(57)【要約】      （修正有）【課題】面実装が容易で、放熱性が改善された半導体装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】電極を有する半導体素子と、前記半導体素子の前記電極と電気的に接続されたインナーリード部を有し、金属材料からなる複数のリードと、前記半導体素子がマウントされ、前記インナーリード部が延在する平面とは段差を有し、前記金属材料からなるダイパッドと、傾斜部及び平坦部を有し、前記傾斜部の一方の端部が前記ダイパッドと接続されており、前記平坦部が前記平面内に延在する吊りピンと、前記半導体素子と、前記半導体素子がマウントされた前記ダイパッドのマウント面と、を覆うように設けられた樹脂成型体３０と、を備え、前記ダイパッドの前記マウント面の裏面側は、前記樹脂成型体に覆われない露出面１２ｃを有し、前記ダイパッドの前記露出面は、前記樹脂成型体により周囲を囲まれたことを特徴とする半導体装置及びその製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極を有する半導体素子と、
前記半導体素子の前記電極と電気的に接続されたインナーリード部を有し、金属材料からなる複数のリードと、
前記半導体素子がマウントされ、前記インナーリード部が延在する平面とは段差を有し、前記金属材料からなるダイパッドと、
傾斜部及び平坦部を有し、前記傾斜部の一方の端部が前記ダイパッドと接続されており、前記平坦部が前記平面内に延在する吊りピンと、
前記半導体素子と、前記半導体素子がマウントされた前記ダイパッドのマウント面と、を覆うように設けられた樹脂成型体と、
を備え、
前記ダイパッドの前記マウント面の裏面側は、前記樹脂成型体に覆われない露出面を有し、
前記ダイパッドの前記露出面は、前記樹脂成型体により周囲を囲まれたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記半導体素子は、ＳＯＩ構造を有することを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記リードはアウターリード部を有し、第１の耐圧側となるアウターリード部の延在する方向は、第２の耐圧側となるアウターリード部の延在する方向とは異なることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記リードは、前記露出面とは反対方向に曲げられた部分を有するアウターリード部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項５】
枠部、インナーリード部、アウターリード部、ダイパッド、並びに吊りピンを有するリードフレームを加圧し、前記ダイパッドと前記枠部との間に段差を形成する工程と、
半導体素子を前記ダイパッドのマウント面にマウントする工程と、
前記半導体素子に設けられた電極と前記インナーリード部とを電気的に接続する工程と、
前記マウント面の裏面側が露出するように、前記半導体素子と、前記マウント面と、前記インナーリード部と、前記吊りピンと、を覆って樹脂成型を行う工程と、
を備えた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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
家電機器や産業機器のモータドライブとして１チップインバータを用いると省電力化の効果が大きく、エアコン、冷蔵庫、洗濯機、食器自動洗浄機などに使用されている。
【０００３】
このような用途に用いられる集積回路は、１チップインバータに限らず、動作電圧が高く消費電力が大きい。このために絶縁性及び放熱性を良好に保つことが要求される。
また、面実装型としパッケージの厚みを薄くし、実装密度を高めることも要求される。
【０００４】
放熱特性を改善し、かつ組立工程も容易で信頼性も高い半導体発光装置に関する技術開示例がある（特許文献１）。この技術開示例では、面実装型のパッケージにおいて素子がマウントされたリードの裏面側は埋込樹脂に覆われず露出しており放熱が容易である。
しかしながら、動作電圧が高い半導体装置の構造としては十分ではない。
【特許文献１】特開２００５−３５３９１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
面実装が容易で、放熱性が改善された半導体装置及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、電極を有する半導体素子と、前記半導体素子の前記電極と電気的に接続されたインナーリード部を有し、金属材料からなる複数のリードと、前記半導体素子がマウントされ、前記インナーリード部が延在する平面とは段差を有し、前記金属材料からなるダイパッドと、傾斜部及び平坦部を有し、前記傾斜部の一方の端部が前記ダイパッドと接続されており、前記平坦部が前記平面内に延在する吊りピンと、
前記半導体素子と、前記半導体素子がマウントされた前記ダイパッドのマウント面と、を覆うように設けられた樹脂成型体と、を備え、前記ダイパッドの前記マウント面の裏面側は、前記樹脂成型体に覆われない露出面を有し、前記ダイパッドの前記露出面は、前記樹脂成型体により周囲を囲まれたことを特徴とする半導体装置が提供される。
【０００７】
また、本発明の他の一態様によれば、枠部、インナーリード部、アウターリード部、ダイパッド、並びに吊りピンを有するリードフレームを加圧し、前記ダイパッドと前記枠部１１との間に段差を形成する工程と、半導体素子を前記ダイパッドのマウント面にマウントする工程と、前記半導体素子に設けられた電極と前記インナーリード部とを電気的に接続する工程と、前記マウント面の裏面側が露出するように、前記半導体素子と、前記マウント面と、前記インナーリード部と、前記吊りピンと、を覆って樹脂成型を行う工程と、を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
面実装が容易で、放熱性が改善された半導体装置及びその製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施形態にかかる半導体装置を表す図であり、図１（ａ）は模式立面図、図１（ｂ）は模式平面図、図１（ｃ）は模式側面図である。集積回路などの半導体素子の電極とそれぞれ電気的に接続されたアウターリード部１４ｂ、１６ｂはトラスファーモールド工程などにより形成された樹脂成型体３０から突出している。
【００１０】
集積回路はリードフレームを構成するダイパッドにマウントされ、ダイパッドのマウント面の裏面は、樹脂成型体３０に覆われない露出面１２ｃを有する。ダイパッドの露出面１２ｃは樹脂成型体３０により周囲を囲まれている。
【００１１】
集積回路で生じた熱は、露出面１２ｃから直接または外部に取り付けられた放熱板を介して放出される。また、樹脂成型体３０の熱伝導率を、例えば１．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上とすると、樹脂成型体３０を伝導した熱が樹脂成型体３０の表面及びダイパッドの露出面１２ｃを介して放出され、熱抵抗がさらに低減できる。
【００１２】
この場合、マウント面の裏面であるダイパッドの露出面１２ｃを実装基板への取り付け面とは反対となる上方へ向けると、放熱フィンを取り付けることが容易となり、高温特性及び信頼性の改善が容易となる。図１（ｃ）のように、アウターリード部１４ｂ及び１６ｂに、露出面１２ｃとは反対方向へ曲げられた部分を設けると、露出面１２ｃを上方に向けることができる。アウターリード部１４ｂ及び１６ｂを露出面１２ｃの反対方向へ曲げる場合、図１（ｄ）のようにさらに内側に向かって曲げてもよい。
【００１３】
図２〜図４は本実施形態の半導体装置組立の製造工程を説明する模式図である。また、図５は製造工程のフロー図である。
図２はリードフレームを表し、図２（ａ）は模式平面図、図２（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図である。図２は集積回路の１つの単位に相当する部分であり、このようなパターンが例えば数十個連結され、リードフレーム１０を構成している。
【００１４】
リードフレーム１０は、リード１４、１６、半導体素子がマウントされるダイパッド１２，ダイパッド１２に連続する吊りピン１８、並びにこれらを連結する枠部１１を含む。リード１４は最終的に樹脂成型体３０から突出するアウターリード部１４ｂ及び樹脂成型体３０に埋め込まれるインナーリード部１４ａを含み、リード１６は最終的に樹脂成型体３０から突出するアウターリード部１６ｂ及び樹脂成型体３０に埋め込まれる１６ａを含む。リードフレーム１０は、例えば、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐなど、銅を含む合金である銅系金属材料とし、厚さを０．５ｍｍなどとする。
【００１５】
図３はリードフレーム１０に段差を設け半導体素子２０をマウントした図であり、図３（ａ）は模式平面図、図３（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図である。リードフレーム１０の上面とダイパッド１２のマウント面１２ａとの段差Ｈを、加圧加工により例えば１．８ｍｍとする（Ｓ１００）。すなわち、枠部１１、インナーリード部１４ａ、１６ａ、アウターリード部１４ｂ、１６ｂ、は略同一平面にあり、ダイパッド１２との段差はＨである。吊りピン１８は、傾斜部１８ｂと平坦部１８ｃとを含み、傾斜部１８ｂの一方の端部１８ａがダイパッド１２と連結され、平坦部１８ｃの上面１８ｄはリードフレーム１０の上面と略同一平面となる。ダイパッド１２のマウント面１２ａに集積回路のような半導体素子２０を接着する（Ｓ１０２）。
【００１６】
図４は金からなる金属細線２４により集積回路上の電極とインナーリード部１４ａ、１６ａのそれぞれとを接続（ワイヤボンディング）した図である（Ｓ１０４）。図４（ａ）は模式平面図、図４（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、図４（ｃ）はＣ−Ｃ線に沿った模式側面図、図４（ｄ）は、図４（ｂ）のＭ部を拡大した模式斜視図である。図４（ｄ）に表すように、インナーリード部１６ａの上面とダイパッド１２のマウント面１２ａとの段差はＨであり、吊りピン１８の平坦部１８ｃの上面１８ｄとマウント面１２ａとの段差もＨである。
【００１７】
ワイヤボンディングの後、トランスファーモールド工程によりマウント面１２ａの裏面１２ｂ側に樹脂成型体３０に覆われない露出面１２ｃが形成され、露出面１２ｃが樹脂成型体３０により周囲を囲まれるように樹脂成型体３０を破線のように形成する（Ｓ１０６）。この場合、ダイパッド１２はマウント面１２ａ側のみが樹脂に接するが、吊りピン１８の傾斜部１８ｂが樹脂成型体３０に埋め込まれており樹脂への「食いつき」状態を良好に保つことができ、接合強度を高く保つことができる。樹脂成型体３０の外寸は、例えば３２ｍｍ×１３ｍｍ×３．６ｍｍ（厚さ）などである。
【００１８】
インナーリード部１６ａとこれに対応するアウターリード部１６ｂとは、連結された状態で枠部１１から切断され、吊りピン１８もリードフレーム１０の枠部１１から切断される（Ｓ１０８）。必要により図１のようにアウターリード１４ｂ、１６ｂの曲げ加工などのフォーミングを行うと基板への実装を容易にできる。なお、リード１４、１６の表面にコーティングを施すと表面保護ができる。このようにして半導体装置の組立が終了する。なお、吊りピン１８の平坦部１８ｃの一部が樹脂成型体３０から突出してもよい。
【００１９】
次に、比較例にかかる半導体装置について説明する。図６は比較例を表す図であり、図６（ａ）は模式平面図、図６（ｂ）Ｂ−Ｂ線に沿ったは模式断面図である。本比較例において、半導体素子２２０がマウントされるダイパッド２０２はリード２００と同一リードフレームを構成し、略同一の平面に位置している。半導体素子２２０の電極とリード２００のインナーリード部とは、金属細線２２４により接続される。他方、放熱フィン２４０はリードフレームと独立しており、その材質もリードフレームとは異なり例えばアルミニウムである。
【００２０】
放熱フィン２４０の表面２４０ａとリード２００の下面２００ａとは適正な間隔を設け樹脂２３０が充填され絶縁性を確保する。しかし、樹脂２３０を介した放熱のために熱抵抗が高く、面積が無限大と見なせる放熱板を放熱フィン２４０に取り付けても５．７〜５．９℃／Ｗよりも低くすることは困難である。このために、特性及び信頼性が十分ではなく、また半導体装置の厚みＴを低減することが困難である。
【００２１】
これに対して、本実施形態では、マウント面１２ａの裏面が露出面１２ｃとなり、放熱フィンとして作用し、熱抵抗が低減できる。面積が無限大と見なせる外部放熱板を露出面１２ｃに取り付けた本実施形態の半導体装置の熱抵抗は、例えば略４．８〜４．９℃／Ｗの範囲とでき、同一半導体素子を用いた比較例の約８２％とでき、特性及び信頼性の改善が容易である。また、放熱フィンを独立して設ける必要がなく半導体装置の厚みを低減でき、組立工程が簡素化できコスト的にも有利である。さらに、アウターリード部１４ｂ、１６ｂの形状を図１のようにすると面実装が容易となり、露出面１２ｃを上方に向ければ放熱板を外部に取り付けることが容易となり熱抵抗をより低減できる。
【００２２】
本実施形態において、集積回路をＳＯＩ(Silicon  On  Insulator)構造とすると、チップ表面側の領域と、基板側との絶縁性をより高めることができる。すなわち、集積回路の動作電圧を高め、より高電力を制御する半導体装置が可能となる。チップ表面側の領域と、基板側との間に設けられる絶縁層がＳｉＯ２などを用いる場合、Ｓｉよりも熱伝導率が低いが、本実施形態により熱抵抗を低く保つことができる。
【００２３】
例えば、高耐圧ＳＯＩトレンチアイソレーションプロセスによる１チップインバータ集積回路などの半導体装置において、熱抵抗が低減され、高電圧動作が容易となり、電気的特性及び信頼性が改善できる。また厚さの低減が可能となり機器の小型化が容易となる。
【００２４】
一般にインバータ回路には高耐圧リードと低耐圧リードとが設けられる。高耐圧リードの引き出し方向を低耐圧リードの引き出し方向と区分すると、集積回路のパターン設計において耐圧設計が容易となる。また、図１のように、高耐圧側のアウターリード部１６ｂの間隔を広げ、低耐圧側のアウターリード部１４ｂの間隔を狭くし、互いに逆の方向に延在させると、面実装した基板上で高い耐圧を保つことが容易となる。
【００２５】
本実施形態によりモータのインバータ化が容易となり、エアコン、冷蔵庫、洗濯機、換気扇、空気清浄機、ポンプなどの省電力化に寄与できる。
【００２６】
以上、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかしながら本発明はこれら実施形態に限定されない。半導体装置を構成するリードフレーム、ダイパッド、インナーリード部、アウターリード部、吊りピン、半導体素子、樹脂成型体などの材質、サイズ、形状、配置などに関して当業者が設計変更を行ったものであっても、本発明の主旨を逸脱しない限り本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態にかかる半導体装置を表す模式図
【図２】本実施形態の半導体装置組立の製造工程を説明する模式図
【図３】本実施形態の半導体装置組立の製造工程を説明する模式図
【図４】本実施形態の半導体装置組立の製造工程を説明する模式図
【図５】製造工程のフロー図
【図６】比較例にかかる半導体装置を表す図
【符号の説明】
【００２８】
１０  リードフレーム、１１  枠部、１２  ダイパッド、１２ａ  マウント面、１２ｂ  裏面、１２ｃ  露出面、１４ａ  インナーリード部、１４ｂ  アウターリード部、１６ａ  インナーリード部、１６ｂ  アウターリード部、１８  吊りピン、１８ｂ  傾斜部、１８ｃ  平坦部、２０  半導体素子、２４  金属細線、３０  樹脂成型体
【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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