(57)【要約】【課題】半導体チップをハンダによりダイパッド上に実装した構造を有する半導体装置において、リードフレームのダイパッドにおいて、半導体チップの下から周囲に流れ出る溶融ハンダがワイヤボンディング位置に達することを防止することを課題とする。【解決手段】半導体チップ１０が裁置される半導体チップ載置領域２ａ、及びワイヤがボンディングされるワイヤボンディング領域２ｂを有するダイパッド２と、ダイパッド２上の半導体チップ載置領域２ａにハンダ７を介して搭載されるプレーナ型半導体チップ１０と、ダイパッド２のうち半導体チップ搭載領域２ａの周囲の少なくとも一部に設けられてハンダ流出を防止するための溝、突起のいずれかからなるハンダ流出防止部６とを有する。【選択図】図２
2008066553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップが裁置される半導体チップ載置領域、及びワイヤがボンディングされるワイヤボンディング領域を有するダイパッドと、
前記ダイパッド上の前記半導体チップ載置領域にハンダを介して搭載されるプレーナ型半導体チップと、
前記ダイパッドのうち前記半導体チップ搭載領域の周囲の少なくとも一部に設けられてハンダ流出を防止するための溝、突起のいずれかからなるハンダ流出防止部と、
前記プレーナ型半導体チップの電極パッドと前記ワイヤボンディング領域を接続する導電性ワイヤと
を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記ハンダ流出防止部は、前記ワイヤボンディング領域と前記半導体チップ載置領域の間に設けられてい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】
前記ダイパッドの表面であって、少なくとも前記半導体チップ載置領域と前記ハンダ流出防止部の間には、加熱により溶融した前記ハンダの塗れ性を向上する潤滑層が形成されてい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。
【請求項４】
前記潤滑層は、加熱により溶融された前記ハンダが表面張力を超えて前記溝からなる前記ハンダ流出防止部内に落ちるためのエネルギーよりも小さなエネルギーで前記ハンダを横方向に広げる塗れ性を有することを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記潤滑層は、銀又は銀含有合金から構成されていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置に関し、より詳しくは、半導体チップをハンダによりダイパッド上に実装した構造を有する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワー半導体デバイスとして、ゲート、ソース及びドレインの各電極が上面に形成された構造を有するプレーナ型の半導体チップを金属製リードフレームのダイバッドにボンディングした構造のものが使用されている。
【０００３】
半導体チップとダイパッドのボンディングはハンダを用いて行われ、ハンダの厚みは放熱性、接着性等を考慮して最適な値に設定される。
【０００４】
そして、その厚みを所定値に保持して溶融したハンダのはみ出し量を抑制するために金属粒からなるスペーサをハンダに混入させる場合もある。さらに、スペーサの粒径よりも浅い深さの溝をダイパッドの半導体チップ取り付け領域に形成することにより、スペーサの移動を規制することが下記の特許文献１に記載されている。
【０００５】
また、図８に示すように、リードフレーム１０１のダイパッド１０２にハンダ付けされたプレーナ型半導体チップ１０３のドレイン電極パッド１０３ｄとダイパッド１０２とをワイヤボンディングによって電気的に接続する構造が採用されている。
【０００６】
この構造では、ダイパッド１０２の端部からドレイン用リード１０４が外方に突出し、さらに、ドレイン用リード１０４の両側には、プレーナ型半導体チップ１０３のソース電極パッド１０３ｓとゲート電極パッド１０３ｇにワイヤボンディングされるソース用リード１０５、ゲート用リード１０６が配置されている。なお、リード１０４〜１０６同士の位置を保持する支持部１０７は、プレーナ型半導体チップ１０１を樹脂モールドで覆った後に除去される。
【特許文献１】実開平５−９３０３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図８に示す装置において、半導体チップ１０３からはみ出した溶融状態のハンダ１０８がワイヤボンディング位置１０９に流れると、その後にワイヤボンディングができなくなるといった問題がある。
【０００８】
これに対し、特許文献１に記載のように、スペーサが混入されたハンダを使用し、さらにハンダの厚みを薄くして半導体チップの周囲にハンダが流れないようにすることも考えられる。しかし、半導体チップとリードフレームの間に供給されるハンダは、その中にボイドが発生することを防止するための厚みが必要であり、ハンダが半導体チップの周囲に広がることは避けられない。
【０００９】
本発明の目的は、リードフレームのダイパッドにおいて、半導体チップの下から周囲に流れ出る溶融ハンダがワイヤボンディング位置に達することを防止するための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】
【００１０】
上記の課題を解決するための本発明の第１の態様は、半導体チップが裁置される半導体チップ載置領域、及びワイヤがボンディングされるワイヤボンディング領域を有するダイパッドと、前記ダイパッド上の前記半導体チップ載置領域にハンダを介して搭載されるプレーナ型半導体チップと、前記ダイパッドのうち前記半導体チップ搭載領域の周囲の少なくとも一部に設けられてハンダ流出を防止するための溝、突起のいずれかからなるハンダ流出防止部と、前記プレーナ型半導体チップの電極パッドと前記ワイヤボンディング領域を接続する導電性ワイヤとを有することを特徴とする半導体装置である。
【００１１】
本発明の第２の態様は、前記第１の態様において、前記ハンダ流出防止部は、前記ワイヤボンディング領域と前記半導体チップ載置領域の間に設けられていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の第３の態様は、前記第１又は第２の態様において、前記ダイパッドの表面であって、少なくとも前記半導体チップ載置領域と前記ハンダ流出防止部の間には、溶融した前記ハンダの塗れ性を向上する潤滑層が形成されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の第４の態様は、前記第３の態様において、前記潤滑層は、加熱により溶融された前記ハンダが表面張力を超えて前記溝からなる前記ハンダ流出防止部内に落ちるためのエネルギーよりも小さなエネルギーで前記ハンダを横方向に広げる塗れ性を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明の第５の態様は、前記第３又第４の態様において、前記潤滑層は、銀又は銀含有合金から構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ダイパッドのうちプレーナ型半導体チップ載置領域の周囲の少なくとも一部に、ハンダ流出を防止するための溝、突起のいずれかからなるハンダ流出防止部を設けている。
これにより、ダイパッドにおいてプレーナ型半導体チップ載置領域の側方に配置されるワイヤボンディング領域への溶融ハンダの流出を防止することができ、プレーナ型半導体チップとダイパッドのワイヤボンディングを良好に行うことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る半導体装置のリードフレームを示す平面図、図１（ｂ）はそのリードフレームの一部を断面で示した側面図である。
【００１７】
図１に示す半導体装置のリードフレーム１は、半導体チップ１０を搭載するダイパッド２と、ダイパッド２より高い位置に設けられたドレイン用リード３、ソース用リード４、ゲート用リード５とを有している。
【００１８】
ダイパッド２において、その中央寄りには半導体チップ裁置領域２ａが配置され、また、その一端寄りにはワイヤボンディング領域２ｂが設けられており、それらの領域２ａ，２ｂの間には、溶融したハンダの流れを防止するための断面Ｕ字状の溝６が形成されている。
【００１９】
また、ダイパッド２の他端の中央には、外部に突出するドレイン用リード３が一体的に形成されている。さらに、ドレイン用リード３の両側にはそれぞれ、最終工程で除去される支持部３ａを介してソース用リード４とゲート用リード５とが接続されている。
【００２０】
さらに、ダイパッド２の一端とワイヤボンディング領域２ｂの間にはネジ孔２ｃが形成されている。
【００２１】
リードフレーム１は、図１（ｂ）に示すような多層構造を有し、銅から形成された金属基板１ａと、その表面にメッキされたニッケル（Ｎｉ）よりなる被覆層１ｂと、被覆層１ｂ上面のうち半導体チップ搭載領域２ａからワイヤボンディング領域２ｂにかけた領域に形成された銀（Ａｇ）又は銀含有合金からなる潤滑層１ｃと、潤滑層１ｃの上面のうち半導体チップ搭載領域２ａに例えば５０μｍ〜１００μｍの厚さに塗布された銀錫鉛（ＰｂＳｎＡｇ）からなるハンダ７とを有している。
【００２２】
なお、被覆層１ｂ、潤滑層１ｃはワイヤボンディングに適した材料であり、また、潤滑層１ｃは溶融ハンダの塗れ性を良くする導電材料からなり、上記材料に限定されるものではない。
【００２３】
そのようなリードフレーム１のうち半導体チップ搭載領域２ａに形成されたハンダ７上に半導体チップ１０を裁置し、これを加熱室において環境温度を３６０℃まで上昇させてＰｂＳｎＡｇからなるハンダ７を液相となし、さらに環境温度を３８０℃まで上昇させる。
【００２４】
これにより溶融したハンダ７は、半導体チップ１０の荷重と潤滑層１ｃの塗れ性によってその一部が半導体チップ１０の周囲に流れる。そして、溶融したハンダ７がワイヤボンディング領域２ｂに向けて流れる場合に、ハンダ７は図２（ａ）に示すように溝６の縁まで到達する。その縁では表面張力を超えるエネルギーを受けて溝６の中に流入することになるが、それ以前に潤滑層１ｃの塗れ性によって溝６の横方向に沿ってスムーズに流れることになり、容易に溝６内に流れ落ちないようになっている。
【００２５】
即ち、溶融状態のハンダ７が潤滑層１ｃ表面の塗れ性により溝６に沿って流れ広がるために必要なエネルギーは、溶融状態のハンダ７が溝６の縁において表面張力を超えて溝６に落ちるに必要なエネルギーに比べて小さく、これにより溝６内に流れ込み難い条件となっている。
【００２６】
従って、溝６の幅や深さは特に限定されるものでもないが、その溝６の内面のうち半導体チップ搭載領域２ａ寄りの側面は、潤滑層１ｃの表面に対して直角か、或いは、潤滑層１ｃの上面から見て隠れるように９０℃以上の角度で傾斜するかのいずれかが好ましい。
【００２７】
これにより溶融したハンダ７は半導体チップ１０の外周に広がることになるが、図２（ｂ）に示すように、ワイヤボンディング領域２ｂには到達しないことになる。
【００２８】
ハンダ７周囲の環境温度は３８０℃に上昇された後に徐々に降下されて２６０℃以下になると、リードフレーム１及び半導体チップ１０は外部に搬送される。この場合、固化したハンダ７は半導体チップ１０とダイパッド２に接着するが、その中のボイドの含有率は５％以下になり、半導体チップ１０からダイパッド２への熱伝導が良好な状態となっている。
【００２９】
この後に、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、５本の金属ワイヤ８ｄによって半導体チップ１０のドレイン電極パッド１１とダイパッド２のワイヤボンディング領域２ｂとを接続するとともに、３本の金属ワイヤ８ｓにより半導体チップ１０のソース電極パッド１２とソース用リード４の一端部とを接続し、さらに、１本の金属ワイヤ８ｇにより半導体チップ１０のゲート電極パッド１３とゲート用リード５の一端部を接続する。
なお、金属ワイヤ８ｄ、８ｓ、８ｇとして、例えば、直径が例えば２００μｍ程度のアルミニウム線が使用される。
【００３０】
その後に、図４に示すように、ダイパッド２のネジ孔２ｃを露出させるようにして、半導体チップ１０、ダイパッド２及び各リード３〜５の端部をモールド樹脂９により覆った後に、ドレイン用リード３の両側にある接続部３ａを切断して除去し、ドレイン用リード３、ソース用リード４、ゲート用リード５の相互間の短絡を解除する。
【００３１】
ところで、上記した構造では、ダイパッド２の半導体チップ搭載領域２ａとワイヤボンディング領域２ｂの間に溝６を設けたが、溝６の代わりに突起（不図示）を設けても良い。この突起によれば、突起が低く且つ溶融状態のハンダ７の流量が多い場合であっても、突起を超えてワイヤボンディング領域２ｂにハンダ７が溢れるエネルギーに比べて、潤滑層１ｃの塗れ性によって突起の横方向へハンダ７が流れるエネルギーの方が低く、溶融したハンダ７がワイヤボンディング領域２ｂに達することは防止される。
【００３２】
さらに、溝６や突起（不図示）からなるハンダ流出防止部は、半導体チップ搭載領域２ａの外周を円状又は四角形状に囲むようにしてもよい。
【００３３】
ところで、パワーデバイス用の半導体チップ１０としては、例えば、図５に示すプレーナ型のヘテロ接合電界効果トランジスタ（ＨＦＥＴ）のユニット２０が図６、図７に示すように集積された構造の大素子電界効果トランジスタが適用される。
【００３４】
図５に示すＨＦＥＴのユニット２０はＨＦＥＴであり、基板２１上に成長されたＧａＮ又はＡｌＮよりなるバッファ層２２と、バッファ層２２上に成長されたアンドープＧａＮよりなる電子走行層２３と、電子走行層２３上に成長されたｎ型のＡｌＧａＮよりなる電子供給層２４と、電子供給層２４にショットキー接触するゲート電極２５と、ゲート電極２５の一側方に間隔をおいて形成されて電子供給層２４にオーミック接触するソース電極２６と、ゲート電極２５の他側方に間隔をおいて形成されて電子供給層２４にオーミック接触するドレイン電極２７とから構成されている。
【００３５】
バッファ層２２から電子供給層２４まではＭＯＣＶＤ法などにより成長される。また、基板２１としては、例えば、アルミナ基板、ＳｉＣ基板、Ｓｉ基板等が使用される。ゲート電極２５としては例えばＡｌ／Ａｕが使用され、ソース電極２６、ドレイン電極２７としては例えばＴｉ／Ａｌが使用される。さらに、ゲート電極２５、ソース電極２６、ドレイン電極２７，電子供給層２４は窒化シリコンよりなるパッシベーション膜２８により覆われている。
【００３６】
ＦＥＴユニット２０は、同一の基板２１に多数集積化されて図６の平面図に示すような大素子ＦＥＴ３０を構成する。
大素子ＦＥＴ３０を構成する電子供給層２４上では、一方向に延びるストライプ状のゲート引き出し配線３１と、ゲート引き出し配線３１に直交する方向に延び且つ間隔をおいて配置される複数のストライプ状のソースバスライン３２と、ソースバスライン３２の両側に間隔をおいて配置される複数のストライプ状のドレインバスライン３３と、絶縁層（不図示）を介してゲート引き出し配線３１の上をアーチ状に跨ぐソースバスライン３２の一端部に電子供給層層２４上で接続される上記のソース電極パッド１２と、ドレインバスライン３３の他端部に接続される上記のドレイン電極パッド１１とが形成されている。
【００３７】
また、電子供給層２４上では、ソースバスライン３２とドレインバスライン３３の間であって、間隔をおいてソースバスライン３１寄りにゲートバスライン３６が形成され、ゲートバスライン３６の一端にはゲート引き出し電極３１が接続されている。
【００３８】
ドレインバスライン３３の両側部には、図７に示すように、これに直交する方向で上記の複数のドレイン電極２７が櫛歯状に接続され、さらに、ソースバスライン３２の側部には、ドレイン電極２７と間隔をおいて平行に配置されるソース電極２６が櫛歯状に接続されている。なお、ソース電極２６とゲートバスライン３６が交差する部分では、ソース電極２６がゲートバスライン３６上で絶縁層（不図示）を介してアーチ状に跨いでソースバスライン３２に接続されている。
【００３９】
そのようなソース電極２６とドレイン電極２７の間の領域には、ソースバスライン３２、ドレインバスライン３３の長手方向に沿ってＳ字状に蛇行するチャネル領域があり、そのチャネル領域にはゲート電極２５がＳ字状に蛇行する形状で配置されてゲートバスライン３６の側部に接続される。
【００４０】
ゲート引き出し配線３１は、図６に示すように、ソース電極パッド１１の端部寄りに形成された凹状領域内に間隔をおいて配置された上記のゲート電極パッド１３に接続されている。
ゲート系パターン、即ちゲート引き出し配線３１，ゲート電極２７、ゲートバスライン３６、ゲート電極パッド１３は同一金属から形成され、ドレイン系パターン、ソース系パターンもそれぞれ同一金属から形成されている。
【００４１】
なお、ソースバスライン３２、ドレインバスライン３３の間には、それらのライン３２，３３に沿って、ゲート電極２５、ソース電極２６及びドレイン電極２７からなるＦＥＴユニット２０が例えば約１００組形成されている。
【００４２】
なお、上記の実施形態では、半導体素子としてＨＦＥＴを例に挙げたが、その他のIII−Ｖ族窒化物系化合物半導体素子を採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る半導体装置に用いられるリードフレームを示す平面図及び側面図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る半導体装置に用いられるリードフレーム上でハンダ溶融後の状態を示す部分断面図及び平面図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係る半導体装置の樹脂モールド被覆前の状態を示す平面図、部分断面図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態に係る半導体装置に取り付けられる半導体チップ内の１つのトランジスタを示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態に係る半導体装置に取り付けられる半導体チップを示す平面図である。
【図７】図７は、図６に示す波線で囲んだ領域を示す平面図である。
【図８】図８は、従来技術に係る半導体装置のリードフレームとその上に取り付けられた半導体チップを示す平面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１：リードフレーム
１ａ：金属基板
１ｂ：被覆層
１ｃ：潤滑層
２：ダイパッド
２ａ：半導体チップ裁置領域
２ｂ：ワイヤボンディング領域
３：ドレイン用リード
４：ソース用リード
５：ゲート用リード
６：溝（ハンダ流出防止部）
７：ハンダ
８ｄ、８ｓ、８ｇ：金属ワイヤ
９：モールド樹脂
１０：半導体チップ
【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】
2008066553.tif 000008
【図７】
2008066553.tif 000009
【図８】
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