(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、上記半導体チップから発生する熱を外部に放出するための放熱板と、上記半導体チップと電気的に導通させられている複数本の内部リードと、上記半導体チップ、上記ダイパッド、上記放熱板、および上記複数本の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、を備えた樹脂パッケージ型半導体装置であって、
上記放熱板は、上記ダイパッドよりも幅狭に形成されているとともに、上記ダイパッドの下面に対して上記ダイパッドの下面の一部を幅方向両側部において露出させた状態で接合される接合部と、この接合部よりも幅広に形成されており、かつ、上記接合部の端縁から延出させられている放熱部と、を備え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】
上記接合部は、長矩形状に形成されており、この接合部の両端縁から長手方向に一体的に延出して上記放熱部が形成されている、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】
上記放熱部には、貫通孔が形成されている、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。
【請求項４】
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内部リードと、を備えるリードフレームを用いた樹脂パッケージ型半導体装置の製造方法であって、
上記ダイパッド上に半導体チップをボンディングするステップと、
上記半導体チップに形成された上面電極と上記内部リードの先端部の上面とをワイヤを用いて結線するステップと、
上記ダイパッドよりも幅狭に形成されている接合部と、この接合部よりも幅広に形成されており、かつ、上記接合部の端縁から延出させられている放熱部と、を備えた放熱板の上記接合部を、上記ダイパッドの下面に対して上記ダイパッドの下面の一部をその幅方向両側において露出させるように接合するステップと、
上記半導体チップ、上記ダイパッド、上記内部リード、および上記放熱板を樹脂パッケージングするステップと、
を含むことを特徴とする樹脂パッケージ型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、およびその製造方法に関し、特に、放熱板が樹脂パッケージ内に組み込まれたタイプの樹脂パッケージ型半導体装置、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および図８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５７に形成されたダイパッド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７を有する上下の金型６０，６１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】
この種の樹脂パッケージ型半導体装置５は、上記放熱板５４の周縁部の上面と、上記内部リード５２の先端部の下面とが接触して導電不良を起こさないように、上記ダイパッド５１が上記内部リード５２に対してダウンオフセットさせられている。さらに、このようにダウンオフセットさせられたダイパッド５１の下面には、放熱板５４が接合されている。したがって、上記放熱板５４の下面と、上記樹脂パッケージ５６の下面との間の距離は、小さく設定せざるを得ない。このため、上記のようにして製造された樹脂パッケージ型半導体装置５をハンダリフローの手法などによって回路基板上に実装する場合に、上記放熱板５４の下面と上記樹脂パッケージ５６との間の接合部分にクラックが発生し易い。これは、上記放熱板５４の下面と上記樹脂パッケージ５６の下面との間の距離が小さいこと、上記放熱板５４と上記樹脂パッケージ５６との間の接合面積が大きいことに起因していると考えられる。というのは、上記樹脂パッケージ５６と金属部分、特に放熱板５４との間の接合部分において、樹脂パッケージ５６内に吸収された水分が実装時の高温によって気化膨張して上記樹脂パッケージ５６と上記放熱板５４との間の接合部分が剥離させられ、上記樹脂パッケージ５６の温度降下にともない、この剥離部分が上記樹脂パッケージ５６内に残存することによりクッラクが発生すると考えられるからである。すなわち、上記放熱板５４の下面と上記樹脂パッケージ５６の下面との間の距離が小さいと上記樹脂パッケージ５６の下面から吸収した水分が上記放熱板５４の下面と上記樹脂パッケージ５６との接合部分に達し易く、また、上記放熱板５４と上記樹脂パッケージ５６との間の接触面積が大きいと、それだけ吸収した水分の影響を受けてクラックが発生し易い。また、上記樹脂パッケージ５６内にクラックが発生してしまうと、上記樹脂パッケージ型半導体装置５の製品品質の低下を招来してしまう。
【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、回路基板上に実装する場合のクラックの発生を回避することができる樹脂パッケージ型半導体装置、およびその製造方法を提供することをその課題とする。
【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。
【０００８】
すなわち、本願発明の第１の側面に係る樹脂パッケージ型半導体装置は、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、上記半導体チップから発生する熱を外部に放出するための放熱板と、上記半導体チップと電気的に導通させられている複数本の内部リードと、上記半導体チップ、上記ダイパッド、上記放熱板、および上記複数本の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、を備えた樹脂パッケージ型半導体装置であって、上記放熱板は、上記ダイパッドよりも幅狭に形成されているとともに、上記ダイパッドの下面に対して上記ダイパッドの下面の一部を幅方向両側部において露出させた状態で接合される接合部と、この接合部よりも幅広に形成されており、かつ、上記接合部の端縁から延出させられている放熱部と、を備えていることを特徴としている。
【０００９】
好ましくは、上記接合部は、長矩形状に形成されており、この接合部の両端縁から長手方向に一体的に延出して上記放熱部が形成されている。
【００１０】
上記構成の樹脂パッケージ型半導体装置は、上記放熱板と上記ダイパッドとの接合部分が幅狭の接合部により構成されているので、上記ダイパッドと上放熱板との間の接合面積が従来の放熱板に比べて大幅に減少している。このことは、接合部において、放熱板と樹脂パッケージとの接合面積が従来に比べて大幅に減少していることをも同時に意味する。したがって、樹脂パッケージ内に吸収された水分が回路基板への実装時の高温によって気化膨張して上記樹脂パッケージと上記放熱板との間の接合部分が剥離させられ、上記樹脂パッケージの温度降下にともない、この剥離部分が上記樹脂パッケージ内に残存することによりクラックが発生しまうことを極力回避することができる。このため、樹脂パッケージ内に発生したクラックに起因する製品品質の低下を回避することができる。また、上記放熱部が幅広に形成されているので、上記接合部を幅狭に形成することによっても、上記放熱板の放熱性が損なわれることはほとんどない。なお、上記放熱板の上記ダイパッドに対する接合は、超音波接合法やスポット溶接などにより行われる。
【００１１】
好ましくはさらに、上記放熱部には、貫通孔が形成されている。
【００１２】
上記構成の樹脂パッケージ型半導体装置によれば、上記放熱板の放熱部に貫通孔を形成することにより、上記放熱板と上記ダイパッドとの間の接合面積がさらに減少させられているので、上述した効果をさらに享受することができる。
【００１３】
また、上記放熱板によって区切られる上記樹脂パッケージ内の上下の部位が上記貫通孔に注入された樹脂によって架橋されているので、上記放熱板と上記樹脂パッケージとの間の接合強度が高められ、このことによっても上記樹脂パッケージ内でのクラックの発生を防止することができる。
【００１４】
さらに、所定の金型を用いて樹脂パッケージングを行う際に、上記放熱板が接合された上記ダイパッドを備えるリードフレームを上記金型に挟持した場合に、上記貫通孔が上記リードフレームによって区切られる上下の空間を連通する。したがって、上記金型によって規定されるキャビティ内に樹脂を注入したとしても、上記放熱板の裏面側に有効に樹脂を進出させることができるので、上記貫通孔が形成されていない場合に比べてより速く樹脂パッケージングを完了することができ、このため、上記貫通孔を形成することにより上記樹脂パッケージ内にボイドが形成されてしまうことを回避することもできる。
【００１５】
本願発明の第２の側面に係る樹脂パッケージ型半導体装置の製造方法は、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内部リードと、を備えるリードフレームを用いた樹脂パッケージ型半導体装置の製造方法であって、上記ダイパッド上に半導体チップをボンディングするステップと、上記半導体チップに形成された上面電極と上記内部リードの先端部の上面とをワイヤを用いて結線するステップと、
上記ダイパッドよりも幅狭に形成されている接合部と、この接合部よりも幅広に形成されており、かつ、上記接合部の端縁から延出させられている放熱部と、を備えた放熱板の上記接合部を、上記ダイパッドの下面に対して上記ダイパッドの下面の一部をその幅方向両側において露出させるように接合するステップと、上記半導体チップ、上記ダイパッド、上記内部リード、および上記放熱板を樹脂パッケージングするステップと、を含むことを特徴としている。
【００１６】
このような樹脂パッケージ型半導体装置の製造方法によれば、上記した第１の側面に係る樹脂パッケージ型半導体装置と同様の効果を奏する樹脂パッケージ型半導体装置を提供することができる。
【００１７】
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。
【００１８】
【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。
【００１９】
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、図１のIII −III 線に沿う断面図、図４は、上記樹脂パッケージ型半導体装置１の製造に用いられるリードフレーム２２に形成されたダイパッド１２の下面に放熱板１４を接合した状態の平面図、図５は、図４のダイパッド１２の上面に半導体チップ１３を実装し、さらにこの半導体チップ１３と内部リード１６とをワイヤ１９を用いて結線した状態の平面図、図６は、図５のリードフレーム２２をその内部に半導体チップ１３を収容するようにして金型に挟持した状態の断面図である。
【００２０】
図１、図２および図３に示すように、上記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１６と、上記半導体チップ１３ないし上記各内部リード１６を包み込む樹脂パッケージ１０と、を備えて構成されている。
【００２１】
図４に良く表れているように、上記放熱板１４は、上記ダイパッド１２の下面に接合される長矩形状の接合部１４ａと、この接合部１４ａの両端縁から上記接合部１４ａの長手方向に一体的に延出して形成された放熱部１４ｂと、を備えて構成されている。上記接合部１４ａは、上記ダイパッド１２よりも幅狭に形成されており、上記放熱部１４ｂは、上記接合部１４ａよりも幅広に形成されている。上記放熱部１４ｂには、円形状の貫通孔１４ｃが形成されている。
【００２２】
図２に示すように、上記半導体チップ１３の上面と、上記内部リード１６の先端部の上面とは、ワイヤ１９を介して電気的に導通するように結線されている。
【００２３】
図３および図４に示すように、上記ダイパッド１２の両側縁からは、一体的に耳片１２Ａが形成されており、図１および図３に良く表れているように、この耳片１２Ａの先端部が屈曲形成されて回路基板上に面実装可能に構成さてれいる。また、この耳片１２Ａは、回路基板に実装されて上記半導体チップ１３から発生した熱を回路基板に放熱するように構成されている。
【００２４】
さらに、上記ダイパッド１２、半導体チップ１３、内部リード１６、およびワイヤ１９は、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂によって樹脂パッケージングされており、樹脂パッケージ１０の側面からは内部リード１６に一体的に延出して外部リード１１が形成されている。
【００２５】
図１および図３に示すように、上記外部リード１１の先端部には、上記樹脂パッケージ１０の底面と略面一になるように水平部１１Ａが形成されており、この水平部１１Ａをハンダ付けすることにより上記樹脂パッケージ型半導体装置１が回路基板上に面実装されるように構成されている。
【００２６】
次に、このように構成された樹脂パッケージ型半導体装置１の製造方法を図４ないし図６を参照しながら説明する。便宜上、図４を参照しながら上記樹脂パッケージ型半導体装置１の製造に用いるリードフレーム２２について説明する。
【００２７】
図４に示すように、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あるいはダイパッド１２などが打ち抜き形成されている。矩形状に形成されたダイパッド１２の両側縁からは、一体的に耳片１２Ａが形成されており、この耳片１２Ａの端縁が支持リード２８を介してクロスフレーム２８に連結されている。矩形領域２５内には、上記サイドフレーム２３，２３間を掛け渡すようにしてタイバー２６が形成されている。ダイバー２６の内側には、基端が連結されているとともに、先端部が上記ダイパッド１２の周縁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に連続して延びる複数本の外部リード１１が形成されており、各外部リード１１の外端部は、支持リード２８を介してクロスフレーム２４，２４に連結されている。
【００２８】
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１６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２２のその他の部分、たとえば上記内部リード１６対して下方にダウンオフセットされている。
【００２９】
先ず、図４に示すように、上記ダイパッド１２の裏面に上記放熱板１４を接合する。上述したように、上記放熱板１４は、上記ダイパッド１２の下面に接合される長矩形状の接合部１４ａと、この接合部１４ａの両端縁から上記接合部１４ａの長手方向に一体的に延出して形成された放熱部１４ｂと、を備えて構成されており、上記接合部１４ａは、上記ダイパッド１２よりも幅狭に形成されているとともに、上記放熱部１４ｂは、上記接合部１４ａよりも幅広に形成されている。また、上記放熱部１４ｂには、円形状の貫通孔１４ｃが形成されている。なお、上記接合部１４ａの幅は、３ｍｍ程度に設定され、接合部１４ａは上記ダイパッド１２に対して超音波接合法、あるいはスポット溶接などの手段によって接合される。
【００３０】
次に、図５に良く表れているように、上記半導体チップ１３の上面に形成された上面電極（図示せず）と、これに対応する上記内部リード１６の先端部の上面とを電気的に導通するようにワイヤ１９を用いて結線する。
【００３１】
さらに、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２２のタイバー２６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。
【００３２】
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。
【００３３】
次いで、上記ゲートからランナ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、樹脂パッケージ１０を形成させる。
【００３４】
このとき、上記放熱部１４ｂに形成された貫通孔１４ｃが上記リードフレーム２２によって区切られる上下の空間を連通しているので、上記金型３によって規定されるキャビティ４内に樹脂を注入した場合に、上記放熱板１４の裏面側に有効に樹脂を進出させることができる。したがって、上記貫通孔１４ｃが形成されていない場合に比べてより速く樹脂パッケージングを完了することができ、このため、上記貫通孔１４ｃを形成することにより上記樹脂パッケージ１０内にボイドが形成されてしまうことを回避することができる。
【００３５】
また、このようにして形成された樹脂パッケージ型半導体装置１は、上記放熱板１４と上記ダイパッド１２との接合部分が幅狭の接合部１４ａにより構成されているので、上記ダイパッド１２と上記放熱板１４との間の接合面積が従来の放熱板に比べて大幅に減少している。このことは、接合部１４ａにおいて、放熱板１４と樹脂パッケージ１０との接合面積が従来に比べて大幅に減少していることをも同時に意味する。したがって、樹脂パッケージ１０内に吸収された水分が回路基板への実装時の高温によって気化膨張して上記樹脂パッケージ１０と上記放熱板１４との間の接合部分が剥離させられ、上記樹脂パッケージ１０の温度降下にともない、この剥離部分が上記樹脂パッケージ１０内に残存することによりクッラクが発生しまうことを極力回避することができる。このため、樹脂パッケージ１０内に発生したクラックに起因する製品品質の低下を回避することができる。また、上記構成の樹脂パッケージ型半導体装置１によれば、上記放熱板１４の放熱部１４ｂに貫通孔１４ｃを形成することにより、上記放熱板１４と上記ダイパッド１２との間の接合面積がさらに減少させられているので、上述し効果をさらに享受することができる。なお、上記放熱部１４ｂが幅広に形成されているので、上記接合部１４ａを幅狭に形成することによっても、上記放熱部１４ｂの放熱性が損なわれることもない。
【００３６】
さらに、上記樹脂パッケージ型半導体装置１は、上記放熱板１４によって区切られる上記樹脂パッケージ１０内の上下の部位が上記貫通孔１４ｃに注入された樹脂によって架橋されているので、上記放熱板１４と上記樹脂パッケージ１０との間の接合強度が高められ、このことによっても上記樹脂パッケージ１０内でのクラックの発生を防止することができる。
【００３７】
なお、本実施形態においては、上記放熱板１４の接合部１４ａが長矩形状に形成されていたが、上記放熱部１４ｂは、上記ダイパッド１２よりも幅狭に形成されていればよく、その形状は様々に設計変更可能である。
【００３８】
また、本実施形態においては、上記放熱部１４ｂが上記接合部１４ａの両端縁から一体的に延出形成されていたが、上記放熱部１４ｂは少なくとも一端縁から延出形成すればよいのいうまでもない。
【００３９】
さらに、上記放熱部１４ｂに形成された貫通孔１４ｃは、選択的事項であり、必ずしも必要なものではなく、また、その形状、個数、および形成位置は、本実施形態に係る樹脂パッケージ型半導体装置１を説明するために参照した図面に描かれている形状、個数、および形成位置には限定されず様々に設計変更可能である。
【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のIII −III 線に沿う断面図である。
【図４】上記樹脂パッケージ型半導体装置の製造に用いる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た状態の平面図である。
【図５】図４のダイパッドに半導体チップを実装し、この半導体チップと内部リードとをワイヤを用いて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上記半導体チップをその内部に収容するようにして金型に挟持した状態の断面図である。
【図７】従来例に係る樹脂パッケージ型半導体装置の平面透視図である。
【図８】図６のVIII−VIII線に沿う断面図である。
【符号の説明】
１  樹脂パッケージ型半導体装置
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
１４ａ  接合部（放熱板の）
１４ｂ  放熱部（放熱板の）
１４ｃ  貫通孔（放熱部の）
１６  内部リード
１９  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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