(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと、この半導体チップが搭載されるダイパッドと、上記半導体チップと電気的に導通させられる複数本の内部リードと、上記半導体チップないし上記内部リードを包み込む樹脂パッケージと、上記各内部リードに連続して上記樹脂パッケージの外部に延出する外部リードと、上記樹脂パッケージの表面または裏面に面一状に露出するようにして上記樹脂パッケージ内に埋設された放熱板と、を備える半導体装置の製造方法であって、
上記ダイパッド、上記内部リードおよび上記外部リードを含むように形成されたリードフレームを用い、
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工程と、
上記半導体チップと上記内部リードとを電気的に導通させる工程と、
上記ダイパッド、上記半導体チップないし上記内部リードを樹脂パッケージによって包み込む樹脂パッケージ工程とを含んでおり、
上記樹脂パッケージ工程において、樹脂パッケージの表面または裏面に、凹陥部を、その底面に上記ダイパッドの裏面が面一状に露出するようにして形成しておき、
上記凹陥部に、この凹陥部の大きさに対してわずかに小さく、かつこの凹陥部の深さと対応した厚みを有する板状の放熱板を、上記ダイパッドの露出面に対して超音波接合することにより嵌め込み固定することを特徴とする、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、樹脂パッケージ型半導体装置の製造方法に関し、より詳しくは、樹脂パッケージの表面または裏面に露出するようにして放熱板が設けられた形態の樹脂パッケージ型半導体装置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ＩＣ、ある種のゲートアレイ、超ＬＳＩなど、駆動時に生じる発熱量が比較的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受けられる。
【０００３】
図６に従来のこの種の樹脂パッケージ型半導体装置１の構造例を示す。この半導体装置１は、半導体チップ１３と、この半導体チップ１３が搭載されるダイパッド１２と、半導体チップ１３の上面の端子パッドとの間がワイヤボンディングなどによって電気的に導通させられる複数の内部リード１６と、この内部リード１６と連続して樹脂パッケージ１０の側面から外部に延出させられる外部リード１１と、上記樹脂パッケージ１０の下面に面一状に露出させられる放熱板１４とを備えている。この放熱板１４は、たとえば銅などの熱伝導性に優れた金属板によって形成される。図６に示される構造の場合、上記放熱板１４は、ダイパッド１２の下面に対して接合されている。すなわち、この放熱板１４は、リードフレームの段階において、ダイパッド１２の下面に対して、たとえば超音波接合、あるいはスポット溶接などによってあらかじめ接合される。このようなリードフレームに対して、ダイパッド１２に半導体チップ１３をボンディングするチップボンディング工程、半導体チップ１３と内部リード１６とを結線するワイヤボンディング工程を施した後、このリードフレーム２２は、樹脂パッケージ工程に供される。樹脂パッケージ工程では、図７に示すように、上下の金型６０，６１間に上記のリードフレーム２２を挟持するようにして、キャビティ空間７内に熱硬化性の樹脂を溶融状態で注入するとともに、これを加熱硬化させる。このように、従来のこの種の樹脂パッケージ型半導体装置においては、上記放熱板１４は、樹脂パッケージ工程において、パッケージ内に組み込まれていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記リードフレーム２２のダイパッド１２は、その下面に接合した放熱板１４の下面が上記樹脂パッケージ工程においてちょうど下金型のキャビティ７１の底面に接するように、あらかじめダウンオフセットさせられている。そして、このダイパッド１２は、通常、比較的細い支持リード（図示略）を介して、リードフレーム２２に支持されている。そのため、上記ダイパッド１２に接合された放熱板１４は、非常に不安定であり、外力が作用すれば、容易に姿勢が変化する。その結果、図７に示す樹脂パッケージ工程、より詳しくは、リードフレーム２２を挟持するようにして上下の金型６０，６１の型締めをした状態において、キャビティ空間７内に溶融樹脂を注入する工程において、樹脂の流れの力によって上記の放熱板１４の姿勢が狂い、こうして放熱板の姿勢が狂ったまま樹脂が硬化してしまうことがあった。
【０００５】
そうすると、たとえば、放熱板１４の下面の全部または一部がパッケージの樹脂によって薄バリ状に覆われるといった状態が現出し、しかもその状態が個々の半導体装置によってまちまちとなり、これらは外観的に不良とされ、歩留りの低下が著しかった。
【０００６】
また、樹脂パッケージ工程中における上記のような放熱板１４の姿勢の変動は、ダイパッド上の半導体チップと内部リードとをつなぐワイヤの接合状態に不良をもたらすこともあり、この場合は、外観的には良品であっても、電気機能的に不良となる。
【０００７】
本願発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、外観不良や機能不良の可能性を著しく低減しつつ、放熱板が樹脂パッケージの表面に露出する恰好で備わる樹脂パッケージ型半導体装置の製造方法を提供することをその課題としている。
【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、本願発明によって提供される半導体装置の製造方法は、半導体チップと、この半導体チップが搭載されるダイパッドと、上記半導体チップと電気的に導通させられる複数本の内部リードと、上記半導体チップないし上記内部リードを包み込む樹脂パッケージと、上記各内部リードに連続して上記樹脂パッケージの外部に延出する外部リードと、上記樹脂パッケージの表面または裏面に面一状に露出するようにして上記樹脂パッケージ内に埋設された放熱板と、を備える半導体装置の製造方法であって、上記ダイパッド、上記内部リードおよび上記外部リードを含むように形成されたリードフレームを用い、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工程と、上記半導体チップと上記内部リードとを電気的に導通させる工程と、上記ダイパッド、上記半導体チップないし上記内部リードを樹脂パッケージによって包み込む樹脂パッケージ工程とを含んでおり、上記樹脂パッケージ工程において、樹脂パッケージの表面または裏面に、凹陥部を、その底面に上記ダイパッドの裏面が面一状に露出するようにして形成しておき、上記凹陥部に、この凹陥部の大きさに対してわずかに小さく、かつこの凹陥部の深さと対応した厚みを有する板状の放熱板を、上記ダイパッドの露出面に対して超音波接合することにより嵌め込み固定することに特徴づけられる。
【００１０】
すなわち、本願発明方法は、放熱板は、従来のように樹脂パッケージ工程において樹脂パッケージ内に組み込まれるのではなく、樹脂パッケージ工程の後に組み込まれる。すなわち、樹脂パッケージ工程においては、放熱板が嵌まり込むべき凹陥部を設けておき、樹脂パッケージ工程の後、この凹陥部内に嵌め込み固定される。放熱板を嵌め込むのは、リードフレームの状態において行ってもよいし、リードカット工程を経て各半導体装置に分離された後に行ってもよい。
【００１１】
したがって、本願発明方法においては、従来のように樹脂パッケージ工程において、キャビティ内に注入される樹脂の流れの力によって放熱板の姿勢が狂い、このように姿勢が狂った状態において樹脂が硬化されてしまうといったことは起こりえない。上記凹陥部を放熱板の形状に対応したものとしておくことにより、この放熱板が適正に樹脂パッケージの表面に露出させられた形態の樹脂パッケージ型半導体装置が得られる。
【００１２】
また、同様に、樹脂パッケージ工程において、放熱板の姿勢が変動することによってダイパッド上の半導体チップの姿勢が変動するということもないので、半導体チップと内部リードをつなぐワイヤの接続不良が生じるといったこともなく、機能的な不良の出現もまた、抑制される。
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
本願発明のその他の特徴および利点は、図面を参照して以下に行う詳細な説明からち、より明らかとなろう。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の好ましい実施形態を、図面を参照しつつ、具体的に説明する。なお、これらの図において、図６および図７に示した従来例と同等の部材または部分には、同一の符号を付してある。
【００１９】
図１は、本願発明の半導体装置の製造方法によって製造された樹脂パッケージ型半導体装置１の一例の断面図である。同図に示されるように、この樹脂パッケージ型半導体装置１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の上面パッドとの間がワイヤボンディング１９によって電気的に導通させられる複数の内部リード１６と、これらダイパッド１２、半導体チップ１３ないし内部リード１６を包み込む樹脂パッケージ１０と、この樹脂パッケージ１０の下面に面一状に露出させられた放熱板１４とを備えている。放熱板１４は、樹脂パッケージ１０の下面に形成した凹陥部２０内に嵌め込まれた状態において、上記ダイパッド１２の裏面に対して接合されている。両者の接合は、放熱板１４およびダイパッド１２の双方の中央部において、たとえば超音波接合によって行われる。凹陥部２０の深さは、上記放熱板１４の厚みと対応させられており、平面的な形状は、放熱板１４の平面的な形状と対応させられているが、放熱板１４の平面的な大きさよりわずかに大きい。
【００２０】
上記構成の樹脂パッケージ型半導体装置１は、たとえば、図２に示すようなリードフレーム２２を用いて製造される。これらの図２に示されるリードフレーム２２は、いわゆるクワッド・フラット型パッケージを有する半導体装置を製造するためのものである。
【００２１】
幅方向両側のサイドフレーム２３，２３および長手方向等間隔に上記サイドフレーム２３，２３間を掛け渡すように形成されるクロスフレーム２４，２４によって囲まれる矩形領域２５内に、上記樹脂パッケージ型半導体装置１の構成部分となるべきリード１１，１６ないしダイパッド１２などが打ち抜き形成されている。四辺形枠状のタイバー２６がその支持リード２７によってサイドフレーム２３およびクロスフレーム２４に連結されるようにして形成されている。この四辺形枠状のタイバー２６の四隅部から内方に延びる吊りリード１５によって、矩形状のダイパッド１２が支持されている。隣合う吊りリード１５，１５で区画される各台形領域には、タイバー２６に基端が連結され、かつダイパッド１２の各辺に向けて延びる複数本の内部リード１６が形成されている。タイバー２６の外側には、各内部リード１６に連続して外方に延びる外部リード１１が形成されている。各外部リード１１の外端部は、支持リード２７を介してサイドフレーム２３，２３またはクロスフレーム２４，２４に連結されている。各内部リード１６は、概して、ダイパッド１２の中心から放射状に延びる方向に形成されている。
【００２２】
なお、上記ダイパッド１２は、後述するように、樹脂パッケージ工程において、放熱板１４の厚みを勘案して深さが設定されて樹脂パッケージ１０の裏面に形成される凹陥部２０の底面に露出することができるように、リードフレーム２２における他の部分に対してダウンオフセットされている。
【００２３】
図２に示されているように、上記構成のリードフレーム２２のダイパッド１２の上面に、半導体チップ１３がボンディングされるとともに、この半導体チップ１３の上面に形成された電極パッド（図示略）と上記各内部リード１６との間がワイヤボンディング１９によって結線される。このようにチップボンディング工程およびワイヤボンディング工程を終えたリードフレーム２２は、樹脂パッケージ工程に供される。
【００２４】
樹脂パッケージ工程装置６は、トランスファモールド法によって上記のリードフレーム２２上の所定領域を熱硬化性樹脂によるパッケージで包み込む工程を行う装置であり、図３に示すように、上下方向に相対移動して型締め状態と型開き状態とを選択しうる下金型６１および上金型６０を備える。下金型６１および上金型６０には、型締め状態において、上記リードフレーム２２上のタイバー２６で囲まれた矩形領域に樹脂パッケージ１０を形成するに適したキャビティ７０，７１がそれぞれ形成されている。そして、図３に示す実施形態においては、下金型６１のキャビティ７１の底部に、放熱板１４の形状と対応した膨出部３０が形成されている。たとえば、放熱板１４が所定厚みの円形をしているのであれば、この膨出部３０の平面形態は放熱板１４の平面形態と対応した円形とし、膨出部３０の膨出高さは、放熱板１４の厚みと対応したものとされる。そして、本実施形態においてはとくに、上記膨出部３０の上面に、小径の吸引孔８０が設けられている。この吸引孔８０は、バルブを介して図示しない負圧発生源につながっている。下金型６１および／または上金型６０における上記キャビティ７０，７１の隅部には、図示しないランナから送られる溶融樹脂をキャビティ空間内に注入するためのゲート（図示略）が設けられている。
【００２５】
上記下金型６１と上金型６０とを型開きした状態において、下金型６１上に上記のようにチップボンディング工程およびワイヤボンディング工程を終えたリードフレーム２２を位置決めしつつセットし、図３に示すように両金型６０，６１を型締めする。この状態において、図３に表れているように、ダイパッド１２の裏面は、下金型６１のキャビティ７１の底面に形成した上記の膨出部３０の上面に接触している。本実施形態においては、上記吸引孔８０に負圧を作用させて、上記ダイパッド１２を確実に上記膨出部３０の上面に密着させる。この状態において上記キャビティ空間７内にエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を溶融状態において注入する。上記ダイパッド１２は、吸引力によって上記の膨出部３０の上面に密着させられているので、キャビティ空間内に注入される樹脂の流れによってダイパッド１２の姿勢が不用意に変動することはない。そして、上記の溶融樹脂は、金型に与えられる熱によって所定時間を経過する間に硬化させられる。
【００２６】
上記のような工程を終えた後、上下の金型６０，６１を型開きすると、図４に示すような断面形状を有する樹脂パッケージ１０が形成される。樹脂パッケージ１０の裏面側には、上記下金型６１のキャビティ７０の底面に形成した膨出部３０の形態と対応する凹陥部２０が形成されており、しかも、この凹陥部２０の底面には、ダイパッド１２の下面が面一状に臨んでいる。
【００２７】
上記樹脂パッケージ１０の裏面側に形成された凹陥部２０には、たとえば銅などの熱伝導性に優れた金属からなる放熱板１４が嵌め込み固定される。本実施形態においては、図５に示すように、上記樹脂パッケージ１０を含めたリードフレーム２２を反転させて上記樹脂パッケージ１０の裏面側を上に向け、そして、上記凹陥部２０内に放熱板１４を吸着ハンドなどを用いて装填するとともに、超音波ホーン４０を用いて上記放熱板１４を凹陥部２０の底面に向けて圧し付ける。この場合、必要であれば、放熱板１４を加熱する。そうすると、超音波振動による相互摩擦により、ダイパッド１２と上記放熱板１４とは、それらの中央部において、合金化するなどして結合される。
【００２８】
以上の工程を終えたリードフレーム２２に対して、ハンダメッキ工程、検査工程、標印工程等を行った後、リードカット・フォーミングを施して、図１に示すような個別の樹脂パッケージ型半導体装置１が得られる。
【００２９】
本願発明方法によれば、樹脂パッケージ１０の表面に露出する放熱板１４が、樹脂パッケージ工程の後において、樹脂パッケージ工程において形成された凹陥部２０内に嵌め込み固定されるので、この放熱板１４の樹脂パッケージ表面における露出形態が一定となる。
【００３０】
もちろん、この発明の範囲は上述した実施形態に限定されるものではない。実施形態では、樹脂パッケージの裏面側に凹陥部を設けてこれに放熱板を嵌め込み固定しているが、事情が許せば、樹脂パッケージの表面側に凹陥部を設けてこれに放熱板を嵌め込み固定してもよい。
【００３１】
また、実施形態では、凹陥部２０の底面にダイパッド１２を臨ませ、このダイパッド１２に上記放熱板１４を連結しているが、凹陥部２０の底面にダイパッドを臨ませなくとも、放熱板による大きな放熱効果を期待することができる。この場合、凹陥部への放熱板の固定は、接着等の手段を用いればよい。
【００３２】
さらに、実施形態では、リードフレームの状態において、樹脂パッケージ１０に設けた凹陥部２０に放熱板１４を取付けているが、各半導体装置としてリードフレームから分離した後において、必要に応じて樹脂パッケージの表面に設けておいた凹陥部に放熱板を嵌め込み固定する場合も、もちろん、本願発明の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本願発明方法によって製造される半導体装置の一例の断面図である。
【図２】  図１に示される半導体装置を製造するためのリードフレームの一例の部分拡大平面図であり、チップボンディングおよびワイヤボンディングを施した状態を示す。
【図３】  図２に示されるリードフレームを用いて本願発明方法によって特徴づけられる樹脂モールド工程を行っている状態を示す模式的断面図である。
【図４】  図３に示される樹脂モールド工程によって得られる中間製品を示す断面図である。
【図５】  図４に示される中間製品に対して放熱板を取付ける工程を示す断面図である。
【図６】  従来例に係る半導体装置の一例を示す断面図である。
【図７】  図６に示される従来例の半導体装置の製造における樹脂モールド工程を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
１  半導体装置
１０  樹脂パッケージ
１１  外部リード
１２  ダイパッド
１３  半導体チップ
１４  放熱板
１６  内部リード
２０  凹陥部
３０  （下金型の）膨出部
６  樹脂パッケージ工程装置
６０  上金型
６１  下金型
７  キャビティ空間
７０  （上金型の）キャビティ
７１  （下金型の）キャビティ
【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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