(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を載置するためのダイパッドと前記半導体素子からリードを引き出すためのインナーリードとを有し、
前記半導体素子が載置される側を主面側、前記主面側の反対側を裏面側とし、封止樹脂が流入する側をゲート側とし、前記封止樹脂が流入する際に気体を押し出す側をエアーベント側とする樹脂封止型半導体装置用のリードフレームにおいて、
前記ダイパッドは、前記裏面側に放熱するための放熱部を有し、
前記インナーリードは、前記エアーベント側であって前記主面側の表面と側面との角部に面取り部を有し、
しかも、前記ダイパッド及び前記インナーリードが前記封止樹脂により封止される領域を封止領域として、前記面取り部は、前記封止領域のゲート側の端部と前記封止領域のエアーベント側の端部との中間部よりもエアーベント側に形成されていることを特徴とするリードフレーム。
【請求項２】
前記ダイパッドは、前記エアーベント側であって前記主面側の表面と側面との角部に面取り部を有することを特徴とする請求項１に記載のリードフレーム。
【請求項３】
前記ダイパッドは前記ゲート側に配置され、前記インナーリードは前記エアーベント側に集約的に配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のリードフレーム。
【請求項４】
半導体素子と、前記半導体素子を載置したダイパッドと、前記半導体素子からリードを引き出すためのインナーリードと、前記ダイパッド及び前記インナーリードを内包する封止樹脂とを有し、前記半導体素子が載置される側を主面側、前記主面側の反対側を裏面側とし、前記封止樹脂が流入する側をゲート側とし、前記封止樹脂が流入する際に気体を押し出す側をエアーベント側とする樹脂封止型半導体装置において、
前記ダイパッドの前記裏面側に形成された封止樹脂の厚さは、前記ダイパッドの主面側に形成された封止樹脂の厚さよりも薄く、前記インナーリードは、前記エアーベント側であって前記主面側の表面と側面との角部に面取り部を有し、
しかも、前記ダイパッド及び前記インナーリードが前記封止樹脂により封止される領域を封止領域として、前記面取り部は、前記封止領域のゲート側の端部と前記封止領域のエアーベント側の端部との中間部よりもエアーベント側に形成されていることを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
【請求項５】
前記ダイパッドは、前記裏面側に半導体素子からの熱を放熱する放熱部を有することを特徴とする請求項４に記載の樹脂封止型半導体装置。
【請求項６】
前記ダイパッドは、前記エアーベント側であって前記主面側の表面と側面との角部に面取り部を有することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の樹脂封止型半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放熱特性が要求される樹脂封止型半導体装置に用いられるリードフレーム及びこれを用いた樹脂封止型半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置は、通常リードフレームのダイパッド上に半導体素子を載置し、半導体素子のパッドとリードフレームとをワイヤーボンディングを行って接続し、その後、モールド工程により樹脂封止される。このような半導体素子のうち、例えばＡＶ機器、通信機器の一次側スイッチング電源用の半導体素子は大きな電流が流れることから半導体素子自体が発熱する。そこで、半導体素子を載置するダイパッドの裏面に半導体素子から発生した熱を吸収して放熱させるための放熱部を形成している。しかし一般に封止樹脂は熱伝導率が低い。そこで、この放熱部近傍の封止樹脂はその厚さを薄くして放熱特性を向上させるようにしている。
【０００３】
図６は、この種のスイッチング電源用半導体素子を搭載する片支持構造を有するリードフレーム１００の模式的斜視図である。半導体素子を搭載するためのダイパッド１０１と、インナーリード１０２及びアウターリード１０４から構成されている。半導体素子を載置するダイパッド１０１の表面に対して反対側には放熱効果を向上させるために放熱部１０３が構成されている。放熱部１０３は他のインナーリード１０２やアウターリード１０４の厚さよりも厚く形成されている。破線１０６は封止樹脂により覆われる部分を表している。即ちダイパッド１０１及びインナーリード１０２は封止樹脂により覆われる。また、ダイパッド１０１の中心部には孔部１０５が形成されている。封止樹脂の外部に設けた放熱フィン等の放熱手段に接続して半導体素子１１６からの熱を放熱させるためである。
【０００４】
特許文献１には、放熱特性を向上させるために封止樹脂の厚さを薄くした場合の課題とこれを解決するための手段が記載されている。放熱特性を改善させるために放熱部の封止樹脂の厚さを薄くすると、リードフレームの曲率の小さい角部から封止樹脂に微小クラックが発生する。この微小クラックの発生を防止するためにリードフレームの平面形状における角部の面取りを行う、あるいは半導体素子を載置した側と反対側のリードフレーム表面とその側面との角部に面取り部を形成することが記載されている。
【０００５】
また、特許文献２には、半導体装置を基板実装する際に、熱ストレスがダイパッド辺部に集中して、当該辺部から封止樹脂にクラックが発生することを防止するために、ダイパッドの辺部の少なくとも一部分に面取り部を形成することが記載されている。
【特許文献１】特開２０００−３１３３８号公報
【特許文献２】特開平６−１３５２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図７は、図６で示したリードフレームに半導体素子を搭載し、ワイヤーボンディングを行った後にモールド金型に収納して、封止樹脂を流し込む状態を表す説明図である。モールド金型の内表面１１０の内部には、半導体素子１１６と、半導体素子１１６を搭載したダイパッド１０１と、インナーリード１０２と、半導体素子１１６のパッドとインナーリードとを接続するワイヤー１１８とを内包している。半導体素子１１６を載置したダイパッド１０１の裏面には肉厚の放熱部１０３を備えている。封止樹脂の外部にはアウターリード１０４が延在する。
【０００７】
封止樹脂はゲート１１１から注入され、半導体素子１１６の表面及び放熱部１０３の表面を流れてインナーリード１０２へ進む。内部の空気はエアーベント方向１１５へ押し出される。ここで、放熱部１０３側は半導体素子１１６側よりも封止樹脂が流れるギャップを狭くしている。これは、放熱部１０３側の封止樹脂は放熱効果を向上させるために半導体素子１１６側の封止樹脂よりも薄く形成する必要があるからである。そのために、ゲート１１１から注入された封止樹脂は、放熱部１０３側では界面抵抗により流れる速度１１４は半導体素子１１６側を流れる速度１１２よりも遅くなる。その結果、半導体素子１１６側を流れてきた封止樹脂は放熱部１０３側より早くインナーリード１０２に到達し、インナーリード１０２の表面から裏面の方向１１３へ流れ落ちることになる。この封止樹脂の流れは、インナーリード１０２に対して表面側から裏面側へ応力を加えることになり、インナーリード１０２を下方へ変位させた。インナーリード１０２が下方へ変位することにより、インナーリード１０２の先端が封止樹脂から突き出てしまう、あるいは、封止樹脂の表面に近接固定されて絶縁耐圧が低下する等の不具合が発生した。また、このインナーリード１０２の変位によりワイヤー１１８が下方へ引き下げられてダイパッド１０１の端部に接触する、あるいはワイヤー１１８が切断される等の不具合が発生した。
【０００８】
従来この問題を回避するために、インナーリード１０２のリード長を極力短くしてリード支持部の板厚や幅を増す方法、ポリイミドテープ等によりインナーリードを固定する方法、インナーリードを両支持構造にする等の対策が施されてきた。しかしながら、これらの方法では、インナーリード１０２の形状に対する制約が大きくなること、また、同時に半導体素子１１６のボンディング用パッドの位置が大きく制限されること、あるいは、パッケージの小型化にも障害となる等、設計自由度の低い構造となってしまった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するために、以下の手段を講じた。
【００１０】
請求項１に係る本発明においては、半導体素子を載置するためのダイパッドと前記半導体素子からリードを引き出すためのインナーリードとを有し、前記半導体素子が載置される側を主面側、前記主面側の反対側を裏面側とし、封止樹脂が流入する側をゲート側とし、前記封止樹脂が流入する際に気体を押し出す側をエアーベント側とする樹脂封止型半導体装置用のリードフレームにおいて、前記ダイパッドは、前記裏面側に放熱するための放熱部を有し、前記インナーリードは、前記エアーベント側であって前記主面側の表面と側面との角部に面取り部を有し、しかも、前記ダイパッド及び前記インナーリードが前記封止樹脂により封止される領域を封止領域として、前記面取り部は、前記封止領域のゲート側の端部と前記封止領域のエアーベント側の端部との中間部よりもエアーベント側に形成されていることを特徴とするリードフレームとした。
【００１１】
請求項２に係る本発明においては、前記ダイパッドは、前記エアーベント側であって前記主面側の表面と側面との角部に面取り部を有することを特徴とする請求項１に記載のリードフレームとした。
【００１２】
請求項３に係る本発明においては、前記ダイパッドは前記ゲート側に配置され、前記インナーリードは前記エアーベント側に集約的に配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のリードフレームとした。
【００１４】
請求項４に係る本発明においては、半導体素子と、前記半導体素子を載置したダイパッドと、前記半導体素子からリードを引き出すためのインナーリードと、前記ダイパッド及び前記インナーリードを内包する封止樹脂とを有し、前記半導体素子が載置される側を主面側、前記主面側の反対側を裏面側とし、前記封止樹脂が流入する側をゲート側とし、前記封止樹脂が流入する際に気体を押し出す側をエアーベント側とする樹脂封止型半導体装置において、前記ダイパッドの前記裏面側に形成された封止樹脂の厚さは、前記ダイパッドの主面側に形成された封止樹脂の厚さよりも薄く、前記インナーリードは、前記エアーベント側であって前記主面側の表面と側面との角部に面取り部を有し、しかも、前記ダイパッド及び前記インナーリードが前記封止樹脂により封止される領域を封止領域として、前記面取り部は、前記封止領域のゲート側の端部と前記封止領域のエアーベント側の端部との中間部よりもエアーベント側に形成されていることを特徴とする樹脂封止型半導体装置とした。
【００１５】
請求項５に係る本発明においては、前記ダイパッドは、前記裏面側に半導体素子からの熱を放熱する放熱部を有することを特徴とする請求項４に記載の樹脂封止型半導体装置とした。
【００１６】
請求項６に係る本発明においては、前記ダイパッドは、前記エアーベント側であって前記主面側の表面と側面との角部に面取り部を有することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の樹脂封止型半導体装置とした。
【発明の効果】
【００１８】
上記の手段を講じたことにより、封止樹脂注入時の封止樹脂の流動、即ち半導体素子が形成された側から放熱部が形成された側への封止樹脂の流動によるインナーリードに対する応力を緩和させることができ、インナーリードの変位を減少させることができる。その結果、インナーリードの変位による絶縁耐圧の低下や、半導体素子のパッドとインナーリードとを接続するワイヤーの絶縁不良や断線を防止することができる、という利点を有する。また、変位の減少により、インナーリードを比較的複雑な形状とすることが可能となり、ダイパッド及びインナーリードの設計自由度を増加させることができる、という利点を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明のリードフレームの実施の形態においては、半導体素子を載置するためのダイパッドと、半導体素子からリードを引き出すためのインナーリードとを備えている。半導体素子が載置される側を主面側として、主面側と反対側のダイパッドの裏面には半導体素子からの熱を放熱するための放熱部を備えている。また、モールド金型に設置して封止樹脂が注入される側をゲート側とし、封止樹脂が封入される際に空気が押し出される側をエアーベント側とした場合に、インナーリードのエアーベント側であって、主面側の表面とその側面との角部に面取り部を形成した。
【００２０】
この面取り部の形状は、Ｃ面取りでもよいし、フィレット処理（Ｒ面取り）を行っても良い。Ｃ面取りの場合の面取り量はインナーリードの板厚の０．３から０．８に、フィレット処理の場合は半径Ｒを板厚の０．３から１．０とするのが望ましい。面取り部はツブシ加工などのプレス処理により形成する。あるいは、インナーリードのエッチング処理により形成することができる。
【００２１】
このようにインナーリードのエアーベント側の主面側の表面と側面との角部に面取り部を形成したことにより、モールド金型に封止樹脂を注入してモールドする際に封止樹脂が主面側から裏面側へ流動しやすくなり、インナーリードにかかる応力が緩和される。その結果、インナーリードの応力による変位が減少し、その変位による絶縁耐圧の低下や、ボンディングされたワイヤーの絶縁不良あるいは断線等の不具合を防止することができ、また、インナーリードの設計自由度も向上させることができる。
【００２２】
また、ダイパッドのエアーベント側の主面側の表面と側面との角部にも面取り部を有する構造とした。これにより、主面側から裏面側への封止樹脂の流動が更に促進され、インナーリード及びダイパッドへの応力が更に緩和される。
【００２３】
また、ダイパッドとインナーリードが封止樹脂により封止される領域を封止領域として、封止領域のゲート側のダイパッド又はインナーリードの端部とエアーベント側のダイパッド又はインナーリードの端部との中間部よりもエアーベント側に面取り部を形成した。ゲート側に面取り部を形成すると、半導体素子の配置やインナーリードの形状によっては主面側と反対側の裏面側に早期に封止樹脂が回り込み、内部に泡を巻き込む場合があり、これを防止するためである。
【００２４】
また、ダイパッドがゲート側に配置され、インナーリードがエアーベント側に多数集約的に配置されている構造とする。特にエアーベント側から支持する片支持構造の場合には、インナーリードに対して流動する封止樹脂の応力が強くなる。このような場合にも、エアーベント側のインナーリード及びダイパッドの主面側の表面と側面との角部に面取り部を形成することにより、封止樹脂の流動による主面側から裏面側への応力が緩和される。
【００２５】
本発明による樹脂封止型半導体装置の実施の形態において、半導体素子と、半導体素子を載置したダイパッドと、半導体素子からリードを引き出すためのインナーリードと、これらを内包する封止樹脂とを備えている。そして、半導体素子が載置されている側を主面側とし、封止樹脂が流入する側をゲート側とし、封止樹脂が流入する際に気体を押し出す側をエアーベント側として、半導体素子が載置されたダイパッドの主面側の封止樹脂の厚さは、その裏面側の封止樹脂の厚さよりも厚い。そして、インナーリードは、エアーベント側であって主面側の表面と側面との角部に面取り部を有する。
【００２６】
モールド金型において封止樹脂をゲート側から注入する場合に、モールド金型の内面と半導体素子又はダイパッドの間の距離が大きいほど封止樹脂は早く移動する。そのために、エアーベント側では、主面側から裏面側へ封止樹脂が流動し、インナーリードに対して主面側から裏面側へ応力が印加される。そこで、インナーリードの主面側の表面と側面との角部に面取り部を設けることにより封止樹脂の移動がよりスムーズとなり、インナーリードに印加される応力が緩和される。その結果、ボンディングされたワイヤーやそのボンディング部の信頼性を向上させることができる。
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、リードフレームの模式的平面図であり、図２及び図３は、図１のリードフレームに半導体素子を搭載して封止樹脂により封止した樹脂封止型半導体装置の模式的断面図であり、図４はインナーリードの断面図であり、図５は、リードフレームの他の実施の形態を示す模式的平面図である。また、同一の機能又は部分については同一の符号を付している。
【００２８】
図１は、片支持型のリードフレーム１の模式的平面図である。リードフレーム１は、スイッチング電源用の半導体素子を載置するためのダイパッド２と、ワイヤーボンディングにより半導体素子のパッドとから接続してリードを引き出すためのインナーリード３と、インナーリード３から延在するアウターリード４から構成されている。また、ダイパッド２の裏面には半導体素子からの熱を放熱するための（図示しない）放熱部を有し、インナーリード３の厚さよりも厚く形成されている。
【００２９】
破線６は封止樹脂により覆われる領域であり、破線６内のダイパッド２及びインナーリード３により封止領域が規定されている。半導体素子をダイパッド２の上に載置し、ワイヤーボンディングを行ってインナーリード３と半導体素子とを接続したリードフレーム１をモールド金型に収納し、封止樹脂を注入する。封止樹脂はゲート７から注入され、モールド金型内の気体はエアーベントの方向８へ排気される。エアーベント側のダイパッド２及びインナーリード３は、ダイパッド２が載置される主面側の表面とその側面との角部に面取り部５を有している。この面取り部５は、破線６内の封止領域においてゲート側のダイパッド２の端部からエアーベント側のインナーリード３の端部までの長さをＬとして、Ｌ／２よりエアーベント側に形成されおり、Ｌ／２よりゲート側には同一の面取り部５が形成されていない。
【００３０】
ダイパッド２の裏面側には放熱部を有し、この放熱部から外部へ更に熱を放熱させるために、放熱部表面の封止樹脂は薄く形成する必要がある。従って、モールド金型の内面と放熱部の表面との間の距離は、半導体素子の表面又はダイパッド２の表面とモールド金型の内面との間の距離よりも短い。そのため、ゲート側から流入した封止樹脂は隙間の広い主面側において速度が大きく、エアーベント側のインナーリード３の主面側に早く到達する。そして、インナーリード３やダイパッド２の間隙を通して裏面側に流れ込む。この場合に、インナーリード３やダイパッド２の主面側の表面とその側面との角部に面取り部５を設けることにより、主面側から裏面側への封止樹脂の流れをスムーズにし、インナーリード３やダイパッド２へ与える封止樹脂の流動による応力を緩和させることができる。
【００３１】
図２は、リードフレーム１のダイパッド２に半導体素子を載置し、半導体素子のパッドとインナーリード３との間をワイヤーボンディングにより接続し、モールド金型により樹脂封止した樹脂封止型半導体装置の模式的断面図であり、図１のＸＸ’部分を表している。インナーリード３は封止樹脂９により封止されている。インナーリード３は、半導体素子が載置された主面側のその表面と側面との角部は面取り部５を有し、主面側と反対側の裏面側には面取り処理が施されていない。両面に面取り部５を形成することは、製造工程を増加させコスト高になるためである。
【００３２】
図３（ａ）は、樹脂封止した樹脂封止型半導体装置の模式的断面図であり、図１のＹＹ’部分を表している。ダイパッド２は封止樹脂９により封止されている。ダイパッド２はその主面側と反対の裏面側に肉厚の放熱部２０ａを有している。主面側には半導体素子２１が載置され、その半導体素子２１から発生する熱を吸収し、主面側よりも薄い裏面側の封止樹脂９を介して外部へ放熱させることができる。また、エアーベントの方向８であってダイパッド２に接続するインナーリード３の、主面側の表面とその側面との角部には面取り部５が形成されている。図３（ｂ）は、ダイパッド２が異なる形状を有する樹脂封止型半導体装置の模式的断面図であり、上記と同様に図１のＹＹ’部分を表している。この場合は、放熱部２０ｂが凹部からなり、この凹部に半導体素子２１が収納される。そして、凹部の裏面側の封止樹脂９の厚さは、凹部の主面側の封止樹脂９よりも薄く形成し、放熱効率を向上させている。また、エアーベントの方向８であってダイパッド２に接続するインナーリード３の、主面側の表面とその側面との角部には面取り部５が形成されている。
【００３３】
図４は、インナーリード３の断面形状を示している。図４（ａ）は面取り部５がＣ面取りであり、図４（ｂ）は面取り部５がフィレット処理によるＲ面取りである。Ｃ面取りの面取り量はインナーリード３の厚さｔに対して０．３ｔから０．８ｔとするのが望ましい。フィレット処理によるＲ面取りの半径Ｒは０．３ｔから１．０ｔとするのが望ましい。また、面取りはツブシ加工等のプレス処理により行うことができる。
【００３４】
このような面取り部５を形成したインナーリード３は、面取り部５を形成しないインナーリード３と比較して、封止樹脂の流動に伴って主面側から裏面側へ変位する変位量が２０％から４０％減少する。例えば、Ｃ面取り部を有するインナーリード３の場合は面取り部を有しないものと比較して変位量が２５％から４０％減少した。また、フィレット処理によるＲ面取り部を形成した場合には、面取り部を形成しないものと比較して変位量が２０％から３０％減少した。
【００３５】
図５は、リードフレーム１の他の実施の形態を表す模式的平面図である。リードフレーム１は、ダイパッド２と、インナーリード３と、アウターリード４から構成されている。ダイパッド２は長方形を有し、長軸の２辺近傍にインナーリード３が集約的に形成されている。インナーリード３から延在するアウターリード４は、個々のリードがまだ分離されていない状態を表している。破線６は封止樹脂により覆われる領域である。モールド金型のゲート７から封止樹脂が注入され、封止樹脂の流入によりモールド金型内の気体はエアーベントの方向８へ押し出される。また、ダイパッド２の裏面には半導体素子からの熱を放熱するための（図示しない）放熱部を有する。
【００３６】
ダイパッド２の長辺の長さをＬとしてＬ／２よりもエアーベント側であって、半導体素子が載置される主面側のインナーリード３及びダイパッド２の表面とその側面との角部には面取り部５が形成されている。このようにエアーベント側に面取り部５を形成することにより、エアーベント側において主面側から裏面側へ封止樹脂が流れる際に生じるインナーリード３及びダイパッド２に対する応力を緩和させることができる。
【００３７】
なお、以上の実施形態の説明において、インナーリード３は矩形状のダイパッド２の１辺又は対向する２辺近傍に集約的に形成された例を説明したが、インナーリード３が矩形状のダイパッド２の３辺あるいは４辺に形成された場合でも同様である。即ち、封止領域内であって、インナーリード３及びダイパッド２のゲート側端部とエアーベント側端部の中間部より少なくともエアーベント側に位置するインナーリード３又はダイパッド２の主面側表面とその側面との角部に面取り部５を形成すればよい。
【００３８】
また、上記実施の形態においては、ダイパッド２は裏面に放熱部を有し、この放熱部を含めたダイパッド２の厚さはインナーリード３の厚さよりも厚い場合、あるいは凹部を有する場合について説明してきたが、これに限定されるものではない。即ち、ダイパッド２と放熱部とを含めた厚さがインナーリード３の厚さと同等である場合であっても、ダイパッド２の主面側の封止樹脂９の厚さよりも裏面側の封止樹脂９の厚さが薄く、エアーベント側のインナーリード３又はダイパッド２の主面側の表面とその側面との角部に面取り部５を有する場合には本発明の実施の形態に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本実施の形態に係るリードフレームを表す模式的平面図である。
【図２】本実施の形態に係る樹脂封止型半導体装置の模式的断面図である。
【図３】本実施の形態に係る樹脂封止型半導体装置の模式的断面図である。
【図４】本実施の形態に係るインナーリードを表す断面図である。
【図５】本実施の形態に係るリードフレームを表す模式的平面図である。
【図６】従来公知のリードフレームを表す模式的斜視図である。
【図７】従来公知の封止樹脂をモールド金型に注入した状態を表す説明図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  リードフレーム
２  ダイパッド
３  インナーリード
４  アウターリード
５  面取り部
６  封止樹脂
７  ゲート
８  エアーベント方向
【図１】
0004739989.tif 000002
【図２】
0004739989.tif 000003
【図３】
0004739989.tif 000004
【図４】
0004739989.tif 000005
【図５】
0004739989.tif 000006
【図６】
0004739989.tif 000007
【図７】
0004739989.tif 000008