(57)【要約】【課題】信頼性向上を可能としたパッケージ構造の半導体装置を提供する。【解決手段】上部電極２と下部電極３が形成された半導体素子チップ１と、半導体素子チップ１の下部電極３が接合されたパッケージベース８と、第１及び第２の端部７ａ及び７ｂがそれぞれ半田９，１０を介して半導体素子チップ１の上部電極２及びパッケージリード５ａに接合された金属ストラップ７とを有する半導体装置において、金属ストラップ７の第１の端部７ａと上部電極２との間は、半導体素子チップ１の金属ストラップ７の第２の端部７ｂ側のエッジに近い部分でギャップが次第に拡がる状態で接合されている。【選択図】　図１
2004111745.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部電極と下部電極が形成された半導体素子チップと、
前記半導体素子チップの下部電極が接合されたパッケージベースと、
第１及び第２の端部がそれぞれ半田を介して前記半導体素子チップの上部電極及びパッケージリードに接合された金属ストラップとを有する半導体装置において、
前記金属ストラップの前記第１の端部と前記上部電極との間は、前記半導体素子チップの前記金属ストラップの第２の端部側のエッジに近い部分でギャップが次第に拡がる状態で接合されている
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記金属ストラップの前記第１の端部は、前記半導体素子チップ側に頂角を持つ円錐形状を有する
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記金属ストラップの前記第１の端部は、前記半導体素子チップ側に頂角を持つ角錐形状を有する
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
前記円錐形状の頂点部が曲面加工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５】
前記角錐形状の頂点部が曲面加工されていることを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【請求項６】
前記金属ストラップの前記第１の端部は、前記半導体素子チップ側に頂角を持つ円錐台形状を有する
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項７】
前記金属ストラップの前記第１の端部は、前記半導体素子チップ側に頂角を持つ角錐台形状を有する
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項８】
前記頂角は、９０°〜１７０°の範囲に設定されている
ことを特徴とする請求項２乃至７のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項９】
前記パッケージベースは、前記パッケージリード面に対して前記上部電極が接続される前記パッケージリード側が沈んだ状態に傾斜させている
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体装置に係り、特に半導体素子チップのパッケージ構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話等の小型電子機器の普及に伴って、パワートランジスタや整流素子等の電力制御用半導体素子の小型化が要求されている。これらの小型半導体素子のパッケージには、通常リードフレームが用いられる。リードフレームのダイパッドにマウントされた半導体素子の上部電極は、ボンディングワイヤによりインナーリードに接続される。
【０００３】
半導体素子の上部電極のうち、トランジスタの場合の電流端子電極であるソース電極（或いはアノード電極）や、ダイオードの場合のカソード電極（或いはアノード電極）には、大きな電流容量を必要とする場合には、複数本のボンディングワイヤを接続することが行われる。
【０００４】
これに対して、本出願人は、ボンディングワイヤに代わって、これよりも熱抵抗と電気抵抗の小さい板状金属リード（金属ストラップ）を用いて、素子の上部電極とインナーリードの間を接続する手法を提案している（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１００７１６公報
【０００６】
金属ストラップの半導体素子及びインナーリードとの接合には、超音波ボンディング法や半田接合法が用いられる。前者は、製造設備の合理化が容易で生産性の面で有利であるが、配線抵抗及び放熱性の点では、後者が有利である。特に、中小容量のパワー用半導体素子では、後者が多く利用される。
【０００７】
一方、半導体素子パッケージの小型化，薄型化の要求に応えるためには、金属ストラップは半導体素子チップと平行にリードに引き出すことが好ましい。そのようなパッケージ構造の一例を図１１に示す。半導体素子チップ２１は、半田３１によりダイパッド２２にマウントされ、金属ストラップ２４が、半導体素子チップ２１の上部電極とリード２３の間にやはり半田３２，３３により接続される。その後半導体素子は、樹脂３４によりモールドされる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図１１に示すように金属ストラップ２４を半田接合した場合、半導体素子チップ２１の周辺部（特に、図１１に矢印で示したように、上部電極が引き出されるリード２３側の終端部）において、半田３２が上部電極の外にまではみ出した状態になると、信頼性上問題になる。半導体素子チップ２１の周辺には、チップ分離のためのダイシングラインがあり、ここには絶縁膜が存在しないために、半田がここまで這い出すと、ｐｎ接合短絡等が生じる。
【０００９】
また、半田がチップの終端までは延びないとしても、上部電極の外側にある絶縁膜上にまで乗り上げた場合にも、やはり問題である。半導体素子に逆バイアスを印加して空乏層がチップの周辺部に延びるときに、その上部に高電圧が印加されている半田があると、フィールドプレート効果によって空乏層は更にチップ終端部まで達する事態が生じる。これは半導体素子の耐圧低下等の原因となる。
【００１０】
更に、金属ストラップが平坦であると、半導体素子チップとの間の半田層が薄くなり、熱応力が問題になる。例えば高温環境下で大きな電流を流したときに、半導体素子チップと金属ストラップの熱膨張率の差によって半導体素子チップに大きな熱応力歪みが生じ、素子特性が劣化する。即ち、十分な耐熱性が得られない。
【００１１】
この発明は、信頼性向上を可能としたパッケージ構造の半導体装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る半導体装置は、上部電極と下部電極が形成された半導体素子チップと、前記半導体素子チップの下部電極が接合されたパッケージベースと、第１及び第２の端部がそれぞれ半田を介して前記半導体素子チップの上部電極及びパッケージリードに接合された金属ストラップとを有する半導体装置において、前記金属ストラップの前記第１の端部と前記上部電極との間は、前記半導体素子チップの前記金属ストラップの第２の端部側のエッジに近い部分でギャップが次第に拡がる状態で接合されていることを特徴とする。
【００１３】
この発明によると、半田を介した半導体素子チップと金属ストラップとの接合ギャップを、チップのエッジに近い部分で次第に拡がる状態とすることによって、半田層がチップ上部電極の外にはみ出すことを防止して、半導体素子の高信頼性を実現することができる。
【００１４】
具体的にこの発明において、金属ストラップの第１の端部を、半導体素子チップ側に頂角を持つ円錐形状、或いは角錐形状を有するものとすることで、上記効果を得ることができる。より好ましくは、円錐形状或いは角錐形状の頂点部が曲面加工された状態とする。或いは、金属ストラップの第１の端部が、半導体素子チップ側に頂角を持つ円錐台形状或いは角錐台形状とする。これらの工夫により、金属ストラップの半導体素子チップへの接合時にチップへの機械的応力の集中を防止することができる。
【００１５】
金属ストラップの上述した円錐或いは角錐の頂角は、９０°〜１７０°の範囲、より好ましくは、１６０°〜１７０°の範囲に設定される。これにより、パッケージ厚みの増大を抑えて、上述した信頼性向上が可能になる。
【００１６】
更に、パッケージベースを、パッケージリード面に対して上部電極が接続されるパッケージリード側が沈んだ状態に傾斜させることも有効である。これにより、半導体素子チップの金属ストラップの第２の端部側のエッジ部での金属ストラップとのギャップを確実に確保することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態を説明する。
図１は、一実施の形態による半導体素子チップ１のリードフレームへの搭載状態を示す平面図であり、図２は別の実施の形態による半導体素子チップ１のリードフレームへの搭載状態を示す平面図である。図３及び図４は、これら図１及び図２ののＡ−Ａ’断面、Ｂ−Ｂ’断面をそれぞれ示している。
【００１８】
半導体素子チップ１は、これらの例ではダイオードであり、チップ両面に一方がアノード、他方がカソードとなる上部電極２と下部電極３が形成されている。この半導体素子チップ１は、その下部電極３を半田８によりパッケージベースであるダイパッド４に接合している。上部電極２の外部端子となるリード５は、インナーリード５ｂは、その上面位置が半導体素子チップ１の上面とほぼ一致するように、アウターリード５ａから上に折り曲げられている。そして上部電極２とインナーリード５ｂの間に金属ストラップ（金属プレート）７が接続されている。
【００１９】
金属ストラップ７は、厚みが１５０μｍ程度とする。金属ストラップ７の第１の端部７ａは、半田９を介して上部電極２に、第２の端部一端部７ａは、同様に半田１０を介してインナーリード５ａに接合されている。
【００２０】
金属ストラップ７の第１の端部７ａは、図１の場合、半導体素子チップ１側に頂角を持つ角錐形状（四角錐形状）をなしており、図２の場合は、半導体素子チップ１側に頂角を持つ円錐形状をなしている。これらの角錐或いは円錐の頂角は、９０°〜１７０°の範囲であり、特に好ましくは、１６０°〜１７０°の範囲に設定される。これにより、図３及び図４に示すように、半導体素子チップ１の上部電極面と対向する金属ストラップ７の第１の端部７ａの面との間は、角度αをもって傾斜した状態で接合される。角度αは、５°〜４５°、好ましくは、５°〜１０°となる。
【００２１】
言い換えれば、金属ストラップ７の第１の端部７ａと上部電極２との間は、円錐又は角錐の頂点を中心として、チップ１の周辺に行くにつれてギャップが次第に大きくなり、周辺部（特に金属ストラップ７の第２の端部７ｂ側のチップエッジ部）で所定のギャップｇを確保した状態に半田接合される。接合時、溶融した半田９はチップ周辺に拡がるが、ギャップｇの存在により、上部電極２の外側まではみ出す事態が防止される。
【００２２】
この結果、従来のように半田が上部電極の外側にはみ出して、素子のｐｎ接合短絡や耐圧低下をもたらすことがなく、高信頼性が実現できる。また金属ストラップが平坦である場合に比べて、金属ストラップ７と素子チップ１の間に半田層が多く残るから、金属ストラップ７の接合状態が良好になるだけでなく、半田層が熱応力に対するバッファとなる。従って、素子の耐熱性が向上する。
【００２３】
図５は、別の実施の形態によるチップ搭載状態を、図３に対応させて示している。金属ストラップ７の第１の端部７ａを、角錐又は円錐形状とすることは、先の実施の形態と同様である。この実施の形態では更に、リードフレームのダイパッド４を、パッケージリード面（アウターリード５ｂ，６の面）に対して、上部電極２が引き出されるインナーリード５ａ側が沈んだ状態に角度βだけ傾斜させている。角度βは、５°〜４５°、好ましくは、５°〜１０°の範囲に設定される。
これにより、インナーリード５ａ側で半導体素子チップ１と金属ストラップ７の間のギャップｇをより確実に確保することが可能になる。
【００２４】
図６は、図５の状態から、最終的に樹脂１１により全体をモールドした状態を示している。金属ストラップ７の円錐や角錐形状は、頂角が十分に大きく、またダイパッド４の傾斜も僅かであり、パッケージ封止後の厚みを小さいものとすることができる。
【００２５】
以上の実施の形態において、金属ストラップ７の第１の端部７ａの円錐或いは角錐形状は、より好ましくは、図７に示すように、頂点を尖鋭にせず、曲面加工する。このとき頂点の曲面の曲率半径Ｒは例えば、Ｒ＝５０〜１５０μｍ程度とする。これにより、金属ストラップ接合時の半導体素子チップへの機械的応力の集中をなくして、半導体素子チップのダメージを防止することができる。
【００２６】
図８は、図７と同様の趣旨で、金属ストラップ７の第１の端部７ａの円錐或いは角錐形状を、頂点を尖鋭にせず、微小な範囲ｄだけ平坦にした円錐台或いは角錐台形状とした例である。これによっても、金属ストラップ接合時の半導体素子チップへの機械的応力の集中を防止して、半導体素子チップのダメージを防止することができる。
【００２７】
図９（ａ）（ｂ）は更に他の実施の形態による金属ストラップ７の平面図とそのＡ−Ａ’断面図である。この例では、金属ストラップ７のチップに接合される第１の端部７ａに、複数の円錐形状（図では４個の円錐形状）を設けている。角錐形状の場合にも同様とすることができる。これによっても、先の各実施の形態と同様の効果が得られる。
【００２８】
図１０は更に他の実施の形態の半導体素子チップ搭載状態を、図３或いは図７に対応させて示している。この実施の形態では、金属ストラップ７は、円錐や角錐形状を持たない平板のままとして、ダイパッド４を、図５と同様にリード面に対して角度βだけ傾斜させている。半導体素子チップ１はダイパッド２に平行を保って搭載している。金属ストラップ７をリード５，６と平行に保って半導体素子チップ１の上部電極２に接合すれば、金属ストラップ７と半導体素子チップ１の間のギャップはリード５側に行くにつれて大きくなり、半田９がリード５側で上部電極２から外にはみ出すことを防止することができる。従って、円錐や角錐形状を利用することなく、先の各実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００２９】
ここまでの実施の形態では、半導体素子がダイオードの例を説明したが、パワー用縦型トランジスタにも同様にこの発明を適用できる。縦型トランジスタチップでは、実施の形態で説明した上下部電極は、ソース，ドレイン電極或いはエミッタ，コレクタ電極となり、これらの他にチップ上面にはゲート電極或いはベース電極に接続される制御電極パッドが設けられる。この制御電極パッドと対応するリードの間は、ボンディングワイヤにより、或いは金属ストラップにより接続される。
【００３０】
また実施の形態では、リードフレーム型パッケージを説明したが、ダイパッドに相当するベース（ベッド）とリード端子を有する他のパッケージ構造の場合にも同様のこの発明を適用することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、信頼性向上を可能としたパッケージ構造の半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態による半導体素子チップのリードフレーム搭載状態を示す平面図である。
【図２】他の実施の形態による半導体素子チップのリードフレーム搭載状態を示す平面図である。
【図３】図１及び図２のＡ−Ａ’断面図である。
【図４】図１及び図２のＢ−Ｂ’断面図である。
【図５】他の実施の形態による半導体素子チップのリードフレーム搭載状態を示す断面図である。
【図６】図５の素子を樹脂モールドした状態を示す断面図である。
【図７】金属ストラップの他の好ましい形状を示す断面図である。
【図８】金属ストラップの他の好ましい形状を示す断面図である。
【図９】金属ストラップの他の好ましい形状を示す平面図と断面図である。
【図１０】他の実施の形態による半導体素子チップのリードフレーム搭載状態を示す断面図である。
【図１１】従来の半導体素子チップのパッケージ構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１…半導体素子チップ、２…上部電極、３…下部電極、４…ダイパッド、５，６…リード、５ａ…インナーリード、５ｂ…アウターリード、７…金属ストラップ、７ａ…第１の端部、７ｂ…第２の端部、８，９，１０…半田、１１…樹脂。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
2004111745.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2004111745.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成15年6月25日(2003.6.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部電極と下部電極が形成された半導体素子チップと、
前記半導体素子チップの下部電極が接合されたパッケージベースと、
第１及び第２の端部を有し、前記第１の端部は半田を介して前記半導体素子チップの上部電極に接合され、前記第２の端部はパッケージリードに接合された金属ストラップとを有する半導体装置において、
前記金属ストラップの前記第１の端部と前記上部電極との間は、前記半導体素子チップの前記金属ストラップの第２の端部側のエッジに近い部分でギャップが次第に拡がる状態で接合されている
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記金属ストラップの前記第１の端部は、前記半導体素子チップ側に頂角を持つ円錐形状を有する
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記金属ストラップの前記第１の端部は、前記半導体素子チップ側に頂角を持つ角錐形状を有する
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
前記円錐形状の頂点部が曲面加工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５】
前記角錐形状の頂点部が曲面加工されていることを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【請求項６】
前記金属ストラップの前記第１の端部は、前記半導体素子チップ側に頂角を持つ円錐台形状を有する
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項７】
前記金属ストラップの前記第１の端部は、前記半導体素子チップ側に頂角を持つ角錐台形状を有する
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項８】
前記頂角は、９０°〜１７０°の範囲に設定されている
ことを特徴とする請求項２乃至７のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項９】
前記パッケージベースは、前記パッケージリード面に対して前記上部電極が接続される前記パッケージリード側が沈んだ状態に傾斜させていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の半導体装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る半導体装置は、上部電極と下部電極が形成された半導体素子チップと、前記半導体素子チップの下部電極が接合されたパッケージベースと、第１及び第２の端部を有し、前記第１の端部は半田を介して前記半導体素子チップの上部電極に接合され、前記第２の端部はパッケージリードに接合された金属ストラップとを有する半導体装置において、前記金属ストラップの前記第１の端部と前記上部電極との間は、前記半導体素子チップの前記金属ストラップの第２の端部側のエッジに近い部分でギャップが次第に拡がる状態で接合されていることを特徴とする。