(57)【要約】【課題】  樹脂封止体に反りが発生するのを防止することができる半導体装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】  放熱板２１と、放熱板２１の中央部に搭載する半導体素子３と、放熱板２１に取り付ける複数の内部リード５と、放熱板２１、半導体素子３および内部リード５を封止する樹脂封止体７とを備えた半導体装置であって、放熱板２１における半導体素子３の搭載部２４が、外周部２５との間に段差部２３を有し、搭載部２４の表裏における樹脂封止体７の厚みが均等なものである。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱板と、前記放熱板の中央部に搭載する半導体素子と、前記放熱板に取り付ける複数の内部リードと、前記放熱板、前記半導体素子および前記内部リードを封止する樹脂封止体とを備えた半導体装置であって、前記放熱板における前記半導体素子の搭載部が、外周部との間に段差を有し、前記搭載部の表裏における前記樹脂封止体の厚みが均等であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
放熱板が搭載部に表裏を貫通する第１の開口部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】
放熱板の中央部から前記放熱板の外周方向に、第１の開口部とは不連続な第２の開口部を有することを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
放熱板に複数の内部リードを取り付けてリードフレームを作製する工程と、前記放熱板の中央部に半導体素子を搭載する工程と、前記放熱板、前記半導体素子および前記内部リードを樹脂封止体にて封止する工程とを有する半導体装置の製造方法であって、前記リードフレームを作製する工程にて、前記放熱板の搭載部に段差を形成することで、前記搭載部の表裏における樹脂封止体の厚みを均等にすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
リードフレームを作製する工程にて段差を形成する前に、放熱板の搭載部に表裏を貫通する第１の開口部を形成することを特徴とする請求項４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
リードフレームを作製する工程にて段差を形成する前に、放熱板の搭載部に表裏を貫通する第１の開口部、および前記放熱板の中央部から前記放熱板の外周方向に、前記第１の開口部とは不連続な第２の開口部を形成することを特徴とする請求項４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、半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器の多機能化、小型化に伴い、半導体装置においては、薄型で良好な放熱性を有するものが要望されてきている。
特許文献１には、薄型で良好な放熱性を有する半導体装置が記載されており、以下において、この半導体装置を、図８（ａ）および図８（ｂ）を参照しながら説明する。図８（ａ）は、放熱板１を内蔵したＱＦＰ型の樹脂封止型半導体装置１０の構成を概略的に示す平面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。なお、図８（ａ）においては、特徴となる放熱板１の形状がよくわかるように、半導体素子３および金属細線４を省略している。
【０００３】
図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、半導体装置１０は、放熱板１の中央部に開口部８が形成されており、開口部８の周囲には接着剤２が塗布され、その上に半導体素子３が固着されている。放熱板１には外形に沿って複数の内部リード５が所定の間隔で配置されており、この内部リード５は、絶縁テープ９を介して放熱板１に取り付けられている。半導体素子３と内部リード５とは金属細線４によりそれぞれ電気的に接続されており、放熱板１、接着剤２、半導体素子３、金属細線４および内部リード５は、樹脂封止体７により封止されている。内部リード５と個々に連続して、かつ、樹脂封止体７の外側に設けられている外部リード６は、ガルウイング形状に屈曲形成されている。
上記のように、放熱板１における中央部に開口部８が設けられていることで、半導体素子３を放熱板１に固着するための接着剤２の塗布面積を少なくすることができ、半導体装置１０を基板実装する際の熱ストレスで接着剤２が吸湿した水分が気化膨張する量を低減することができる。これにより、放熱板１と樹脂封止体７との剥離を防止することができ、その結果、半導体装置１０の信頼性および放熱性を向上させることができる。
【特許文献１】特許第３４５４１９２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体装置１０を製造する際に、放熱板１、接着剤２、半導体素子３、金属細線４および内部リード５を封止する工程は、シリンダにより型締めされて行われている。したがって、上述したような構造の半導体装置１０では、樹脂封止体７における放熱板１よりも表面側部分７ａと裏面側部分７ｂとでは厚みが異なる。すると、この表面側部分７ａと裏面側部分７ｂとでは、樹脂封止後の硬化収縮量に差が生じ、図７に示すように、樹脂封止体７の反りが発生してしまうことがある。
【０００５】
この反りは、表面側部分７ａの樹脂厚みよりも裏面側部分７ｂの樹脂厚みの方が薄いことから樹脂封止体７の裏面が凸になる方向に発生し、場合によっては、樹脂封止体７の裏面が外部リード６の底面を越えて反ることがある。こうなると、外部リード６と基板実装面１１との接触不良の原因となるおそれがある。
【０００６】
そこで本発明はこのような問題を解決するもので、樹脂封止体に反りが発生するのを防止することができる半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために請求項１記載の発明は、放熱板と、前記放熱板の中央部に搭載する半導体素子と、前記放熱板に取り付ける複数の内部リードと、前記放熱板、前記半導体素子および前記内部リードを封止する樹脂封止体とを備えた半導体装置であって、前記放熱板における前記半導体素子の搭載部が、外周部との間に段差を有し、前記搭載部の表裏における前記樹脂封止体の厚みが均等なものである。
【０００８】
このような構成によれば、搭載部が、外周部との間に段差を有することで、前記搭載部の表裏における樹脂封止体の厚みを均等にすることができ、これにより、前記搭載部の表裏における前記樹脂封止体の硬化収縮量の差を無くして、前記樹脂封止体に反りが発生するのを防止することができる。したがって、実装信頼性の高い、すなわち基板実装する際に接触不良が発生しない半導体装置を提供することができる。
【０００９】
請求項２記載の発明は請求項１記載の半導体装置において、放熱板が搭載部に表裏を貫通する第１の開口部を有するものである。
このような構成によれば、段差が伸ばし加工で形成される場合に、この加工時に前記放熱板に作用する応力を分断、緩和して、前記放熱板が変形するのを防止することができるので、安定して半導体素子を放熱板に搭載することができる。これにより、実装信頼性の高い、すなわち基板実装する際に接触不良が発生しない半導体装置を安定して提供することができる。
【００１０】
請求項３記載の発明は請求項２記載の半導体装置において、放熱板の中央部から前記放熱板の外周方向に、第１の開口部とは不連続な第２の開口部を有するものである。
このような構成によれば、第１の開口部に加えて、放熱板の中央部から前記放熱板の外周方向に、前記第１の開口部とは不連続な第２の開口部を有することにより、段差が伸ばし加工で形成される場合に、この加工時に前記放熱板に作用する応力を分断、緩和して、前記放熱板が変形するのを一層防止することができるので、更に安定した半導体素子の放熱板への搭載が可能になる。これにより、実装信頼性の高い、すなわち基板実装する際に接触不良が発生しない半導体装置を更に安定して提供することができる。
【００１１】
請求項４記載の発明は、放熱板に複数の内部リードを取り付けてリードフレームを作製する工程と、前記放熱板の中央部に半導体素子を搭載する工程と、前記放熱板、前記半導体素子および前記内部リードを樹脂封止体にて封止する工程とを有する半導体装置の製造方法であって、前記リードフレームを作製する工程にて、前記放熱板の搭載部に段差を形成することで、前記搭載部の表裏における樹脂封止体の厚みを均等にするものである。
【００１２】
このようにすると、リードフレームを作製する工程にて、放熱板の搭載部に段差を形成することで、前記搭載部の表裏における樹脂封止体の厚みを均等にすることができるので、前記搭載部の表裏における前記樹脂封止体の硬化収縮量の差を無くして、前記樹脂封止体に反りが発生するのを防止することができる。これにより、実装信頼性の高い、すなわち基板実装する際に接触不良が発生しない半導体装置を提供することができる。
【００１３】
請求項５記載の発明は請求項４記載の半導体装置の製造方法において、リードフレームを作製する工程にて段差を形成する前に、放熱板の搭載部に表裏を貫通する第１の開口部を形成するものである。
【００１４】
このようにすると、段差を形成する前に前記第１の開口部を形成することで、前記段差が伸ばし加工で形成される場合に、この加工時に前記放熱板に作用する応力を分断、緩和して、前記放熱板が変形するのを防止することができる。これにより、実装信頼性の高い、すなわち基板実装する際に接触不良が発生しない半導体装置を安定して提供することができる。
【００１５】
請求項６記載の発明は請求項４記載の半導体装置の製造方法において、リードフレームを作製する工程にて段差を形成する前に、放熱板の搭載部に表裏を貫通する第１の開口部、および前記放熱板の中央部から前記放熱板の外周方向に、前記第１の開口部とは不連続な第２の開口部を形成するものである。
【００１６】
このようにすると、第１の開口部に加えて、放熱板の中央部から前記放熱板の外周方向に、前記第１の開口部とは不連続な第２の開口部を、段差を形成する前に形成することで、前記段差が伸ばし加工で形成される場合に、この加工時に前記放熱板に作用する応力を分断、緩和して、前記放熱板が変形するのを一層防止することができる。これにより、実装信頼性の高い、すなわち基板実装する際に接触不良が発生しない半導体装置を更に安定して提供することができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように本発明によれば、搭載部が、外周部との間に段差を有することで、前記搭載部の表裏における樹脂封止体の厚みを均等にすることができ、これにより、前記搭載部の表裏における前記樹脂封止体の硬化収縮量の差を無くして、前記樹脂封止体に反りが発生するのを防止することができる。これにより、実装信頼性の高い、すなわち基板実装する際に接触不良が発生しない半導体装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の半導体装置およびその製造方法の実施形態の例を、図１〜図６を参照しながら説明する。なお、図７および図８を用いて説明したものと同様のものには、同じ符号を付すことで、その詳細な説明を省略する。
（実施の形態１）
第１の実施形態の半導体装置２０について、図１（ａ）および図１（ｂ）を参照しながら説明する。図１（ａ）は、半導体装置２０の構成を概略的に示す平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。なお、図１（ａ）においては、特徴となる放熱板２１の形状がよくわかるように、半導体素子３および金属細線４を省略している。
【００１９】
図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、半導体装置２０は、上面に絶縁テープ９を有する放熱板２１と、放熱板２１の中央部に塗布されている接着剤２に搭載されて固着されている半導体素子３と、放熱板２１の外形に沿って所定の間隔で設けられているとともに、絶縁テープ９を介して放熱板２１に取り付けられている複数の内部リード５と、放熱板２１の四隅において内部リード５と同様にして放熱板２１に取り付けられ、外部リード６を屈曲形成する際に放熱板２１などをリードフレーム（図示は省略）に対して支持する支持リード２２と、半導体素子３と内部リード５とを電気的に接続する金属細線４と、放熱板２１、接着剤２、半導体素子３、金属細線４、内部リード５および支持リード２２を封止している樹脂封止体７と、外部リード６とを有する。
【００２０】
放熱板２１は、例えば、Ｃｕ合金により形成されており、半導体素子３が搭載される搭載部２４には、周囲に伸ばし加工などが施されて段差としての段差部２３が形成されている。これにより、半導体素子３の搭載部２４は、放熱板２１における内部リード５が取り付けられている箇所である外周部２５よりも表面側に突き出ている。
【００２１】
このような構成によれば、搭載部２４に段差部２３を設けて、搭載部２４が外周部２５よりも表面側に突き出るようにしたことで、搭載部２４の表面側部分７ａと裏面側部分７ｂとにおける樹脂封止体７の厚みを均等にすることができ、表面側部分７ａの硬化収縮量と裏面側部分７ｂの硬化収縮量とに差が生じないようにすることができる。これにより、樹脂封止体７の反りを無くすことができるので、実装信頼性の高い、すなわち基板実装時に接触不良が発生しない半導体装置２０を実現することができる。
【００２２】
なお、上記において、内部リード５は、例えば、Ｃｕ合金により形成されており、また、樹脂封止体７は、平面視して四辺形の平板状に形成されている。また、絶縁テープ９は、熱可塑性接着剤の一層構造でも良いし、より高い絶縁性を確保するために、ポリイミドからなるベースフィルムをその両面から熱硬化性接着剤で挟んだ三層構造（図示せず）でも良い。また、絶縁テープ９は、放熱板２１と同じ大きさでも良いし、内部リード５や支持リード２２を放熱板２１に取り付けるための領域の大きさ（図示せず）であっても良い。
【００２３】
さらに、外部リード６を屈曲形成する際に、放熱板２１などをリードフレームに支持する必要がなければ支持リード２２は無くても良い。また、放熱板２１などをリードフレームに支持する必要がある場合であっても、封止する樹脂の流動性を制御するために、樹脂を注入する部分に対応する箇所の支持リード２２を省略しても良い。
（実施の形態２）
第２の実施形態の半導体装置３０について、図２（ａ）および図２（ｂ）を参照しながら説明する。図２（ａ）は、半導体装置３０の構成を概略的に示す平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。なお、図２（ａ）においては、特徴となる放熱板３１の形状がよくわかるように、半導体素子３および金属細線４を省略している。また、第１の実施の形態において説明したものと同様のものには、同じ符号を付すことで、その詳細な説明を省略する。
【００２４】
第２の実施の形態における半導体装置３０は、放熱板３１のみが第１の実施形態の半導体装置２０とは異なり、その他の部分の構成は、半導体装置２０と同様であるので、以下では、放熱板３１について説明する。
【００２５】
本実施形態における放熱板３１は、その中央部に第１の開口部３２が形成されており、放熱板３１における段差部３３は、半導体装置２０における段差部２３と同様にして形成されている。
【００２６】
このような構成によれば、第１の開口部３２を形成したことで、放熱板３１に伸ばし加工を施して段差部３３を形成する際に放熱板３１に作用する応力を分断、緩和して、放熱板３１が変形するのを防止することができる。これにより、より品質の安定した実装信頼性の高い（接触不良の発生しない）半導体装置３０を実現することができる。
（実施の形態３）
第３の実施形態の半導体装置４０について、図３（ａ）および図３（ｂ）を参照しながら説明する。図３（ａ）は、半導体装置４０の構成を概略的に示す平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。なお、図３（ａ）においては、特徴となる放熱板４１の形状がよくわかるように、半導体素子３および金属細線４を省略している。また、第１の実施の形態および第２の実施の形態において説明したものと同様のものには、同じ符号を付すことで、その詳細な説明を省略する。
【００２７】
第３の実施形態における半導体装置４０は、放熱板４１のみが半導体装置２０および半導体装置３０とは異なり、その他の部分の構成は、半導体装置２０および半導体装置３０と同様であるので、以下では、放熱板４１について説明する。
【００２８】
本実施形態における放熱板４１は、その中央部に第１の開口部４２ａが形成されており、さらに第１の開口部４２ａから外周方向に、例えば、放熱板４１の四隅に向かって放射状に、複数の、例えば四つの第２の開口部４２ｂが、第１の開口部４２ａと不連続に形成されている。なお、放熱板４１における段差部４３は、半導体装置２０における段差部２３と同様にして形成されている。
【００２９】
このような構成によれば、第１の開口部４２ａおよび第２の開口部４２ｂを形成したことで、放熱板４１に伸ばし加工を施して段差部４３を形成する際に放熱板４１に作用する応力を、第２の実施形態の半導体装置３０よりもさらに分断、緩和して、放熱板４１が変形するのを防止することができる。これにより、より品質の安定した実装信頼性の高い（接触不良の発生しない）半導体装置４０を実現することができる。
【００３０】
次に、本発明の半導体装置４０を形成するためのリードフレーム４６を、図４（ａ）および図４（ｂ）を参照しながら説明する。図４（ａ）は、リードフレーム４６の構成を概略的に示す平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。
【００３１】
リードフレーム４６は、放熱板４１と、絶縁テープ９によって放熱板４１に取り付けられている内部リード５および支持リード２２と、内部リード５にダムバー４７を介して形成されている外部リード６と、外部リード６に連続している内枠４８と、内枠４８と連続してリードフレーム４６の外形をなす外枠４９と、外枠４９に設けられたガイド孔５０とを有する。
【００３２】
次に、図５（ａ）〜（ｃ）を参照して、半導体装置４０に用いるリードフレーム４６を製造する工程を説明する。まず図５（ａ）に示すように、金属製の薄板から内部リード５や外部リード６をエッチング加工あるいは、スタンピング加工により形成する。リードフレーム４６の素材としては、一例として０．１５ｍｍ程度の厚みで、比較的熱伝導が良好で強度の高いＣｕ合金を使用する。熱伝導の良好な素材を使用することによって、後に接着される放熱板４１からの熱伝達を良好にすることができる。
【００３３】
また、図示は省略するが、内部リード５における少なくとも金属細線４が接続される領域にＡｇめっきあるいは、Ｐｄめっきを施しておく。
次に、図５（ｂ）に示すように、内部リード５を、絶縁テープ９を介して放熱板４１に取り付け、放熱板４１の中央部に第１の開口部４２ａおよび第２の開口部４２ｂを形成する。
【００３４】
次に、図５（ｃ）に示すように、搭載部４４に段差部４３を形成し、搭載部４４を外周部４５よりも表面側に突出させる。なお、放熱板４１の素材としては、一例として０．１ｍｍ程度の厚みで、比較的熱伝導が良好で強度の高いＣｕ合金を使用する。また、絶縁テープ９は、一例として０．０２ｍｍ程度の厚みで熱可塑性接着剤の一層構造である。以上のようにして、半導体装置４０に用いるリードフレーム４６を形成する。
【００３５】
次に、図６（ａ）〜（ｅ）を参照しながら、上述したのリードフレーム４６を用いて本発明の半導体装置４０を製造する工程を説明する。図６（ａ）は、接着剤２を塗布する工程、図６（ｂ）は半導体素子３を放熱板４１の中央部に搭載する工程、図６（ｃ）は金属細線４を接続する工程、図６（ｄ）は樹脂封止を行う工程、図６（ｅ）は外部リード６を屈曲形成し、半導体装置４０を個々に分割する工程を示す。
【００３６】
まず、図６（ａ）に示すように、搭載部４４の上にディスペンサ（図示せず）などを用いて接着剤２を塗布する。接着剤２は、一例として熱硬化性のエポキシ樹脂にＡｇ粉を混合させた銀ペーストからなる。次に、図６（ｂ）に示すように、接着剤２を塗布した搭載部４４上にコレット（図示せず）などを用いて半導体素子３を搭載し、その後、ヒートステージ（図示せず）上で加熱し、接着剤２を硬化させる。一例として、半導体素子３は０．２〜０．４ｍｍ程度の厚みのシリコン単結晶である。また、加熱条件は２００〜２５０℃、３０〜６０秒程度である。
【００３７】
次に、図６（ｃ）に示すように、搭載部４４上に固着された半導体素子３のボンディングパッド（図示せず）と内部リード５とを金属細線４を用いて電気的に接続する。ワイヤーボンド装置のヒートステージ（図示せず）には、真空孔が開いており、放熱板４１を吸引固定する。また、リードフレーム４６のボンディングエリア外周部を押さえ治具（図示せず）により固定した状態で、ワイヤーボンディングを実施する。一例として、金属細線４としては、直径２０〜３０μｍのＡｕワイヤーを用いる。
【００３８】
次に、図６（ｄ）に示すように、シリンダ（図示せず）により型締めされる１８０℃程度に加熱した封止金型（図示せず）を搭載したトランスファー装置（図示せず）により、放熱板４１、半導体素子３、内部リード５、金属細線４などを樹脂封止する。封止する樹脂が硬化して樹脂封止体７が形成された後、型開きされ、トランスファー装置より脱装される。
【００３９】
このとき、放熱板４１は、搭載部４４が段差部４３によって外周部４５に対して高くなるように形成されているので、樹脂封止体７における搭載部４４の表面側部分７ａの厚みと、裏面側部分７ｂの厚みとを均等にすることができ、表面側部分７ａの硬化収縮量と裏面側部分７ｂの硬化収縮量とに差が生じないようにすることができる。これにより、樹脂封止体７の反りを無くすことができる。
【００４０】
また、放熱板４１に第１の開口部４２ａおよび第２の開口部４２ｂを形成したことで、放熱板４１に伸ばし加工を施して段差部４３を形成する際に放熱板４１に作用する応力を、第２の実施形態半導体装置３０よりもさらに分断、緩和して、放熱板４１が変形するのを防止することができる。これにより、基板実装時に接触不良が発生せず、かつ、放熱性に優れた半導体装置４０を安定した品質で提供することができる。
【００４１】
次に、外部リード６を半田めっきなどで外装する（図示せず）。なお、既にＰｄめっきが施されている場合は、半田外装めっきは不要である。
次に、図示は省略するが、切断装置を用いて、ダムバー４７を切断する。そして、図６（ｅ）に示すように、リード形成装置によって、外部リード６の先端と内枠４８を切断した後、外部リード６をガルウイング形状に屈曲形成し、半導体装置４０を外枠４９から切り離す。このようにして、半導体装置４０を製造する。
【００４２】
なお、上記の実施の形態１〜３においては、搭載部に段差部を形成して、この搭載部を外周部よりも表面側に突出させているが、これに限らず、例えば、図示は省略するが、放熱板の搭載部を外周部に対して滑らかに隆起させることで、搭載部を外周部よりも表面側に突出させても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明にかかる半導体装置は、搭載部に段差部を形成し、搭載部の表裏における樹脂の厚みを均等にすることで、樹脂封止体の反りを無くしたものであり、基板実装時に接触不良が発生するのを防止できるとともに、実装信頼性および放熱性に優れたものであるので、情報通信機器や家電機器などに用いられる半導体装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】（ａ）は、本発明の実施の形態１の半導体装置の構成を概略的に示す平面図、（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図
【図２】（ａ）は、本発明の実施の形態２の半導体装置の構成を概略的に示す平面図、（ｂ）は、図２（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図
【図３】（ａ）は、本発明の実施の形態３の半導体装置の構成を概略的に示す平面図、（ｂ）は、図３（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図
【図４】（ａ）は、本発明の実施の形態３の半導体装置の製造に用いるリードフレームの構成を概略的に示す平面図、（ｂ）は、図４（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図
【図５】リードフレームを製造する工程を示す図
【図６】リードフレームを用いて本発明の実施の形態３の半導体装置を製造する工程を示す図
【図７】従来の半導体装置に反りが発生している状態を示す図
【図８】（ａ）は、従来の半導体装置の構成を概略的に示す平面図、（ｂ）は、図８（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図
【符号の説明】
【００４５】
１    放熱板
２    接着剤
３    半導体素子
４    金属細線
５    内部リード
６    外部リード
７    樹脂封止体
７ａ  表面側部分
７ｂ  裏面側部分
８    開口部
９    絶縁テープ
１０    半導体装置
２０    半導体装置
２１    放熱板
２２    支持リード
２３    段差部
２４    搭載部
２５    外周部
３０    半導体装置
３１    放熱板
３２    第１の開口部
３３    段差部
４０    半導体装置
４１    放熱板
４２ａ  第１の開口部
４２ｂ  第２の開口部
４３    段差部
４４    搭載部
４５    外周部
４６    リードフレーム
４７    ダムバー
４８    内枠
４９    外枠
５０    ガイド孔
【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】
2005235793.tif 000007
【図６】
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【図７】
2005235793.tif 000009
【図８】
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