(57)【要約】【課題】放熱性が良好で大電流駆動の可能な半導体装置を提供する。【解決手段】凹部Ｃを有する金属製のリードフレーム本体１と、前記凹部Ｃ内に収納され、第１の面が前記凹部Ｃに当接され、前記第１の面に対向する第２の面に、導電性の突起部（３）を具備した半導体素子２としてのダイオードチップとを具備し、前記突起部が第１の端子３を構成すると共に、前記リードフレーム本体１が、前記突起部と同一面上に位置する第２の端子１ｃを具備し、凹部Ｃ内には、第１の端子３が露呈するように封止樹脂４が充填されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を搭載すべき凹部を有し、周囲に電気的接続部を備えたリードフレーム本体を有する１端子型のリードフレーム。
【請求項２】
請求項１に記載のリードフレームであって、
前記リードフレーム本体は、前記半導体素子の周囲全体を囲む金属製フレームであるリードフレーム。
【請求項３】
請求項２に記載のリードフレームであって、
前記リードフレーム本体は、前記半導体素子の第１の面に当接する天板と前記天板からテーパを有して形成された側板と、前記側板の外側に前記第１の面と平行に配設された接続用の端子部とを具備したリードフレーム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のリードフレームであって、
前記リードフレーム本体は、平板に凹凸加工をすることで形成された凹部を具備したリードフレーム。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれかに記載のリードフレームであって、
前記リードフレーム本体は、前記半導体素子を搭載すべき領域の近傍に開口を有するリードフレーム。
【請求項６】
凹部を有する導電性のリードフレーム本体と、
前記凹部内に収納され、第１の面が前記凹部に当接され、前記第１の面に対向する第２の面に、導電性の突起部を具備した半導体素子とを具備し、
前記突起部が第１の端子を構成すると共に、
前記リードフレーム本体が、前記突起部と同一面上に位置する第２の端子を具備した半導体装置。
【請求項７】
請求項６に記載の半導体装置であって、
前記リードフレーム本体は、前記半導体素子の周囲全体を囲む金属製フレームである半導体装置。
【請求項８】
請求項７に記載の半導体装置であって、
前記リードフレーム本体は、前記半導体素子の第１の面に当接する天板と前記天板からテーパを有して形成された側板と、前記側板の外側に前記第１の面と平行に配設され、前記第２の端子を構成する接続用の端子部とを具備した半導体装置。
【請求項９】
請求項６乃至８のいずれかに記載の半導体装置であって、
前記リードフレーム本体は、平板に凹凸加工をすることで形成された凹部を具備した半導体装置。
【請求項１０】
請求項６乃至９のいずれかに記載の半導体装置であって、
前記リードフレーム本体は、前記半導体素子を搭載すべき領域の近傍に開口を有する半導体装置。
【請求項１１】
請求項６乃至１０のいずれかに記載の半導体装置であって、
前記突起部を除く前記凹部内は封止樹脂が充填された半導体装置。
【請求項１２】
請求項６乃至１０のいずれかに記載の半導体装置であって、
前記半導体素子の側面はステイン膜で被覆された半導体装置。
【請求項１３】
凹部を有する導電性のリードフレーム本体を形成する工程と、
前記凹部内に、第１の面が前記凹部に当接するように、半導体素子を固着すると共に前記半導体素子の前記第１の面に対向する第２の面に、導電性の突起部を形成し、第１の端子を形成する工程と、
前記リードフレーム本体をレベリングし、前記リードフレーム本体の周縁部が、前記第１の端子の表面とが同じ高さとなるように成型し、第２の端子を形成する工程とを含む半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記凹部に装着された前記半導体素子の周りに樹脂を充填する工程を含む半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記凹部に装着された前記半導体素子の周りに樹脂をステイン膜を形成する工程を含む半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はリードフレーム、これを用いた半導体装置およびその製造方法にかかり、特にパワー用半導体装置に適した放熱性の高い半導体装置に用いられる実装構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話に代表される移動体通信機器の高性能化や小型化、さらには製品の需要サイクルの短期化が進む中、モジュール部品等に搭載されるトランジスタには、高性能化・小型薄型化・低コスト化への要求はいうまでもなく、接続抵抗を低減し、高出力のトランジスタの調整、短期間での開発および供給への要求が高まっている。
【０００３】
パワーＭＯＳＦＥＴは、電源、携帯端末装置および自動車の電子装置を含む多数のアプリケーションに使用されている。このようなパワーＭＯＳＦＥＴなどのパワーデバイスは、放熱性が重要であることから、ボンディングワイヤに代えてボンディングリボンを用いたボンディングが用いられることがある。ボンディング強度は、デバイスの信頼性に大きな影響を与えるものであることから、複数の部分でボンディングを行なうようにし、ボンディングの接合強度を維持しつつ、ボンディングの差異にボンディングリボンに加える圧着荷重や超音波振動を小さくする方法が提案されている（特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１９６６２９公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら上記構成では、パワーデバイスの場合、半導体素子が動作することによって生じる発熱によって接合温度が高くなり、永久破壊につながるという問題があった。そこで図１２に示すように、半導体素子１０２の裏面にリードフレームの素子搭載部１０１を固着し、このリードフレームの素子搭載部は樹脂パッケージ１０４を介することなく、直接プリント基板（図示せず）に半田を配して実装される半導体装置が提案されている。１０３はボンディングワイヤである。このように放熱性を考慮した結果、永久破壊に至る前に、半導体素子からの発熱はリードフレームの素子搭載部を経由して放熱されることから、有効であるとされている。
しかしながら、近年の樹脂パッケージの軽薄短小化の影響を受け、更なる小型パッケージが市場では要求されており、それに伴い、リードフレームのチップアイランド部の面積も小さくなり、その結果半導体素子からのプリント基板への放熱面積も小さくなり、半導体素子からの発熱による放熱特性が限界となっている。
【０００６】
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、放熱性が良好で大電流駆動の可能な半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、半導体素子を搭載すべき凹部を有し、周囲に電気的接続部を備えたリードフレーム本体を有する１端子型のリードフレームであることを特徴とする。
この構成によれば、凹部内に半導体素子を装着し、半導体素子を囲むように成型されたリードフレーム本体を有することから、このリードフレーム本体から放熱が効率よく行なわれ放熱性が大幅に向上する。そして半導体素子は直接端子をとるようにすればよいため、半導体素子の端子数＋１端子又はゼロ端子の端子数をもつ半導体装置となる。さらにまた半導体素子表面の端子は直接プリント基板に接続されることになるため、接触抵抗も低減可能である。
【０００８】
また、上記リードフレームにおいて、前記リードフレーム本体は、前記半導体素子の周囲全体を囲む金属製フレームであるものを含む。
この構成によれば、リードフレーム本体が金属製フレームで構成されるため、放熱性が大幅に向上し、極めて信頼性の高いものとなる。
【０００９】
また、上記リードフレームにおいて、前記リードフレーム本体は、前記半導体素子の第１の面に当接する天板と前記天板からテーパを有して形成された側板と、前記側板の外側に前記第１の面と平行に配設された接続用の端子部とを具備したものを含む。
この構成によれば、さらに放熱性が向上する。
【００１０】
また、上記リードフレームにおいて、前記リードフレーム本体は、平板に凹凸加工をすることで形成された凹部を具備したものを含む。
この構成によれば、平板を加工することで容易に成型でき、かつ放熱性の高いものとなる。
【００１１】
また、上記リードフレームにおいて、前記リードフレーム本体は、前記半導体素子を搭載すべき領域の近傍に開口を有するものを含む。
この構成によれば、凹部内の熱をこの開口を介して効率よく外に放出することができる。
【００１２】
また、本発明は、凹部を有する導電性のリードフレーム本体と、前記凹部内に収納され、第１の面が前記凹部に当接され、前記第１の面に対向する第２の面に、導電性の突起部を具備した半導体素子とを具備し、前記突起部が第１の端子を構成すると共に、前記リードフレーム本体が、前記突起部と同一面上に位置する第２の端子を具備したことを特徴とする。
この構成によれば、凹部内に半導体素子を装着し、半導体素子を囲むように成型されたリードフレーム本体を有することから、このリードフレーム本体から放熱が効率よく行なわれ放熱性が大幅に向上する。
【００１３】
また、本発明は、上記半導体装置において、前記リードフレーム本体は、前記半導体素子の周囲全体を囲む金属製フレームであるものを含む。
また、本発明は、前記リードフレーム本体は、前記半導体素子の第１の面に当接する天板と前記天板からテーパを有して形成された側板と、前記側板の外側に前記第１の面と平行に配設され、前記第２の端子を構成する接続用の端子部とを具備したものを含む。
【００１４】
また、本発明は、上記半導体装置において、前記リードフレーム本体は、前記リードフレーム本体は、平板に凹凸加工をすることで形成された凹部を具備したものを含む。
【００１５】
また、本発明は、上記半導体装置において、前記リードフレーム本体は、前記リードフレーム本体は、前記半導体素子を搭載すべき領域の近傍に開口を有するものを含む。
【００１６】
また、本発明は、上記半導体装置において、前記リードフレーム本体は、前記突起部を除く前記凹部内は封止樹脂が充填されたものを含む。
【００１７】
また、本発明は、上記半導体装置において、前記リードフレーム本体は、前記半導体素子の側面はステイン膜で被覆されたものを含む。
【００１８】
また、本発明は、凹部を有する導電性のリードフレーム本体を形成する工程と、前記凹部内に、第１の面が前記凹部に当接するように、半導体素子を固着すると共に前記半導体素子の前記第１の面に対向する第２の面に、導電性の突起部を形成し、第１の端子を形成する工程と、前記リードフレーム本体をレベリングし、前記リードフレーム本体の周縁部が、前記第１の端子の表面とが同じ高さとなるように成型し、第２の端子を形成する工程とを含むことを特徴とする。
この構成によれば、レベリング工程を含むため、第１の端子と第２の端子との高さのばらつきを低減し、信頼性の高い実装構造を提供することができる。なおリードフレーム本体を形成する工程は、プレス加工などの凹凸加工によってなされる。また、凹凸加工による凹部の形成に先立ち、コイニングにより薄肉化しておくことで、より成型が容易となる。
【００１９】
また、本発明は上記半導体装置の製造方法において、前記凹部に装着された前記半導体素子の周りに樹脂を充填する工程を含む。
この構成により、半導体素子をより強固に固着することができ、信頼性の高いものとなる。
【００２０】
また、本発明は上記半導体装置の製造方法において、前記凹部に装着された前記半導体素子の周りにステイン膜を形成する工程を含む。
この構成により、装置サイズを大きくすることなく、信頼性の高いものとなる。
【発明の効果】
【００２１】
以上詳述したように、本発明のリードフレームによれば、半導体素子の周囲全体を囲むことになり、放熱性が良好で信頼性の高い半導体装置を提供することができる。なお、周囲は完全に覆われていなくてもよい。
また、本発明の半導体装置によれば、放熱性が良好で信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
また、本発明の半導体装置の製造方法によれば、レベリング工程を含むことで、第１および第２の端子の位置を揃えることができ、信頼性の高い半導体装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の半導体装置を示す断面説明図、図２は上面図である。この半導体装置は、凹部Ｃを有する金属製のリードフレーム本体１と、前記凹部Ｃ内に収納され、第１の面が前記凹部Ｃに当接され、前記第１の面に対向する第２の面に、導電性の突起部（３）を具備した半導体素子２としてのダイオードチップとを具備し、前記突起部が第１の端子３を構成すると共に、前記リードフレーム本体１が、前記突起部と同一面上に位置する第２の端子１ｃを具備し、凹部Ｃ内には、第１の端子３が露呈するように封止樹脂（エポキシ樹脂）４が充填されている。
【００２３】
また、このリードフレーム本体１は、半導体素子２の第１の面２ａに当接する天板１ａとこの天板１ａからテーパを有して形成された側板１ｂと、この側板１ｂの外側に前記第１の面２ａと平行に配設された接続用の端子部である第２の端子１ｃとを具備している。
この構成によれば、凹部Ｃ内に半導体素子２を装着し、半導体素子２を囲むように成型されたリードフレーム本体を有することから、このリードフレーム本体から放熱が効率よく行なわれ放熱性が大幅に向上する。
【００２４】
また、リードフレーム本体が金属製フレームで構成されるため、放熱性が大幅に向上し、極めて信頼性の高いものとなる。
【００２５】
次に、本発明の実施の形態の半導体装置の実装方法について説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、厚さ０．１５ｍｍ程度のＳＵＳ板を用意し、金型成型により、図３（ｂ）に示すように、凹部（キャビティ）Ｃを形成する。この成型の結果点板１ａと側板１ｂと第２の端子１ｃとが形成される。
【００２６】
次いで、図３（ｃ）に示すように、この凹部Ｃを臨む天板１ａの内側に導電性接着剤６としての半田層を介して半導体素子の第１の面２ａが固着される。ここで半導体素子の第１の面２ａは電気的に接続されなくてもよいが電気的に接続されていれば、リードフレーム本体を介して第２の端子１ｃに接続され、このリードフレームの第２の端子１ｃによって電気的接続と熱的接続とが実現される。またこの半導体素子の第２の面２ｂには突起が形成され第１の端子３を構成している。
【００２７】
この後、図３（ｄ）に示すように、凹部Ｃに封止樹脂４をポッティングにより充填し、レべリングにより、リードフレームの第２の端子１ｃの位置を、前記半導体素子の第１の端子３の面と揃えるように成型する。
このようにして図１および図２に示したような半導体装置が形成される。
【００２８】
そして、この半導体装置をリードフレームの第２の端子１ｃと、半導体素子の第１の端子３とによってプリント基板上に実装するため、放熱性が大幅に向上する。
【００２９】
この構成により、リードフレーム本体１の凹部Ｃ内に半導体素子２を装着し、半導体素子２を囲むように成型されたリードフレーム本体を有することから、このリードフレーム本体から放熱が効率よく行なわれ、大電流化が容易となる。また、動作時に半導体素子が発熱しても、この半導体素子の周囲を囲むリードフレームを経由してプリント基板側に逃がすことができ、その結果半導体装置の長寿命化をはかることができる。従ってパワーデバイスなどの大電流素子への適用が可能となる。
【００３０】
なお、封止樹脂の充填はレべリング工程に先立ち行なうようにしたが、レベリング後でもよい。また、レベリング工程と同時にリードフレーム端子の成型を行なうようにしてもよい。また、リードフレームが穴あき形状の場合には金型を用いたインジェクションモールドを用いるようにしてもよい。
【００３１】
さらにまたレベリング工程は必須ではなく、再配列配線を備えたフレキシブル基板を貼着するなど、別途端子の高さを調整するようにしてもよい。
【００３２】
また、ＳＵＳ板の板厚は０．１５ｍｍとしたが、０．１ｍｍから０．２ｍｍの場合に、有効であることが確認されている。０．１ｍｍに満たないと、放熱性と強度とが十分ではない。また０．２ｍｍを越えるとＳＵＳ板の場合、加工性が低下する。なお、プレス加工などの凹凸加工による凹部の形成に先立ち、コイニングにより薄肉化しておくことで、より成型が容易となる。
【００３３】
さらにまた、封止樹脂としては熱硬化性樹脂のほか熱可塑性樹脂でもよい。従って、射出成型を用いてもよいし、液状樹脂をポッティングにより充填して硬化させるようにしてもよい。
【００３４】
（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２の半導体装置を示す断面説明図、図５は上面図である。この半導体装置は、封止樹脂４に代えて半導体素子２の側面にステイン膜５が形成された点と、リードフレーム本体の側面１ｂに複数の空気穴ｈが形成されており、空気の流通が促進されている点が前記実施の形態１の半導体装置と異なる点である。この構造では、半導体素子の形成に際し、ダイシング工程後、半導体素子（チップ）の側面をフッ酸と硝酸で処理し、ステイン膜を形成する。また半導体素子表面に第１の端子３となる突起を形成しておくようにし、半導体素子の裏面すなわち素子形成面でない側に接着剤を形成し、半導体素子搭載部１ａに搭載する。
他部については前記実施の形態１の半導体装置と同様に形成されているため、同一部位には同一符号を付した。
【００３５】
この構成によれば、凹部Ｃ内に若干の空間があるため、凹部Ｃ内で空気の流れが形成され、これが、半導体素子から導電性樹脂６を介してリードフレーム本体１を介した熱伝導による放熱に付加され、効率よい放熱が実現される。
【００３６】
なお、このリードフレーム本体の構造については、この構造に限定されることなく、また穴の形状についても適宜変更可能である。
【００３７】
（実施の形態３）
図６および図７は本発明の実施の形態３の半導体装置を示す説明図である。図６は断面説明図、図７は上面説明図である。この半導体装置においては、図６（ａ）および図７（ａ）に示すように、前記実施の形態２のように半導体素子２の側面をふっ酸および硝酸処理することによって形成したステイン膜６で被覆し空間を残した実装構造を形成し、この後図６（ｂ）および図７（ｂ）に示すように、リードフレーム本体の周縁部を内側に折り返し、いわゆる第２の端子１ｃをガルウイング形状の端子としたものである。この構造においても、半導体素子の形成に際し、ダイシング工程後、半導体素子（チップ）の側面をフッ酸と硝酸で処理し、ステイン膜を形成する。また半導体素子表面に第１の端子３となる突起を形成しておくようにし、半導体素子の裏面すなわち素子形成面でない側に接着剤を形成し、半導体素子搭載部１ａに搭載し、この後封止樹脂をポッティングにより凹部Ｃに供給するる。
他部については前記実施の形態１の半導体装置と同様に形成されているため、同一部位には同一符号を付した。
この構造では、図７（ａ）に示すように、折り返しを容易にするためにリードフレーム本体のコーナー部分ｇを切除している。
【００３８】
この構成によれば、上記実施の形態２の効果に加えて、放熱性を維持しつつ実装面積の低減をはかることができる。
【００３９】
またリードフレームの先端形状については、適宜変更可能であることはいうまでもない。
【００４０】
（実施の形態４）
図８は本発明の実施の形態４の半導体装置を示す断面説明図である。この半導体装置においては、実施の形態２におけるステイン膜６と実施の形態１における樹脂封止構造とをあわせたものである。
他部については前記実施の形態１の半導体装置と同様に形成されているため、同一部位には同一符号を付した。
この構成によれば、さらに保護性を高めることが可能となる。
【００４１】
（実施の形態５）
図９は本発明の実施の形態５の半導体装置を示す説明図である。この半導体装置においては、図６（ａ）および（ｂ）に示した実施の形態３の構成において、凹部Ｃ内を樹脂封止したものである。図９（ａ）に示すように、凹部Ｃ内に封止樹脂を供給し硬化させた後、図９（ｂ）に示すように、封止樹脂に沿ってリードフレーム本体１の周縁部１ｃを折り曲げ、ガルウイング形状にしたものである。
他部については前記実施の形態１の半導体装置と同様に形成されているため、同一部位には同一符号を付した。
【００４２】
この構成によれば、上記実施の形態３と比較して、放熱性は若干劣るかもしれないが、機械的強度が高くなり、また取り扱いも容易である。
【００４３】
（実施の形態６）
図１０は本発明の実施の形態６の半導体装置を示す説明図である。この半導体装置においては、図１および２に示した実施の形態１の構成においては半導体素子１２が２端子素子であったのに対し、４個以上の端子１３を有する半導体集積回路装置である点が異なる凹部Ｃ内を樹脂封止したものである。
他部については前記実施の形態１の半導体装置と同様に形成されているため、同一部位には同一符号を付した。
【００４４】
（実施の形態７）
図１１は本発明の実施の形態７の半導体装置を示す説明図である。前記実施の形態１乃至６で説明した半導体装置においては、この半導体装置においては、図１および２に示した実施の形態１の構成においては半導体素子２２の表面に再配列配線を備えたフレキシブルフィルム２０が形成されており、このフレキシブルフィルム２０に形成されたボール状の突起が第１の端子２３を構成したものである。
この構成によれば、ＬＳＩの実装も容易となる。
【００４５】
この構成により、大電流化が容易となる。また、動作時に半導体素子が発熱しても、この半導体素子の周囲を囲むリードフレームを経由してプリント基板側に逃がすことができ、その結果半導体装置の長寿命化をはかることができる。
【００４６】
実装に際してはリードフレームの半導体素子搭載部に半導体素子をダイボンディングにより接続し、必要に応じて樹脂封止およびリードフレームの成型を行い、半導体装置が完成する。
【００４７】
なお、前記実施の形態では、リードフレーム本体をステンレス（ＳＵＳ）で構成したがこのほか、リードフレーム材料としては、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、又はその合金など、熱伝導性の良好な材料であれば適用可能である。また、導電性も良好であるのが望ましい。
【００４８】
またダイボンディングに際しては、半田を用いたが、導電性ペーストなど、熱伝導性の良好な導電性材料であればよい。また、半導体素子とリードフレームとの電気的接続を行なわない場合には熱伝導性の絶縁性接着剤を用いるのが望ましい。
また第２の端子を構成する突起は、真空蒸着、めっき、スタッドバンプ法など適宜形成可能である。
【００４９】
さらにまた、前記実施の形態では、ダイオードについて説明したが、シリコン基板を用いたバイポーラトランジスタ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、化合物半導体基板を用いたＨＢＴにも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の半導体装置によれば、放熱性の向上をはかることができることから、大電流用デバイスを必要とする種々の電子機器に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態１の半導体装置を示す断面図
【図２】本発明の実施の形態１の半導体装置の上面図
【図３】本発明の実施の形態１の半導体装置の製造工程図
【図４】本発明の実施の形態２の半導体装置を示す断面図
【図５】本発明の実施の形態２の半導体装置の上面図
【図６】本発明の実施の形態３の半導体装置を示す断面図
【図７】本発明の実施の形態３の半導体装置の上面図
【図８】本発明の実施の形態４の半導体装置を示す断面図
【図９】本発明の実施の形態５の半導体装置を示す断面図
【図１０】本発明の実施の形態６の半導体装置を示す断面図
【図１１】本発明の実施の形態７の半導体装置を示す断面図
【図１２】従来例の樹脂封止型半導体装置の断面図
【符号の説明】
【００５２】
１  リードフレーム
２  半導体素子
３  第１の端子
４  樹脂
５  ステイン膜
６  半田（導電性接着剤）
ｈ  穴
【図１】
2009206343.tif 000003
【図２】
2009206343.tif 000004
【図３】
2009206343.tif 000005
【図４】
2009206343.tif 000006
【図５】
2009206343.tif 000007
【図６】
2009206343.tif 000008
【図７】
2009206343.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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