(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体装置の放熱性を向上させることで、半導体チップの発熱による破壊を防ぐ手段を提供する。【解決手段】リード２と半導体チップ３と半導体チップ３を固着するためのアイランド１を有し、該アイランドの中央に窪み部を設け、該半導体チップ３をアイランド１の周辺部に固着させることを特徴とした半導体装置。上記の構成によれば、該アイランド１の窪み部が半導体装置のパッケージの外部に露出するか、パッケージの表面近くに位置する。よって該アイランド１の窪み部は、半導体チップ３から生じた熱を、吸収し、外部に発散させ、よって発熱による破壊を防ぐことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップの固着領域となるアイランドと、
前記アイランドの周辺に一端が延在された複数のリードと、
前記アイランドに固着された前記半導体チップと、
前記半導体チップと前記リードを電気的に接続する導電手段と、
前記半導体チップ、アイランド、前記導電手段および前記複数のリードを封止する絶縁性樹脂とを有する半導体装置に於いて、
前記アイランドの中心部が周辺部より窪んでおり、前記半導体チップが前記アイランドの周辺部に固着することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
半導体チップの固着領域となるアイランドと、
前記アイランドの周辺に一端が延在された複数のリードと、
前記アイランドに固着された前記半導体チップと、
前記半導体チップと前記リードを電気的に接続する導電手段と、
前記半導体チップ、アイランド、前記導電手段および前記複数のリードを封止する絶縁性樹脂とを有する半導体装置に於いて、
前記アイランドにはリング状の第一アイランドと第一のアイランドに囲まれた場所に設けられた第二のアイランドがあり、第二のアイランドは吊り手段を用いて第一のアイランドに支持され、第一のアイランドよりも窪んだ位置に置かれ、前記半導体チップが前記第一のアイランドに固着することを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
半導体チップの固着領域となるアイランドと、
前記アイランドの周辺に一端が延在された複数のリードと、
前記アイランドに固着された前記半導体チップと、
前記半導体チップと前記リードを電気的に接続する導電手段と、
前記半導体チップ、前記アイランド、前記導電手段及び前記リードの一部を封止手段により封止した半導体装置に於いて、
前記半導体チップが前記アイランドの周辺部に固着し、前記アイランドの中心部が周辺部より窪んでおり、及び当該窪み部の裏面が前記封止の一表面から露出していることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
前記導電手段は、金属細線、半田、導電ペースト、バンプ又は導電板から成る請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記吊り手段は、第二のアイランドの四隅又はその近隣より第一のアイランドに向けて一体で延在される請求項２に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第二のアイランドは、前記第一のアイランド中に複数設けられている請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項７】
前記アイランドの中央の窪み部を上面に向けた請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項８】
前記半導体チップは、前記アイランドの上に複数積載されている請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項９】
周辺部が半導体チップの固着領域となり、前記周辺部に囲まれた中心部が窪み底面を持った窪み部をから成るアイランドと、前記アイランドの周辺に一端が延在された複数のリードと、前記アイランドに固着された前記半導体チップと、前記半導体チップと前記リードを電気的に接続する導電手段と、前記半導体チップ、アイランド、前記導電手段および前記複数のリードを封止する絶縁性樹脂とを有する半導体装置の製造方法に於いて、
前記底面と前記周辺部の間に位置するアイランドに開口部が設けられ、この開口部を介して前記窪み部に前記絶縁性樹脂が充填される事を特徴とした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、半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化に対応するため、半導体装置の集積化が求められている。そのため回路を集積した半導体チップをリードフレーム上に固着させ、該半導体チップを樹脂封止することが行われている。
【０００３】
図１４、図１５は、その一例であり、図１４は、半導体装置５１の断面図であり、図１５は、この半導体装置５１を製造する際に用いられるリードフレーム５２に半導体チップ５３が実装された状態を説明する平面図である。
【０００４】
以下簡単に説明する。太い矩形で示されたものが半導体チップ５３で、アイランド５４に固着されている。またアイランド５４は、矩形であり、その四側辺に一端が近接配置された複数のリード５５が設けられ、この複数のリード５５の一端には、アイランド５４に設けられた半導体チップ５３と電気的接続を実現するために導電手段５６が設けられている。ここでは、ＡｌやＡｕ等から成る金属細線である。
【０００５】
更にリードフレーム５２を見ると、アイランドの角部からは、４本の吊りリード５７が設けられ、四側辺に設けられた複数のリード５５は、タイバー５８により支持されている。
【特許文献１】特開２０００−２１６３２４号
【特許文献２】特開２００３−２０９２１６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記の半導体装置５１では、半導体チップ５３の大規模化に伴い、例えば、オーディオ用ＩＣ、映像用ＩＣ、モータードライバＩＣ、電源用ＩＣ及びパワーオペアンプＩＣのように電力回路も集積されるようになったものもある。そのような半導体装置においては、電力回路の発熱により該装置が破壊される可能性がある。また、電力回路に限らず、大量の信号を高速処理する、例えばＣＰＵのような回路においても、同様に発熱による破壊の問題が生じる。
【０００７】
上記発熱による破壊は、例えば、半導体チップ、リードフレームおよびモールド形成樹脂の熱膨張係数の差により生じる場合がある。半導体チップ５３に用いられるシリコンの熱膨張係数は、３．２ｐｐｍ／℃、リードフレーム５２に通常用いられる銅材は、１６．７ｐｐｍ／℃、モールド形成用の絶縁性樹脂は、８〜１０ｐｐｍ／℃、半導体チップ５３と銅材より成るアイランド１の接合に通常用いられる銀ペーストは３５〜８４ｐｐｍ／℃である。
【０００８】
当然膨張係数が大きいものほど熱で膨張しやすい。半導体チップと、リードフレームが銀ペーストによって固着されている場合、加熱されると、リードフレームと銀ベーストの膨張の方が半導体チップのそれより大きいため、固着面でひずみが生じ、半導体チップ５３が破損する可能性がある。
【０００９】
従来の半導体装置５１においては、平坦なアイランド５４上に半導体チップ５３を固着し、それを絶縁性樹脂５９でモールドしており、該アイランドに熱を逃がすことにより問題を解決しようとしていた。
【００１０】
しかしながら、樹脂は、熱伝導性が悪いため、結局保温効果を発生し、半導体チップから生じた熱がそのまま半導体チップとアイランドに残り、結果として熱膨張によるひずみが生じやすいという問題があった。
【００１１】
また、平坦なアイランド５４上に半導体チップ５３を固着させる場合、半導体チップ５３の裏面の全てにＡｇから成る導電ペースト６０や半田等を塗布する必要があり、該導電ペーストの使用量が大きいという問題があった。
【００１２】
また、ヒートシンク部をアイランド５４と別途に、アイランド５４の裏面に設けることで熱を逃がす構造を持つ半導体装置もあるが、この場合、ヒートシンクをリードフレームと別途に製造するためコストの問題があった。
【００１３】
また、アイランド５４の中央をプレスしなべ型のアイランドを形成し、なべ型アイランドの底部に半導体チップを固着させ、裏面を樹脂モールドから露出させた半導体装置もあるが、この場合、半導体チップはアイランドの底部の面積より小さくなければならないという問題があった。例えばＬＥＤ等が該当し、この場合、なべ型アイランドを反射板、放熱手段と電極として採用しているものがある。ＬＥＤは、チップサイズが小さいため、こういった問題点は少ないが、例えばパワーＭＯＳのようなＩＣチップになると、チップサイズが大きくなり、これらの問題が出てくる。
【００１４】
本発明は、これらの問題を解決するために考案されたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の半導体装置は、上記問題を解決するため、リードフレームと半導体チップと該半導体チップを固着するためのアイランドを有し、該アイランドの中央に窪み部を設け、該半導体チップを該アイランドの周辺部に固着させることを特徴としている。
【００１６】
上記の構成によれば、該アイランドの窪み部が半導体装置のパッケージの外部に露出するか、パッケージの表面近くに位置する。よって該アイランドの窪み部は、該半導体チップから生じた熱を、吸収し、外部に発散させる。
【発明の効果】
【００１７】
半導体チップより生じた熱を、アイランドの窪み部を通じてパッケージから外部に放出することにより、リードフレーム及び導電ペーストの熱膨張を抑え、半導体チップとの固着部分のひずみを少なくすることによって、半導体装置の破壊を防ぐことができる。
また、半導体チップはアイランドの周辺部と固着するため、接着領域における固着部分の歪みを抑え、しかも導電ペーストを塗布する面積が少なくなり、高騰する貴金属材料の使用量を抑え、コスト削減につながる。
【００１８】
また、アイランドの窪み部の底部に半導体チップを固着させるタイプの半導体装置に比べてより大きな面積を持つ半導体チップを積層することが可能となる。
【００１９】
更には、窪み部と半導体チップにより、窪み部に空間を構成するが、底面と周辺部の間に位置するアイランドに開口部が設けられ、この開口部を介して前記窪み部の空間に前記絶縁性樹脂が充填できるので、未充填部が無くなり、熱膨張による破裂等を無くすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の実施の形態を、図１および図２を参照して説明する。
【００２１】
図１は、本発明にかかる半導体装置の断面図であり、図２のＡからＡ’で切断したものである。前記半導体装置は、アイランド１と、リード２と、半導体チップ３と、導電手段の一つである金属細線４と、導電性接着材料からなる導電ペースト５と、絶縁性樹脂からなる樹脂モールド部分６とを有する。
【００２２】
前記アイランド１は、導電材料からなり、例えば銅を主材料とする導電材料、Ｆｅ−Ｎｉから成る。また平面形状はリング状の第一のアイランドＩＬ１と、第一のアイランドＩＬ１に囲まれる位置に設けられた同じ導電材料による第二のアイランドＩＬ２がある。前記第二のアイランドＩＬ２は、吊り手段Ｈを介して前記第一のアイランドＩＬ１に支持される形状を取る。前記吊り手段Ｈは第一のアイランドＩＬ１及び第二のアイランドＩＬ２と同じ導電材料から成り、例えばＣｕ箔またはＣｕ板をプレスやエッチングにより形成される。また前記第一のアイランドＩＬ１上に半導体チップ３を固着させる。ここでは一例として銀ペーストによって固着を行なう。半導体チップ３の裏面とアイランドＩＬを電気的に接続させるために導電性固着材を用いているが、電気的接続が不要であれば、熱伝導性の優れた絶縁性接着剤でも良い。ここで導電性固着材は、他にＡｕペースト、半田等が考えられる。
【００２３】
本発明の特徴は第二のアイランドＩＬ２にある。本実施例によると、第二のアイランドＩＬ２は矩形を取っており、その四隅から吊り手段Ｈが第一のアイランドＩＬ１に向けて延びているが、必ずしも矩形である必要はなく、吊り手段は少なくとも一つあれば位置を固定する目的を達することができる。しかしながら、第二のアイランドの位置を安定させるため、少なくとも二つの吊り手段、好ましくは四つの吊り手段があると良い。また、四つの吊り手段Ｈは、第一のアイランドＩＬ１の四隅に延存させずともよい。つまり角部からずれていても良い。第二のアイランドＩＬ２は、上から下方へプレスされ、第一のアイランドＩＬ１より下方に押し出された状態になっており、第二のアイランドＩＬ２の裏面が樹脂パッケージの裏面から露出するようになっている。本実施例においては第二のアイランドＩＬ２が樹脂モールド部分６から露出しているが、露出せずともよく、薄い樹脂の層に覆われた状態でも良い。
【００２４】
つまり第二のアイランドＩＬ２を樹脂モールド部分６の外部に露出させること、または露出しなくとも第二のアイランドＩＬ２に極薄く樹脂がカバーされることにより半導体装置の放熱性が有効になる。
【００２５】
また放熱性が向上できると同時にチップサイズの制約も無くすことができる。従来は、アイランド５４を押し下げて絶縁性樹脂５９から露出させていた。図１６で示す従来構造は、図１５のＢ−Ｂ’線の断面図で、吊りリード５７は、金属細線のボンディング部近傍から斜め下に押し下げられ、下方のアイランド５４と一体となっている。よってアイランドと同一サイズの半導体チップは、アイランド５４に載置可能であるが、このサイズよりも大きなチップは、吊りリード５７が斜めに延在されているため、搭載が難しい。
【００２６】
しかし本発明では、第二のアイランドＩＬ２を押し下げ、この第二のアイランドＩＬ２の裏面を樹脂モールド部分６から露出させている。よって従来と同様にアイランドを樹脂モールド部分の裏面に露出しつつ、色々なサイズのチップを第一のアイランドＩＬ１に搭載可能である。第一のアイランドＩＬ１の内側の側辺Ｌ１を更に内側に配置すれば、もっと小さなチップが実装可能であり、外側の側辺Ｌ２よりも更に外に出る大きなチップも搭載可能である。
【００２７】
以上説明したように、本発明のリードフレームを採用すれば、樹脂モールド部分６の裏面からアイランドＩＬが露出する形状であっても、搭載できるチップサイズにある程度フレキシブル性を持たせることができる。薄板状のリードフレームは、まず矩形のアイランドＩＬ、その周囲のリード２、吊りリードＨ、およびタイバーＴＢがプレスやエッチングにより形成される。この時点では、第一のアイランドと第二のアイランドは形成されず、その部分に相当する領域は、同一平面上にある。そして第二のアイランドＩＬ２に相当する部分の周囲に、吊り手段Ｈ１の部分を除いて刳り貫きする。別の表現をすれば、第一のアイランドＩＬ１と第二のアイランドＩＬ２の間に開口部ＯＰ１を形成する。その形状を示したものが、図３である。そして第二のアイランドＩＬ２の部分を下方に押し下げることにより窪みを形成する。
【００２８】
第二のアイランドＩＬ２の周囲には、吊り手段Ｈ１と刳り貫き部ＯＰ１が存在する。この刳り貫き部分ＯＰ１は第二のアイランドＩＬ２を下方に押し下げるプレスを容易にすると共に、前述した様に、樹脂封止の際に液状となった絶縁性樹脂を窪み部の中に流入させるための開口部となり、樹脂モールド内、特に窪み部に空気が残留することを防ぐ効果が有る。
【００２９】
第二の特徴は、アイランドと半導体チップの接着領域に関してである。従来構造においては、アイランドと半導体チップを密着させるため、半導体チップの底面全体に導電ペーストを塗布し、アイランドの表面に固着させていた。本発明においては、第二のアイランドＩＬ２の周囲をリング状の第一のアイランドＩＬ１が囲み、第二のアイランドＩＬ２が下方に押し出された状態になっているため、導電性接着材料からなる導電ペースト５が塗布される箇所はリング状の第一のアイランドの表面だけになっている。したがって、アイランドと半導体チップの接着領域の面積が小さくなり、応力発生部分が減少することによって、半導体チップの裏面、アイランド及び導電性接着材料間の応力を抑えることができる。さらに導電ペースト５をリング状の中心部まで塗布することが必要でなくなるため、導電ペースト５の使用量を抑えることが出来る。導電ペースト５には、通常銀等の貴金属を用いるため、その使用量を抑えることよって半導体装置の製造コストを下げることが可能となる。当然他の導電性固着材、絶縁性固着材を採用しても同様の事が言える。
【００３０】
第三の特徴は、従来のヒートシンク構造の半導体装置と比べた場合の半導体チップのサイズの違いにある。従来のヒートシンク構造においては、図１４、図１６に示すように、アイランドを下方に押し下げ、中央部に半導体チップを固着していた。この場合、半導体チップのサイズは、アイランド５４の大きさに限定され、それより大きなサイズの半導体チップを固着させることが出来なかった。本発明においては、アイランドの窪み部である第二のアイランドＩＬ２ではなく、その周囲にある第一のアイランドＩＬ１に固着させることでこの問題の解決を図った。第一のアイランドＩＬ１に半導体チップを固着させることにより、アイランドよりもサイズの大きい半導体チップを固着させることが可能となる。
【００３１】
また、アイランドの面積より小さな半導体チップを固着させることも可能である。
【００３２】
前述したように図３は、第一のアイランドＩＬ１と第二のアイランドＩＬ２との間に吊りリードＨ１を形成し、窪み部に樹脂の注入を可能とすると同時に、第二のアイランドＩＬ２の曲げ加工を容易にしている。しかし図４の如き構造であっても良い。つまりＩＬ２の部分を押し下げられれば良く、例えば、第二のアイランドＩＬ２に相当する部分において、四辺のうち上下に２つ、または左右に二つ設けても良い。
【００３３】
また、図５は、本発明を実施する別の構造である。本構造において、アイランド１は、平面形状がリング状である第一のアイランドＩＬ１と、第一のアイランドＩＬ１に囲まれる位置に設けられた複数の第二のアイランドＩＬ２からなる。第２のアイランドは、図の如く、矩形で縦列に２つずつ並んでいても良いし、矩形以外の形状を取りまた、数は４つ以外であってもよい。
【００３４】
図６も、同様に、本発明を実施する別の構造である。本構造において、アイランド１は、平面形状がリング状である第一のアイランドＩＬ１と、第一のアイランドＩＬ１に囲まれる位置に設けられた第二のアイランドＩＬ２からなり、矩形のアイランド１の対向する二辺が放熱用リードＨＬと一体化しており、該放熱用リードＨＬが樹脂モールド６から露出している。このような構造を取ると、第二のアイランドＩＬ２からの放熱に加え、放熱用リードＨＬからも放熱することができ、いっそう効率的に熱を放出することが可能となる。
【００３５】
続いて図７を参照しながらリードフレームＬＦについて簡単に説明する。このリードフレームＬＦは、図３の１ユニットがマトリックス状に配置されたものであり、横方向に延在する一対の連結条体２０と縦方向に延在する一対の連結条体２１で囲まれた箇所に、第一のアイランドＩＬ１、第二のアイランドＩＬ２及び吊り手段Ｈ１から構成されるアイランド１と、当該アイランド１から、一端を第一のアイランドＩＬ１に近接させ、外部に放射状に伸びた複数のリード２と、当該リード２を連結するタイバーＴＢとから成るユニットが形成される。またリード２の他端には、スリットＳＬ１〜ＳＬ３が設けられ、リードフレームＬＦの反りを防止している。材質は全て導電材料から成り、通常は銅を主材料とする。リードフレームのパターン形成時、つまりプレスカットやエッチングによって形成された時点では、全てが同一平面から成るが、その後第二のアイランドに下方へのプレスをかけ、下方へ押し出された形状とする。
【００３６】
図８は、第二のアイランドＩＬ２が押し下げられ、第１のアイランドＩＬ１上に半導体チップ３を固着させた状態での平面図である。太い実線は半導体チップを示しており、第一のアイランド上に載っている。この図面で明らかなように、第一のアイランドＩＬ１、第二のアイランドＩＬ２および半導体チップ３の裏面は、窪み部に相当し、ここに刳り貫き部ＯＰが無いと、樹脂が充填できないことが判るだろう。本発明は、この刳り貫き部ＯＰ１が形成されているため、チップを実装しても樹脂の充填が可能な構造となっている。
【００３７】
図９は、図４のリードフレーム上に半導体チップを固着させた状態の平面図である。太い実線は半導体チップ３を示しており、第一のアイランドＩＬ１上に載っているが、第一のアイランドＩＬ１における対向する二辺に固着させており、異なる二辺においては、半導体チップ３と第一のアイランドＩＬ１の間に隙間ＯＰ２が存在する。この隙間ＯＰ２を設けることにより、当該隙間から樹脂封止の際に樹脂を流入させることが出来る。そのため、本実施例においては、第一のアイランドＩＬ１と第二のアイランドＩＬ２を結ぶ吊り手段を設けなくとも実現できる例を示したものである。
【００３８】
図１０は、図１の実施例と若干異なる半導体装置を説明する断面図である。ここでは、半導体チップをフェイスダウン実装し、チップ表面に位置するボンデイングパッドとリード２が直接接続されている。半導体チップ３とリード２を結ぶ導電手段５Ａとしては、導電ペースト又はバンプを用いる事ができ、前記導電手段の材料は、半田、銀、Ａｕなどがある。
【００３９】
図１１は、図１の実施例と若干異なる半導体装置を説明する断面図である。ここでは、第二のアイランドＩＬ２は、底厚の形状を取る。第二のアイランドＩＬ２は、例えばヒートシンクとして用いる金属部材を第二のアイランドＩＬ２の底部に固着させて実現できる。あるいは元々厚い形状の金属板を用意し、まず厚い部分の第二のアイランドＩＬ２を形成し、その後、プレスカットにより図５のようにリードフレームを形成することで実現できる。その後に、第二のアイランドＩＬ２を下方に押し下げ、その後にチップを第一のアイランドＩＬ１に実装し、モールドすればよい。
【００４０】
図１２は、図１の実施例に複数のチップを積層したものである。ここでは、第一のアイランドＩＬ１上に固着させた半導体チップの３上部にさらに半導体チップ３Ａ、３Ｂ・・・を積層し、それぞれが導電手段によりリードと結ばれている。この導電手段は、金属細線で接続されている。また半導体チップ３の上に積層される半導体チップは、半導体チップの表から裏面にわたり設けられた貫通電極が形成されれば、バンプや導電ペーストを介して積層でき、金属細線を用いなくても実施できる。
【００４１】
図１３は、図１の実施例とは異なる半導体装置の断面図である。ここでは、アイランドの窪み部を半導体装置の上方に向ける形状を取り、第一のアイランドＩＬ１の底部に半導体チップを固着させ、当該半導体チップはリードと導電材手段で接続されている。これは、図１に於いて、リード２の折り曲げ方向を上方にしたものである。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体装置の断面図である。
【図２】図１に示した半導体装置の平面図である。
【図３】図１の半導体装置に採用されるリードフレームの平面図である。
【図４】本発明の他の半導体装置に採用されるリードフレームの平面図である。
【図５】本発明の他の半導体装置に採用されるリードフレームの平面図である。
【図６】本発明の他の半導体装置に採用されるリードフレームの平面図である。
【図７】図１の半導体装置に採用されるリードフレームの平面図である。
【図８】図３のリードフレームに半導体チップを設けた時の平面図である。
【図９】図４のリードフレームに半導体チップを設けた時の平面図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る半導体装置の断面図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る半導体装置の断面図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係る半導体装置の断面図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係る半導体装置の断面図である。
【図１４】従来の半導体装置の断面図である。
【図１５】従来の半導体装置の平面図である。
【図１６】従来の半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  アイランド
２  リード
３  半導体チップ
【図１】
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【図２】
2008085002.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008085002.tif 000006
【図５】
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【図６】
2008085002.tif 000008
【図７】
2008085002.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2008085002.tif 000012
【図１１】
2008085002.tif 000013
【図１２】
2008085002.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2008085002.tif 000017
【図１６】
2008085002.tif 000018