(57)【要約】  【課題】  従来の半導体パッケージは、必ずしも十分に高い信頼性を有しない。  【解決手段】  リードフレームのダイパッド１に搭載された半導体素子３と、リードフレームのリード４と、半導体素子３のパッド電極と、を電気的に接続するボンディングワイヤー５と、ダイパッド１と、リード４と、をリード４の一部が露出するように封止する封止樹脂６と、を備えた半導体パッケージであって、複数の四角錐台状の突起体が、リードフレームの表面の少なくとも一部に形成されている、半導体パッケージである。【選択図】  図１
2013165125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リードフレームのダイパッドに搭載された半導体素子と、
前記リードフレームのリードと、前記半導体素子のパッド電極と、を電気的に接続するボンディングワイヤーと、
前記ダイパッドと、前記リードと、を前記リードの一部が露出するように封止する封止樹脂と、
を備えた半導体パッケージであって、
複数の四角錐台状の突起体が、前記リードフレームの表面の少なくとも一部に形成されている、半導体パッケージ。
【請求項２】
前記突起体の頭頂部は、外側への迫り出しを有する、請求項１記載の半導体パッケージ。
【請求項３】
複数の前記突起体は、格子状に配列され、複数のＶ溝を間に形成しており、前記半導体素子を搭載するための前記ダイパッドの領域と、前記ボンディングワイヤーを接続するための前記リードの領域と、には設けられていない、請求項１記載の半導体パッケージ。
【請求項４】
複数の前記Ｖ溝は、前記半導体素子の辺に平行である、請求項３記載の半導体パッケージ。
【請求項５】
前記半導体素子を搭載するための前記ダイパッドの前記領域は、前記半導体素子よりも大きい、請求項３記載の半導体パッケージ。
【請求項６】
前記突起体の頭頂部は、外側への迫り出しを有し、
前記迫り出しは、隣接する前記突起体の間に形成された前記Ｖ溝の中心に達していない、請求項３記載の半導体パッケージ。
【請求項７】
リードフレームのダイパッドに搭載された半導体素子と、前記リードフレームのリードと、前記半導体素子のパッド電極と、を電気的に接続するボンディングワイヤーと、前記ダイパッドと、前記リードと、を前記リードの一部が露出するように封止する封止樹脂と、を備えた半導体パッケージの製造方法であって、
複数の四角錐台状の突起体が前記リードフレームの表面の少なくとも一部に形成されるように、所定の突起が設けられた突起付きの金型を押圧する突起付き金型押圧ステップと、
前記突起体の頭頂部が外側への迫り出しを有するように、平形の金型を押圧する平形金型押圧ステップと、
を備えた、半導体パッケージの製造方法。
【請求項８】
前記所定の突起は、前記半導体素子を搭載するための前記ダイパッドの領域に対応する前記突起付きの金型の領域と、前記ボンディングワイヤーを接続するための前記リードの領域に対応する前記突起付きの金型の領域と、には設けられていない、請求項７記載の半導体パッケージの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば、汎用インバーター、サーボモーター、工作機械およびエレベーターのモーター、電気自動車、ならびに太陽光、風力および燃料電池を利用する発電システム、などのパワー半導体モジュールに利用するための、半導体パッケージ、および半導体パッケージの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子がダイパッドに搭載され、その外囲領域が封止樹脂で封止された半導体パッケージのプリント基板および筐体への実装は、半田ペーストが、プリント基板とリードとの間、および筐体とヒートシンクとの間にそれぞれ塗布された半導体パッケージを赤外線リフロー炉、ベーパーフェーズリフロー炉、およびエアーリフロー炉などを通すことによって行われる。
【０００３】
半導体パッケージはこのようなリフロー処理過程において２１５〜２４０℃に加熱されるので、半導体パッケージの封止樹脂内に吸湿されていた水分がパッケージ内で急速に水蒸気化し、封止樹脂と、ヒートシンクおよびリードと、の界面での剥離が生じることがある。
【０００４】
そして、剥離にともなうパッケージクラックおよびボンディングワイヤー断線などが、発生することがある。
【０００５】
そこで、図１１を主として参照しながら、そのような従来の半導体パッケージにおけるパッケージクラックおよびボンディングワイヤー断線について具体的に説明する。
【０００６】
なお、図１１は、従来の半導体パッケージの模式的な部分断面図である。
【０００７】
封止樹脂３０６と、ヒートシンク３０１およびリード３０４と、の界面に蓄積された水分は、リフロー処理により加熱され急速に水蒸気となる。
【０００８】
封止樹脂３０６と、ヒートシンク３０１およびリード３０４と、の界面での剥離がこのような水蒸気の圧力によって発生し、クラック３０７が水平方向に進行して、ボンディングワイヤー３０５が切断されてしまうことがある。
【０００９】
近年、半田実装における鉛フリー化の社会的要求が強く、鉛を含まない半田を用いる半田実装が必要となっており、実装上限温度は従来に比べておよそ２０℃高い２６０℃となり、このようなパッケージクラックおよびボンディングワイヤー断線は深刻になってきている。
【００１０】
なお、封止樹脂３０６と、ヒートシンク３０１およびリード３０４と、の界面での剥離を発生させるつぎのような要因も、指摘される。
【００１１】
すなわち、たとえば銅または銅系合金を用いたリードフレームに関しては、半田リフロー処理における、封止樹脂３０６の熱膨張と、ヒートシンク３０１およびリード３０４の熱膨張との差が、これらの界面での剥離を発生させることがある。
【００１２】
これは、封止樹脂の熱膨張係数α（≒１０〜１５×１０−６／℃）が銅合金の熱膨張係数α（≒１７×１０−６／℃）に比べて低いので、これらの差に比例する熱応力が発生するからである。
【００１３】
以上で説明された主として二つの要因はリフロー処理過程において相乗的に作用し、剥離が進行してしまう。
【００１４】
このようなパッケージクラックおよびボンディングワイヤー断線に対処するために、リードフレームの表面の粗化処理によってその表面積をより大きくしてリードフレームと封止樹脂との界面における密着性を改善するつぎのような従来の半導体パッケージの製造方法が、封止樹脂材料またはリードフレーム形状の改善などによる方法の他に知られている。
【００１５】
第一の従来の半導体パッケージの製造方法は、サンドブラストを利用する方法である。
【００１６】
第一の従来の半導体パッケージの製造方法においては、半導体素子の実装領域、リードのワイヤーボンディング領域、封止エリア外のヒートシンク部、およびリード部などの、粗化されるべきではない部分をマスクでカバーし、リードフレームの表面に微小な凹凸をサンドブラストで付加する。
【００１７】
なお、半導体素子の実装領域、およびリードのワイヤーボンディング領域が粗化されると、溶融したダイボンド層の材料であるダイボンド材が凹凸に沿って半導体素子の実装領域の外に流出し、ダイボンド層の形成が妨げられり、電気接続がワイヤーボンディング不良により不安定になることがある。
【００１８】
また、封止エリア外のヒートシンク部、およびリード部が粗化されると、樹脂封止時にアウターリード部にはみ出た薄い樹脂バリがその後のバリ取り工程で除去できず、実装時の半田濡れ不良が発生することがある。
【００１９】
第二の従来の半導体パッケージの製造方法は、メッキを利用する方法である（たとえば、特許文献１参照）。
【００２０】
第二の従来の半導体パッケージの製造方法においては、リードフレームの封止樹脂と接する表面に凹凸の激しいメッキを施し、ワイヤーボンディングに必要な部分にその凹凸の激しいメッキの上から金属メッキを施して接続用メッキ部を形成する。
【００２１】
すなわち、第二の従来の半導体パッケージの製造方法においては、インナーリード先端などにＡｇメッキを部分的に施し、リードフレーム全面に針状のＣｒ−Ｚｎ合金メッキを施し、Ａｇメッキの部分が開口しているマスクを治具として利用してＡｇメッキの上のＣｒ−Ｚｎ合金メッキを剥離液の中で陽極にして電解剥離を行い、ワイヤーボンディングが可能なＡｇメッキ面を露出させる。
【００２２】
なお、メッキを選択的に施すためのマスクおよび粘着テープによるマスキング、電着レジスト塗布、およびレジスト剥離を行う工程などが、必要である。
【００２３】
また、メッキ金属に対応したメッキ槽および剥離槽も、必要である。
【００２４】
ここに、前述された従来の半導体パッケージにおけるリードフレームと封止樹脂との界面における密着性がかなり向上されていることは、本発明者による密着力測定実験によって検証されている。
【００２５】
そこで、図１２を主として参照しながら、このような従来の半導体パッケージにおけるリードフレームと封止樹脂との界面における密着性がかなり向上されている点について具体的に説明する。
【００２６】
なお、図１２は、従来の半導体パッケージにおけるリードフレームと封止樹脂との界面における密着性を説明するための模式的な斜視図である。
【００２７】
成形圧力３．５Ｍｐａ、成形温度１７５℃でトランスファー成形された直径３．５６８ｍｍ、面積１０ｍｍ２、高さ３ｍｍの封止樹脂柱３０９が板厚１ｍｍの銅板３０８の上に設けられ、力Ｆが印加される。
【００２８】
封止樹脂柱３０９が銅板３０８より剥離するときの界面破壊強度は、粗化が第一の従来の半導体パッケージの製造方法によって行われた表面粗さＲｚが１２２μｍであるサンプル、および粗化が行われていない表面粗さＲｚが１１μｍであるサンプルについて、それぞれ測定された。
【００２９】
粗化が行われたサンプルの界面破壊強度は２３Ｍｐａであり、粗化が行われていないサンプルの界面破壊強度は１１Ｍｐａである。
【００３０】
よって、リードフレームの表面の粗化処理は、リードフレームと封止樹脂との界面における密着性を向上させるといえる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３１】
【特許文献１】特開２００２−２９９５３８公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３２】
しかしながら、前述された従来の半導体パッケージは必ずしも十分に高い信頼性を有しないことが、判明した。
【００３３】
より具体的に説明すると、前述された従来の半導体パッケージの製造方法においてはリードフレームの表面の粗化処理がサンドブラストまたはメッキを利用して行われる。
【００３４】
そのため、粗化処理によって形成される凹凸は、必然的にリードフレームの表面に不規則に配列される。
【００３５】
結果的に、樹脂封止時における封止樹脂の流れが不規則に配列された凹凸に妨げられ、エアトラップが発生し、ウエルドボイドと呼ばれる気泡がリードフレームの上に残留するので、半導体パッケージの信頼性が低下することがあった。
【００３６】
なお、第一の従来の半導体パッケージの製造方法においては、粗化されるべきではない部分をカバーするマスクを製作する工程、およびリードフレームにマスクを位置合わせする工程などが上述の通り必要であり、製造コストが高くなる場合が多い。そして、サンドブラスト処理を行う工程が必要であるので、リードタイムが長くなりがちである。
【００３７】
また、第二の従来の半導体パッケージの製造方法においては、マスキング、電着レジスト塗布、およびレジスト剥離を行う工程などが上述の通り必要であり、製造コストが高くなる場合が多い。そして、メッキ処理および剥離処理を行う工程が必要であるので、リードタイムが長くなりがちであり、環境負荷がメッキ液や剥離液の廃液処理などのために高くなりやすい。
【００３８】
本発明は、前述された従来の課題を考慮し、より高い信頼性を確保することが可能な、半導体パッケージ、および半導体パッケージ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】
【００３９】
第１の本発明は、リードフレームのダイパッドに搭載された半導体素子と、
前記リードフレームのリードと、前記半導体素子のパッド電極と、を電気的に接続するボンディングワイヤーと、
前記ダイパッドと、前記リードと、を前記リードの一部が露出するように封止する封止樹脂と、
を備えた半導体パッケージであって、
複数の四角錐台状の突起体が、前記リードフレームの表面の少なくとも一部に形成されている、半導体パッケージである。
【００４０】
第２の本発明は、前記突起体の頭頂部は、外側への迫り出しを有する、第１の本発明の半導体パッケージである。
【００４１】
第３の本発明は、複数の前記突起体は、格子状に配列され、複数のＶ溝を間に形成しており、前記半導体素子を搭載するための前記ダイパッドの領域と、前記ボンディングワイヤーを接続するための前記リードの領域と、には設けられていない、第１の本発明の半導体パッケージである。
【００４２】
第４の本発明は、複数の前記Ｖ溝は、前記半導体素子の辺に平行である、第３の本発明の半導体パッケージである。
【００４３】
第５の本発明は、前記半導体素子を搭載するための前記ダイパッドの前記領域は、前記半導体素子よりも大きい、第３の本発明の半導体パッケージである。
【００４４】
第６の本発明は、前記突起体の頭頂部は、外側への迫り出しを有し、
前記迫り出しは、隣接する前記突起体の間に形成された前記Ｖ溝の中心に達していない、第３の本発明の半導体パッケージである。
【００４５】
第７の本発明は、リードフレームのダイパッドに搭載された半導体素子と、前記リードフレームのリードと、前記半導体素子のパッド電極と、を電気的に接続するボンディングワイヤーと、前記ダイパッドと、前記リードと、を前記リードの一部が露出するように封止する封止樹脂と、を備えた半導体パッケージの製造方法であって、
複数の四角錐台状の突起体が前記リードフレームの表面の少なくとも一部に形成されるように、所定の突起が設けられた突起付きの金型を押圧する突起付き金型押圧ステップと、
前記突起体の頭頂部が外側への迫り出しを有するように、平形の金型を押圧する平形金型押圧ステップと、
を備えた、半導体パッケージの製造方法である。
【００４６】
第８の本発明は、前記所定の突起は、前記半導体素子を搭載するための前記ダイパッドの領域に対応する前記突起付きの金型の領域と、前記ボンディングワイヤーを接続するための前記リードの領域に対応する前記突起付きの金型の領域と、には設けられていない、第７の本発明の半導体パッケージの製造方法である。
【発明の効果】
【００４７】
本発明により、より高い信頼性を確保することが可能な、半導体パッケージ、および半導体パッケージの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明における実施の形態１の半導体パッケージの模式的な部分断面図
【図２】（Ａ）本発明における実施の形態１の半導体パッケージの模式的な部分平面図、（Ｂ）本発明における実施の形態１の半導体パッケージの模式的な部分断面図
【図３】（Ａ）本発明における実施の形態１の半導体パッケージのリードフレームの表面付近の模式的な部分平面図、（Ｂ）本発明における実施の形態１の半導体パッケージのリードフレームの表面付近の模式的な部分断面図
【図４】本発明における実施の形態１の半導体パッケージのリードフレームの表面付近の模式的な部分拡大断面図
【図５】（Ａ）本発明における実施の形態１の半導体パッケージの製造方法において使用される金型の模式的な部分平面図、（Ｂ）本発明における実施の形態１の半導体パッケージの製造方法において使用される金型の模式的な部分断面図
【図６】（Ａ）本発明における実施の形態１の半導体パッケージの製造方法において使用される金型の表面付近の模式的な部分平面図、（Ｂ）本発明における実施の形態１の半導体パッケージの製造方法において使用される金型の表面付近の模式的な部分断面図
【図７】（Ａ）本発明における実施の形態１の半導体パッケージのリードフレームの表面付近の写真、（Ｂ）本発明における実施の形態１の半導体パッケージのリードフレームの表面付近の隆起部が形成された後の模式的な部分拡大断面図、（Ｃ）本発明における実施の形態１の半導体パッケージのリードフレームの表面付近の迫り出しが形成された後の模式的な部分拡大断面図
【図８】（Ａ）本発明における実施の形態１の半導体パッケージの製造方法を説明するための模式的な部分断面図（その１）、（Ｂ）本発明における実施の形態１の半導体パッケージの製造方法を説明するための模式的な部分断面図（その２）、（Ｃ）本発明における実施の形態１の半導体パッケージの製造方法を説明するための模式的な部分断面図（その３）、（Ｄ）本発明における実施の形態１の半導体パッケージの製造方法を説明するための模式的な部分断面図（その４）
【図９】本発明における実施の形態２の半導体パッケージの模式的な部分断面図
【図１０】本発明における実施の形態１の半導体パッケージの製造方法を説明するための模式的な部分断面図
【図１１】従来の半導体パッケージの模式的な部分断面図
【図１２】従来の半導体パッケージにおけるリードフレームと封止樹脂との界面における密着性を説明するための模式的な斜視図
【発明を実施するための形態】
【００４９】
以下、図面を参照しながら、本発明における実施の形態について詳細に説明する。
【００５０】
なお、容易な理解を促進するために、図示されている寸法の比率が、実際のそれとは時に異なっている。
【００５１】
（実施の形態１）
はじめに、図１を主として参照しながら、本実施の形態の半導体パッケージの構成および動作について説明する。
【００５２】
なお、図１は、本発明における実施の形態１の半導体パッケージの模式的な部分断面図である。
【００５３】
本実施の形態の半導体パッケージは、銅からなるリードフレームの、ヒートシンクを兼ねているダイパッド１が内蔵されたヒートシンク内蔵型半導体パッケージである。
【００５４】
ボンディングワイヤー５は、ダイパッド１の上にダイボンド層２を介して搭載された半導体素子３の上面の電極パッド（図示せず）と、リードフレームのリード４と、を電気的に接続している。
【００５５】
ボンディングワイヤー５と、半導体素子３を含む外囲領域と、は、ダイパッド１の一部を露出させた状態でモールドを利用することによって封止樹脂６で封止されている。
【００５６】
リード４は、半導体パッケージの側面から取り出されてガルウィング形状に成形されている。
【００５７】
つぎに、図２（Ａ）および（Ｂ）を主として参照しながら、本実施の形態の半導体パッケージの構成および動作についてより具体的に説明する。
【００５８】
なお、図２（Ａ）は本発明における実施の形態１の半導体パッケージの模式的な部分平面図であり、図２（Ｂ）は本発明における実施の形態１の半導体パッケージの模式的な部分Ａ−Ｂ断面図である。
【００５９】
格子状に配列され、複数のＶ溝１１を間に形成している複数の四角錐台状の突起体１０は、半導体素子３が搭載される領域１２に設けられていない。
【００６０】
Ｖ溝１１は半導体素子３の辺に平行に直線状に連なって設けられており、突起体１０は交差する複数のＶ溝１１によって形成されている。
【００６１】
領域１２の縦および横の幅は領域１２の縦および横の幅よりもそれぞれ０．５ｍｍだけ大きく、領域１２は０．２５ｍｍの幅を持った外周部分だけ半導体素子３よりも広い。
【００６２】
突起体１０は領域１２に設けられていないので、溶融したダイボンド材はダイボンド層２が形成されるときにＶ溝１１に沿って流出しないで領域１２に留まり、ダイボンド層２の形成は良好に行われている。
【００６３】
領域１２は半導体素子３よりも広いので、溶融したダイボンド材は表面張力により半導体素子３の周囲にフィレット２ａを形成している。
【００６４】
フィレット２ａは上記の外周部分の間隔をバランス良く保つように作用するので、半導体素子３はセルフアライメント効果により領域１２の中心に位置合わせされる。
【００６５】
もちろん、このような外周部分の幅の数値は、使用されるダイボンド材の性質、半導体素子３の大きさ、およびリードフレームとの濡れ性などに応じた、実験などによって得られる適正値であることが好ましい。
【００６６】
なお、同数値が小さすぎると、溶融したダイボンド材が半導体素子３の壁面を這い上がりやすいので、実装不良が発生することがある。
【００６７】
また、同数値が大きすぎると、溶融したダイボンド材が濡れ広がる領域が大きくなりやすいので、上記のセルフアライメント効果が小さくなることがある。
【００６８】
突起体１０は、半導体素子３の上面の電極パッド（図示せず）と電気的に接続されるリード４のボンディングワイヤー接続領域に設けられていない。
【００６９】
突起体１０はリード４のボンディングワイヤー接続領域に設けられていないので、ワイヤーボンディング接続は良好に行われている。
【００７０】
なお、凹凸がそのようなボンディングワイヤー接続領域に形成されていると、超音波および荷重が安定して伝わらず、安定したワイヤーボンディングが困難になるので、接続不良が発生することがある。
【００７１】
つぎに、図３（Ａ）および（Ｂ）ならびに図４を主として参照しながら、本実施の形態の半導体パッケージの構成および動作についてさらにより具体的に説明する。
【００７２】
なお、図３（Ａ）は本発明における実施の形態１の半導体パッケージのリードフレームの表面付近の模式的な部分平面図であり、図３（Ｂ）は本発明における実施の形態１の半導体パッケージのリードフレームの表面付近の模式的な部分Ｃ−Ｄ断面図である。
【００７３】
また、図４は、本発明における実施の形態１の半導体パッケージのリードフレームの表面付近の模式的な部分拡大断面図である。
【００７４】
突起体１０は、頭頂部１０ａを備えている。  複数の突起体１０は、隣接する二つの突起体１０の中心間の距離であるピッチが０．５ｍｍであるように連続して設けられている。
【００７５】
複数の突起体１０が設けられているので、封止樹脂６と接するリードフレームの表面積はより大きくなっており、リードフレームと封止樹脂６との界面における密着性は向上されている。
【００７６】
もちろん、より多くの突起体１０が細密に設けられており、そのようなピッチがより小さいと、上記の表面積はより大きくなる。
【００７７】
なお、同ピッチが小さすぎると、後述される半導体パッケージの製造方法において使用される金型の加工が困難になることがある。
【００７８】
頭頂部１０ａは、外側に迫り出したオーバーハングと呼ばれる迫り出し１０ｂを四隅に持っている。
【００７９】
隣接する二つの突起体１０の迫り出し１０ｂは、封止樹脂６をＶ溝１１の内に封じ込めている。
【００８０】
迫り出し１０ｂは封止樹脂６をＶ溝１１の内に封じ込めるので、封止樹脂６はアンカー効果により剥離が発生することなく強固に保持される。
【００８１】
迫り出し１０ｂの先端は、外側に迫り出しているが、Ｖ溝１１の中心に達していない。
【００８２】
迫り出し１０ｂの先端はＶ溝１１の中心に達していないので、封止樹脂６のＶ溝１１への充填は阻害されず、充填された封止樹脂６のＶ溝１１における首部の強度は維持される。
【００８３】
つぎに、図５（Ａ）および（Ｂ）ならびに図６（Ａ）および（Ｂ）を主として参照しながら、本実施の形態の半導体パッケージの製造方法について説明する。
【００８４】
なお、図５（Ａ）は本発明における実施の形態１の半導体パッケージの製造方法において使用される金型の模式的な部分平面図であり、図５（Ｂ）は本発明における実施の形態１の半導体パッケージの製造方法において使用される金型の模式的な部分Ｅ−Ｆ断面図である。
【００８５】
また、図６（Ａ）は本発明における実施の形態１の半導体パッケージの製造方法において使用される金型の表面付近の模式的な部分平面図であり、図６（Ｂ）は本発明における実施の形態１の半導体パッケージの製造方法において使用される金型の表面付近の模式的な部分Ｇ−Ｈ断面図である。
【００８６】
本実施の形態の半導体パッケージの製造方法において使用される金型は、複数の山形の突起１３を備えている。
【００８７】
複数の四角錐状の窪み１４は、隣接する二つの窪み１４によって共有される辺が直線状に連なった稜線１４ａを形成している。
【００８８】
突起１３は、稜線１４ａを頂部とする二つの斜面１４ｂによって形成されている。
【００８９】
後述される隆起部１０ｃの生成が妨げられないようにするための逃げは、このような金型の構成によって確保されている。
【００９０】
彫り込み部１５は、突起体１０が設けられていない領域１２がリードフレームに形成されるように設けられている。
【００９１】
もちろん、彫り込み部１５の深さは、窪み１４の深さ以上であることが好ましい。
【００９２】
上記の金型は、放電電極と金型材との間に液中で高電圧を印加して発生させた放電によるスパークによって放電電極の形状を金型材に彫り込む型彫り放電加工を利用して製造される。
【００９３】
なお、放電電極の材質は、グラファイトや銅タングステンなどである。
【００９４】
また、放電電極の形状は、フライス加工などを利用して形成される。
【００９５】
もちろん、突起体１０が、ボンディングワイヤー接続領域に設けられておらず、封止樹脂６と接する領域に設けられているリード４も、同様な構成を有する金型を利用して製造することができる。
【００９６】
つぎに、図７（Ａ）〜（Ｃ）を主として参照しながら、本実施の形態の半導体パッケージの製造方法についてより具体的に説明する。
【００９７】
なお、図７（Ａ）は本発明における実施の形態１の半導体パッケージのリードフレームの表面付近の写真であり、図７（Ｂ）は本発明における実施の形態１の半導体パッケージのリードフレームの表面付近の隆起部１０ｃが形成された後の模式的な部分拡大Ｉ−Ｊ断面図であり、図７（Ｃ）は本発明における実施の形態１の半導体パッケージのリードフレームの表面付近の迫り出し１０ｂが形成された後の模式的な部分拡大Ｉ−Ｊ断面図である。
【００９８】
本実施の形態の半導体パッケージの製造方法においては、迫り出し１０ｂを持った頭頂部１０ａを備えている突起体１０が、領域１２に設けられず封止樹脂６と接する領域に設けられるように、（１）上記の金型の押圧によって四角錐状の突起体１０を形成し、（２）四角錐状の突起体１０の頭頂部１０ａを平形の金型の押圧によって平坦にすることによって迫り出し１０ｂを形成する。
【００９９】
突起体１０は、窪み１４の内部における斜面１４ｂに沿ったリードフレームの塑性変形によって形成される。
【０１００】
Ｖ溝１１は、稜線１４ａが金型押圧時に押し込まれた痕跡として形成される。
【０１０１】
金型のリードフレームへの押し込み量を調整することによって頭頂部１０ａのサイズを変化させることができる。
【０１０２】
なお、上記の金型のリードフレームへの押し込み量がより大きいと、頭頂部１０ａのサイズはより小さくなる。
【０１０３】
隆起部１０ｃは、前述された塑性変形によるリードフレームの流動にともなう盛り上がりとして形成される。
【０１０４】
金型のリードフレームへの押し込み量を調整することによって隆起部１０ｃの高さを変化させることができる。
【０１０５】
なお、上記の金型のリードフレームへの押し込み量がより大きいと、隆起部１０ｃの高さはより大きくなる。
【０１０６】
また、隆起部１０ｃの高さは、大きさおよび向きを有するベクトルであるリードフレームを塑性変形させる力が変化するので、稜線１４ａを頂部とする二つの斜面１４ｂの間の角度に対応するＶ溝１１の角度にも依存し、Ｖ溝１１の角度がより大きいと、より大きくなる。
【０１０７】
ここに、Ｖ溝１１の角度は、およそ６０〜１２０度の範囲にあることが好ましく、たとえば９０度であればよい。
【０１０８】
また、隆起部１０ｃの高さは、ヤング率に応じた展性および／または延性のような、組成などによって決定されるリードフレームの材質にも依存する。
【０１０９】
たとえば、隣接する二つの突起体１０の中心間の距離であるピッチが０．５ｍｍであり、Ｖ溝１１の角度が９０度であり、金型のリードフレームへの押し込み量が０．１５ｍｍであるとき、突起体１０の底面の形状は一辺がおよそ０．５ｍｍの略正方形であり、頭頂部１０ａの形状は一辺がおよそ０．２ｍｍの略正方形であり、隆起部１０ｃの高さはおよそ０．１ｍｍである。
【０１１０】
そして、隆起部１０ｃが平形の金型を利用して３０Ｍｐａの圧力で押しつぶされるとき、迫り出し１０ｂの迫り出し量はおよそ５０〜７５μｍである。
【０１１１】
もちろん、隆起部１０ｃの高さがより大きいと、迫り出し１０ｂの迫り出し量はより大きくなるので、金型のリードフレームへの押し込み量を調整することによって隆起部１０ｃの高さ、よって迫り出し１０ｂの迫り出し量を調整することができる。
【０１１２】
ここに、迫り出し１０ｂの迫り出し量はＶ溝１１の延長を利用して定義されるＶ溝１１の中心からの距離Ｌのおよそ１／２〜１／３の範囲にあることが好ましい。
【０１１３】
なお、迫り出し１０ｂの迫り出し量が小さすぎると、封止樹脂６を十分に保持することができないので、上記のアンカー効果が小さくなることがある。
【０１１４】
また、迫り出し１０ｂの迫り出し量が大きすぎると、封止樹脂６のＶ溝１１への充填が阻害され、ボイドと呼ばれる気泡が発生しやすいので、充填された封止樹脂６のＶ溝１１における首部の強度が維持されず、リードフレームと封止樹脂６との界面における密着性が低下することがある。
【０１１５】
本実施の形態においては、封止樹脂６は樹脂封止時にＶ溝１１を伝ってスムーズに流れるので、エアトラップによるウエルドボイドはほとんど発生せず、迫り出し１０ｂは封止樹脂６をＶ溝１１に封じ込めるので、リードフレームと封止樹脂６との界面における密着性はかなり向上される。
【０１１６】
以下には、材料および実装方法などの具体例が与えられる。
【０１１７】
無酸素銅のダイパッド１の厚みは、およそ１．５ｍｍである。
【０１１８】
なお、ダイパッド１の表面には、４μｍのニッケルメッキが施され、１μｍの金メッキがダイボンド材を利用してダイボンド層２を好適に形成するためにさらに施されている。
【０１１９】
半導体素子３が搭載されるダイパッド１の上の領域には、半導体素子３よりやや小さいサイズに切り出されたリボン状の厚み０．０５ｍｍのダイボンド材が載置される。
【０１２０】
なお、ダイボンド材は、金および２０ｗｔ％のスズからなる融点２８０℃の合金である。
【０１２１】
また、半導体素子３は、炭化シリコン系化合物（ＳｉＣ）である。
【０１２２】
半導体素子３がダイボンド材を介してダイパッド１の上に搭載された半導体パッケージは、リフロー炉中に投入され、窒素雰囲気中で３１０℃に加熱される。
【０１２３】
溶融したダイボンド材はフィレット２ａを形成し、半導体素子３はセルフアライメント効果により領域１２の中心に位置合わせされる。
【０１２４】
かくして、ダイボンド層２が冷却後に形成され、半導体素子３の実装が完了される。
【０１２５】
金からなる直径０．０２ｍｍのボンディングワイヤー５は、半導体素子３の上面の電極パッド（図示せず）と、ダイパッド１と同様にメッキが施された厚み０．４ｍｍのリード４と、を電気的に接続している。
【０１２６】
封止樹脂６は、７７ｗｔ％の球状フィラーが多管能骨格を有するエポキシ樹脂に添加されたパワー半導体用封止樹脂である。
【０１２７】
なお、同パワー半導体用封止樹脂の主要物性に関しては、ガラス転移点Ｔｇ（ＴＭＡ、Ｔｈｅｒｍｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）が２０９℃であり、熱膨張係数α１が１７ＰＰＭである。
【０１２８】
樹脂封止は、ボンディングワイヤー５を含む半導体素子３の外囲領域に封止樹脂６を充填することが、ダイパッド１の一部である筐体との接触面を露出させた状態で可能なモールド金型を使用して行われる。
【０１２９】
なお、このようなトランスファーモールドに関しては、成形温度が１７５℃であり、成形圧力が３．５Ｍｐａであり、成形時間が２４０秒である。
【０１３０】
封止樹脂６は、１７５℃の雰囲気中における５時間のアフターキュアを経て完全硬化させられる。
【０１３１】
そして、個片化がタイバーのカットによって行われ、半導体パッケージの側面から取り出されているリード４がガルウィング形状に曲げ成形によって成形され、ヒートシンク内蔵型半導体パッケージが完成する。
【０１３２】
もちろん、上記の材料および実装方法などの具体例は、限定的ではなく、任意に組み合わせて用いられる。
【０１３３】
つぎに、図８（Ａ）〜（Ｄ）を主として参照しながら、本実施の形態の半導体パッケージの製造方法についてさらにより具体的に説明する。
【０１３４】
なお、図８（Ａ）は本発明における実施の形態１の半導体パッケージの製造方法を説明するための模式的な部分断面図（その１）であり、図８（Ｂ）は本発明における実施の形態１の半導体パッケージの製造方法を説明するための模式的な部分断面図（その２）であり、図８（Ｃ）は本発明における実施の形態１の半導体パッケージの製造方法を説明するための模式的な部分断面図（その３）であり、図８（Ｄ）は本発明における実施の形態１の半導体パッケージの製造方法を説明するための模式的な部分断面図（その４）である。
【０１３５】
本実施の形態の半導体パッケージのリードフレームは多連の構成を有しており、個別に製造されたダイパッド１とリード４とがリベットカシメにより一体化されている。
【０１３６】
まず、位置決めおよび固定用のリベット穴１０３は、板厚１．５ｍｍの無酸素銅からなるフープ材１０１の所定位置に連続して形成される（図８（Ａ）参照）。
【０１３７】
なお、このような打ち抜き加工は、パンチ打ち抜きステージ１０２を利用して行われる。
【０１３８】
つぎに、リベット穴１０３が基準ピン１０５に挿入され、金型１０４を利用する押圧が行われ、突起体１０がフープ材１０１の表面に連続して形成される（図８（Ｂ）参照）。
【０１３９】
なお、同加工は、フープ材１０１が金型１０４および基準ピン１０５がセットされたステージ１０６に搬送され、行われる。
【０１４０】
つぎに、突起体１０が形成されたフープ材１０１が平形の金型１０７を利用して押圧され、隆起部１０ｃが押しつぶされ、迫り出し１０ｂが形成される（図８（Ｃ）参照）。
【０１４１】
なお、同加工は、平形の金型１０７がセットされたステージ１０８において行われる。
【０１４２】
そして、フープ材１０１は、外形打ち抜き金型１１０を利用して所定のヒートシンクを形成するために打ち抜かれる（図８（Ｄ）参照）。
【０１４３】
なお、同加工は、フープ材１０１が外形打ち抜きステージ１０９に移動され、行われる。
【０１４４】
もちろん、リード４も、ダイパッド１と同様に製造することができる。
【０１４５】
なお、リード４に関しては、封止樹脂が接する領域は両面に存在するので、金型は上下に配置され、突起体１０は一括して両面に形成されることが好ましい。
【０１４６】
このようにして製造されたダイパッド１およびリード４は表面に金メッキを施され、それらのリベット穴同士が重ね合わせられ、リベットによる締結が行われ、多連のリードフレームが完成する。
【０１４７】
本実施の形態の半導体パッケージは、低コストで提供することができ、つぎに説明されるように高い信頼性を有している。
【０１４８】
すなわち、半導体パッケージは、温度８５℃および相対湿度６５％ＲＨに保たれた恒温恒湿槽に１６８時間放置され、吸湿させられる。
【０１４９】
そして、ピーク温度２６５℃で１０秒以上加熱する温度プロファイルで赤外線リフロー炉に半導体パッケージを通す工程が二回繰り返され、半田リフロー処理が行われる。
【０１５０】
このような半田リフロー処理が行われた２０個の半導体パッケージは顕微鏡により外観検査され、パッケージクラックの発生が皆無であることが確認された。
【０１５１】
そして、２０個の半導体パッケージは超音波探傷検査（Ｓｃａｎ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈ）され、剥離がインナーリードおよびダイパッドの界面に発生していないことが確認された。
【０１５２】
さらに、本実施の形態の半導体パッケージに関連して、リードフレームと封止樹脂６との界面における密着力が前述された密着力測定実験（図１２参照）と同様な実験を利用して検証された。
【０１５３】
封止樹脂柱が銅板より剥離するときの界面破壊強度は、突起体１０が本実施の形態の半導体パッケージの製造方法と同様な方法によって形成された表面に金メッキが施されたサンプル、表面粗さＲｚが１１μｍである表面に金メッキが施された比較サンプル、および粗化が第一の従来の半導体パッケージの製造方法と同様な方法によって行われた表面粗さＲｚが１２２μｍである表面に金メッキが施されたサンプルについて、それぞれ測定された。
【０１５４】
突起体１０が本実施の形態の半導体パッケージの製造方法と同様な方法によって形成されたサンプルの界面破壊強度は３７Ｍｐａであり、比較サンプルの界面破壊強度は６Ｍｐａであり、粗化が第一の従来の半導体パッケージの製造方法と同様な方法によって行われたサンプルの界面破壊強度は１１Ｍｐａである。
【０１５５】
金と封止樹脂との密着強度は通常は銅と封止樹脂との密着強度のおよそ１／２であるが、突起体１０が本実施の形態の半導体パッケージの製造方法と同様な方法によって形成されたサンプルの界面破壊強度は前述された粗化が行われたサンプルの界面破壊強度である２３Ｍｐａよりも大きい３７Ｍｐａである。
【０１５６】
かくして、本実施の形態の半導体パッケージのリードフレームと封止樹脂６との界面における密着力が極めて大きいことが、確認された。
【０１５７】
（実施の形態２）
はじめに、図９を主として参照しながら、本実施の形態の半導体パッケージの構成および動作について説明する。
【０１５８】
なお、図９は、本発明における実施の形態２の半導体パッケージの模式的な部分断面図である。
【０１５９】
本実施の形態の半導体パッケージの構成および動作は前述された実施の形態１の半導体パッケージの構成および動作と同様であるが、本実施の形態の半導体パッケージは厚さ０．７５ｍｍの金属板から製造され周囲側面にリード４が配されたリードフレームを利用するＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）型半導体パッケージである。
【０１６０】
本実施の形態においては、リードフレームがＦｅ−Ｎｉ合金であり、ダイパッド２０１のの形状は一辺がおよそ１０ｍｍの略正方形である。
【０１６１】
本実施の形態においても、複数の突起体１０が前述された実施の形態１の場合と同様に封止樹脂６と接するリードフレームの表面に設けられている。
【０１６２】
ただし、突起体１０は、半導体素子２０２が搭載されるダイパッド２０１の領域、および半導体素子２０２の上面の電極パッド（図示せず）と電気的に接続されるリード４のボンディングワイヤー接続領域を除いて両面に設けられている。
【０１６３】
つぎに、図１０を主として参照しながら、本実施の形態の半導体パッケージの製造方法について説明する。
【０１６４】
なお、図１０は、本発明における実施の形態１の半導体パッケージの製造方法を説明するための模式的な部分断面図である。
【０１６５】
本実施の形態の半導体パッケージの製造方法は前述された実施の形態１の半導体パッケージの製造方法と同様であるが、位置決め穴１１１が基準ピン１１３に挿入され、押圧が行われ、突起体１０がフープ材１１２の表面に連続して形成される工程においては、封止樹脂が接する領域は両面に存在するので、金型１０４が上面側に配置され、金型１０４ｂが下面側に配置され、突起体１０は一括して両面に形成される。
【０１６６】
そして、本実施の形態においては、銀メッキがリードフレームの表面に施される。
【０１６７】
以下には、材料および実装方法などの具体例が与えられる。
【０１６８】
半導体素子２０２の形状は、一辺がおよそ９．５ｍｍの略正方形である。
【０１６９】
なお、ダイボンド材は、銀ペーストであり、１８０℃で１時間加熱することによって硬化させられる。
【０１７０】
ボンディングワイヤー５は、半導体素子２０２の上面の電極パッド（図示せず）と、リード４と、を電気的に接続している。
【０１７１】
樹脂封止は、ボンディングワイヤー５を含む半導体素子２０２の外囲領域に封止樹脂６を充填することが可能なモールド金型を使用して行われる。
【０１７２】
なお、このようなトランスファーモールドに関しては、前述された実施の形態１の場合と同様に、成形温度が１７５℃であり、成形圧力が３．５Ｍｐａであり、成形時間が２４０秒である。
【０１７３】
封止樹脂６は、前述された実施の形態１の場合と同様に、１７５℃の雰囲気中における５時間のアフターキュアを経て完全硬化させられる。
【０１７４】
そして、個片化がタイバーのカットによって行われ、半導体パッケージの側面から取り出されているリード４がガルウィング形状に曲げ成形によって成形され、ＱＦＰ型半導体パッケージが完成する。
【０１７５】
本実施の形態の半導体パッケージも、低コストで提供することができ、前述された実施の形態１の場合と同様に高い信頼性を有している。
【０１７６】
以上の説明から明らかであるように、上述された実施の形態１および２の半導体パッケージは、鉛フリー化に対応した高温リフローはもちろん、半導体の発熱などをともなう過酷な環境下での使用にも耐えることができる。
【０１７７】
そして、上述された実施の形態１および２の半導体パッケージの製造方法においては、突起体は一連のプレス工程において形成されるので、製造コストは低減され、別工程での加工は不要であるので、リードタイムは長くならず、メッキに必要な薬品は使用されないので、環境負荷は高くならない。
【産業上の利用可能性】
【０１７８】
本発明における半導体パッケージ、および半導体パッケージの製造方法は、より高い信頼性を確保することが可能であり、たとえば、汎用インバーター、サーボモーター、工作機械およびエレベーターのモーター、電気自動車、ならびに太陽光、風力および燃料電池を利用する発電システム、などのパワー半導体モジュールに利用するために有用である。
【符号の説明】
【０１７９】
１  ダイパッド
２  ダイボンド層
３  半導体素子
４  リード
５  ボンディングワイヤー
６  封止樹脂
【図１】
2013165125.tif 000003
【図２】
2013165125.tif 000004
【図３】
2013165125.tif 000005
【図４】
2013165125.tif 000006
【図５】
2013165125.tif 000007
【図６】
2013165125.tif 000008
【図８】
2013165125.tif 000009
【図９】
2013165125.tif 000010
【図１０】
2013165125.tif 000011
【図１１】
2013165125.tif 000012
【図１２】
2013165125.tif 000013
【図７】
2013165125.tif 000014