(57)【要約】【課題】接続時におけるリードフレーム構造体の変形を抑制する。【解決手段】第１の面と、第１の面に対して反対側の第２の面と、第１の面から第２の面まで貫通する第１の貫通孔とを有するリードフレームと、第２の面に接する第３の面と、第３の面に対して反対側の第４の面と、第３の面から第４の面まで貫通し、かつ第１の貫通孔に重畳する第２の貫通孔とを有するヒートシンクと、を具備する。ヒートシンクの一部は第３の面における第２の貫通孔の周縁から第１の貫通孔を介して第１の面を超えて突出し、かつリードフレームとヒートシンクとが接続されている、またはリードフレームの一部は第２の面における第１の貫通孔の周縁から第２の貫通孔を介して第４の面を超えて突出し、かつリードフレームとヒートシンクとが接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面と、前記第１の面に対して反対側の第２の面と、前記第１の面から前記第２の面まで貫通する第１の貫通孔とを有するリードフレームと、
前記第２の面に接する第３の面と、前記第３の面に対して反対側の第４の面と、前記第３の面から前記第４の面まで貫通し、かつ前記第１の貫通孔に重畳する第２の貫通孔とを有するヒートシンクと、を具備するリードフレーム構造体であって、
前記ヒートシンクの一部が前記第３の面における前記第２の貫通孔の周縁から前記第１の貫通孔を介して前記第１の面を超えて突出し、かつ前記リードフレームと前記ヒートシンクとが接続されている、または前記リードフレームの一部が前記第２の面における前記第１の貫通孔の周縁から前記第２の貫通孔を介して前記第４の面を超えて突出し、かつ前記リードフレームと前記ヒートシンクとが接続されている、リードフレーム構造体。
【請求項２】
前記ヒートシンクは、前記リードフレームよりも厚い領域を有する、請求項１記載のリードフレーム構造体。
【請求項３】
前記ヒートシンクは、銅を含む、請求項１または請求項２記載のリードフレーム構造体。
【請求項４】
第１の面と、前記第１の面に対して反対側の第２の面と、前記第１の面から前記第２の面まで貫通する第１の貫通孔とを有するリードフレームに、第３の面と、前記第３の面に対して反対側の第４の面と、前記第３の面から前記第４の面まで貫通する第２の貫通孔とを有するヒートシンクを、前記第３の面が前記第２の面に接し、かつ前記第２の貫通孔が前記第１の貫通孔に重畳するように重ね合わせ、
前記第３の面における前記第２の貫通孔の周縁における前記ヒートシンクの一部を前記第１の貫通孔を介して前記第１の面からはみ出すまで突出させ、かつ前記リードフレームと前記ヒートシンクとを接続する、または前記第２の面における前記第１の貫通孔の周縁における前記リードフレームの一部を前記第２の貫通孔を介して前記第４の面からはみ出すまで突出させ、かつ前記リードフレームと前記ヒートシンクとを接続する、リードフレーム構造体の製造方法。
【請求項５】
第１の面と、前記第１の面に対して反対側の第２の面と、前記第１の面から前記第２の面まで貫通する第１の貫通孔とを有するリードフレームと、
前記第２の面に接する第３の面と、前記第３の面に対して反対側の第４の面と、前記第３の面から前記第４の面まで貫通し、かつ前記第１の貫通孔に重畳する第２の貫通孔とを備えるヒートシンクと、
前記第３の面に搭載された半導体チップと、
前記半導体チップと前記第３の面を含む前記ヒートシンクの一部とを封止するように設けられた樹脂層と、を具備する半導体装置であって、
少なくとも前記第４の面の一部が前記樹脂層から露出し、
前記ヒートシンクの一部が前記第３の面における前記第２の貫通孔の周縁から前記第１の貫通孔を介して前記第１の面を超えて突出し、かつ前記リードフレームと前記ヒートシンクとが接続され、または前記リードフレームの一部が前記第２の面における前記第１の貫通孔の周縁から前記第２の貫通孔を介して前記第４の面を超えて突出し、かつ前記リードフレームと前記ヒートシンクとが接続され、
前記樹脂層の一部が前記第１の貫通孔および前記第２の貫通孔の少なくとも一部に充填されている、半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態の発明は、リードフレーム構造体、リードフレーム構造体の製造方法、および半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体パッケージ等の半導体装置は、高速化、小型化等を実現するために高い放熱性を有することが好ましい。半導体装置の放熱性を高める方法の一つとしては、例えば半導体チップを搭載するリードフレームにヒートシンクを接続させたリードフレーム構造体を用いることが知られている。
【０００３】
上記リードフレーム構造体の製造工程は、例えばリードフレームの一部に貫通孔を形成し、半抜き加工等によりヒートシンクの一部に突起を形成する。次に、リードフレームの貫通孔にヒートシンクの突起を挿入し、カシメ加工を行う。以上の工程により、リードフレームとヒートシンクとを接続する。
【０００４】
しかしながら、上記リードフレーム構造体の製造方法では、リードフレームとヒートシンクとの接続時に反りや歪みが発生し易い等の難点を有していた。リードフレーム構造体に反りや歪みが発生すると、インナーリードの高さにばらつきが生じ、インナーリードに対するワイヤボンディング時にボンディングワイヤとインナーリードとの間で未接続が生じたり、接続強度が低い部分が発生することがある。このように、リードフレーム構造体では、接続時における変形を抑制することが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２２２２５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
実施形態の発明が解決しようとする課題は、接続時におけるリードフレーム構造体の変形を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態のリードフレーム構造体は、第１の面と、第１の面に対して反対側の第２の面と、第１の面から第２の面まで貫通する第１の貫通孔とを有するリードフレームと、第２の面に接する第３の面と、第３の面に対して反対側の第４の面と、第３の面から第４の面まで貫通し、かつ第１の貫通孔に重畳する第２の貫通孔とを有するヒートシンクと、を具備する。ヒートシンクの一部は第３の面における第２の貫通孔の周縁から第１の貫通孔を介して第１の面を超えて突出し、かつリードフレームとヒートシンクとが接続されている、またはリードフレームの一部は第２の面における第１の貫通孔の周縁から第２の貫通孔を介して第４の面を超えて突出し、かつリードフレームとヒートシンクとが接続されている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】リードフレーム構造体の構造例を示す平面模式図である。
【図２】接続部の構造例を示す断面模式図である。
【図３】接続部の他の構造例を示す断面模式図である。
【図４】リードフレーム構造体の製造方法例を説明するための模式図である。
【図５】リードフレーム構造体の製造方法例を説明するための模式図である。
【図６】リードフレーム構造体の製造方法例を説明するための模式図である。
【図７】半導体装置の構造例を示す平面模式図である。
【図８】半導体装置の構造例を示す断面模式図である。
【図９】半導体装置の構造例を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図面は模式的なものであり、例えば厚さと平面寸法との関係、各層の厚さの比率等は現実のものとは異なる場合がある。また、各実施形態において、実質的に同一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略する。
【００１０】
（第１の実施形態）
本実施形態では、リードフレーム構造体の構造例について説明する。図１はリードフレーム構造体１０の平面構造例を示す図である。図１に示すリードフレーム構造体１０は、リードフレーム１と、ヒートシンク２と、を具備する。
【００１１】
リードフレーム１は、半導体チップ等の素子が搭載される金属板である。リードフレーム１としては、例えば銅、銅合金、または４２アロイ等の鉄およびニッケルの合金等を用いたリードフレームを用いることができる。
【００１２】
リードフレーム１は、第１の面（リードフレーム１の上面）と、第１の面に対して反対側の第２の面（リードフレーム１の下面）とを有する。また、リードフレーム１は、リード部１ａと、額縁部１ｂと、接続部１ｃと、を備える。第１の面および第２の面のそれぞれは、リード部１ａ、額縁部１ｂ、および接続部１ｃの少なくとも３つの領域に分けられている。
【００１３】
リード部１ａは、半導体装置のリードとなる領域である。リード部１ａはヒートシンク２の周辺部に設けられる。図１においてリード部１ａは、額縁部１ｂからヒートシンク２に向かって延在し、かつヒートシンク２と離間している。図１では、ヒートシンク２の左右のみにリード部１ａが設けられている。これに限定されず、例えば図１におけるヒートシンク２の上下にリード部１ａを設けてもよい。
【００１４】
額縁部１ｂは、リード部１ａと接続部１ｃとを支持する領域である。図１において、額縁部１ｂは、ヒートシンク２を囲むように設けられている。
【００１５】
接続部１ｃは、リードフレーム１とヒートシンク２との接続部である。図１において、接続部１ｃは、額縁部１ｂからヒートシンク２に向かって延在している。また、図１においてヒートシンク２の上下に設けられているが、これに限定されない。例えば、ヒートシンク２の左右に接続部１ｃを設けてもよい。
【００１６】
ヒートシンク２は、第２の面に接する第３の面(ヒートシンク２の上面)と、第３の面に対して反対側の第４の面(ヒートシンク２の下面)とを有する。ヒートシンク２は少なくとも接続部１ｃに重畳するようにリードフレーム１に積層されている。
【００１７】
ヒートシンク２の熱伝導率は、リードフレーム１の熱伝導率よりも高い。よって、ヒートシンク２は、半導体チップ等により発生する熱を逃がす放熱板としての機能を有する。ヒートシンク２は、例えば銅等の金属を含む。銅は熱導電率が高く、加工しやすいため好適である。ヒートシンク２は、リードフレーム１よりも厚い領域を有することが好ましい。これにより、ヒートシンク２の放熱性を高めることができる。
【００１８】
さらに、接続部１ｃの構造例について図２を参照して説明する。図２は接続部の構造例を示す断面模式図である。
【００１９】
リードフレーム構造体１０は、第１の面から第２の面まで貫通する貫通孔１１を有する。貫通孔１１は、第１の径を有する。
【００２０】
ヒートシンク２は、第３の面から第４の面まで貫通し、かつ貫通孔１１に重畳する貫通孔２１を有する。図２において、貫通孔２１は第１の径よりも小さい第２の径を有する。このとき貫通孔２１の周縁は、貫通孔１１に重畳している。
【００２１】
ヒートシンク２の一部は、第３の面における貫通孔２１の周縁から貫通孔１１を介して第１の面を超えて突出し、かつリードフレーム１の第１の面に接続されている。図２において、ヒートシンク２の一部は貫通孔２１の側壁に沿って延在し、かつ貫通孔１１の周縁に接続されている。
【００２２】
接続部において突出した上記ヒートシンク２の一部は、例えば円筒形状等を含む、いわゆるハトメ（ｅｙｅｌｅｔもしくはｇｒｏｍｍｅｔ）形状を有する。このように、接続部において突出するヒートシンク２の一部が中空構造を有するため、突出部の体積が小さく、リードフレーム構造体１０における残留応力を低減することができる。
【００２３】
図３は、接続部の他の構造例を示す断面模式図である。図３に示すように、リードフレーム１の一部が第２の面における貫通孔１１の周縁から貫通孔２１を介して第４の面を超えて突出し、かつヒートシンク２の第４の面に接続されていてもよい。図３において、貫通孔２１の第２の径は貫通孔１１の第１の径よりも大きい。貫通孔１１の周縁は貫通孔２１に重畳する。リードフレーム１の一部は貫通孔１１の側壁に沿ってヒートシンク２の第４の面まで延在し、かつ貫通孔２１の周縁に接続されている。
【００２４】
次に、リードフレーム構造体の製造方法例について図４ないし図６を参照して説明する。図４ないし図６は、リードフレーム構造体の製造方法例を説明するための模式図である。なお、図４ないし図６では、便宜のため、リードフレーム１およびヒートシンク２の一部の領域のみを模式的に図示している。
【００２５】
図４に示すように、リードフレーム１と、ヒートシンク２と、を準備する。次に、貫通孔２１が貫通孔１１に重畳するように、リードフレーム１とヒートシンク２とを重ね合わせる。第２の径が第１の径よりも小さい場合、貫通孔２１の周縁が貫通孔１１に重畳するようにリードフレーム１とヒートシンク２とを重ね合わせることが好ましい。
【００２６】
次に、図５に示すように、例えばバーリング（ｂｕｒｒｉｎｇ）加工により、第３の面の貫通孔２１の周縁におけるヒートシンク２の一部を、貫通孔１１を介して第１の面からはみ出すまで突出させることにより、突出部２２を形成する。バーリング加工とは、開口を形成し、開口の周縁を立ち上げることで突起等を形成する加工方法である。
【００２７】
次に、図６に示すように、例えばカーリング（ｃｕｒｌｉｎｇ）加工により、突出させたヒートシンク２の一部（突出部２２）を第１の面に接続させる。カーリング加工とは、突起等を丸く巻き込む加工方法である。図６では、突出させたヒートシンク２の一部（突出部２２）を放射状に広げ、第１の面における貫通孔１１の周縁に接続させている。以上の工程により、リードフレーム構造体１０を製造することができる。
【００２８】
なお、図３に示す構造の場合、貫通孔１１の周縁が貫通孔２１に重畳するようにリードフレーム１とヒートシンク２とを重ね合わせる。次に、第２の面の貫通孔１１の周縁におけるリードフレーム１の一部を、貫通孔２１を介して第４の面からはみ出すまで突出させる。次に、突出させたリードフレーム１の一部を第４の面に接続させる。以上の工程により、リードフレーム構造体１０を製造することができる。
【００２９】
以上の工程を行い本実施形態のリードフレーム構造体を製造することにより、例えばカシメ加工を用いてリードフレームとヒートシンクとを接続する場合と比較して接続時におけるリードフレーム構造体の変形を抑制することができる。
【００３０】
カシメ加工を用いたリードフレームとヒートシンクとの接続方法では、まず貫通孔を有するリードフレームと、半抜き加工等を用いて設けられた突起を有するヒートシンクと、を準備する。次に、突起が貫通孔に挿入されるようにリードフレームとヒートシンクとを重ね合わせる。次に、カシメ加工を用いて突起をプレスすることにより、リードフレームとヒートシンクとを接続させ、接続部を形成する。
【００３１】
上記カシメ加工を用いたリードフレーム構造体の製造方法では、突起の高さや位置精度により、突起のリードフレームの上面に接続する部分の体積が変化する。このため、リードフレーム構造体の反りや変形が起こりやすい。特にリードフレームは、ヒートシンクと熱膨張率が異なるため、変形しやすい。また、半抜き加工により形成された突起の体積は大きく、リードフレーム構造体において残留応力が生じやすい。
【００３２】
これに対し、本実施形態のリードフレーム構造体では、貫通孔の周縁を突出させて接続させることにより、突出部が中空構造となるため体積を小さくすることができる。よって、リードフレーム構造体にかかる負荷が低減される。従って接続時における変形が抑制され、リードフレーム構造体の品質を高めることができる。
【００３３】
（第２の実施形態）
本実施形態では、第１の実施形態のリードフレーム構造体を用いた半導体装置について説明する。図７ないし図９は、リードフレーム構造体を用いた半導体装置の構造例を示す図である。図７は平面模式図であり、図８は図７における線分Ｘ１−Ｙ１の断面模式図であり、図９は図７における線分Ｘ２−Ｙ２の断面模式図である。
【００３４】
図７ないし図９に示す半導体装置１００は、リードフレーム１と、ヒートシンク２と、半導体チップ３と、ボンディングワイヤ４と、樹脂層５と、具備する。なお、図７では、便宜のため樹脂層５を省略している。
【００３５】
リードフレーム１は、図１に示すリードフレーム１のうち、リード部１ａと、接続部１ｃとを具備する。図７では、リードフレーム１のリード部１ａと額縁部１ｂとの間、額縁部１ｂと接続部１ｃとの間を切断することにより、図７に示すリードフレーム１を形成することができる。その他の説明については第１の実施形態のリードフレーム構造体１０と同じであるため、第１の実施形態の説明を適宜援用することができる。
【００３６】
ヒートシンク２としては、第１の実施形態におけるヒートシンク２を適用することができる。よって、ヒートシンク２の説明については第１の実施形態の説明を適宜援用することができる。
【００３７】
半導体チップ３は、ヒートシンク２における第３の面に搭載される。半導体チップ３は、上面に接続パッドを有する。半導体チップ３としては、半導体チップ３は、例えば複数積層されていてもよい。このとき、半導体チップ３にＴＳＶ（Ｔｈｒｏｕｇｈ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｖｉａ）等の貫通電極を設けてもよい。また、半導体チップ３としてバンプ等の外部接続端子を設けてもよい。
【００３８】
ボンディングワイヤ４は、リードフレーム１と半導体チップ３との間を電気的に接続する。図７においてボンディングワイヤ４の一端は、リード部１ａに接続され、他端は半導体チップ３の接続パッドに接続されている。
【００３９】
樹脂層５は、半導体チップ３と第３の面を含むヒートシンク２の一部とを封止するように第１の面、第２の面および第４の面に設けられる。例えば、半導体チップ３を封止するように第１の樹脂層を形成し、ヒートシンク２の一部を封止するように第２の樹脂層を形成することにより、樹脂層５を形成してもよい。このとき、第４の面の少なくとも一部が樹脂層５から露出するように、第２の樹脂層を形成する。図９において樹脂層５の一部は、貫通孔１１および貫通孔２１に充填されている。貫通孔１１および貫通孔２１に樹脂層５を充填することにより、リードフレーム構造体１０からの樹脂層５の剥がれを抑制することができる。なお、ここでの「充填する」には、貫通孔１１および貫通孔２１の一部分、すなわち貫通孔１１および貫通孔２１の深さ方向の途中まで充填されている場合を含む。また、貫通孔１１および貫通孔２１が複数ある場合には、一部の貫通孔１１および貫通孔２１の少なくとも一部に樹脂層５が充填されている場合を含む。アンカー効果により樹脂層５の剥がれを抑制できる程度の深さまで樹脂層５が充填されていれば足り、貫通孔１１および貫通孔２１の深さ方向に樹脂層５が完全に充填されている必要はなく、全ての貫通孔１１および貫通孔２１に樹脂層５を充填する必要はない。
【００４０】
樹脂層５は、リード部１ａを支持する。このとき、リード部１ａの一部は樹脂層５から突出する。リード部１ａの樹脂層５に支持された部分をインナーリードといい、リード部１ａの樹脂層５から突出する部分をアウターリードという。ボンディングワイヤ４の一端は、例えばインナーリードの一部に接続される。
【００４１】
樹脂層５は、少なくともＳｉＯ２等の無機充填材を含む。例えば、無機充填材とエポキシ樹脂等の有機樹脂との混合物を用いて樹脂層５を構成することができる。無機充填材の含有量は、全体の８０％以上９５％以下であることが好ましい。このような樹脂層５は、リードフレーム１との密着性が高いため好適である。
【００４２】
以上のように、半導体装置にリードフレーム構造体を用いることにより、半導体チップの歪や反りを抑制することができる。また、ヒートシンクにより高い放熱性を有する半導体装置を提供することができる。
【００４３】
なお、各実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施し得るものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４４】
１…リードフレーム、１ａ…リード部、１ｂ…額縁部、１ｃ…接続部、２…ヒートシンク、３…半導体チップ、４…ボンディングワイヤ、５…樹脂層、１０…リードフレーム構造体、１１…貫通孔、２１…貫通孔、２２…突出部、１００…半導体装置。
【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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【図８】
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【図９】
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