(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面に電極が形成された半導体チップと、上記電極とワイヤを介して電気的に接続された複数本のリードと、上記半導体チップ、上記ワイヤ、および上記リードの上面を少なくとも封止する樹脂パッケージと、を備え、上記複数本のリードは上記樹脂パッケージの内方側から外方側へ向けて延びている樹脂パッケージ型半導体装置であって、
上記複数本のリードには、内端部に上方に突出する凸部が形成されているとともに、この凸部よりも外方側の上面に凹部が形成されており、上記ワイヤの上記リードの上面への接続部は、上記凸部と上記凹部との間に配置されていることを特徴とする、樹脂パッケージ型半導体装置。
【請求項２】
上記凸部および上記凹部は、上記リードの幅方向において一連に延びている、請求項１に記載の樹脂パッケージ型半導体装置。
【請求項３】
上記リードは、その上面全体が上記樹脂パッケージにより封止されているとともに、その下面が上記樹脂パッケージから露出している、請求項１または２に記載の樹脂パッケージ型半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、樹脂パッケージ型の半導体装置に関する。より具体的には、半導体チップとリードとの間がワイヤを介して接続され、これらが樹脂パッケージにより封止された形態の半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
樹脂パッケージ型半導体装置としては、たとえばダイパッド上に実装された半導体チップの電極と、リードの上面との間がワイヤを介して接続され、半導体チップやワイヤなどを封止するようにして樹脂パッケージが形成された形態のものである。かかる半導体装置では、金属製であるリードとエポキシ樹脂などである樹脂パッケージとの熱膨張率の差に起因して、加熱・冷却時においてリードとワイヤとの接続部位との間に比較的に大きな応力が作用し、これがリードからのワイヤの剥離につながりかねない。
【０００３】
このような不具合を解消しようとするものとして、たとえば特許第２９１５８９２号公報に記載されたものがある。この公報に記載された半導体装置は、本願の図１５に示したように、ダイパッド８０上に実装された半導体チップ８１の電極（図示略）と、リード８２の上面８２ａとの間がワイヤ８３を介して接続され、半導体チップ８１やワイヤ８３などを封止するようにして樹脂パッケージ８４が形成された形態のものである。そして、樹脂パッケージ８４の下面８４ａからはリード８２の下面８２ｂが露出しており、リード８２の上面８２ａおけるワイヤ接続部位の近傍には、複数の溝８２ｃが形成されている。
【０００４】
このような半導体装置８では、リード８２の溝８２ｃ内に樹脂パッケージ８４の一部（アンカー部８４ｂ）が入り込むため、そのアンカー効果によってリード８２と樹脂パッケージ８４との密着性が高くなり、リード８２の上面８２ａとワイヤ８３との接続部位に作用する応力が低減されるというものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
確かに、上記公報に記載された半導体装置８によれば、そのアンカー効果によって常温での密着性が改善される。しかしながら、加熱・冷却時における樹脂パッケージ８４の膨張・収縮時においては、溝８２ｃ内にあるアンカー部８４ｂも同時に膨張・収縮時するため、溝８２ｃからアンカー部８４ｂが抜けやすい状態となっている。このため、溝８２ｃのみによる密着性の改善では、加熱・冷却時においてリード８２とワイヤ８３との界面近傍での樹脂パッケージ８４の移動を十分に抑制し、接続部位に作用する応力を十分に低減することができない。
【０００６】
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、半導体チップとリードとがワイヤ介して接続された樹脂パッケージ型半導体装置において、加熱・冷却時におけるリードとワイヤとの接続部位に作用する応力を緩和することをその課題とする。
【０００７】
【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。すなわち、本願発明により提供される樹脂パッケージ型半導体装置は、一面に電極が形成された半導体チップと、上記電極とワイヤを介して電気的に接続された複数本のリードと、上記半導体チップ、上記ワイヤ、および上記リードの上面を少なくとも封止する樹脂パッケージと、を備え、上記複数本のリードは上記樹脂パッケージの内方側から外方側へ向けて延びている樹脂パッケージ型半導体装置であって、上記複数本のリードには、内端部に上方に突出する凸部が形成されているとともに、この凸部よりも外方側の上面に凹部が形成されており、上記ワイヤの上記リードの上面への接続部は、上記凸部と上記凹部との間に配置されていることを特徴としている。
【０００８】
上記構成では、リードの内端部に凸部が形成されているから、加熱（駆動時の自己昇温を含む）・冷却時における樹脂パッケージの全体的な膨張・収縮の際に、凸部により接続部位の周りに存在する樹脂の移動が阻害される。これにより、加熱・冷却時における接続部位周りの樹脂移動に起因した応力の作用を低減し、ワイヤの剥離を適切に回避することができる。また、当該凸部が樹脂パッケージに食い込んだ状態となるから、樹脂パッケージの全体的な膨張・収縮がない状況下でのリードと樹脂パッケージとの密着性を高めることができるのはいうまでもない。
【００１０】
また、上記構成では、樹脂パッケージの一部が凹部内に入り込むため、そのアンカー効果によって、樹脂パッケージの膨張・収縮のない環境下でのリードと樹脂パッケージとの密着性を高めることができる。また、凸部によってワイヤの接続部位周りに存在する樹脂の移動が抑制されているため、加熱・冷却時といった樹脂パッケージが膨張・収縮する環境においても、凹部に入り込んだ樹脂が抜けにくくなり、凹部に入り込んだ樹脂によるアンカー効果を適切に維持でき、樹脂パッケージの密着性を改善することができる。
【００１１】
好ましい実施の形態においては、上記凸部および上記凹部は、上記リードの幅方向において一連に延びている。
【００１２】
樹脂パッケージは、その中心から離れる方向に膨張し、中心に向かう方向に収縮する一方で、リードは樹脂パッケージの周縁に向けて延びた形態とされるのが通常である。したがって、樹脂パッケージの膨張・収縮方向とリードの延びる方向とは概ね一致している。このため、リードの幅方向に一連に延びるように凸部や凹部を形成すれば、樹脂パッケージが膨張・収縮する環境下において、より効果的に接続部位の周りでの樹脂移動を抑制し、また密着性を改善することができる。
【００１３】
好ましい実施の形態においては、上記リードは、その上面全体が上記樹脂パッケージにより封止されているとともに、その下面が上記樹脂パッケージから露出している。
【００１４】
すなわち、本願発明は、リードが樹脂パッケージの外部へと延出せず、露出したリードの下面が回路基板への実装面とされた、いわゆるＮｏｎ−Ｒｅａｄ型の半導体装置にも適用可能である。
【００１５】
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。
【００１６】
【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。
【００１７】
図１は、本願発明に係る樹脂パッケージ型半導体装置の一例を示す全体斜視図、図２は図１のII−II線に沿う断面図、図３は上記半導体装置を構成するリードの要部を拡大した全体斜視図である。なお、本実施形態では、いわゆるＱＦＮ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｎｏｎ−ｒｅａｄ）型の半導体装置を前提として説明する。
【００１８】
上記半導体装置１は、ダイパッド４上に実装された半導体チップ５の各電極（図示略）と、複数のリード２のそれぞれが、ワイヤＷを介して接続され、半導体チップ５やワイヤＷを封止するようにして樹脂パッケージ３が形成された構成とされている。
【００１９】
各リード２は、ダイパッド４の各辺と樹脂パッケージ３の底面における各辺との間において延びるように形成されている。これらのリード２は、樹脂パッケージ３の外部には延出しておらず、それゆえ上記半導体装置１は、Ｎｏｎ−ｒｅａｄ型と称されるのである。そして、リード２の上面２０には、図３に良く表れているように一端部２Ａ側に凸部としての起き上がり部２０ａ、および凹部としての断面三角状の溝部２０ｂが形成されている。起き上がり部２０ａおよび凹部２０ｂは、リード２の幅方向に延びるようにして一連に形成されているとともに、これらは長手方向に一定間隔隔てて形成されている。つまり、起き上がり部２０ａと溝部２０ｂとの間に一定の領域が確保され、当該領域がワイヤ接続部位とされている。
【００２０】
樹脂パッケージ３は、半導体チップ５、ワイヤＷ、およびリード２の上面２０を封止するようにして、エポキシ樹脂などにより形成されている。当該樹脂パッケージ３の下面３０からは、リード２の下面２１が露出しており、当該露出面が、半導体装置１を回路基板などに実装する際の実装面（接続部位）とされる。
【００２１】
以上の構成とされた半導体装置１は、加熱（駆動時の自己昇温を含む）・冷却時における樹脂パッケージ３の全体的な膨張・収縮の際に、起き上がり部２０ａにより接続部位の周りに存在する樹脂の移動が阻害される。これにより、溝部２０ｂに入り込んで樹脂が抜けてしまうことも同時に回避され、溝部２０ｂによって樹脂パッケージ３とリード２の上面２０との密着性が適切に維持される。したがって、リード２の上面２０に起き上がり部２０ａおよび溝部２０ｂを形成することによって、加熱・冷却時における接続部位周りの樹脂移動や樹脂パッケージ３の密着性を改善により、ワイヤＷの接続部位に作用する応力を低減し、ワイヤＷの剥離を適切に回避することができる。
【００２２】
このような半導体装置１は、図４ないし図１１に示した各工程を経て製造される。なお、図４はリードフレームの要部拡大斜視図、図５はリードフレームの製造工程を示す断面図、図６はリードフレームのダイパッドに半導体チップを実装した状態を示す部分斜視図、図７は半導体チップの電極とリードとをワイヤを介して接続した状態を示す部分斜視図、図８は図７における半導体装置の構成要素となるべき要素を、上下の金型によって形成されるキャビティ内に収容した状態を表す断面図、図９はキャビティ内に樹脂を注入した状態を示す断面図、図１０および図１１は上下の金型を外した状態を示す断面図および部分斜視図である。
【００２３】
まず、図４に示したような必要構成要素が造り込まれたリードフレームを形成する。このリードフレーム６は、長手方向に延びる一対のサイドメンバ６０を有しており、これらのサイドメンバ６０の間がクロスメンバ６１によって繋げられ、個々の半導体装置形成領域６２が規定されている。このような半導体形成領域６２は、図面上には明確に表れていないがサイドメンバ６０の延びる方向に並ぶようにして複数設けられている。各半導体形成領域６２内には、各サイドメンバ６０どうしの間、またはクロスメンバ６１どうしの間に繋がる４つのダムバー６３ａ，６３ｂが設けられており、これらのダムバー６３ａ，６３ｂにより矩形領域６４が形成されている。矩形領域６４内には、その四隅部が吊りリード６５を介して矩形状のダイパッド６６が支持されている。このダイパッド６６は、図３には明確に表れていないがダムバー６３ａ，６３ｂに対して上方にオフセットされている（図８参照）。そして、各ダムバー６３ａ，６３ｂからは、ダイパッド６６に向けてその一端部６７Ａが延びる内部リード６７が幅方向に並んで複数形成されている。これらの内部リード６７は、後において半導体装置１のリード２となるべき部位であり（図１および図２参照）、各内部リード６７には、幅方向において一連に延びる起き上がり部６７ａおよび溝部６７ｂが形成されている。そして、クロスメンバ６１と同方向に延びる各ダムバー６３ａからは、内部リード７６とは反対方向に向けて延びるようにして外部リード６８が形成されている。なお、サイドメンバ６０には、一定間隔隔てて、位置決め穴６０ａが設けられている。
【００２４】
以上のような構成とされたリードフレーム６は、たとえば銅や鉄などの金属板材を打ち抜き加工することにより形成される。打ち抜き加工は、金属板材を打ち抜くべき部位に対応して凸部や刃が形成された押型と、この押型の凸部や刃に対応して凹部が形成された下型との間に、金属板材を介在させた状態でプレスすることにより行われる。
【００２５】
本実施形態では、内部リード６７の一端部側に起き上がり部２０ａおよび溝部２０ｂが形成されているが、これらはリードフレーム６を製造する際に同時に形成される。すなわち、図５（ａ）に示したように、押型７５としては、ダイパッド６６と内部リード６７の一端部６７Ａとの間や隣合う内部リード６７どうしの間の隙間を形成すべく、先端部が刃とされた凸部７５ａが形成されたものを使用し、下型７６としては、上記凸部７５ａを収容する凹部７６ａ、および溝部６７ｂを形成するための凸部７６ｂが形成されたものを使用する。押型７５の凸部７５ａおよび下型７６の凹部７６ａは、内部リード６７の一端に対応する部位が曲面状となっている。
【００２６】
このような押型７５および下型７６を用いたプレス加工は、図５（ａ）および（ｂ）に示したように各型７５，７６の間に金属板材６′を介在させた上で、押型７５により金属板材６′を下型７６側に押し付けた後、図５（ｃ）に示したように各型７５，７６を離型することにより行われる。押型７５を下型７６に押し付けた状態では、図５（ｂ）に良く表れているように、押型７５の凸部７５ａにより、金属板材６′が押し切られる。このとき、押型７５の凸部７５ａおよび下型７６の凹部７６ａは、内部リード６７の一端に対応する部位が曲面状となっているから、これらの曲面に倣って、内部リード６７の一端部６７Ａに対応する部位が曲がった状態とされる。これにより、起き上がり部６７ａが形成される。また、下型７６の凸部７６ｂにより、内部リード６７となるべき部位の一部が凹まされ、溝部６７ｂが形成される。そして、各型７５，７６を離型すれば、起き上がり部６７ａや溝部６７ｂを有する内部リード６７の他、ダイパッド６６などが形成されたリードフレーム６が得られる。
【００２７】
図１および図２に示したような半導体装置１の製造に当たっては、図６に示したようにリードフレーム６の各ダイパッド６６上に、半導体チップ５をフェイスアップ方式で実装する。この作業は、たとえばエポキシ樹脂製などの接着剤を半導体チップ５の下面とダイパッド６６の間に介在させた状態で、接着剤を硬化させることにより達成される。なお、この半導体チップ５はベアチップであり、その上面には、たとえば周縁に沿って並ぶように複数の電極パッド５０が形成されている。
【００２８】
次いで、図７に示したように半導体チップ５の電極５０と、内部リード６７との間をワイヤＷを介して導通接続する。ワイヤＷによる導通接続は、電極５０に対して行われるファーストボンディングと、内部リード６７に対して行われるセカンドボンディングとからなる。
【００２９】
ファーストボンディングは、いわゆるボールボンディングと称されるものであり、キャピラリ（図示略）から突出したワイヤを先端部を水素炎やアーク放電により溶融させてボール状とし、このボールを電極５０に圧し付けることにより行われる。
【００３０】
セカンドボンディングは、いわゆるステッチボンディングと称されるものであり、内部リード６７に対してキャピラリを下方に圧し付けるとともに、キャピラリを外部リード６８側に移動させてワイヤを切断することにより行われる。本実施形態では、内部リード６７における起き上がり部６７ａおよび溝部６７ｂによって規定される領域がワイヤボンディング部位とされる。
【００３１】
なお、ボンディングに際しては、電極５０や内部リード６７とワイヤＷとの間の接続を確実なものとすべく、超音波を付与してもよく、またリードフレームを加熱しておいてもよい。
【００３２】
続いて、図８ないし図１１に示すように半導体装置１の構成要素となるべき要素５，６６，６７，Ｗを封止すべく、樹脂パッケージ３を形成する。
【００３３】
樹脂パッケージ３を形成するには、まず図８に示したように上下の金型７ａ，７ｂによって形成されるキャビティ７０内に、各要素５，６６，６７，Ｗを収容する。このとき、各金型７ａ，７ｂによってリードフレーム６のダムバー６３ａ，６３ｂや外部リード６８などが挟持される。なお、キャビティ７０は、上金型７ａの凹部７０ａによって形成されている。
【００３４】
次いで、図９に示したようにキャビティ７０内に溶融樹脂を注入し、これを固化させて樹脂パッケージ３を形成する。キャビティ７０内に注入する樹脂は、たとえば非硬化状態のエポキシ樹脂であり、このエポキシ樹脂はキャビティ７０に注入した状態で、金型７ａ，７ｂを加熱することにより熱硬化させられる。
【００３５】
キャビティ７０内への樹脂注入時においては、キャビティ７０で樹脂が流動するが、内部リード６７の一端部が起き上がっているから、ダイパッド６６側から流動してくる樹脂に対しては、起き上がり部６７ａによりワイヤＷの接続部位が守られているから、接続部位に作用する応力が小さくなる。また、樹脂硬化時や硬化後の冷却によって樹脂パッケージ３が収縮するが、内部リード６７には、ワイヤＷの接続部位を囲むようにして起き上がり部６７ａおよび溝部６７ｂが形成されているから、収縮時おいてワイヤＷに作用する応力も低減される。すなわち、起き上がり部２０ａにより接続部位の周りに存在する樹脂の移動が阻害され、当該接続部位に作用する応力が低減される。
【００３６】
このようにして樹脂の注入・固化が終了した場合には、図１０に示したように上下の金型７ａ，７ｂを取り外すせば、図１１に示したように矩形領域６４の上方側に樹脂パッケージ３が形成される。最後に、樹脂パッケージ３への標印、内部リード６７や吊りリード６５とダムバー６３ａとの間をカットすることにより、図１および図２に示した半導体装置１が得られる。
【００３７】
なお、凸部や凹部は、必ずしもリードの幅方向に延びるように一連に設ける必要はなく、柱状や錐状の小さな凸部を列状や散点状に設けてもよく、またこれに加えて複数の小さな凹部を散点状や列状に形成してもよい。このような凸部および凹部は、リードフレームを形成する際の押型や下型の形状を工夫することにより形成することができる。
【００３８】
また、本願発明の技術思想は、Ｎｏｎ−Ｒｅａｄ型の半導体装置ばかりでなく、リードと半導体チップとの間がワイヤを介して接続され、ワイヤとリードとの接続部位が樹脂パッケージにより封止された形態の半導体装置全般に適用可能である。たとえば、リードが樹脂パッケージの外部にまで延出する形態の半導体装置（図１３）や、半導体装置の裏面側から複数のボール端子が突出し、これらが列状やマトリックス状に並んだＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）型の半導体装置（図１４）にも適用可能である。
【００３９】
図１３に示した半導体装置１′は、先に説明した半導体装置１と基本的には同様であるが、リード２′が樹脂パッケージ３′の外部にまで延出している点で異なっている。外部に延出したリード２′は、クランク状に折り曲げられており、その先端部が樹脂パッケージ３′の底面３０′と面一とされている。そして、先に実施形態の半導体装置１と同様に、リード２′におけるワイヤＷとの接続部位の周りに起き上がり部２０ａ′および溝部２０ｂ′が形成されている。
【００４０】
図１４に示した半導体装置１″は、その上面に銅などにより複数のリード２″が形成されたポリイミド樹脂製などの絶縁基板４″上に、半導体チップ５″が実装され、この半導体チップ５″とリード２″との間がワイヤＷ″を介して接続された形態のものである。リード２″の上面２０″には、ワイヤＷ″との接続部位を囲むようにして凸部２０ａ″および凹部２０ｂ″が形成されている。これらの凸部２０ａ″や凹部２０ｂ″は、絶縁基板４″上にリード２″を形成した後に、表面に凹凸が形成された押型を押し付けることにより形成される。かかる凸部２０ａ″や凹部２０ｂ″は、ワイヤＷ″や半導体チップ５″とともに、樹脂パッケージ３″内に封止されている。また、絶縁基板４″には、リード２″の一部が裏面側から臨むようにして貫通孔４０″が設けられており、この貫通孔４０″を介して導通するようにしてバール端子２０ｄ″がアレイ状に複数形成されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係る樹脂パッケージ型半導体装置の一例を示す全体斜視図である。
【図２】図１のII−II線に沿う断面図である。
【図３】図１および図２の樹脂パッケージ型半導体装置を構成するリードの要部拡大斜視図である。
【図４】図１および図２に示した樹脂パッケージ型半導体装置の製造に使用するリードフレームの要部拡大斜視図である。
【図５】図４に示したリードフレームの製造工程を示す断面図である。
【図６】図４のリードフレームにおけるダイパッドに半導体チップを実装した状態を示す部分斜視図である。
【図７】図６の状態からさらに、半導体チップの電極とリードとをワイヤを介して接続した状態を示す部分斜視図である。
【図８】図７における半導体装置の構成要素となるべき要素を、上下の金型によって形成されるキャビティ内に収容した状態を表す断面図である。
【図９】図８に示したキャビティ内に樹脂を注入した状態を示す断面図である。
【図１０】図９の状態から上下の金型を外した状態を示す断面図である。
【図１１】図９の状態から上下の金型を外した状態を示す部分斜視図である。
【図１２】リードの形態の変形例を示すリードの要部拡大斜視図である。
【図１３】本願発明に係る樹脂パッケージ型半導体装置のその他の例を示す断面図である。
【図１４】本願発明に係る樹脂パッケージ型半導体装置のその他の例を示す断面図である。
【図１５】従来の樹脂パッケージ型半導体装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１，１′，１″  半導体装置
２，２′，２″  リード（半導体装置の）
２０，２０′，２０″  上面（リードの）
２０ａ，２０ａ′  起き上がり部（リードの凸部としての）
２０ａ″  凸部（リードの）
２０ｂ，２０ｂ′  溝部（リードの凹部としての）
２０ｂ″  凹部（リードの）
２１  下面（リードの）
３，３′，３″  樹脂パッケージ（半導体装置の）
３０，３０″  下面（樹脂パッケージの）
４  ダイパッド（半導体装置の）
４″  絶縁基板
５，５″  半導体チップ（半導体装置の）
Ｗ，Ｗ′，Ｗ″  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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【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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