(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と該半導体素子に接続されたリードフレームを樹脂で覆った半導体パッケージにおいて、
上記半導体素子が載置された第１のリードフレームと、
上記半導体素子に対し配線接続され、リードフレーム底面が上記第１のリードフレームと略同一の高さ位置に配された第２のリードフレームと、
を有し、
上記第２のリードフレームは、その断面積が、上記樹脂が該第２のリードフレームを覆う部分と覆わない部分との境界部及びその近傍において、上記第１のリードフレームの断面積よりも大きくされている構成を特徴とする半導体パッケージ。
【請求項２】
上記第２のリードフレームは、その厚さを、上記第１のリードフレームの厚さよりも厚くされている請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項３】
上記第２のリードフレームは、上記樹脂が該第２のリードフレームを覆う部分と覆わない部分との境界部及びその近傍において、その厚さを、上記第１のリードフレームの厚さよりも厚くされている請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項４】
上記半導体素子は、ダイオードである請求項１に記載の半導体パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイオードパッケージ等の半導体パッケージの構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、従来の半導体パッケージとして、ダイオードパッケージの構成例を示す。
図１に示すように、半導体の中でも、例えばアノードとカソードの２電極を有するダイオードパッケージ１は、２個のリードフレーム２ａ、３ａを、同一直線上に間隔をあけて互いに突き合わせるように配してある。一方のリードフレーム２ａ（タブ側リードフレーム）の平面上にはダイオードとしての半導体素子４が載置され、共晶接合や圧着によりボンディングされている。また、他方のリードフレーム３ａ（ポスト側リードフレーム）の平面上には金線５が熱圧着され、該金線５により該半導体素子４と電気的に接続されている。さらに、半導体素子４、金線５、及び各リードフレーム２ａ、３ａの一部を覆うように樹脂６が設けられ、該樹脂の外形は略直方体となるように成形されている。タブ側リードフレーム２ａは、半導体素子４を載置する部分では該半導体素子４を載置可能な平面積を有する構成とされ、ポスト側リードフレーム３ａは、金線５を熱圧着する面積を有した構成とされ、該ポスト側のリードフレーム３ａはタブ側リードフレーム２ａよりも平面積が小さい。また、ダイオードパッケージ１の組立工程は、図２に示すように、ウエハからダイシング工程１０により個別化された半導体素子４をタブ側リードフレーム２ａに搭載するダイボンディング工程１１、タブ側リードフレーム２ａに載置された半導体素子４から、例えば金線５などのワイヤにより、ポスト側リードフレーム３ａに電気的接続を行うワイヤボンディング工程１２、半導体素子４、金線５などのワイヤ、リードフレーム２ａ、３ａの一部を樹脂６で覆うモールディング工程１３、モールディング工程１３で生じるバリを取り除くバリ取り工程１４、リードフレーム２ａ、３ａの端部に表面処理を施す工程１５、電極のうち、アノードとカソードを識別するために樹脂６の上面にマーキングを行うマーキング工程１６、リードフレーム２ａ、３ａの端部を所定長さにする選別工程１７を経て、完成品１８となる。この後、検査工程１９を経て、出荷のために梱包される（梱包工程２０）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
電子機器の小形軽量化に伴って、組込まれる回路電子部品も大幅に小形化かつ薄型化されている。ダイオードパッケージのような半導体パッケージも、樹脂６で覆われる部分が縮小され、わずかなクラックによっても回路破壊に至る。例えばダイオードパッケージのような半導体パッケージの場合、図２に示す製作工程において、ダイボンディング工程１１から完成工程１８までは、図３に示すような製造用リードフレーム上に組上げられた状態で各工程を搬送された後、製品として完成される。このため、工程相互間または工程中において、樹脂部６に対し、図４に示すように外力Ｗが加わる場合もあり、このような場合には、これが原因で該樹脂６の内部、特にポスト側リードフレームの近傍においてクラックが発生することがある。クラック発生のメカニズムとしては、樹脂部６の上部から外力Ｗが加わる結果、タブ側リードフレーム２とポスト側リードフレーム３はそれぞれ、該外力の方向にたわみ変形を生じ、これによって、樹脂部６との接合面部に応力を発生し、該応力が樹脂部６の接合強度を超えると該樹脂部６がリードフレーム面から剥離し、該剥離部にクラックを発生するものと考えられる。樹脂部６の内部にクラックが発生した場合、該クラックが該樹脂部６の外面にまで達している場合は、外観検査工程でチェック・確認され、該ダイオードパッケージは不良品として除かれるなどされる。しかし、該発生した内部クラックが微小で樹脂部６の外面にまで達していない場合などは、検査工程で見落とされ、そのまま良品として出荷されてしまうことも多い。出荷されたものは、出荷先の使用環境や保存条件等により、微小クラックが樹脂部６内部から進展して、ダイオードの回路破壊や性能不良を引き起こすことがある。
検査工程において樹脂部の内部の微小クラックまでもチェックしようとすると、それに対応した検査設備の設置や、全数検査処理が必要となる。このため、多大な労力、時間及び費用が必要となり、製品のコストアップにつながり、製品競争力を低下させる原因となる。
本発明の課題点は、ダイオードパッケージ等半導体パッケージにおいて、少なくとも製作中に外力が加わった場合にもクラックが発生しない構成とすることである。
本発明の目的は、上記課題点を解決できる技術の提供にある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題点を解決するために、本発明では、樹脂に外力が加わったときに、半導体パッケージの内部において、クラックを発生し易い部分におけるパッケージのたわみまたは樹脂部に生じる応力を抑える構成とする。具体的には、
（１）半導体素子と該半導体素子に接続されたリードフレームを樹脂で覆った半導体パッケージとして、上記半導体素子が載置された第１のリードフレームと、該半導体素子に対し配線接続され、リードフレーム底面が該第１のリードフレームと略同一の高さ位置に配された第２のリードフレームとを有し、上記樹脂が該第２のリードフレームを覆う部分と覆わない部分との境界部及びその近傍において、該第２のリードフレームの断面積が上記第１のリードフレームの断面積よりも大きくされている構成とする。
（２）上記（１）において、上記第２のリードフレームは、その厚さを、上記第１のリードフレームの厚さよりも厚くされている構成とする。
（３）上記（１）において、上記第２のリードフレームは、上記樹脂が該第２のリードフレームを覆う部分と覆わない部分との境界部及びその近傍において、その厚さを、上記第１のリードフレームの厚さよりも厚くされている構成とする。
（４）上記（１）において、上記半導体素子は、ダイオードである構成とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例につき図面を用いて説明する。実施例としてはダイオードパッケージの場合の構成例とする。
図５は本発明の第１の実施例構成を示し、ダイオードパッケージのリードフレーム長手方向の断面を示す。
本第１の実施例は、ポスト側リードフレームの厚さを増大させた場合の例である。基本的構成は、図１に示した従来技術の構成と同じであって、ダイオードが載置され共晶接合や圧着によりボンディングされたタブ側リードフレームと、該ダイオードに対し熱圧着等で配線接続されたポスト側リードフレームとを略直線状に配し、該両リードフレームの接続部を除く他の部分と該ダイオードを含めた部分を樹脂で覆ってある。
図５（ａ）は、ポスト側リードフレームの厚さをフレーム全体にわたって厚くした場合の構成例、また、（ｂ）は、ポスト側リードフレームの厚さを樹脂で覆われる部分のみを厚くした場合の構成例である。図５において、２はタブ側リードフレーム、３はポスト側リードフレーム、４はダイオード、５は金線等の接続配線、６は樹脂部、ｔｐ１はポスト側リードフレーム３の厚さ、θはフレーム角度、３１は、樹脂部６がタブ側リードフレーム２へ接合する端部、３２は、樹脂部６がポスト側リードフレーム３へ接合する端部である。タブ側リードフレーム２とポスト側リードフレーム３とは、樹脂部６中において、先端部が離間状態で互いに対向状にされている（離間距離＝クリアランス）。
かかる構成のダイオードパッケージが、タブ側リードフレーム２とポスト側リードフレーム３のそれぞれの接続側の端部（樹脂部６で覆われない部分）で支えられた状態において、図４に示すように、樹脂部６の上部から外力Ｗがかかった場合、該タブ側リードフレーム２、該ポスト側リードフレーム３は該外力の方向に曲げ変形し、特に、それぞれの端部を支持点とするたわみ形状となるため、上記端部３１、３２の位置においてそれぞれ、各最大応力が発生する。通常、該端部３１より、該端部３２の位置に生じる応力の方が大きいため、該端部３２の位置からクラックが発生し易い。本第１の実施例では、樹脂部にクラックを発生させ易いポスト側リードフレームについて厚さを増大させてあるため、該ポスト側リードフレームの断面二次モーメントが増大した状態にある。このため、外力が加わった場合も、たわみ量が抑えられ、この結果、発生応力も抑えられる。従って、これによってクラックの発生が防止される。断面二次モーメントは厚さの３乗と幅の積に比例し、たわみ量は該断面二次モーメントにほぼ反比例する。発生応力はたわみ量にほぼ比例する。また、ダイオードパッケージの製作工程において樹脂部に加わる外力Ｗとしては、最大略３Ｎ程度と推定される。
【０００６】
図６は本発明の第２の実施例構成を示し、ポスト側リードフレームの幅を増大させた場合のダイオードパッケージの平面図である。ただし、樹脂部の一部は取り除いた状態としてあり、リードフレーム先端部の一部及びダイオードの一部が露出された状態を示している。
図６（ａ）は、ポスト側リードフレームの幅をフレーム全体にわたり増大させた場合の構成例、また、（ｂ）は、ポスト側リードフレームの、樹脂で覆われる部分の幅を広くした場合の構成例である。本第２の実施例では、ポスト側リードフレームは幅を増大させてあるため、外力がかかった場合にも、該幅増大に対応したリードフレームの断面二次モーメント増大によってたわみ量が抑えられ、その結果として、発生応力も抑えられる。
【０００７】
図７は、樹脂部６の上部から３Ｎの外力Ｗを加えた場合のダイオードパッケージのたわみ量（変位量）の解析結果を示す。（ａ）は、樹脂部６で覆われた部分のリードフレーム（タブ側リードフレームとポスト側リードフレーム）の厚さｔｐ２を変えた場合のダイオードパッケージのたわみ量δの解析結果、（ｂ）は、樹脂部６で覆われた部分のポスト側リードフレームの幅ｗｐ２を変えた場合のダイオードパッケージのたわみ量δの解析結果、（ｃ）は、タブ側リードフレームの厚さｔｂ２は一定にしポスト側リードフレーム３の厚さｔｐ２のみを変えた場合のダイオードパッケージのたわみ量δの解析結果を示す。解析においては、サンプルの基準仕様を、樹脂部６の長さ（リードフレーム長手方向に沿った長さ）を１．２ｍｍ、幅を０．８ｍｍ、高さを０．６ｍｍ、タブ側リードフレーム２及びポスト側リードフレーム３の樹脂部６に覆われた部分の厚さｔｂ２、ｔｐ２をそれぞれ０．１０ｍｍ、樹脂部６に覆われた部分の各リードフレームの幅ｗｂ２、ｗｐ２を０．５ｍｍ、樹脂部６に覆われていない部分の各リードフレームの幅ｗｂ１、ｗｐ１をそれぞれ０．３ｍｍ、各リードフレームの厚さｔｂ１、ｔｐ１をそれぞれ０．１１ｍｍとし、（ａ）では両リードフレームにつき上記ｔｂ２、ｔｐ２の寸法を変えたサンプルにつき解析を行い、（ｂ）ではポスト側リードフレーム３につき上記幅ｗｐ２の寸法を変えたサンプルにつき解析を行い、（ｃ）ではポスト側リードフレーム３につき上記厚さｔｐ２の寸法を変えたサンプルにつき解析を行った。この結果、リードフレームの厚さまたは幅を増やすことによって、ダイオードパッケージのたわみ量を減らすことができ、ポスト側リードフレームの厚さを増大させるのが、たわみ量を減らすのに有効である。
【０００８】
図８は、上記図７のたわみ量に対応してタブ側リードフレームとポスト側リードフレームのそれぞれに発生する最大主応力値の算定結果を示す。（ａ）は、上記図７の（ａ）のたわみ量に対応し、（ｂ）は、上記図７の（ｂ）のたわみ量に対応し、（ｃ）は、上記図７の（ｃ）のたわみ量に対応している。この結果、リードフレームの厚さまたは幅を増大することによって、リードフレームの最大主応力を減らすことができる。別途行った従来のダイオードパッケージにおけるクラック発生実験の結果からみると、クラックを発生しないリードフレームの最大主応力の限界値は略８３ＭＰａである。最大主応力がタブ側リードフレームよりも高く、クラックを発生し易いポスト側リードフレームで、この応力範囲を満足するためには、樹脂部６で覆われた部分の幅ｗｐ２を略０．５ｍｍより広くするか、または、厚さｔｐ２を略０．１１ｍｍよりも厚くすればよい。すなわち、本算定結果によると、ポスト側リードフレームの幅寸法ｗｐ２または厚さ寸法ｔｐ２を、タブ側リードフレームの幅寸法ｗｂ２または厚さ寸法ｔｂ２よりも大きくすれば、クラックの発生を防止できる。
【０００９】
図９は、上記図７に示すダイオードパッケージのたわみ量δと、上記図８に示すポスト側リードフレーム３の最大主応力σとの関係を示す。これより、ダイオード１のたわみ量δを抑えることにより、ポスト側リードフレーム３側に発生する最大主応力を抑えることができる。また、最大主応力を、クラックを発生しない限界値である略８３ＭＰａ以下とするには、たわみ量は略０．１０〜０．１０１ｍｍ以下に抑える必要がある。ダイオードパッケージのたわみ量δを抑えるために、本発明では、上記のように、リードフレームの断面二次モーメントを増やすことで対応する。
【００１０】
図１０は、樹脂部の上部に外力が加わった場合、上記図５に示す端部３２に発生する応力の状態をシミュレーションによって求めた結果である。これによると、ポスト側リードフレーム３の曲げ変形に伴い、樹脂部６の、該ポスト側リードフレーム３との接合面側には引張り応力が発生し（符号３５、３６の部分）、一方、該接合面の上方側には圧縮応力が発生している（符号３４の部分）。過大な引張り応力が発生したとき、上記接合面部におけるリードフレーム３面からの樹脂部６の剥離と、該剥離に起因したクラックが発生すると考えられる。
【００１１】
図１１は、樹脂部内におけるタブ側リードフレームとポスト側リードフレームとの間の離間距離、すなわちクリアランスＣを変えた場合のダイオードパッケージのたわみ量（変位量）の測定結果を示す。この結果、該クリアランスＣを増大させると、たわみ量は増大する傾向にあり、該たわみ量を略０．１０〜０．１０１ｍｍ以内に抑えるには、クリアランスＣは略０．１〜０．１６ｍｍ以下にする必要がある。
また、樹脂部６に被覆された部分において、ポスト側リードフレーム３のフレーム角度θを変化させたときの、樹脂部６がタブ側リードフレーム２へ接合する端部３１及び樹脂部６がポスト側リードフレーム３へ接合する端部３２における応力σを算定した。この結果、フレーム角度θが大きくなると、応力σが急激に大きくなる。例えば、フレーム角度θが略４５゜では、応力σは８０数ＭＰａであるが、フレーム角度θが略６０゜では、応力σは１３０ＭＰａを超える。従って、フレーム角度θは略４５゜以下であることが望ましい。
【００１２】
上記実施例によれば、樹脂部６がタブ側リードフレーム２へ接合する端部３１及び樹脂部６がポスト側リードフレーム３へ接合する端部３２における応力σを抑えて、クラックの発生を防ぐことができる。
【００１３】
なお、上記実施例では、ダイオードパッケージのたわみ量δや応力σの増大を、ポスト側リードフレーム３の幅または厚さを増やすことで抑えるようにしたが、この他、該ポスト側リードフレーム３の幅と厚さとの双方を増やすようにしてもよいし、該ポスト側リードフレーム側での寸法増大化と併せ、タブ側リードフレーム２の厚さや幅も増大させるようにしてもよい。また、上記実施例では、ダイオードパッケージの場合につき説明したが、本発明はこれに限定されず、他の半導体パッケージであってもよい。
【００１４】
【発明の効果】
本発明によれば、パッケージ強度が高く高信頼性のダイオードパッケージを実現できる。生産工程においては、外観検査をなくせるし、また、不良率を減らせる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ダイオードパッケージの構成例を示す。
【図２】従来のダイオードパッケージの製作工程例を示す図である。
【図３】製造用リードフレームの構成例を示す図である。
【図４】ダイオードパッケージに外力が加わった場合の状態の説明図である。
【図５】本発明の第１の実施例を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施例を示す図である。
【図７】ダイオードパッケージのたわみ量の解析結果を示す図である。
【図８】ダイオードパッケージの最大主応力の算定結果を示す図である。
【図９】ダイオードパッケージのたわみ量の測定結果を示す図である。
【図１０】外力により発生する応力のシミュレーション結果を示す図である。
【図１１】フレーム間クリアランスと、ダイオードパッケージのたわみ量の関係の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
１…ダイオードパッケージ、  ２…タブ側リードフレーム、  ３…ポスト側リードフレーム、  ４…半導体素子、  ５…金線、  ６…樹脂部。
【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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【図１０】
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【図１１】
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