(57)【要約】【課題】Ｓｉ半導体よりなる半導体チップを、接着剤を介してリードフレーム上に接着してなる半導体装置において、温度変化により各部間の熱膨張係数差に起因して接着剤に発生するせん断応力を低減して、接着剤の剥離およびクラックの発生を抑制する。【解決手段】リードフレーム１０と、リードフレーム１０の一面１０ａ上に接着剤３０を介して搭載され固定される半導体チップ２０と、を備える半導体装置であって、リードフレーム１０の一面１０ａのうち半導体チップの投影領域Ｒ１には、平面形状パターンが交差することなく且つ閉じることのない単一の連続した線により形成された渦巻状をなす突起１１が設けられており、接着剤３０は突起１１における渦巻の線の隙間に充填されて、リードフレーム１０と半導体チップ２０とを接着している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リードフレーム（１０）と、
前記リードフレームの一面（１０ａ）上に接着剤（３０）を介して搭載され固定されるシリコン半導体よりなる半導体チップ（２０）と、を備える半導体装置であって、
前記リードフレームの一面のうち前記半導体チップの投影領域（Ｒ１、Ｒ２）には、平面形状パターンが交差することなく且つ閉じることのない単一の連続した線により形成された渦巻状をなす突起（１１）が設けられており、
前記接着剤は前記突起における渦巻の線の隙間に充填されて、前記リードフレームと前記半導体チップとを接着していることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記突起の高さ（ｈ）は、前記接着剤の厚さ（Ｄ）と同一であ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】
前記突起は、平面視にて、突起全体が半導体チップの投影領域内に位置しつつ突起の径方向における突起全体の長さが半導体チップの投影領域の長さと同等であるか、もしくは、突起の一部が半導体チップの投影領域Ｒ２の外側に位置するものであることを特徴とする請求項１または２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、Ｓｉ（シリコン）半導体よりなる半導体チップを、接着剤を介してリードフレーム上に接着してなる半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にこの種の半導体装置は、金属製のリードフレームと、リードフレームの一面上に接着剤を介して搭載され固定されるＳｉ半導体よりなる半導体チップと、を備えて構成される。
【０００３】
このような構造を有する半導体装置において、使用時に発生する冷熱温度サイクルの際、接着剤、リードフレーム、半導体チップといった各部間の熱膨張係数差に起因して、接着剤に剥離やクラックが発生する。この接着剤の剥離およびクラックは、半導体装置の信頼性低下や寿命低下の主原因となる。
【０００４】
たとえば、半導体チップとリードフレームとの熱膨張係数差により、接着剤の硬化温度との温度差が大きい低温時では、接着剤の硬化収縮に伴うせん断応力が原因となり、一方、高温時では、接着剤のクリープや粘弾性物性によるひずみ発生が原因となって、接着剤の剥離やクラックが生じる。
【０００５】
このような接着剤の剥離およびクラックの発生は，半導体装置における絶縁性、耐薬品性、放熱性、電気的特性等の低下を引き起こし，半導体装置の信頼性および寿命の低下につながる。
【０００６】
ここで、従来では、特許文献１に記載のように、リードフレームの表面に凹凸を形成し、接着面積を増大させることにより、リードフレームと半導体チップとの剥離を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１４−２０３８６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来の特許文献１に記載の半導体装置においても、各部材間の熱膨張係数差に起因して発生する接着剤のせん断方向の変形は、依然大きいままである。ここで、従来におけるせん断応力の方向は、具体的には通常、矩形板状をなす半導体チップにおいて最も長い部分である対角線方向である。そのため、接着剤に発生する応力集中を十分に低減することはできず、接着剤の剥離やクラックが発生する問題が残ってしまう。
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、温度変化により各部間の熱膨張係数差に起因して接着剤に発生するせん断応力を低減して、接着剤の剥離およびクラックの発生を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、リードフレーム（１０）と、リードフレームの一面（１０ａ）上に接着剤（３０）を介して搭載され固定されるシリコン半導体よりなる半導体チップ（２０）と、を備える半導体装置であって、
リードフレームの一面のうち半導体チップの投影領域（Ｒ１、Ｒ２）には、平面形状パターンが交差することなく且つ閉じることのない単一の連続した線により形成された渦巻状をなす突起（１１）が設けられており、接着剤は突起における渦巻の線の隙間に充填されて、リードフレームと半導体チップとを接着していることを特徴とする。
【００１１】
それによれば、突起における隙間に配置される接着剤は、当該突起における渦巻きの回転方向すなわち軸周りの回転方向（Ｙ１）に長いアスペクト比を持った一つながりの形状となるため、半導体チップとリードフレームとの熱膨張係数に起因して温度変化に伴い発生する接着剤のせん断変形は、突起における軸周りの回転方向に変換される。そのため、従来に比べて、接着剤に発生するせん断応力を大幅に低減して、接着剤の剥離およびクラックの発生を抑制することができる。
【００１２】
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる半導体装置を示す一部切り欠き斜視図である。
【図２】突起の平面形状パターンを示す概略平面図である。
【図３】図２中のＡ−Ａ断面にて突起の断面形状を示す概略断面図である。
【図４】（ａ）は従来の接着剤の平面形状を示す概略平面図、（ｂ）は第１実施形態における接着剤のアスペクト比の効果を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態にかかる半導体装置における突起の断面形状を示す概略断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態にかかる半導体装置における突起の平面形状パターンを示す概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
【００１５】
なお、図１では、半導体チップ２０および接着剤３０について一部を切り欠くことで、半導体チップ２０の下側の突起１１を示してある。また、図２はリードフレーム１０の一面１０ａの形状を示しているが、半導体チップ２０の外形に相当する領域すなわち半導体チップの投影領域Ｒ１を矩形破線にて示してある。また、図２には、第１実施形態の他の例として、投影領域Ｒ１よりも一回り小さい半導体チップの投影領域Ｒ２を矩形破線により示してある。
【００１６】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態にかかる半導体装置について、図１〜図４を参照して述べる。この半導体装置は、たとえば自動車などの車両に搭載され、車両用の各種電子装置を駆動するための装置として適用されるものである。
【００１７】
本実施形態の半導体装置は、大きくは、リードフレーム１０と、リードフレーム１０の一面１０ａ上に搭載された半導体チップ２０と、リードフレーム１０と半導体チップ２０との間に介在し当該両者を接着する接着剤３０と、を備えている。
【００１８】
リードフレーム１０はＣｕ（銅）やＦｅ（鉄）等の金属よりなる板状のものであり、具体的にはリードフレームのアイランドよりなるものである。半導体チップ２０は、Ｓｉ半導体よりなるもので、たとえば、トランジスタ素子等のパワー素子やＩＣチップ、マイコン等である。半導体チップ２０は、典型的には矩形板状であり、通常の半導体プロセスで形成される。
【００１９】
接着剤３０は、導電性でもよいし電気絶縁性でもよいが、たとえば、樹脂やＡｇペースト、はんだ等よりなるものである。このような接着剤３０は、塗布および硬化等の工程を経て形成されるものである。
【００２０】
そして、半導体チップ２０は、接着剤３０によってリードフレーム１０に固定されているが、さらに、必要に応じて、半導体チップ２０は、リードフレーム１０あるいは図示しないリード等に対してワイヤボンディングなどにより接続されていてもよい。また、これら半導体チップ２０およびリードフレーム１０は、さらに、モールド樹脂により封止されていてもよい。
【００２１】
ここで、本実施形態においては、リードフレーム１０の一面１０ａのうち半導体チップの投影領域Ｒ１には、単一の連続した幅を有する線により形成された渦巻状をなす突起１１が設けられている。この突起１１は、平面パターンが交差することなく且つ閉じることのないものであり、エッチングやプレス等により形成される。
【００２２】
つまり、突起１１は、半導体チップの投影領域Ｒ１の中央側に軸を有し、一端側が当該軸側に位置して他端側が渦巻き状に拡がる単一の連続した線により形成された渦巻状の平面形状パターンを有するものである。さらに言えば、本実施形態の突起１１は、円形の渦巻き形状、いわゆる渦巻き形の蚊取り線香形状とされたものである。
【００２３】
ここでは、突起１１は線幅が全体で同一である曲線によって形成された渦巻き形状とされている。そして、突起１１は、全体が、図２中の矩形破線に示される半導体チップの投影領域Ｒ１の内部に位置する平面サイズとされている。
【００２４】
そして、接着剤３０は、半導体チップの投影領域Ｒ１の全体に配置されているが、突起１１の部分においては、突起１１における渦巻の線の隙間に充填されて、リードフレーム１０と半導体チップ２０とに接触し、これら両者間を接着している。
【００２５】
本実施形態によれば、突起１１における隙間に配置される接着剤３０は、突起１１における渦巻きの回転方向すなわち軸周りの回転方向Ｙ１（図２、図４（ｂ）中の矢印Ｙ１に相当）に長いアスペクト比を持った一つながりの形状となる。
【００２６】
具体的には、図４（ａ）に示されるように、従来の接着剤の平面パターンは、半導体チップ２０の平面形状に実質相当する矩形をなす。この矩形における隣り合う辺の長さをＡ１、Ｂ１とすると、この従来の矩形状の接着剤は、アスペクト比Ａ１／Ｂ１のものである。
【００２７】
一方、本実施形態における突起１１の隙間に位置する接着剤３０については、図４（ｂ）に示されるように、仮想的に直線状に延ばした場合、接着剤３０の幅Ｂ２は突起１１の隙間に相当し、接着剤３０の長さＡ２は、突起１１における軸周りの回転方向Ｙ１の全長に実質相当する。そのため、この接着剤３０は、従来に比べて一方向に大幅に長いアスペクト比Ａ２／Ｂ２を持つものとなる。
【００２８】
そのため、半導体チップ２０とリードフレーム１０との熱膨張係数に起因して温度変化に伴い接着剤３０にせん断変形が発生したとしても、そのせん断変形は、突起１１における軸周りの回転方向Ｙ１に変換される。
【００２９】
そのため、本実施形態によれば、従来に比べて、接着剤３０に発生するせん断応力を大幅に低減して、接着剤３０の剥離およびクラックの発生を抑制することができる。さらに、本実施形態では、突起１１は、平面パターンが交差することなく且つ閉じることのない単一の連続した線により形成された渦巻状であるから、接着剤３０をリードフレーム１０に塗布する際のボイド発生を低減しやすいという効果も期待できる。
【００３０】
また、上述したように、突起１１における隙間に充填された接着剤３０は、リードフレーム１０および半導体チップ２０に接触して、これらを接着するものである。そのため、図３に示されるように、接着剤３０の厚さＤは、突起１１の高さｈと同等かそれ以上であること（つまりＤ≧ｈ）は必須である。
【００３１】
ただし、突起１１と半導体チップ２０との間に存在する接着剤３０の厚さ、すなわち突起上の接着剤３０の厚さ（Ｄ−ｈ）が大きいと、この部分にて従来と同じ方向へのせん断応力が大きいものとなって剥離が生じやすくなる。
【００３２】
そのため、この突起上の接着剤の厚さ（Ｄ−ｈ）は小さい方がよく、この点を考慮すれば、Ｄ≧ｈ≧Ｄ／２が好ましく、より好ましくは、突起１１の高さｈと接着剤３０の厚さＤとが同一であること（つまりｈ＝Ｄ）が望ましい。
【００３３】
ただし、ｈ＝Ｄの場合、突起上の接着剤３０の厚さ（Ｄ−ｈ）＝０となるため、突起１１上にて従来と同じ方向へのせん断応力は実質的に発生しないが、突起１１の先端と半導体チップ２０とが接触する形態となる。そのため、この場合の接着剤３０としては導電性の接着剤が望ましい。もちろん、半導体チップ２０の電気接続形態によっては、絶縁性の接着剤３０であってもよい。
【００３４】
また、突起上の接着剤３０の厚さ（Ｄ−ｈ）が小さい方が、熱伝導係数の高いリードフレーム１０と半導体チップ２０との距離が近づくため、半導体チップ２０からリードフレーム１０への熱抵抗が下がり、冷却効率が高くなるという効果も期待できる。
【００３５】
また、本実施形態において、突起１１は半導体チップの投影領域Ｒ１内に位置するものであればよいが、突起１１全体の平面サイズは、平面視で半導体チップ２０の最小辺の半分よりも大きいことが望ましい。
【００３６】
半導体チップ２０の最小辺とは、半導体チップ２０が正方形の場合は任意の１辺であり、長方形の場合は短辺である。これによれば、リードフレーム１０に半導体チップ２０を接着する際、突起１１を位置合わせの目印として、半導体チップ２０を精度よく位置合わせすることが可能となる。
【００３７】
また、上記図２では、平面視で、突起１１の全体が、半導体チップの投影領域Ｒ１内に位置しているが、図２では、本実施形態の他の例として、突起１１の一部が半導体チップの投影領域Ｒ２の外側にはみ出して位置している例を示している。投影領域Ｒ１と半導体チップ２０との平面サイズの関係に比べて、たとえば半導体チップ２０を小さくするか、突起１１の平面サイズを大きくするかにより、この他の例としての投影領域Ｒ２の状態が実現される。
【００３８】
このように突起１１の一部が半導体チップの投影領域Ｒ２の外側に位置する場合、応力集中が大きい半導体チップ２０の端部と突起１１とが重なりあう部分が存在する。そのため、半導体チップ２０の端部で、仮に接着剤３０の剥離が発生しても、当該重なり合う部分では、接着剤３０に発生するせん断応力の方向が突起１１における軸周りの回転方向Ｙ１となるので、半導体チップ２０の内側への剥離進展を抑制しやすい。
【００３９】
なお、このことは、突起１１全体が半導体チップの投影領域内に位置しつつ突起１１の径方向における突起１１全体の長さが半導体チップの投影領域の長さと同等である場合も、同様である。この場合については、図示しないが、具体的には、たとえば突起１１の外周端部が半導体チップ２０の辺に一致して重なっていることである。
【００４０】
また、本実施形態において図３に示される突起１１の線幅ｌ（エル）と突起１１の線の隙間寸法ｍとの好ましい関係について述べておく。線幅ｌが大きすぎると、接着剤３０の配置面積全体のうち突起上の接着剤３０の占める面積が大きすぎるものとなり、従来の接着剤と同じ方向（図４（ａ）参照）へのせん断応力が支配的となってしまう。
【００４１】
一方、線幅ｌが小さ過ぎても、接着剤３０の配置面積全体のうち上記隙間に位置する接着剤３０の占める面積が大きすぎるものとなり、従来の接着剤と同じ方向へのせん断応力が支配的となってしまう。その点を考慮すると、ｍ≧ｌ≧ｍ／２程度であることが望ましい。
【００４２】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態にかかる半導体装置について、図５を参照して上記第１実施形態との相違点を中心に述べることとする。本実施形態は、突起１１の断面形状を変形したものである。
【００４３】
上記第１実施形態では、図３に示したように、突起１１は、角をもった断面矩形のものであったが、エッチングやプレスで形成される突起１１としては、図５に示されるように、角部が丸められた形状であってもよい。
【００４４】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態にかかる半導体装置について、図６を参照して上記第１実施形態との相違点を中心に述べることとする。本実施形態は、単一の連続した幅を有する線により形成された渦巻き状をなす突起１１の平面形状パターンを変形したものである。
【００４５】
上記第１実施形態では、突起１１の平面形状パターンは、円形の渦巻き形状とされたものであったが、本実施形態のように、矩形の渦巻き形状をなすものであってもよい。さらに言えば、突起１１の平面形状パターンは、交差することなく且つ閉じることのない単一の連続した線により形成された渦巻状をなすものであればよく、たとえば六角形や八角形等の折れ線よりなる渦巻き状であってもよい。
【００４６】
また、本実施形態においても、上記第２実施形態と同様、突起１１の断面形状は角部が丸められた形状であってもよい。
【００４７】
（他の実施形態）
なお、上記各実施形態では、突起１１は線幅が全体で同一の線により形成された渦巻き形状とされていたが、突起１１としては、両端間で線幅が変化しているものであってもよい。また、突起１１の平面形状パターンとしては、上記した円形の曲線や折れ線により構成されたものに限らず、たとえば、波線が渦を巻いた形状等であってもよい。
【００４８】
また、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能であり、また、上記各実施形態は、上記の図示例に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４９】
１０    リードフレーム
１０ａ  リードフレームの一面
１１    突起
２０    半導体チップ
３０    接着剤
Ｒ１    半導体チップの投影領域
Ｒ２    他の例としての半導体チップの投影領域
【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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