(57)【要約】【課題】従来の小型半導体パッケージに半導体チップが搭載された半導体装置は、金属パッケージベースの外部端子部と半導体チップとの距離を小さくすると実装用の半田が半導体チップと接触して電気的特性や信頼性に影響を与え、半田の侵入防止のために樹脂充填や部分メッキを行うとコストが高価になるという課題がある。【解決手段】Ｕ字形状をした金属パッケージベースと、表面電極および裏面電極を備え前記Ｕ字形状の内側底面部に搭載された半導体チップとを有し、前記Ｕ字形状の先端位置は前記半導体チップの表面の高さよりも高く、前記パッケージベースのＵ字形状内側面において前記表面位置と前記先端位置との間にはソルダー這い上がり防止帯が備えられている構造とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｕ字形状をした金属パッケージベースと、少なくとも表面電極を備え前記Ｕ字形状の内側底面部に搭載された半導体チップとを有し、前記Ｕ字形状の先端位置は前記半導体チップの表面の高さよりも高く、前記パッケージベースのＵ字形状内側面において前記表面位置と前記先端位置との間にはソルダー這い上がり防止帯が備えられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記パッケージベースの前記這い上がり防止帯の位置には、溝が切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】
前記溝は、前記半導体チップの表面と平行する方向に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記溝は、前記半導体チップの表面と直行する方向に設けられ、前記先端位置に達することを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記パッケージベースの前記這い上がり防止帯の位置には、絶縁性樹脂帯が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６】
前記パッケージベースの前記這い上がり防止帯の位置には、前記パッケージベースに施されているメッキ層がないことを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記半導体チップの前記表面電極には前記先端位置と略等しい高さの半田バンプまたは半田ボールが設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか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のパッケージに関し、特にチップサイズに近く、放熱性に優れたパッケージ構造の半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置を実装した電子回路は、近年における高集積化の要求により、個々の半導体装置のパッケージをより小型化することが要求されている。このようにパッケージの小型化を図った半導体装置としてチップサイズパッケージ（ＣＳＰ）が提案されている。
【０００３】
特許文献１はこの一例を示すもので、図６に特許文献１の半導体装置の平面図を示し、図７に縦断面図を示す。これらの図に示されるように、従来の半導体装置は半導体チップよりも若干大きな寸法の金属板を加工して皿状に形成し、この皿状の金属板１００の凹部内に半導体チップ３０を搭載する。半導体チップ３０はＭＯＳトランジスタチップの例であり、半導体チップ３０の裏面にドレイン電極が形成されており、このドレイン電極を凹部の底面１０１に樹脂１０２で直接固着し、かつ半導体チップ３０の周囲の凹部内にも樹脂１０２を充填して封止する。また、半導体チップ３０の表面にはゲート電極３７とソース電極４０が形成されており、前記金属板１００の周辺部の上部表面とほぼ同一平面になるように形成されている。そして、前記金属板１００の周辺部の上部表面の複数領域をドレイン接続電極１０５として構成している。この半導体装置を図外の実装基板にフェースダウンにより実装することで、このドレイン接続電極１０５が実装基板に設けられたドレイン接続電極用のパッド部に接続され、同時にゲート電極３７とソース電極４０がそれぞれゲート電極用及びソース電極用の各パッド部に接続される。
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００１／００４８１１６号明細書（第３頁、ＦＩＧ．２０−２１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この半導体装置について本発明者が検討を加えたところ次のような問題が潜在していることが明らかとなった。この従来の半導体装置は、半導体チップ３０の表面と前記金属板１００の周辺部の上部表面とほぼ同一平面であるため、半導体装置を半田等のソルダーによって実装基板に取り付ける際に、ドレイン接続電極１０５に供給されたソルダーはソルダー量が多くなるとドレイン接続電極１０５からはみ出て前記金属板１００の内側に這い上がり、接着樹脂１０３との境界まで流れ込み、前記金属板１００の内側にソルダーだまりが生じる。このソルダーが半導体チップ３０の端部に接触しないように接着樹脂１０３は所定の幅が必要とされる。このように、ソルダーの這い上がりによってソルダーが半導体チップ３０の端部あるいは側面部に接触しないように半導体チップ３０の側面と金属板１００の側面との間は、比較的大きな隙間が空けられており、金属板１００の平面外形寸法は半導体チップ３０の平面寸法よりもかなり大きなものとなっている。半導体チップ３０の側面と金属板１００の側面との間隔は例えば０．５ｍｍ程度が空けられ、この半導体チップの側面空間は伝導性樹脂１０２が充填され、更にその上に接着樹脂１０３が充填される。
【０００６】
このように、従来の半導体装置は、金属板の外部端子部と半導体チップとの距離を大きく取っているため、半導体チップに比較して半導体装置全体の寸法が大きくなってしまっていた。また、その距離を小さくすると実装の際に接続に用いる半田が、半導体チップと接触して、電気的特性や信頼性に影響を与えることがあった。また、半田の浸入を防止するための樹脂充填や部分メッキをしない場合には、大きく半田の這い上がりが生じ、接続に寄与する半田の量が一定とならないため、接続の信頼性が安定せず、使用環境において不具合が発生する可能性がある。半導体チップの側部の空間へ樹脂を充填する場合は、樹脂材料および注入・硬化作業にコストが掛かり高価になる。この作業はこの空間が微細なほど樹脂の定量供給、注入位置決めの点で困難となって、小型なものに適さない。また、部分メッキは、選択的に実施するためのマスクや、フォトリソグラフィ手段が必要であり、高価となってしまい、また、精度的な面で冗長な設計が必要で小型化できない。    
本発明の目的は、半導体チップを樹脂封止しない小型半導体パッケージにおいて、半導体パッケージを部分メッキすることなしに、安価で、更なる小型化が可能な実装の信頼性の高い半導体装置を提供するものである。  
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、Ｕ字形状をした金属パッケージベースと、少なくとも表面電極を備え前記Ｕ字形状の内側底面部に搭載された半導体チップとを有し、前記Ｕ字形状の先端位置は前記半導体チップの表面の高さよりも高く、前記パッケージベースのＵ字形状内側面において前記表面位置と前記先端位置との間にはソルダー這い上がり防止帯が備えられていることを特徴とする。
【０００８】
ここで、前記パッケージベースの前記這い上がり防止帯の位置には、溝が切られていることが好ましい。前記溝は、前記半導体チップの表面と平行する方向に設けられている構成としてもよい。
【０００９】
前記溝は、前記半導体チップの表面と直行する方向に設けられ、前記先端位置に達する構成としてもよい。
【００１０】
また前記パッケージベースの前記這い上がり防止帯の位置には、絶縁性樹脂帯が設けられている構成としてもよい。更に前記パッケージベースの前記這い上がり防止帯の位置には、前記パッケージベースに施されているメッキ層がない構成としてもよい。
【００１１】
尚、前記半導体チップの前記表面電極には前記先端位置と略等しい高さの半田バンブまたは半田ボールが設けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は以上説明したようにＵ字形状に加工された金属パッケージベースの先端位置に電極として外部端子部を設け、この外部端子部にソルダー這い上がり防止帯を備えることによって、半田等のソルダーが外部端子部から半導体チップ側に這い上がることを防止できるため、半導体チップの側面にソルダーが浸入せず、これにより、金属パッケージベース内壁面と半導体チップの側面との距離を０．１０ｍｍ以下まで接近させた設計とすることができる。また、実装用ソルダーは半導体チップの側面または表面エッジ部に接触することがないため、電気的特性不具合や、機械的力による不具合の発生が防止できる。また、ソルダーの広がりばらつきを抑えることができるので、接続部のソルダーの形状が安定し、それによって接続の信頼性も安定して実装後の不具合が生じにくい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の第１の実施の形態の半導体装置の構造を示し、半導体チップの外周を樹脂封止しない小型半導体パッケージに半導体チップが搭載された半導体装置の斜視図である。
【００１４】
Ｕ字形状をした金属パッケージベース１は銅または銅の合金等で形成されており、Ｕ字形状の先端位置には電極として外部端子部６が設けられる。この電極は１つでも構わないが、本第１の実施の形態においては4つの電極が設けられている。この金属パッケージベース１のＵ字形状内側の底辺部に半導体チップ２を導電ペースト３などで固着する。
【００１５】
このように、Ｕ字形状に加工された金属パッケージベース１の内側にある底辺部に半導体チップ２が固着されるため、半導体チップ２と金属パッケージベース１との良好な導電を得るため、内側の面にはＡｇメッキなどのメッキ層４を形成し、更に外部端子部６には外側の面も含めた全面にメッキ層４を形成し、半田付け性を確保している。
【００１６】
半導体チップ２の表面には半田バンプを有する半田付け用の表面電極５を形成する。外部端子部６の先端部１４と表面電極５の半田バンプ上面をほぼ同一面、好ましくは５０μｍ以内の高低差内に位置させることにより、実装基板に半導体装置を実装する際にこれらの電極を一括して良好に半田接続でき、半導体チップ２の裏面電極は外部端子部６を通して外部と接続され、半導体チップ２の表面電極５は半田バンプを介して外部と接続される。
【００１７】
このＵ字形状の先端位置にある外部端子部６は半導体チップ２の表面の高さよりも高く、前記パッケージベース１のＵ字形状内側面において半導体チップ２の表面位置と外部端子部６の先端位置との間にソルダー這い上がり防止帯を備え、このソルダー這い上がり防止帯は、溝を設けること、或いは樹脂を被覆することによって構成される。第１の実施の形態においてはソルダーの這い上がり防止帯として半導体チップ２の表面と平行する水平の溝７を形成し、この溝７の位置は、固着された半導体チップ２の表面の高さとほぼ同一か、あるいは外部端子部６寄りに形成する。
【００１８】
図２（ａ）はこの溝７の部分を含む拡大断面図を示すもので、金属パッケージベース１の表面はメッキ層４で覆われているが、溝７の部分にはメッキ層４は除去されている。金属パッケージベース1はプレスやエッチングなどで外形を形成された後にメッキ処理が施されるが、このメッキ層４の面に傷をつけることによりメッキ層４が除去されてメッキ面が不連続となり、溝７が形成される。
【００１９】
図３（ａ）は、前記第１の実施の形態における半導体装置を実装基板１０に実装した場合の断面図であり、実装用のソルダーとして半田が用いられる。実装基板１０上に設けた基板銅箔パターン１１と外部端子部６とを半田９によって接続する際に、この半田９は過熱されて溶け、溶けた半田は外部端子部６の先端部１４側から半導体チップ２が搭載されている方に向かって這い上がってくるが、溝７は、メッキ層４を除去してあるため、半田９の広がりを妨げる不連続部分として機能し、半田９の這い上がりをこの溝７の手前で制限できるため、図３（ａ）に示されるように、半導体チップ２の側の方には実装用の半田９が浸入せず、半田９が半導体チップ２の側面または表面のエッジ部に接触して生じる電気的特性不具合や、機械的な力による不具合の発生が防げる。すなわち、これにより、金属パッケージベース１と半導体チップ２の側面との距離を０．１０ｍｍ以下まで接近させた設計とすることが可能となる。例えば、０．０５ｍｍの間隔にまで小さくすることができる。また、半田９の広がりのばらつきを抑えることができるので、接続部の半田９の形状が安定し、それによって接続の信頼性も安定して実装後の不具合が生じにくくなる。
【００２０】
第２の実施の形態として、図２（ｂ）は、金属パッケージベース１の外形の形成時に、プレスやエッチングなどで溝１２を形成し、その後メッキ処理を施すことにより溝の内壁にメッキ層４を形成するもので、第１の実施の形態よりも溝の幅及び深さを大きくしたものである。溝１２は、第１の実施の形態と同様に、外部端子部６の内側表面に、半導体チップ２の表面と平行する水平方向に形成され、半導体チップの表面の高さとほぼ同一か、あるいは外部端子部６寄りに形成される。図３（ｂ）は、第２の実施の形態における半導体装置を実装した場合の部分断面図である。この構成においては、半田９は溝１２内へ流れこむものの、半田９の量に対して溝１２内の容積を十分確保しておくことにより、溝１２から外へ更に流れ出すことが制限され、図３（ｂ）に示されるように、この溝１２が半田９の広がりを妨げる不連続部分として機能して、半田９の這い上がりをこの溝１２の部分で制限できる。
【００２１】
第３の実施の形態として、図２（ｃ）は、半田９の広がりを妨げる不連続部分として絶縁性樹脂帯８を形成するものである。絶縁性樹脂帯８は、外部端子部６の内側表面に、半導体チップ２の表面と平行する水平方向に形成され、半導体チップ２の表面の高さとほぼ同一の高さに形成される。絶縁性樹脂帯８を被覆する場合は、エポキシ樹脂など耐熱性のある樹脂を主成分とするインクを転写や塗布し、乾燥や加熱、ＵＶ照射など硬化処理を行って形成する。この構成においては、半田９は絶縁性樹脂帯８により流れ出すことが制限され、第１の実施の形態と同様に、この絶縁性樹脂帯８が半田９の広がりを妨げる不連続部分として機能して、半田９の這い上がりをこの絶縁性樹脂帯８の部分で制限できる。また、絶縁性樹脂帯８のにじみを抑えるため、前述同様の溝を加えて形成した構造としても良い。
【００２２】
第４の実施の形態として、図４は、外部端子部６の内側に縦の溝１３を形成するもので、溝１３は、半導体チップ２の表面の高さとほぼ同一の高さから半導体チップ２の表面と直交する垂直方向に先端部１４に至るように形成される。図５は、第４の実施の形態における半導体装置を実装した場合の断面図である。この構成においては、半田９は溝１３内へ流れこむものの、半田９の量に対して溝１３内の容積を十分確保しておくことにより、溝１３から外へ更に流れ出すことが制限され、この溝１３が半田９の広がりを妨げる不連続部分として機能して、半田９の這い上がりをこの溝１３の部分で制限できる。
【００２３】
以上の各実施形態では、本発明をＭＯＳＦＥＴに適用した例を示しているが、バイポーラトランジスタ、ダイオード、あるいはＩＣ等の他の半導体チップを搭載する半導体装置についても本発明を同様に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施の形態の半導体装置の構造を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１、第２及び第３の実施の形態の半導体装置の一部を拡大した断面図である。
【図３】本発明の第１及び第２の実施の形態における半導体装置を実装基板に実装した場合の断面図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態の半導体装置の構造を示す斜視図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態における半導体装置を実装基板に実装した場合の断面図である。
【図６】従来の半導体装置の一例を示す平面図である。
【図７】従来の半導体装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  金属パッケージベース
２  半導体チップ
３  導電ペースト
４  メッキ層
５  表面電極
６  外部端子部
７、１２、１３  溝
８  絶縁性樹脂帯
９  半田
１０  実装基板
１１  基板銅箔パターン
１４  先端部
【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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