(57)【要約】 【課題】半導体チップとリードフレームとの間の半田の応力耐性を増大させることができる半導体装置を提供する。【解決手段】本実施形態による半導体装置は、半導体チップを備える。金属部は、半導体チップの搭載領域に窪みを有する。窪みの平面形状は、半導体チップの平面形状と略相似形である。半導体チップの表面上方から見たときに、窪みの平面形状の中心または重心が半導体チップの平面形状の中心または重心と一致する。半田は、窪み内に設けられている。半田は、窪み内において金属部と半導体チップとの間に設けられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと、
前記半導体チップの搭載領域に窪みを有し、該窪みの平面形状が前記半導体チップの平面形状と略相似形であり、かつ、前記半導体チップの表面上方から見たときに、前記窪みの平面形状の中心または重心が前記半導体チップの平面形状の中心または重心と一致する金属部と、  
前記窪み内において前記金属部と前記半導体チップとの間に設けられた半田とを備えた
半導体装置。
【請求項２】
前記窪みは、前記半導体チップの中心領域に対応する第１部分よりも、前記半導体チップの外縁領域に対応する第２部分において深い、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記半田は、前記半導体チップの中心領域に対応する部分よりも、前記半導体チップの外縁領域に対応する部分において厚い、請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記半田の厚みは、前記窪みの深さよりも厚い、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記窪みの平面形状の外縁は、前記半導体チップの平面形状の外縁より外側にあり、
前記半田の端部は、前記窪みの外縁から前記半導体チップの外縁へ向かって傾斜している、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記半導体チップの外縁は、前記窪みの前記第１部分の上方にある、請求項２に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記窪みの平面形状の外縁は、前記半導体チップの平面形状の外縁より内側にあり、
前記半田の端部は、前記窪みの外縁から前記半導体チップの外縁へ向かって傾斜している、請求項１から請求項４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】
本発明による実施形態は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置のパッケージは、リードフレーム上に半導体チップを搭載し、半導体チップの周囲を樹脂封止することによってパッケージングされている。パッケージ内において、半導体チップは、半田でリードフレーム上に固定されている場合がある。このような半田は、樹脂封止やその後の使用時において応力（例えば、熱応力）を受ける。半導体チップとリードフレームとの間の半田の厚みが薄いと、このような応力によって半田が破損し易くなる。例えば、樹脂に近い半田の端部は、大きな応力を受けるため破損し易い。
【０００３】
しかし、半導体チップとリードフレームとの間の半田を厚く形成するために平坦なリードフレーム上に多量の半田を供給すると、半田は、リードフレーム上を流れやすくなる。従って、半導体チップの位置がずれたり、半田が半導体チップからはみ出したり、あるいは、半導体チップが傾斜してしまう。従って、従来、半導体チップとリードフレームとの間の半田を厚くすることは困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３２７７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体チップとリードフレームとの間の半田の応力耐性を増大させることができる半導体装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本実施形態による半導体装置は、半導体チップを備える。金属部は、半導体チップの搭載領域に窪みを有する。窪みの平面形状は、半導体チップの平面形状と略相似形である。半導体チップの表面上方から見たときに、窪みの平面形状の中心または重心が半導体チップの平面形状の中心または重心と一致する。半田は、窪み内に設けられている。半田は、窪み内において金属部と半導体チップとの間に設けられている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態による半導体装置１の構成の一例を示す平面図および断面図。
【図２】リードフレーム１０、半田５０および半導体チップ２０の構成の一例を示す平面図および断面図。
【図３】第１の実施形態による半導体装置１の製造方法の一例を示す平面図および断面図。
【図４】図３に続く、半導体装置１の製造方法を示す平面図および断面図。
【図５】図４に続く、半導体装置１の製造方法を示す平面図および断面図。
【図６】第２の実施形態によるリードフレーム１０、半田５０および半導体チップ２０の構成の一例を示す平面図および断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１（Ａ）および図１（Ｂ）は、第１の実施形態による半導体装置１の構成の一例を示す平面図および断面図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面を示す。
【００１０】
半導体装置１は、リードフレーム１０〜１２と、半導体チップ２０と、ソースコネクタ３１と、コネクタ３２と、樹脂４０と、半田５０〜５２と、メッキ６０とを備えている。
【００１１】
金属部としてのリードフレーム１０は、その上方に半導体チップ２０を搭載する。リードフレーム１０は、樹脂４０に被覆されているが、その一部（１０ｐ）が樹脂４０から突出している。リードフレーム１０の突出部１０ｐは、樹脂４０から突出しており、ドレイン端子として機能する。リードフレーム１０は、例えば、半導体チップ３０の裏面に設けられたドレインに電気的に接続されており、ドレイン端子として機能する。
【００１２】
リードフレーム１１は、樹脂４０によってリードフレーム１０と電気的に絶縁されており、ソースコネクタ３１を介して半導体チップ２０の上面に設けられたソース２１に電気的に接続されている。リードフレーム１１の突出部１１ｐは、樹脂４０から突出しており、ソース端子として機能する。
【００１３】
リードフレーム１２は、樹脂４０によってリードフレーム１０、１１と電気的に絶縁されており、ゲートコネクタ３２を介して半導体チップ２０の上面に設けられたゲート２２に電気的に接続されている。リードフレーム１２の突出部１２ｐは、樹脂４０から突出しており、ゲート端子として機能する。リードフレーム１０〜１２には、例えば、銅等の低抵抗金属を用いている。
【００１４】
半導体チップ２０は、半導体基板上に任意の半導体素子を備えている。例えば、半導体チップ２０は、その裏面に半導体素子のドレインを有し、その表面に半導体素子のソース２１およびゲート２２を有する。図１（Ｂ）に示すように、半導体チップ２０は、リードフレーム１０に設けられた窪み７０の上方に配置されており、半田５０によって固定されている。
【００１５】
半田５０は、リードフレーム１０と半導体チップ２０との間に設けられており、窪み７０内に充填されている。半田５０は、窪み７０を充填しつつ、さらに、窪み７０の上方に盛り上がっている。これにより、半田５０は、半導体チップ２０をリードフレーム１０の窪み７０以外の表面Ｆ１０よりも高い位置に配置している。
【００１６】
ソースコネクタ３１は、半導体チップ２０のソース２１上に設けられており、図１（Ｂ）に示すように半田５１によって固定されている。また、ソースコネクタ３１は、半田５２によってリードフレーム１１と接続されている。これにより、ソースコネクタ３１は、半導体チップ２０のソース２１とリードフレーム１１とを電気的に接続する。
【００１７】
ゲートコネクタ３２は、半導体チップ２０のゲート２２上に設けられており半田（図示せず）によって固定されている。また、ゲートコネクタ３２は、半田（図示せず）によってリードフレーム１２と接続されている。これにより、ゲートコネクタ３２は、半導体チップ２０のゲート２２とリードフレーム１２とを電気的に接続する。ゲートコネクタ３１、３２には、例えば、銅等の低抵抗金属を用いている。
【００１８】
樹脂４０は、半導体チップ２０の周囲、半田５０〜５２の周囲を封止し、リードフレーム１０〜１２およびコネクタ３１、３２を部分的に被覆している。これにより、樹脂４０は、半導体チップ２０および半田５０〜５２を保護し、ドレイン、ソースおよびゲートを相互に絶縁する。
【００１９】
メッキ６０は、樹脂４０から露出されたリードフレーム１０〜１２、コネクタ３１、３２を被覆する。メッキ６０は、リードフレーム１０〜１２、コネクタ３１、３２を腐食から保護し、かつ、見栄えを良くする。図２（Ａ）および図２（Ｂ）を参照して、窪み７０および半田５０の構成をより詳細に説明する。
【００２０】
図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、リードフレーム１０、半田５０および半導体チップ２０の構成の一例を示す平面図および断面図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＢ―Ｂ線に沿った断面である。図２（Ａ）および図２（Ｂ）において、リードフレーム１０、半田５０および半導体チップ２０以外の構成の図示は、省略している。
【００２１】
図２（Ｂ）に示すように、窪み７０は、第１部分Ｒｃｎｔおよび第２部分Ｒｏｕｔを含む。第１部分Ｒｃｎｔは、半導体チップ２０の中心領域に対応して設けられている。第１部分Ｒｃｎｔの深さは、リードフレーム１０の表面Ｆ１０よりも深いが、第２部分Ｒｏｕｔよりも浅い。第２の部分Ｒｏｕｔは、半導体チップ２０の外縁領域に対応して設けられている。即ち、第２の部分Ｒｏｕｔは、第１部分Ｒｃｎｔの周囲に設けられている。第２部分Ｒｏｕｔの深さは、第２部分Ｒｏｕｔよりも深い。ここで、窪み７０の深さは、リードフレーム１０の表面Ｆ１０からの深さである。
【００２２】
図２（Ｂ）に示すように、半田５０は、窪み７０内を充填するよう設けられている。従って、半田５０は、窪み７０の深さに従った厚みを有し、半田５０の厚みは、平坦なリードフレーム１０上に設けられた場合と比較して厚く形成され得る。これにより、半田５０は、樹脂４０等から受ける応力（例えば、熱応力）に対して高い耐性を有する。また、半田５０は、リードフレーム１０の表面Ｆ１０よりも高い位置まで盛り上がっており、半田５０の厚みは、窪み７０の深さよりも厚くなっている。これにより、半田５０は、樹脂４０等から受ける応力に対してさらに高い耐性を有する。また、半田５０の厚みは、第１領域Ｒｃｎｔにおいて比較的薄く、第２領域Ｒｏｕｔにおいて比較的厚い。即ち、半田５０は、半導体チップ２０の中心領域に対応する部分よりも、半導体チップ２０の外縁領域に対応する部分において厚くなっている。これにより、応力の集中し易い半導体チップ２０の外縁Ｅ２０（半田５０の端部）における応力耐性を向上させることができる。
【００２３】
図２（Ａ）の斜線部（Ｒｃｎｔ、Ｒｏｕｔ）に示すように、窪み７０は、半導体チップ２０の平面形状より大きくかつ該平面形状と略相似の形状を有し、リードフレーム１０の表面のうち半導体チップ２０の搭載領域に設けられている。また、窪み７０の平面形状の外縁は、半導体チップ２０の平面形状の外縁に沿っている。例えば、本実施形態では、半導体チップ２０の平面形状（外形）は、四角形であり、窪み７０の平面形状（外形）も、半導体チップ２０の平面形状と同様に四角形である。また、液状の半田５０は、窪み７０内に供給されると、窪み７０の外側へ流れ難い。さらに、半導体チップ２０は、半田５０よりも比重が軽いので、液状の半田５０上に配置されたときに半田５０上に浮く。半田５０がキュアによってそのまま固化すると、半導体チップ２０は、窪み７０の外縁Ｅ７０からほぼ等しい距離だけ離れた位置に自己整合的に配置され固定される。即ち、半導体チップ２０の位置は、窪み７０の平面形状に従ってそのほぼ中心または重心に自己整合的に決定され得る。例えば、半導体チップ２０の表面上方から見たときに、半導体チップ２０の平面形状の２本の対角線の交差点Ｐ（即ち、半導体チップ２０の平面形状の中心または重心）は、窪み７０の平面形状の２本の対角線の交差点Ｐ（即ち、窪み７０の平面形状の中心または重心）とほぼ一致する。さらに、半導体チップ２０の平面形状および窪み７０の平面形状は、円形または四角形以外の多角形であってもよい。この場合であっても、半導体チップ２０の表面上方から見たときに、半導体チップ２０の平面形状の中心または重心は窪み７０の平面形状の中心または重心とほぼ一致する。このように、半導体チップ２０の位置は、窪み７０の平面形状に従って自己整合的に決定され得る。
【００２４】
尚、半導体チップ２０および窪み７０の中心または重心の一致は、半導体チップ２０が窪み７０内の液状の半田５０上に浮いたときに半田５０の表面張力等によって自己整合的に実現される。従って、半導体チップ２０の中心または重心と窪み７０の中心または重心とは、必ずしも完全に一致する必要はなく、製造上の誤差を含む範囲内でほぼ一致すればよい。
【００２５】
さらに、本実施形態において、窪み７０の平面形状の外縁Ｅ７０（第２領域Ｒｏｕｔの外縁）は、半導体チップ２０の平面形状の外縁Ｅ２０より外側にある。従って、半導体チップ２０の外縁Ｅ２０は、半導体チップ２０の上方から見たときに、窪み７０の第１部分Ｒｏｕｔに重複する。これにより、図２（Ｂ）に示す断面では、半導体チップ２０の外縁Ｅ２０は、窪み７０の第１部分Ｒｏｕｔの上方に位置し、かつ、半田５０は、窪み７０の外縁Ｅ７０から半導体チップ２０の外縁Ｅ２０へ向かって順テーパー状に傾斜する。これにより、半導体チップ２０の外縁Ｅ２０（半田５０の端部）の応力耐性がさらに向上する。尚、窪み７０の平面形状の大きさは、半導体チップ２０の平面形状の大きさと略等しくしてもよい。この場合、半田５０の端部側面は、傾斜せずに、リードフレーム１０の表面Ｆ１０に対して略垂直になる。しかし、半田５０が窪み７０から流れ出さない限り、半田５０の端部側面は、リードフレーム１０の表面Ｆ１０に対して略垂直であってもよい。
【００２６】
次に、本実施形態による半導体装置１の製造方法を説明する。
【００２７】
図３（Ａ）〜図５（Ｂ）は、第１の実施形態による半導体装置１の製造方法の一例を示す平面図および断面図である。図３（Ｂ）、図４（Ｂ）および図５（Ｂ）は、それぞれ図３（Ａ）、図４（Ａ）および図５（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【００２８】
例えば、半導体チップ２０の平面形状が約５ｍｍ×５ｍｍの四角形であるとする。この場合、窪み７０の平面形状は、半導体チップ２０の平面形状と等しいかそれより幾分大きな四角形にする。例えば、窪み７０の平面形状は、約５ｍｍ×５ｍｍ〜約５．５ｍｍ×５．５ｍｍの四角形にする。窪み７０の深さは、例えば、第１領域Ｒｃｎｔにおいて約０．０３ｍｍ〜０．０７ｍｍ、第２領域Ｒｏｕｔにおいて約０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍでよい。
【００２９】
窪み７０は、リードフレーム１０〜１２を形成するプレス加工と同時に、金型をリードフレーム１０に押し付けることによって形成され得る。また、窪み７０は、レーザ等を用いてリードフレーム１０の表面を削ることによって形成されてもよい。さらに、プレス加工およびレーザ加工を組み合わせて窪み７０を形成してもよい。例えば、図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示すように、第１領域Ｒｃｎｔを金型によるプレス加工で形成する。その後、図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示すように、第２領域Ｒｏｕｔをレーザ加工で形成する。このとき、第２領域Ｒｏｕｔのレーザ加工では、第１領域Ｒｃｎｔの外縁のリードフレーム１０を、第２領域Ｒｏｕｔの深さと第１領域Ｒｃｎｔの深さとの差の分だけ削ればよい。
【００３０】
次に、図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示すように、窪み７０に液状の半田５０を供給する。半田５０は、窪み７０の容積よりも幾分多く供給される。これにより、半田５０は、図５（Ｂ）に示すように、表面張力によって盛り上がり、窪み７０の外側へは流れ出ない。
【００３１】
次に、図２（Ａ）および図２（Ｃ）に示すように、半導体チップ２０を半田５０上に配置する。即ち、ダイマウントを行う。半導体チップ２０は、非常に薄く、比重が半田５０より軽いので、液状の半田５０上に配置されたときに、半田５０上に浮く。半田５０が冷却されて固化することによって、半導体チップ２０は、窪み７０の上方に固定される。このとき、半導体チップ２０の底面は、窪み７０の表面Ｆ１０よりも高い位置に位置付けられる。また、半導体チップ２０は、窪み７０の外縁Ｅ７０からほぼ等しい距離だけ離れた位置に自己整合的に配置される。これにより、半導体チップ２０は、窪み７０の平面形状に適合した位置に配置される。また、半田５０が窪み７０の外側へ流れ出ないので、半導体チップ２０は、窪み７０上において傾斜せず、略水平に固定される。これに伴い、半田５０の厚みは、半導体チップ２０とリードフレーム１０との間において厚く形成され、かつ、第１領域Ｒｃｎｔおよび第２領域Ｒｏｕｔのそれぞれにおいて略均一に形成される。
【００３２】
その後、半導体チップ２０上に半田を供給し、ソースコネクタ３１、ゲートコネクタ３２を半田上に取り付ける。さらに、半導体チップ２０および半田５０を樹脂４０で封止し、半導体装置１をリードフレームから切り離す（個別化）することによって、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示す半導体装置１が完成する。
【００３３】
以上のように、本実施形態によれば、リードフレーム１０は、窪み７０を半導体チップ２０の搭載領域に有する。また、半田５０は、窪み７０の容量より幾分多く供給してもリードフレーム１０上において窪み７０内に留まり、窪み７０から流れ出ない。これにより、半田５０は、半導体チップ２０とリードフレーム１０との間において厚く形成され得る。
【００３４】
窪み７０が半導体チップ２０の平面形状と略相似の形状を有し、かつ、半田５０が窪み７０内に留まるので、半導体チップ２０を半田５０上に載せたときに、半導体チップ２０は、窪み７０の中心領域に配置され得る。また、半田５０が窪み７０の外へ流れ出ないので、半導体チップ２０は、窪み７０上において傾斜せず、略水平に配置することができる。
【００３５】
また、窪み７０は、半導体チップ２０の中心領域に対応する第１部分Ｒｃｎｔよりも、半導体チップ２０の外縁領域に対応する第２部分Ｒｏｕｔにおいて深く形成されている。それに伴い、半田５０は、第１部分Ｒｃｎｔよりも第２部分Ｒｏｕｔにおいて厚く形成される。さらに、半導体チップ２０の外縁Ｅ２０は、窪み７０の第１部分Ｒｏｕｔの上方にある。これにより、半導体チップ２０の外縁Ｅ２０（半田５０の端部）において半田５０の厚みが厚くなるので、半導体チップ２０の外縁Ｅ２０（半田５０の端部）は、大きな応力に対して破損し難くなる。
【００３６】
さらに、窪み７０の平面形状の外縁は、半導体チップ２０の平面形状の外縁に沿っており、かつ、半導体チップ２０の平面形状より幾分大きい。よって、窪み７０の外縁Ｅ７０は、半導体チップ２０の外縁Ｅ２０より幾分外側にある。これにより、半田５０の端部は、窪み７０の外縁Ｅ７０から半導体チップ２０の外縁Ｅ２０へ向かって順テーパー状に傾斜する。これにより、半導体チップ２０の外縁Ｅ２０（半田５０の端部）の応力耐性がさらに向上する。例えば、本実施形態による半導体装置１は、信頼性試験のＴＣＴ（Thermal Cycle Test）において、窪み７０の無い装置と比較して約２倍のサイクルを有する。
【００３７】
（第２の実施形態）
図６（Ａ）および図６（Ｂ）は、第２の実施形態によるリードフレーム１０、半田５０および半導体チップ２０の構成の一例を示す平面図および断面図である。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面である。図６（Ａ）および図６（Ｂ）において、リードフレーム１０、半田５０および半導体チップ２０以外の構成の図示は、省略している。
【００３８】
第２の実施形態において、半導体チップ１０の平面形状は、窪み７０の平面形状よりも大きい。従って、窪み７０の平面形状の外縁は、半導体チップ２０の平面形状の外縁に沿っており、かつ、半導体チップ１０の平面形状より幾分小さい。よって、窪み７０の平面形状の外縁Ｅ２０は、半導体チップ２０の平面形状の外縁Ｅ２０より幾分内側にある。これに伴い、半田５０の端部は、窪み７０の外縁Ｅ７０から半導体チップ２０の外縁Ｅ２０へ向かって逆テーパー状に傾斜している。第２の実施形態のその他の構成は、第１の実施形態の対応する構成と同様でよい。
【００３９】
半田５０が窪み７０の外側へ流れ出ない限りにおいて、半導体チップ１０の平面形状は、第２の実施形態のように、窪み７０の平面形状よりも幾分大きくても構わない。この場合であっても、半田５０は、半導体チップ２０とリードフレーム１０との間において厚く形成され得る。また、窪み７０が半導体チップ２０の平面形状と略相似の形状を有し、かつ、半田５０が窪み７０内に留まるので、半導体チップ２０を半田５０上に載せたときに、半導体チップ２０は、窪み７０の中心領域に配置され得る。また、半田５０が窪み７０の外へ流れ出ないので、半導体チップ２０は、窪み７０上において傾斜せず、略水平に配置することができる。
【００４０】
また、半導体チップ２０の外縁Ｅ２０（半田５０の端部）において半田５０の厚みが厚くなるので、半導体チップ２０の外縁Ｅ２０（半田５０の端部）は、大きな応力に対して破損し難くなる。
【００４１】
上記実施形態において、半導体チップ２０および窪み７０の平面形状は、四角形である。しかし、半導体チップ２０および窪み７０の平面形状は、他の多角形であってもよい。
【００４２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、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同様に、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ものである。
【符号の説明】
【００４３】
１・・・半導体装置、１０〜１２・・・リードフレーム、２０・・・半導体チップ、３１・・・ソースコネクタ、３２・・・ゲートコネクタ、４０・・・樹脂、５０〜５２・・・半田、６０・・・メッキ、７０・・・窪み、Ｒｃｎｔ・・・第１領域、Ｒｏｕｔ・・・第２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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