(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ペレットと、該半導体ペレットを表面にマウントするダイパッドと、該ダイパッドの周囲に設けられるリード端子部と、該リード端子部と前記半導体ペレットの電極端子とを電気的に接続する接続手段と、該ダイパッドの裏面側に設けられる放熱板と、少なくとも前記半導体ペレットおよびリード端子部の周囲にモールド用樹脂が充填されて形成される樹脂パッケージとからなる半導体装置において、前記放熱板の周縁部の前記ダイパッドと反対面である裏面の少なくとも一部に段差部が設けられ、該段差部に前記モールド用樹脂が充填されて前記放熱板が前記樹脂パッケージにより挟み込まれ、前記放熱板の前記裏面に前記段差部と連通して設けられる通気溝が、前記放熱板の裏面の中央部近傍に設けられる前記モールド用樹脂の充填の際の金型の突出ピンが挿入され得る凹部と連通してなる半導体装置。
【請求項２】
前記放熱板が矩形形状に形成され、前記段差部が該矩形形状の４角に設けられてなる請求項１記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はパワーＩＣなどの放熱板付半導体装置に関する。さらに詳しくは、放熱板を樹脂により一体成形しながら放熱板の角に樹脂の未充填やボイドの発生しにくい放熱板形状の半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大電力を取り扱うパワーＩＣもハイブリッドからモノリシック化されてきており、モノリシックＩＣでもハイパワー化してきている。通常のモノリシックＩＣは、たとえば図３に断面説明図が示されるように、半導体ペレット１がダイパッド２上にダイボンディングされ、リード３の端部とそれぞれ金線などのワイヤ４によりワイヤボンディングされ、その周囲がモールド用樹脂からなる樹脂パッケージ５で被覆される構造になっている。この樹脂パッケージ５は、通常トランスファモールド（射出成形）により形成され、半導体チップ１がボンディングされたリードフレームの被覆部分を金型のキャビティ内にセッティングして溶融樹脂を注入（充填）し、固化することにより形成される。
【０００３】
この樹脂が固化したリードフレームを金型から取り出すには、まず上金型を上げ、ついで突出ピン（イジェクタピン）により固化した樹脂部分を押し出すことにより下金型から分離させてリードフレームを取り出す。そのため、図３に金型の突出ピン７が一点鎖線で示されるように、樹脂パッケージ５の底面に突出ピン７が当たるように射出成形金型が形成されている。しかも、この突出ピン７がキャビティの底面（樹脂パッケージ５の底面）より下側に位置していると、樹脂充填の際に突出ピン７側に樹脂が流れ込み樹脂パッケージ５の底面に突起部ができ、半導体装置の取扱時や実装時に不都合が生じる。そのため、図３に示されるように、突出ピン７がキャビティ（樹脂パッケージ５）内に出っ張るように設けられている。
【０００４】
このような形状の従来のモノリシックＩＣで放熱効果を向上させるには、たとえば前述のダイパッド２の厚さを厚くして樹脂パッケージ５の底面に露出するような構造にすることが考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述のようにダイパッドの肉厚を厚くして樹脂パッケージの底面に露出させようとすると、従来のトランスファモールド金型では、前述のように突出ピンが下面からキャビティ内に突出しているため、リードフレームのダイパッド部に突出ピンが突き当たり、キャビティの底面とダイパッドの底面とが一致せず、突出ピンの周囲はダイパッドの底面にも樹脂が付着し、完全にはダイパッドを露出させることができないという問題がある。しかも、突出ピンの突込み深さのバラツキにより、裏面に付着する樹脂の厚さがばらつき、放熱特性が一定しない。この問題を回避しようとすると、放熱板付きのパワーパッケージのトランスファモールド用に突出ピンのひっ込んだ特別の金型を準備しなければならない。さらにリードフレームのダイパッド部だけを厚肉にしなければならず、リードフレームがコストアップになる。
【０００６】
また、ダイパッドと別に放熱板を形成し、ダイパッドの裏側に放熱板を設ける構造を考えると、ダイパッドと放熱板との形状の相違や接合部の構造に基づき樹脂の流動性が悪くなり、樹脂注入の際にエアトラップの発生源が増加し、ボイドや樹脂未充填部分の発生などのモールド不良が発生しやすいという問題がある。このことは、とくに放熱板の脱落を防止するため、その一部を肉薄にして樹脂により抱え込む構造にすると、一層エアトラップが発生しやすいという問題がある。たとえば、ダイパッド２の裏面側に四角形状の放熱板６を設け、その４隅に放熱板６を抱え込むように段差を設けた場合に、樹脂の充填の様子をシミュレーションにより調べると図２に示されるように、段差部が設けられている部分への樹脂の流れ込みが非常に低下し、４隅にエアトラップＴが生じた。とくにゲート８側に近い角に隣接する角部Ｐへの樹脂流れが低下することが分る。なお、このシミュレーションは解析ソフトとして、ＡＣ−テクノロジ社製の商品名「Ｃ−ＭＯＬＤ」を使用し、対称性を考慮して１ポットの１／４をモデル化した。図２において、８ａはつぎのキャビティに樹脂を注入するスルーゲート、９は下金型のキャビティをさし、キャビティ内の線は流動先端時間の変化を示している。
【０００７】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、ハイパワー用の樹脂成形金型などの特別の設備を準備することなく、既存の設備を使用しながら、しかも放熱効率がよくモールド不良の発生しにくい放熱板付き半導体装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による半導体装置は、半導体ペレットと、該半導体ペレットを表面にマウントするダイパッドと、該ダイパッドの周囲に設けられるリード端子部と、該リード端子部と前記半導体ペレットの電極端子とを電気的に接続する接続手段と、該ダイパッドの裏面側に設けられる放熱板と、少なくとも前記半導体ペレットおよびリード端子部の周囲にモールド用樹脂が充填されて形成される樹脂パッケージとからなる半導体装置において、前記放熱板の周縁部の前記ダイパッドと反対面である裏面の少なくとも一部に段差部が設けられ、該段差部に前記モールド用樹脂が充填されて前記放熱板が前記樹脂パッケージにより挟み込まれ、前記放熱板の前記裏面に前記段差部と連通して設けられる通気溝が、前記放熱板の裏面の中央部近傍に設けられる前記モールド用樹脂の充填の際の金型の突出ピンが挿入され得る凹部と連通して設けられている。
【０００９】
この構造にすることにより、とくにエアトラップが発生して樹脂の未充填の生じやすい放熱板の隅などの段差部に連通して通気溝が設けられているため、通気溝がエアベントとなり、段差部などのエアーは通気溝に押し出されて樹脂パッケージ内に未充填部分やボイドの発生を防止することができる。
【００１１】
前記放熱板の前記裏面の中央部近傍に、前記モールド樹脂の充填の際の金型の突出ピンが挿入され得る凹部が設けられ、該凹部と前記通気溝が連通していることにより、従来のキャビティの底面より突出ピンがキャビティ内に突出している成形金型を使用しても、突出ピンを逃げることができると共に、段差部のエアーを逃がしやすくなる。
【００１２】
前記放熱板が矩形形状に形成され、前記段差部が該矩形形状の４角に設けられていることにより、効率よく放熱板を樹脂パッケージにより保持することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
つぎに、図面を参照しながら本発明の半導体装置について説明をする。
【００１４】
本発明の半導体装置は、図１にその一実施形態の底面および断面の説明図が示されるように、半導体ペレット１がダイパッド２にマウントされ、その周囲に設けられるリード端子部３と半導体ペレット１の電極端子とがワイヤ４などの接続手段により電気的に接続されている。そして、ダイパッド２の裏面側に放熱板６が設けられ、その放熱板６と樹脂パッケージ５により、少なくとも半導体ペレット１およびリード端子部３の周囲が被覆されている。図１に示される例では、放熱板６の裏面（ダイパッド２と反対面）の４隅に凹みによる段差部６１が設けられ、その段差部６１の凹んだ部分にもモールド用樹脂が充填されてその樹脂により抱え込まれて固定される構造になっている。さらに放熱板６の裏面には、段差部６１と連通して通気溝６２が形成されている。そして、図１に示される例では、その中心部にモールド用樹脂の充填の際の金型の突出ピンが挿入され得る大きさの凹部６３が設けられ、その凹部６３と前記通気溝６２とが連通している。
【００１５】
放熱板６は、たとえば純銅や銅合金などからなる熱伝導のよい材料の０.２〜２ｍｍ程度の厚さの板材がパンチングなどによりダイパッド２と同じかやや大きめに打ち抜かれることにより形成されている。この放熱板６の外形は、図１（ａ）に示されるように、四角形状に形成されても他の多角形や円形でも構わない。このパンチングの際に、その裏面（樹脂により一体化される際にダイパッド２と反対側になる面）で周囲の適当な箇所（図１に示される例では四角形の４隅）に樹脂が流れ込む断面積となる深さの段差部６１、その段差部６１と連通して中央部に延び、樹脂が流れ込まない程度の断面積となる細くて浅い通気溝６２、およびその中央部にモールド成形金型の突出ピンの先端が入り得る大きさ（径）および深さで前記通気溝６２と連通する凹部６３が形成されている。この段差部６１、通気溝６２、および凹部６３は、共に放熱板６を打抜きにより形成する際に、打抜き金型にそれぞれの突起部を形成しておくことにより同時に形成することができる。
【００１６】
段差部６１の段差は、その凹み部にモールド成形の際に溶融樹脂を流し込み、樹脂によりその端部を挟み込んで放熱板６を保持するためのもので、その段差により残存する部分の肉厚が機械的強度を有して放熱板６を樹脂により保持できる程度に深く形成される。具体例としては、放熱板６の厚さが２ｍｍ程度の場合に深さＤが０.２〜１ｍｍ程度で、その幅Ｒが１〜３ｍｍ程度に形成される。そして、通気溝６２は、樹脂が流れ込まない程度の幅および深さに形成され、具体例としては、幅が０.３〜３ｍｍ程度、深さが２０〜４０μｍ程度に形成される。さらに、中心部の凹部６３は、モールド金型の突出ピンの先端が挿入され得る大きさ（径）および突出ピンの突込み深さのバラツキを吸収できる深さで形成される。具体例としては、大きさは突出ピンの太さ（径）より０.１ｍｍ程度大きく形成され、深さは０.１〜０.３ｍｍ程度に形成される。
【００１７】
この放熱板６を樹脂パッケージ５内に封入するには、リードフレームとは別に放熱板６を形成しておいて、リードフレームをトランスファモールドする際に、予めモールド金型の底部に放熱板６を載置しておいてその上にリードフレームをセッティングしてから上金型と下金型とで挟み付けて樹脂を注入したり、予めリードフレームのダイパッド２の裏面に放熱板６を接着剤などにより付着させておいてから通常の方法でリードフレームをモールド金型内にセッティングして樹脂を注入することなどにより封入することができる。いずれの方法によっても、放熱板６は、その周縁部の少なくとも一部で、裏面側に樹脂を回り込ませることにより、樹脂で挟み付けられて固定される。
【００１８】
ダイパッド２およびリード３は、たとえば純銅や銅合金などからなり、厚さが０.１〜０.２ｍｍ程度の通常のリードフレームにより形成されており、そのダイパッド２に通常の方法で半導体ペレット１がダイボンディングされ、リードの端子部３と金線などのワイヤ４により電気的に接続されている。なお、この接続は、ワイヤ以外の直接接続するバンプなどの接続手段でもよい。
【００１９】
本発明の半導体装置によれば、放熱板６に樹脂により挟み付けるために段差部６１が設けられている部分に樹脂の未充填部が生じやすいが、その段差部６１と連通して通気溝６２が設けられているため、通気溝６２がエアベントとなり、段差部６１に樹脂が流れ込む。その結果、前述の図２に示されるようなエアトラップが生じることがなく、樹脂の未充填部やボイドの発生が非常に抑制され、非常に信頼性の優れた放熱板付きの半導体装置が得られる。
【００２０】
さらにその中心部にモールド金型の突出ピンの先端が入る凹部６３が設けられ、通気溝６２と連通させることにより、エアを逃がす体積が大きくなってより一層未充填部をなくすることができると共に、従来の全体を樹脂により被覆してモールドする金型で、突出ピンが金型のキャビティの底面より内部に出っ張る金型を使用しても、突出ピンが凹部６３内に逃げるため、放熱板６の底面を完全に露出させながら樹脂パッケージ５を形成することができる。
【００２１】
また、同一面積で平坦な放熱板を露出させる場合よりも、金型に当接する放熱板の面積が凹部や通気溝の分だけ小さいため、放熱板からモールド金型に加えられる単位面積当たりのモールド時のクランプ荷重が大きくなり、放熱板露出部のフラッシュ（薄い樹脂漏れ）不良を防止することができる。
【００２２】
前述の例では、放熱板を樹脂により保持するための段差部を四角形状の４隅に設ける例であったが、角部に限定されることはなく辺の中央部に設けられてもよく、また、全周に設けられてもよい。さらに、放熱板は四角形状でなくても円形状でもよい。円形であれば樹脂の流動性の点で好ましいが、四角形状であれば同じスペースに対してより大きな放熱板を用いることができる。さらに、前述の例では、通気溝６２と共に中心部に凹部６３が設けられる例であったが、金型の突出ピンが出っ張らない構造であれば、凹部６３はとくになくても構わない。凹部６３がなければ半導体装置を実装する場合に基板などとの接触面積が大きくなりより放熱効果が向上する。一方、凹部６３が設けられておればエアベントの体積が大きくなり、より一層キャビティ内のエアーを逃がすことができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、既存のモールド金型を使用しても、放熱板の殆どの面積を露出させることができ、非常に熱放散の優れた半導体装置が得られる。しかも、放熱板の挿入によりエアトラップが発生しやすいにも拘らず、通気溝を介してキャビティ内のエアーを効率よく逃がすことができる。その結果、樹脂の未充填部やボイドが発生することなく非常に信頼性の高い半導体装置を高歩留りで得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体装置の一実施形態の底面および断面の説明図である。
【図２】周縁部に段差を設けた放熱板を使用した場合の金型キャビティ内の樹脂の流動状態を示すシミュレーション結果の図である。
【図３】従来の一般的なモノリシックＩＣの断面説明図である。
【符号の説明】
１    半導体ペレット
２    ダイパッド
３    リード端子部
５    樹脂パッケージ
６    放熱板
６１    段差部
６２    通気溝
６３    凹部
【図１】
0003883700.tif 000002
【図２】
0003883700.tif 000003
【図３】
0003883700.tif 000004