(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップが搭載されるダイパッドと、このダイパッドと接合されるとともに、上記半導体チップから発生する熱を外部に放出するための放熱板と、を備えた半導体装置であって、
上記ダイパッドとしてニッケル合金を用い、上記放熱板としてアルミニウムを用いており、
上記放熱板は、その表面の酸化を抑制して上記ダイパッドとの接合強度を高めるために上記ダイパッドに接する面に金属蒸着層からなる１０〜２０μｍの厚みの耐酸化処理が施されていることを特徴とする、半導体装置。
【請求項２】
上記放熱板の表面は、上記放熱板および上記ダイパッドと異なる材質の金属により耐酸化処理が施されている、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
銅または銀を上記放熱板の耐酸化処理に用いる、請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
ダイパッドと、このダイパッドの周辺に先端部が配置された複数本の内部リードと、を備えるリードフレームを用いて半導体装置を製造するための方法であって、
上記ダイパッドとしてニッケル合金を用い、上記放熱板としてアルミニウムを用いるとともに、表面の酸化を抑制して上記ダイパッドとの接合強度を高めるために表面に金属蒸着層からなる１０〜２０μｍの厚みの耐酸化処理が施された放熱板を上記ダイパッドと接合するステップと、
上記ダイパッドの上面に半導体チップをボンディングするステップと、
上記半導体チップと上記各内部リードとが電気的に導通するようにワイヤを用いて結線するステップと、
を含むことを特徴とする、半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、半導体チップが搭載されるダイパッドと、このダイパッドと接合されるとともに、上記半導体チップから発生する熱を外部に放出するための放熱板と、を備えた半導体装置、およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、モータドライブ用パワーＩＣ、ある種のゲートアレイ、超ＬＳＩ等、駆動時に生じる発熱量が大きい樹脂パッケージ型半導体装置には、樹脂パッケージ内に放熱板を組み込み、これによって放熱性能を高めたものが見うけられる。
【０００３】
図７に、従来のこの種の樹脂パッケージ型半導体装置５の構造例を示す。この半導体装置５は、半導体チップ５０と、この半導体チップ５０が搭載されるダイパッド５１と、上記半導体チップ５０から発生する熱を外部に放出するための放熱板５４と、上記半導体チップ５０とワイヤ５３を介して電気的に導通させられている複数本の内部リード５２と、上記半導体チップ５０ないし上記内部リード５２を包み込む樹脂パッケージ５６と、上記各内部リード５２に連続して上記樹脂パッケージ５６の外部に延出する外部リード５５と、を備えて構成されている。
【０００４】
上記樹脂パッケージ型半導体装置５は、リードフレームに形成されたダイパッド５１の下面に上記放熱板５４を接合し、上記ダイパッド５１の上面に半導体チップ５０をボンディングし、この半導体チップ５０上に形成された上面電極（図示せず）をワイヤ５３を介してこれに対応する内部リード５２と結線し、さらに、合わせ状態においてダイパッド５１上の半導体チップ５０を収容配置可能なキャビティを有する上下の金型を用いて樹脂材料により上記ダイパッド５１、半導体チップ５０、内部リード５２、ワイヤボンディング部５２、および放熱板５４を樹脂パッケージングすることにより形成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記ダイパッド５１としてニッケル合金、たとえばニッケルを４２％含む、いわゆる４２アロイを用い、上記放熱板５４として銅を用いた場合には、ハンダリフローの手法により上記半導体装置５を回路基板上に実装するときの熱によって上記ダイパッド５１および上記放熱板５４がそれぞれ熱膨張するが、上記放熱板５４と上記ダイパッド５１とはそれぞれ熱膨張係数が異なるために、上記放熱板５４と上記ダイパッド５１との間の接合部分に応力が集中してしまう。また、上記放熱板５４および上記ダイパッド５１の各々の接合面における上記した応力に対する伸び具合が、上記放熱板５４と上記ダイパッド５１と間で異なるために、上記放熱板５４が反ってしまったり、あるいは上記放熱板５４や上記半導体チップ５０が上記ダイパッド５１から剥離してしまったりする。このため、上記放熱板５４に十分に熱が伝えられず上記半導体装置５の放熱性が低下してしまったり、あるいは上記半導体装置５の品質の低下を招来してしまったりする。
【０００６】
したがって、上記放熱板５４は、熱伝導率、すなわち放熱性が高く、しかも上記ダイパッドとの接合部分のリフロー時の高温における伸び具合が上記ダイパッド１２と略同様である金属を用いて形成することが望まれる。そこで、上記ダイパッド５１として４２アロイを用いた場合には、アルミニウムなどの金属により形成された放熱板を用いることも考えられるが、アルミニウムは、その表面が酸化されて酸化膜が形成されやすいために、上記ダイパッドに対する接合安定性が低いといった欠点がある。特に、超音波接合法により上記放熱板５４と上記ダイパッド５１とを接合する場合には、上記酸化膜によって超音波供給時の金属の相互拡散が阻害されるために、上記放熱板５４と上記ダイパッド５１とを所定の強度をもって接合することが困難である。
【０００７】
本願発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、リフロー時の熱によって放熱板や半導体チップがダイパッドから剥離してしまったり、上記放熱板が反ってしまうことを回避するとともに、上記ダイパッドに対して上記放熱板が強固に接合された半導体装置、およびその製造方法を提供することをその課題とする。
【０００８】
【発明の開示】
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【０００９】
すなわち、本願発明の第１の側面に係る半導体装置は、半導体チップが搭載されるダイパッドと、このダイパッドと接合されるとともに、上記半導体チップから発生する熱を外部に放出するための放熱板と、を備えた半導体装置であって、上記ダイパッドとしてニッケル合金を用い、上記放熱板としてアルミニウムを用いており、上記放熱板は、その表面の酸化を抑制して上記ダイパッドとの接合強度を高めるために上記ダイパッドに接する面に金属蒸着層からなる１０〜２０μｍの厚みの耐酸化処理が施されていることを特徴としている。
【００１０】
上記放熱板は、その表面に酸化による酸化膜が形成されることを抑制するために、耐酸化処理が施されているので、酸化膜が形成されることに起因した上記放熱板と上記ダイパッドとの間の接合安定性の低下を回避することができる。したがって、放熱板として表面が酸化されて酸化膜が形成されやすい金属を用いた場合であっても、上記放熱板の表面に耐酸化処理を施すことにより上記ダイパッドに対する上記放熱板の接合安定性を損なうことなく強固に上記ダイパッドに対して上記放熱板を接合することができる。
【００１１】
好ましくは、上記放熱板の表面は、上記放熱板および上記ダイパッドと異なる材質の金属により耐酸化処理が施されている。
【００１２】
上記放熱板として、熱伝導率、すなわち放熱性が高く、しかも上記ダイパッドとの接合部分のリフロー時の高温における伸び具合が上記ダイパッドと略同様である金属、たとえばアルミニウムなどの金属が用いられているので、リフロー時の高温によって上記放熱板が反ってしまったり、上記放熱板や上記半導体チップが上記ダイパッドから剥離してしまうことを回避することができる。したがって、上記放熱板に十分に熱が伝えられず上記半導体装置の放熱性が低下してしまったり、あるいは上記半導体装置の品質の低下を招来してしまうといった事態を回避することができる。
【００１３】
なお、上記放熱板の表面に耐酸化処理を施すための金属としては、銅または銀を用いるのが好適である。
【００１４】
銅および銀は、アルミニウムなどに比べて酸化されにくいために、上記放熱板の耐酸化層を形成するための金属として好適であり、また、上記銅および銀は、上記放熱板、すなわちアルミニウム、鉄、およびニッケルに対する蒸着安定性が高いといった利点をも有している。
【００１５】
なお、上記放熱板と上記ダイパッドとを接合する方法としては、超音波接合法またはスポット溶接などが考えられる。
【００１６】
本願発明の第２の側面に係る半導体装置の製造方法は、ダイパッドと、このダイパッドの周辺に先端部が配置された複数本の内部リードと、を備えるリードフレームを用いて半導体装置を製造するための方法であって、上記ダイパッドとしてニッケル合金を用い、上記放熱板としてアルミニウムを用いるとともに、表面の酸化を抑制して上記ダイパッドとの接合強度を高めるために表面に金属蒸着層からなる１０〜２０μｍの厚みの耐酸化処理が施された放熱板を上記ダイパッドと接合するステップと、上記ダイパッドの上面に半導体チップをボンディングするステップと、上記半導体チップと上記各内部リードとが電気的に導通するようにワイヤを用いて結線するステップと、を含むことを特徴としている。
【００１７】
このような半導体装置の製造方法によれば、上述した第１の側面に係る半導体装置の効果を奏することができる半導体装置を提供することができる。
【００１８】
本願発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
【００２０】
図１は、本願発明に係る半導体装置１０の一例を表す断面図、図２は、図１のII−II線に沿う断面図、図３は、上記半導体装置１０の製造に用いるリードフレーム２０の平面図、図４は、図３のリードフレーム２０に形成されたダイパッド１２の下面に放熱板１４を接合し、さらに上記ダイパッド１２の上面に半導体チップ１３をボンディングした状態の平面図、図５は、図４の半導体チップ１３と内部リード１５とをワイヤ１７で結線した状態の平面図、図６は、図５のリードフレーム２０を金型３に挟持した状態の断面図である。
【００２１】
図１および図２に示すように、上記半導体装置１０は、半導体チップ１３が搭載されるダイパッド１２と、上記半導体チップ１３から発生する熱を外部に放出するための放熱板１４と、上記半導体チップ１３と電気的に導通させられる複数本の内部リード１５と、上記半導体チップ１３ないし上記各内部リード１５を包み込む樹脂パッケージ１１と、上記各内部リード１５と連続して上記樹脂パッケージ１１の外部に延出する外部リード１６と、を備えて構成されている。
【００２２】
図４に良く表れているように、上記放熱板１４は、アルミニウムによって矩形状に形成されているとともに、矩形状に形成された上記ダイパッド１２よりも大の面積を有している。上記放熱板１４の表面には、銀または銅などを用いた金属蒸着、金属イオン注入、あるいは金属メッキなどの方法による耐酸化処理が施されて１０〜２０μｍ程度の厚みを有する耐酸化層１９が形成されている。図４および図５に良く表れているように、上記放熱板１４は、平面視において上記ダイパッド１２からその周縁部がはみ出すようにして上記ダイパッド１２の裏面に接合されている。
【００２３】
図１に示すように、上記半導体チップ１３の上面と上記各内部リード１５の先端部の上面とがワイヤ１７によって電気的に導通するように結線されており、半導体チップ１３、ダイパッド１２、放熱板１４、内部リード１６がエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を材料として金型成形などによって樹脂パッケージ１１が形成されている。
【００２４】
図１に示すように、上記外部リード１６の先端部には、上記樹脂パッケージ１１の底面と面一になるように水平部１６Ａが形成されており、この水平部１６Ａをハンダ付けすることにより上記半導体装置１０が回路基板上に面実装されるように構成されている。
【００２５】
次に、図３ないし図６を参照しながら上記半導体装置１０の製造方法について説明する。便宜上、図３を参照しながら上記半導体装置１０の製造に用いるリードフレーム２０について先に説明する。
【００２６】
図３に示すように、幅方向に位置するサイドフレーム２１，２１間を掛け渡すようにしてサポートリード２２，２２によって支持された平面視矩形状のダイパッド１２が形成されている。そして、サイドフレーム２１，２１間を掛け渡すようにして、上記ダイパッド１２に対してフレームの長手方向両側に形成されている各タイバー２３，２３によってこのタイバー２３よりも外側に延びる外部リード１６および内側に延びる内部リード１５が一体につなげられている。このリードフレーム２０は、４２アロイなどのニッケル合金を材質とする金属薄板に打ち抜きプレス加工を施すことによって作成されている。
【００２７】
なお、このダイパッド１２は、その裏面側に放熱板１４を取り付けた状態において上記放熱板１４の周縁部の上面が内部リード１５の先端部の下面と接触しないように上記リードフレーム２０のその他の部分、たとえば上記内部リード１５対してダウンオフセットされている。
【００２８】
先ず、図４に示すように、矩形状に形成されたダイパッド１２の下面に、上記ダイパッド１２よりも大の面積を有し、かつアルミニウムによって矩形状に形成されているとともに、金属蒸着などの方法によりその表面に耐酸化処理が施されて耐酸化層１９が形成された放熱板１４をその周縁部が平面視において上記ダイパッド１２からはみ出すように接合する。上記耐酸化層１９を形成する金属としては、アルミニウムに比べて酸化されにくく、アルミニウムとの蒸着性の高い銀または銅などの金属を用いるのが好適あり、また、上記耐酸化層の厚みは、１０〜２０μｍ程度に設定されている。なお、上記ダイパッド１２と上記放熱板１４との接合方法は、超音波接合であっても、スポット溶接であっても、またその他であってもよい。
【００２９】
上記放熱板１４は、その表面が酸化されて酸化膜が形成されることを抑制するために耐酸化処理が施されているので、上記放熱板１４の表面に酸化膜が形成されることに起因した上記放熱板１４と上記ダイパッドとの間の接合強度が低下することを回避することができる。したがって、放熱板１４として表面が酸化されて酸化膜を形成しやすい金属であるアルミニウムを用いた場合であっても、上記放熱板１４の表面に耐酸化処理を施すことにより上記ダイパッド１２に対する上記放熱板１４の接合安定性を損なうことなく強固に上記ダイパッド１２に対して上記放熱板１４を接合することができる。
【００３０】
また、アルミニウムは、熱伝導率、すなわち放熱性が高く、しかも上記ダイパッド１２との接合部分のリフロー時の高温における伸び具合が上記ダイパッド１２と略同様であるので、上記放熱板１４としてアルミニウムを用いた場合には、リフロー時の高温によって上記放熱板１４が反ってしまったり、上記放熱板１４や上記半導体チップ１３が上記ダイパッド１２から剥離してしまうことを回避することができる。したがって、上記放熱板１４に十分に熱が伝えられず上記半導体装置１０の放熱性が低下してしまったり、あるいは上記半導体装置１０の品質の低下を招来してしまうといった事態を回避することができる。
【００３１】
次に、図４に示すように、上記ダイパッド１２の上面に半導体チップ１３を実装し、図５に示すように、この半導体チップ１３の上面に形成された上面電極（図示せず）と上記各内部リード１５の先端部とをワイヤ１７を用いて結線して電気的に導通するようにする。
【００３２】
続いて、図６に示すように、合わせ状態において上記ダイパッド１２および上記半導体チップ１３を収容可能なキャビティ４を形成する上下の金型３０，３１によって、図５に示すリードフレーム２０のタイバー２３の部分をはさみ付けて上記キャビティ４内に上記半導体チップ１３を収容する。そして、上記上下の金型３０，３１の型締めを行う。
【００３３】
なお、上記した上下の金型３０、３１のコーナー部には、ランナを介してキャビティ空間内に樹脂材料を供給するためのゲート（図示せず）が形成されており、型締めが行われた上下の金型３０，３１には、樹脂が注入される前からヒータなどによって熱が与えられている。
【００３４】
次いで、上記ゲートからランナ（図示せず）を介してエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を溶融状態でキャビティ４内に注入し、上記金型３０，３１に与えられた熱によって注入された樹脂を硬化させて、樹脂パッケージ１１を形成させる。
【００３５】
最後に、リードフレーム２０にハンダメッキを行い、検査工程、標印工程を経た後に、リードフォーミングおよびリードフレームカット処理を施して、図１および図２に示すような個別の半導体装置１０が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係る半導体装置の一例を表す断面図である。
【図２】図１のII−II線に沿う断面図である。
【図３】上記半導体装置の製造に用いるリードフレームの平面図である。
【図４】図３のリードフレームに形成されたダイパッドの下面に放熱板を接合し、さらに上記ダイパッドの上面に半導体チップをボンディングした状態の平面図である。
【図５】図４の半導体チップと内部リードとをワイヤで結線した状態の平面図である。
【図６】図５のリードフレームを金型に挟持した状態の断面図である。
【図７】従来例の説明図である。
【符号の説明】
１０  半導体装置
１１  樹脂パッケージ
１２  ダイパッド
１３  半導体チップ
１４  放熱板
１５  内部リード
１６  外部リード
１７  ワイヤ
【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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