(57)【要約】【課題】絶縁層の電気的絶縁特性が損なわれることなく、かつ良好な放熱性を確保する。【解決手段】半導体チップ２０と、導電性を有しかつ帯板状に形成されて、その長手方向の一端部が半導体チップに電気接続されるリード３０と、半導体チップから生じる熱を放散する放熱部材４０と、少なくともリードの他端部が露出するように、リードの一端部及び半導体チップを封止するモールド樹脂５０とを備える。放熱部材４０は、半導体チップ及びリードにそれぞれ電気接続される金属箔４１、半導体チップから生じる熱を放散する放熱部４２、及び放熱部と金属箔との間に介装される絶縁層４３を有する。金属箔４１は、半導体チップが搭載されかつリードに電気接続されるチップ搭載部４１Ａと、半導体チップ及びリードにそれぞれ電気接続されるリード接続部４１Ｂに分離して形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと、
導電性を有しかつ帯板状に形成されて、その長手方向の一端部が前記半導体チップに電気接続されるリードと、
前記半導体チップから生じる熱を放散する放熱部材と、
少なくとも前記リードの他端部が露出するように、該リードの一端部及び前記半導体チップを封止するモールド樹脂とを備え、
前記放熱部材が、前記半導体チップ及び前記リードにそれぞれ電気接続される金属箔、前記半導体チップから生じる熱を放散する放熱部、及び前記放熱部と前記金属箔との間に介装される絶縁層を有し、
前記金属箔が、前記半導体チップが搭載されかつ前記リードに電気接続されるチップ搭載部と、前記半導体チップ及び前記リードにそれぞれ電気接続されるリード接続部とに分離して形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記放熱部が、前記絶縁層の前記金属箔とは逆側に接合される金属板と、該金属板の前記絶縁層とは逆側に接合される放熱フィンからな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】
前記放熱部が、前記絶縁層の前記金属箔とは逆側に接合される放熱フィンからな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４】
前記放熱部が、前記絶縁層の前記金属箔とは逆側に接合される金属板からな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５】
前記リードが複数互いに間隔をあけて配置され、かつ、該リードの他端部がそれぞれ同じ方向へ突出していること特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記絶縁層がポリイミドからなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体チップをモールド樹脂で封止する半導体装置では、半導体チップから生じる熱を如何に効率よく放散させるかという課題がある。特に、半導体チップの小型化並びに高性能化が進む近年では、放熱の問題がより大きなウエイトを占めるようになった。
このような課題に対処する半導体装置として、例えば、特許文献１では、半導体チップが搭載されるダイパッド（リードフレーム）の半導体チップとは逆側の面に絶縁層を介して金属板を接合させ、金属板からの放熱を利用して半導体チップを積極的に冷却するものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１５１６１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述した従来の半導体装置では、絶縁層とダイパッドとを接合させる手段として加熱プレスを採用しているが、このような加熱プレスによる接合であると、絶縁層をダイパッドへ接合させる際に、所定高温(例えば１８０℃)下で所定圧力をもって絶縁層をダイパッドに押圧させなければならず、このとき、絶縁層が変形して所定厚さを維持することができずに薄くなったりあるいは損傷したりして、所望の電気的絶縁特性が得られなくなるおそれがあった。
【０００５】
本発明は、上記事情を考慮し、絶縁層の電気的絶縁特性が損なわれることなく、かつ良好な放熱性が得られる半導体装置及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】
【０００６】
この課題を解決するために、本発明の半導体装置は、半導体チップと、導電性を有しかつ帯板状に形成されて、その長手方向の一端部が前記半導体チップに電気接続されるリードと、前記半導体チップから生じる熱を放散する放熱部材と、少なくとも前記リードの他端部が露出するように、該リードの一端部及び前記半導体チップを封止するモールド樹脂とを備え、前記放熱部材が、前記半導体チップ及び前記リードにそれぞれ電気接続される金属箔、前記半導体チップから生じる熱を放散する放熱部、及び前記放熱部と前記金属箔との間に介装される絶縁層を有し、前記金属箔が、前記半導体チップが搭載されかつ前記リードに電気接続されるチップ搭載部と、前記半導体チップ及び前記リードにそれぞれ電気接続されるリード接続部とに分離して形成されていることを特徴とする。
【０００７】
前記半導体装置によれば、金属箔からなるチップ搭載部に半田を介して半導体チップを接合させることができるため、半導体チップをチップ搭載部に接合させる際に絶縁層に無用な押圧力が加わることがなく、絶縁層が損傷等されてその電気的絶縁性能が損なわれるといった事態を回避できる。
【０００８】
また、上記半導体装置によれば、半導体チップから生じる熱が放熱部材、つまり金属箔からなるチップ搭載部、絶縁層及び放熱部を介して直接放散される。したがって、良好な放熱性が確保される。
また、金属箔からなるチップ搭載部は、半導体チップと直接接触して該半導体チップから生じる熱を放熱部に伝達する機能のほか、半導体チップをリードに電気接続する機能も同時に果たす。このように２つの機能を同時に果たすので部品点数を削減できる。加えて、金属箔はそれ自体薄いので、その分、当該半導体装置を薄くすることができる。
【０００９】
そして、前記半導体装置においては、前記放熱部が、前記絶縁層の前記金属箔とは逆側に接合される金属板と、該金属板の前記絶縁層とは逆側に接合される放熱フィンからなることが好ましい。
この構成では、放熱フィンを備えるため、半導体チップから生じる熱を積極的に放散することによって高い放熱性が得られる。このため、発熱量の比較的大きな半導体装置に用いて好適である。
【００１０】
そして、前記半導体装置においては、前記放熱部が、前記絶縁層の前記金属箔とは逆側に接合される放熱フィンからなっていてもよい。
この場合には、放熱フィンを備えるため、半導体チップから生じる熱を積極的に放散することによって高い放熱性が得られるのは前者と共通する。ここでは、それに加え、放熱フィンの金属箔側に金属板を有しないので、より高い放熱性が得られかつ構成の簡素化も図れる。
【００１１】
また、前記半導体装置においては、前記放熱部が、前記絶縁層の前記金属箔とは逆側に接合される金属板からなっていてもよい。
この場合には、放熱部として単なる金属板を用いているので、放熱量としては比較的小さくなるものの、製造のための加工が容易となり、また半導体装置のコンパクト化が実現できる。発熱量の比較的小さな半導体装置に用いて好適である。
【００１２】
また、前記半導体装置においては、前記リードが複数互いに間隔をあけて配置され、かつ、該リードの他端部がそれぞれ同じ方向へ突出していることが好ましい。
この場合、リードの他端部がそれぞれ同じ方向へ突出しているから、いわゆるスルーホール実装タイプの半導体装置となる。表面実装タイプのものに比べ、リードを介して回路基板側に応力を逃がすことができるため、回路基板から外れにくい利点が得られる。
【００１３】
さらに、前記半導体装置においては、前記絶縁層がポリイミドからなるのが好ましい。
この場合、絶縁層をエポキシ樹脂で形成する場合と比べ、絶縁層を薄く設定しても、高い絶縁耐圧を確保することが可能となる。また、絶縁層の厚さを薄く設定できることで、半導体チップからの熱を導電性層から放熱部に効率よく伝達することができ、半導体チップの熱をさらに効率よく逃がすことが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、絶縁層の電気的絶縁特性が損なわれることなく、かつ良好な放熱性が得られる他、半導体装置全体を薄く作ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体装置を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図１及び図２を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、実施形態に係る半導体装置を示す斜視図、図２は、実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
図１に示すように本実施形態に係る半導体装置１は、半導体装置１から複数のリード３０が同じ方向に延びて突出し、該リード３０の端部が回路基板(図示略)のホールに挿入されて固定される、いわゆるスルーホール実装タイプの半導体装置である。
【００１７】
この半導体装置１は、半導体チップ２０と、導電性を有しかつ帯板状に形成されてその長手方向の一端部が半導体チップ２０に電気接続される複数（図示例では４つ）のリード３０（３０Ａ，３０Ｂ）と、半導体チップ２０の下面に接合される放熱部材４０と、半導体チップ２０、リード３０の一部を封止するモールド樹脂５０とを備えて構成されている。
【００１８】
放熱部材４０は、半導体チップ２０及び後述する接続板２１に半田を介して接合される金属箔４１と、半導体チップ２０から生じる熱を放散する放熱部４２と、放熱部４２及び金属箔４１との間に介装される絶縁層４３とを備える。
金属箔４１は、例えば銅箔などのように熱伝導率の高い金属材料を薄膜状に形成したものであり、その厚みは例えば、１８μｍ以上３００μｍ未満に設定される。
【００１９】
放熱部４２は、絶縁層４３の金属箔とは逆側に接合された金属板４５と、金属板４５の絶縁層４３とは逆側に接合された放熱フィン４６から構成されている。
金属板４５は、例えばアルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）などのように熱伝導率の高い金属材料によって構成されており、その厚みは例えば１８μｍ以上３００μｍ以下に設定される。
【００２０】
放熱フィン４６は、金属板４５と同様な材料、例えばアルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）などのように熱伝導率の高い金属材料によって構成されるものであって、金属板４５に接合される板状の基板部４６Ａと、この基板部４６Ａの片側に平行に立設された複数のフィン４６Ｂとからなる（図１参照）。
【００２１】
絶縁層４３は、例えばエポキシ樹脂、フィラー入りのエポキシ樹脂によって構成されてもよいが、絶縁層４３の厚みをより薄く設定することを考慮すれば、例えばポリイミド（ＰＩ）によって構成されることが好ましい。なお、絶縁層４３がポリイミドからなる場合、その厚みは例えば、２５μｍ以上１５０μｍ以下に設定することができる。
【００２２】
これら絶縁層４３及び金属板４５の平面視の形状は、互いに等しくなるように設定されている。すなわち、絶縁層４３及び金属板４５は、半導体チップ２０等を封止するモールド樹脂５０の下面と同じ形状となるように形成されている。
【００２３】
前記金属箔４１は、絶縁層４３や金属板４５と同じ形状に形成されていて、一旦それらと一体的に重ねて接合された後、後工程で個々のチップ搭載部４１Ａ及びリード接続部４１Ｂの形状となるように個々に分離して形成される。つまり、分離して形成された金属箔の一つは、半導体チップ２０を搭載し得るチップ搭載部４１Ａとなり、また、分離して形成された金属箔の他は、半導体チップ２０から延びる接続板２１と電気接続されるリード接続部４１Ｂとなる。
【００２４】
さらに、前記放熱フィン４６の半導体チップ側からの平面視形状は、絶縁層４３及び金属板４５の平面視形状よりも大となるように、それらから外方へ張り出すように形成されている。その形状及び大きさ並びにフィン４６Ｂの具体的形状は、放熱対象である半導体チップ２０からの放熱量に応じて適宜決定される。
【００２５】
半導体チップ２０は、例えばダイオードやトランジスタ等のように通電によって発熱する半導体素子であり、平面視矩形の板状に形成されてその上面及び下面の両方に電極パッドを有して構成されている。この半導体チップ２０は、その下面が半田によってチップ搭載部４１Ａの上面に接合されることで、チップ搭載部４１Ａの上面に重ねて固定されると共に、チップ搭載部４１Ａに電気接続されている。
【００２６】
また、半導体チップ２０は上面に形成された電極パッドに接続板２１の一端が半田を介して接合されており、これら複数の半導体チップ２０のうちいくつかは(この実施形態では２個)、上側の電極パッドから延びる接続板２１の他端が当該半導体チップ２０を固定されたチップ搭載部４１Ａとは異なる他のチップ搭載部４１Ａに半田を介して接合されている。これにより、半導体チップ２０はこれら他のチップ搭載部４１Ａにも電気接続されている。また、半導体チップ２０のうち他のいくつかは(この実施形態では２個)、上側の電極パッドから延びる接続板２１の他端がリード接続部４１Ｂの上面に半田を介して接合されることで、リード接続部４１Ｂに電気接続されている。
【００２７】
各リード３０は、例えば銅などのように電気抵抗が少なくかつ熱伝導率の高い金属材料を帯板状に形成して構成されている。各リード３０の長手方向の一端部３１は、後述するモールド樹脂５０内に埋設される部分であり、チップ搭載部４１Ａを介して半導体チップ２０に電気接続されている。なお、各リード３０の一端部３１は、金属箔４１が存する面と平行な面に沿って互いに間隔をあけて配されている。
【００２８】
一方、各リード３０の他端部３２は、モールド樹脂５０の側面から外部に突出する部分であり、例えば回路基板に形成されたホールに挿入され、この状態で半田により接合されることで、回路基板に電気接続される。さらに、各リード３０は、回路基板のホールにそろって挿入されるよう、先端が同じ長さに揃えられている。なお、それらリードの突出長は、必要に応じて異なっていても良い。
【００２９】
複数のリード３０は、チップ搭載部４１Ａに電気接続される第一リード３０Ａと、リード接続部４１Ｂに電気接続される第二リード３０Ｂに大別される。すなわち、第一リード３０Ａの一端部３１は、図２において下方に屈曲された後、チップ搭載部４１Ａに連結されて電気接続されている。一方、第二リード３０Ｂの一端部３１は、下方に屈曲された後、」リード接続部４１Ｂに連結されて電気接続されている。
【００３０】
モールド樹脂５０は、その内部に半導体チップ２０、接続板２１、リード３０の一端部３１、チップ搭載部４１Ａ及びリード接続部４１Ｂを埋設するように、また、リード３０の他端部３２をモールド樹脂５０の外部に突出させるように形成されている。また、モールド樹脂５０は、放熱部材４０の下面４０ｂ側が露出するように、放熱部材４０の上面４０ａを埋設している。
【００３１】
次に、上記構成の半導体装置１の製造方法の一例について説明する。
半導体装置１を製造する場合には、はじめに、予め互いに接合されて一体的に形成された、平面視同一形状の金属箔４１、絶縁層４３、金属板４５からなる、放熱部材４０の一部の層状部材うち金属箔４１について、チップ搭載部４１Ａ及びリード接続部４１Ｂに対応する領域のみを残すようにエッチング加工を施す。
その後、これら残されたチップ搭載部４１Ａ及びリード接続部４１Ｂの所領箇所に半田ペーストを塗布する。
【００３２】
次いで、これらチップ搭載部４１Ａ上の半田ペーストが塗布された部分に半導体チップ２０を載置する。また、載置した半導体チップ２０の上面にも電極パッド上に半田ペーストを塗布する。そして、半導体チップ２０の電極パッド、チップ搭載部４１Ａ及びリード接続部４１Ｂ上のそれぞれの半田ペースト塗布面に、接続板２１の一端および他端が合致するよう、該接続板２１をそれら半導体チップ２０等上に搭載する。また、チップ搭載部４１Ａ及びリード接続部４１Ｂの別の半田ペースト塗布面上に、リード３０Ａ、３０Ｂの一端部側を載置する。
この状態で、リフローを実施することにより、溶融する半田を介して、半導体チップ２０がチップ搭載部４１Ａに固定され、接続板２１が半導体チップ２０上の電極パッド及びリード接続部４１Ｂに固定され、また、リード３０の一端部がチップ搭載部４１Ａ及びリード接続部４１Ｂに固定される。同時に、半導体チップ２０に関する電気接続が完了する。
【００３３】
その後、前記リード３０の他端部３２を露出させた状態で、半導体チップ２０の電気接続した部分、すなわち、リード３０の一端部３１、前記金属箔４１の上面、前記半導体チップ２０及び接続板２１をそれぞれモールド樹脂５０により封止する。
なお、放熱フィン４６の金属板４５への固定は、モールド樹脂５０による封止を行なった後に行なってもよく、あるいは、半導体チップをリフローにより電気接続する前の工程で行なってもよい。
以上の工程を経て、図１及び図２に示した半導体装置１を製造することができる。
【００３４】
本実施形態の半導体装置１によれば、金属箔からなるチップ搭載部４１Ａに半田を介して半導体チップ２０を接合させることができるため、半導体チップ２０をチップ搭載部４１Ａに接合させる際に絶縁層４３に無用な押圧力が加わることがなく、絶縁層４３が損傷等されてその電気的絶縁性能が損なわれるといった事態を回避できる。
【００３５】
また、チップ搭載部４１Ａは、半導体チップ２０よりも広い面積を有して該半導体チップ２０の下面全域に当接しているので、製造途中あるいは完成後において、半導体チップ２０に何らかの押圧力が加わる場合であっても、そのような押圧力をチップ搭載部４１Ａ並びにその下側の絶縁層４３に逃がすことができ、半導体チップ２０の下面をその一部で支持する場合に比べ、半導体チップ２０が損傷するのを回避できる。
【００３６】
また、上記半導体装置１によれば、半導体チップ２０から生じる熱が放熱部材４０、つまり金属箔４１からなるチップ搭載部４１Ａ、絶縁層４３及び放熱部４２を介して直接放散される。したがって、良好な放熱性が確保される。
また、金属箔からなるチップ搭載部４１Ａは、半導体チップ２０と直接接触して該半導体チップから生じる熱を放熱部４２に伝達する機能のほか、半導体チップ２０をリード３０に電気接続する機能も同時に果たす。このように２つの機能を同時に果たすので部品点数を削減できる。加えて、金属箔はそれ自体薄いので、その分、当該半導体装置１を薄くすることができる。
【００３７】
また、本実施形態の半導体装置１では、チップ搭載部４１Ａが半導体チップ２０及びリード３０に、またリード接続部４１Ｂが半導体チップ２０から延びる接続板２１及びリード３０にそれぞれ電気接続されて半導体装置１の電流経路を構成しているが、放熱部材４０の金属箔４１と金属板４５との間に絶縁層４３を設けているため、半導体装置１の電流経路が、放熱部材４０を介して回路基板に短絡することも防止できる
【００３８】
また、前記半導体装置１においては、放熱部４２を金属板４５と放熱フィン４６によって構成し、しかも、放熱フィン４６として、その平面視形状が絶縁層４３や金属板４５の平面視形状よりも大きいものを用いているので、半導体チップ２０から生じる熱をより積極的に放散することができる。このため、発熱量の比較的大きな半導体装置に用いて好適である。
【００３９】
また、本実施形態の半導体装置１においては、前記リード３０が複数互いに間隔をあけて配置され、かつ、該リード３０の他端部３２がそれぞれ同じ方向へ突出して形成する、いわゆるスルーホール実装タイプの半導体装置であるから、表面実装タイプのものに比べ、リード３０を介して回路基板側に応力を逃がすことができるため、回路基板から外れにくい利点が得られる。
【００４０】
さらに、前記半導体装置においては、前記絶縁層４３としてポリイミドを用いる場合、絶縁層をエポキシ樹脂で形成する場合と比べ、絶縁層を薄く設定しても、高い絶縁耐圧を確保することが可能となる。また、絶縁層の厚さを薄く設定できることで、半導体チップからの熱を導電性層から金属板に効率よく伝達することができ、半導体チップの熱をさらに効率よく逃がすことが可能となる。
【００４１】
以上、実施形態により本発明の詳細を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、前記実施形態では、本発明をスルーホール実装タイプの半導体装置１に適用した例を示したが、これに限られることなく、表面実装タイプの半導体装置にも本発明は適用可能である。
【００４２】
また、前記実施形態では放熱部材４０の放熱部４２を金属板４５と放熱フィン４６により構成したが、これに限られることなく、放熱部４２を放熱フィン４６のみによって構成してもよい。この場合、放熱フィン４６を備えるため、半導体チップ２０から生じる熱を積極的に放散することによって高い放熱性が得られるのは前記実施形態と共通するが、この構成では、それに加えて、放熱フィンの金属箔側に金属板４５を有しないので、より高い放熱性が得られかつ構成の簡素化が図れる。
【００４３】
また、放熱部４２を金属板４５のみによって構成してもよい。この場合、放熱部として単なる金属板によって構成するので、半導体チップからの熱を放散する放熱量としては比較的小さくなるものの、製造のための加工が容易となり、また装置のコンパクト化が実現できる。発熱量の比較的小さな半導体装置に用いて好適である。
【００４４】
また、前記実施形態では、半導体装置に備える半導体チップ２０の数は４つとしたが、これに限られることなく、半導体チップ２０の数は、単数であっても、あるいは４以外の複数であっても良い。なお、半導体チップ２０の数が変われば、それに応じてリード３０、チップ搭載部４１Ａ、リード接続部４１Ｂの数も適宜変化する。
【符号の説明】
【００４５】
１  半導体装置
１０  ダイパッド
２０  半導体チップ
２１  接続板
３０  リード
３０Ａ  第一リード
３０Ｂ  第二リード
３１  リードの一端部
３２  リードの他端部
４０  放熱部材
４１  金属箔
４１Ａ  チップ搭載部
４１Ｂ  リード接続部
４２  放熱部
４３  絶縁層
４５  金属板
４６  放熱フィン
５０  モールド樹脂
【図１】
2013069911.tif 000003
【図２】
2013069911.tif 000004