂体（モールド樹脂）によって固めて形成されたハウジングに覆われている。また、この半導体装置は、例えば、７本の外部端子２３を有するリードフレーム２１を備えている。リードフレーム２１は、外周に形成されたフレーム２１１と、フレーム２１１の対向する２辺から内側に突出した釣りピン２１２と、釣りピン２１２が突出している辺とは隣接した２辺から内側に突出した夫々７本の外部端子２３と、２辺から突出した外部端子２３の間に配置されたベッド２７から構成されている。
【００１７】
２辺のうち一方の辺から突出した外部端子２３のうち６本は半導体素子２５のソース電極と電気的に接続されるソース側外部端子２３１であり、１本は半導体素子２５のゲート電極と電気的に接続されるゲート側外部端子２３３である。ソース側外部端子２３１は、導電体ストラップ２６との接合部分に板状の共通部分２３２を備えている。この実施例では、リード形状のドレイン側外部端子を用いない。したがって、ベッド２７裏面がドレイン側外部端子となる。ベット２７は、対向する２辺から突出する釣りピン２１２によってその弾性力により嵌め込まれて固定される。
【００１８】
実施例１と同様に、この実施例では、半導体素子２５を保持するために受け台を用いる。まず、半導体素子２５及び導電体ストラップ２６を用意し、半導体素子２５を受け台の上に載せる。次に、受け台に搭載された半導体素子２５のソース電極（図示しない）が露出している面に導電体ストラップ２６を当接し、超音波振動子を内蔵するボンディングツール先端を導電体ストラップ２６に押し当て、導電体ストラップ２６と半導体素子２５のソース電極とを超音波接続させる。次工程では、導電体ストラップ２６を接続した半導体素子２５をＰｂ系、Ｓｎ系あるいはＰｂ−Ｓｎ系などのはんだ２９を使用してベッド２７上面マウントする。
次工程で、ゲート側外部端子２３３をゲート電極にボンディングワイヤ（図示しない）を用いて電気的に接続し、その後、外部端子の一端部、半導体素子、導電体ストラップ及びボンディングワイヤ等を封止するエポキシ樹脂などの樹脂封止体を形成し、その後外部端子等を構成するリードフレームの不要部分を樹脂封止体から切り離し整形して半導体装置を完成する。
【００１９】
この実施例では、予め導電体ストラップを半導体素子に接続してから、半導体素子をベッドに搭載しているので、はんだ厚の不均一に起因する半導体素子の傾きを考慮することなくマウントが可能となり、はんだをより厚くすることが出来る。そのために温度サイクルによるはんだへの応力が緩和でき、半導体装置の長期信頼性を向上させることが可能となる。
【実施例３】
【００２０】
次に、図７を参照して実施例３を説明する。
図７は、この実施例の半導体装置に用いるリードフレームの他の例を平面図及びこの平面図のＡ領域の拡大断面図である。
この実施例はリードフレームに特徴がある。このリードフレームは、銅やＦｅ−４２Ｎｉなどからなる材料を用い、フレームに支持された外部端子が一体化して形成されているが半導体素子搭載用ベッドは、リードフレームに一体化されて形成されておらず、リードフレームに取り付けられている。
【００２１】
この半導体装置は、図示はしないがその全体の殆どを、例えば、エポキシ系樹脂などからなる封止樹脂体（モールド樹脂）によって固めて形成されたハウジングに覆われている。また、この半導体装置は、外部端子及び半導体素子を搭載するベッドを有するリードフレーム３３を備えている。リードフレーム３３は、外周に形成されたフレーム３３１と、フレーム３３の対向する２辺から内側に突出した釣りピン３３２と、釣りピン２１２が突出している辺とは隣接した２辺から内側に突出した外部端子（図示しない）と、２辺から突出した外部端子の間に配置されたベッド３７から構成されている。ベッド３７は、フレーム３３１から突出した釣りピン３３２にカシメ接続により固定されている。両者を固定するカシメ部３７１は、ベッド３７の対向する２辺に設けられた突起と釣りピン３３２の先端により構成されている（図７（ｂ）参照）。外部端子のうち半導体素子（図示しない）のソース電極と電気的に接続されるソース側外部端子は、導電体ストラップ（図示しない）によって半導体素子のソース電極と電気的に接続されている。また、図示しないが、ベッド３７裏面がドレイン側外部端子となる。
【００２２】
実施例１、２と同様に、この実施例では、半導体素子のソース電極（図示しない）が露出している面に導電体ストラップを当接し、超音波振動子を内蔵するボンディングツール先端を導電体ストラップに押し当て導電体ストラップと半導体素子のソース電極とを超音波接続させる。次いで、導電体ストラップを接続した半導体素子をＰｂ系、Ｓｎ系あるいはＰｂ−Ｓｎ系などのはんだを使用してマウントする。次いで、ゲート側外部端子をゲート電極にボンディングワイヤ（図示しない）を用いて電気的に接続し、その後、外部端子の一端部、半導体素子、導電体ストラップ及びボンディングワイヤ等を封止するエポキシ樹脂などの樹脂封止体を形成し、その後外部端子等を構成するリードフレームの不要部分を樹脂封止体から切り離し整形して半導体装置を完成する。
この実施例では、予め導電体ストラップを半導体素子に接続してから、半導体素子をベッドに搭載しているので、はんだ厚の不均一に起因する半導体素子の傾きを考慮することなくマウントが可能となり、はんだをより厚くすることが出来る。そのために温度サイクルによるはんだへの応力が緩和でき、半導体装置の長期信頼性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施例である実施例１に係る半導体装置の製造方法を説明する工程図。
【図２】実施例１に係る半導体装置の斜視図。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿う部分の断面図。
【図４】図２のＢ−Ｂ線に沿う部分の断面図。
【図５】実施例１に係る半導体装置の製造方法における導電体ストラップを半導体素子に接続する工程から半導体素子をベッドに接合する工程までを説明する工程図。
【図６】本発明の一実施例である実施例２に係る半導体装置に用いるリードフレームの斜視図。
【図７】本発明の一実施例である実施例３に係る半導体装置に用いるリードフレームの他の例を平面図及びこの平面図のＡ領域の拡大断面図。
【符号の説明】
【００２４】
１・・・半導体装置
２・・・樹脂封止体
３、２３・・・外部端子
４・・・電極
５、２５・・・半導体素子
６、２６・・・導電体ストラップ
７、２７、３７・・・ベッド
８・・・ボンディングワイヤ
１０・・・ボンディングツール
２１、３３・・・リードフレーム
２９・・・はんだ
３１、２３１・・・ソース側外部端子
３２、２３３・・・ゲート側外部端子
３３・・・ドレイン側外部端子
４１・・・ソース電極
４２・・・ゲート電極
２３２、３１１・・・ソース側外部端子の共通部分
２１１、３３１・・・フレーム
２１２、３３２・・・釣りピン
３７１・・・カシメ部
【図１】
2008016597.tif 000003
【図２】
2008016597.tif 000004
【図３】
2008016597.tif 000005
【図４】
2008016597.tif 000006
【図５】
2008016597.tif 000007
【図６】
2008016597.tif 000008
【図７】
2008016597.tif 000009