JP2008124136A - 半導体パッケージおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の回路構成に容易に対応可能な半導体パッケージおよびその製造方法の提供。
【解決手段】リードフレーム３にかしめ固定されたヒートシンク２は導電性の金属板により形成され、その上面には長溝２１が形成されている。長溝２１を挟むように一対の半導体素子４をヒートシンク２上に取り付け、半導体素子４とリードフレーム３のリード部３３とをワイヤボンディングする。その後、周囲を樹脂材料にてモールディングし、リードフレーム３から切出して半導体パッケージ１が完成する。半導体パッケージ１をプリント基板上に実装することにより、ヒートシンク２の１箇所をプリント基板に接続させるのみで、双方の半導体素子４をヒートシンク２を介してプリント基板に導通させることができる。また、半導体素子１の底面を切削してヒートシンク２を２分割すれば、プリント基板上において、双方の半導体素子４がヒートシンク２を介して導通することはない。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体パッケージおよびその製造方法に関する。

基板上に複数のチップを取り付け、複数のチップの周囲を一つの型により一括してモールディング（封止）した後、チップごとに裁断して複数の半導体パッケージを製造する方法があった（例えば、特許文献１参照）。この従来技術によれば、一つの型を使用して複数の半導体チップを一括してモールディングするため、製造に要する手間および時間を節約できるとともに、モールディング用の型コストを削減することができる。
特開２００６−１５６６５２号公報（第６図、第１５図）

しかしながら上述した製造方法は、半導体パッケージの多種の回路構成に柔軟に対応できるものではなかった。すなわち、これは複数の半導体チップが裁断により回路上分離されて形成されるものであり、複数の半導体を含み、それらが回路的に接続されたパッケージを製造したい場合は、そのパッケージ構造を設計段階から変更する必要があった。特に、複数の半導体を含み、それらを互いに接続するものと分離したものとの二種類のパッケージを選択的に製造する場合、二通りのパッケージ構造を設計する必要があり、製造コストの増大を余儀なくされていた。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の回路構成に容易に対応可能な半導体パッケージおよびその製造方法を提供することにある。

本発明の課題を解決するために、請求項１の発明によれば、保持板上に複数の半導体素子を配置し、保持板の薄肉部が半導体素子間に位置するように半導体素子を保持板上に取り付け、半導体素子をリード材に対しワイヤボンディングした後、樹脂材料にて周囲をモールディングする。このため、モールディング後に、薄肉部を切削して複数の半導体素子が取り付けられた保持板を互いに分離することにより複数の半導体素子間の導通を遮断することもでき、保持板を媒介した複数の回路構成に容易に対応することができる。

請求項２の発明によれば、保持板は熱伝導性が良好な金属材料にて形成され、半導体素子から発生した熱を外部に放出することにより、発熱性の大きな半導体素子にも適用することができる。
請求項３の発明によれば、半導体素子は回路基板を介して保持板に取り付けられたことにより、保持板上にさらに多くの回路素子を配置して、複雑な回路を構成することができる。
請求項４の発明によれば、保持板は半導体素子が取り付けられる時にはリード材と一体形成されており、モールディングされた後に、保持板とリード材とが互いに切り離されることにより、保持板とリード材とを連結する工程が省略でき、いっそう低コストの半導体パッケージにすることができる。

請求項５の発明によれば、保持板上に複数の半導体素子を配置し、保持板の薄肉部が半導体素子間に位置するように半導体素子を保持板上に取り付け、半導体素子をリード材に対しワイヤボンディングした後、樹脂材料にて周囲をモールディングする。このため、モールディング後に、薄肉部を切削して複数の半導体素子が取り付けられた保持板を互いに分離することにより複数の半導体素子間の導通を遮断することもでき、複数の回路構成に容易に対応することができる製造方法となる。

＜実施形態１＞
図１乃至図３に基づいて、本発明の実施形態１による半導体パッケージ１およびその製造方法について説明する。図１（ａ）、（ｂ）に示すように、中央部上面に長溝２１を有したヒートシンク２は本発明の保持板に該当し、銅、鉄、アルミニウムといった導電性を有するとともに、熱伝導性の良好な金属材料にて平板状に形成されている。長溝２１が設けられていることにより、ヒートシンク２の下面には薄肉部が形成されている。一方、リードフレーム３は導電性を有する金属板により枠状に形成され、本発明のリード材に該当している。リードフレーム3の中央部には開口３１が形成され、開口３１の側面からは４個のかしめ片３２が内方に向けて延びている。また、開口３１の長手方向の両端部からは複数のリード部３３が突出している。ヒートシンク２はリードフレーム３の開口３１内に配置され、かしめ片３２の先端に連結されている。

図２（ａ）に示すように、ヒートシンク２の上面には突部２２が４個形成され、これをリードフレーム３のかしめ片３２に下方より挿通させる。その後、図２（ｂ）に示すように、突部２２の頭部をかしめ治具ＰＵにより押圧することにより、ヒートシンク２を周囲に配置されたリードフレーム３にかしめて固定する。

次に、ヒートシンク２の上面に一対の半導体素子４を取り付ける（図１（ｃ）、（ｄ）示）。半導体素子４は半田付けあるいはエポキシ系の導電性接着剤にてヒートシンク２上に固定される（ダイボンディング）。図１（ｃ）、（ｄ）に示すように、一対の半導体素子４は長溝２１がそれらの間に位置するように配置されるため、その下方の薄肉部も半導体素子４間に位置している。

次に、ヒートシンク２上に取り付けられた半導体素子４を、リードフレーム３の複数のリード部３３に対し細い金線５によりワイヤボンディングして接続する（図１（ｅ）、（ｆ）示）。
次に、ヒートシンク２、取り付けられた半導体素子４、かしめ片３２、リード部３３の端部、および金線５を含むように周囲を型（図示せず）で囲み、熱硬化性の封止樹脂にてモールディングする（図１（ｇ）、（ｈ）示）。尚、図１（ｈ）に示すようにモールディング後のヒートシンク２は、その底面が封止樹脂６の下面に露出している。

次に、リード部３３に表面処理を施した後、リードフレーム３から半導体パッケージ１を切出した上で、リード部３３をプリント基板上に取付け可能な形状に成形する（図１（ｉ）、（ｊ）示）。半導体パッケージ１のリードフレーム３からの切出しにより、リード部３３は封止樹脂６の端面から一部が突出した状態となり、成形により先端が下方へと曲げられる。また、リードフレーム３のかしめ片３２は、封止樹脂６の側端面にて切断される。本実施形態による半導体パッケージ１においては、ヒートシンク２により半導体素子４に発生する熱を外部に放出することが可能である。

上述した工程により半導体パッケージ１が完成するが、必要があればヒートシンク２の底面を封止樹脂６とともに切削することもできる（図１（ｋ）、（ｌ）示）。ヒートシンク２の切削は、半導体ウェーハのバックグラインディング工程と同様に砥石による研削を行う、あるいは薬品によるエッチングによって行うことができる。ヒートシンク２の底面を切削することにより、長溝２１の下方に形成されていた薄肉部が取り去られ、ヒートシンク２は半導体素子４がそれぞれ取り付けられたものに２分割される。尚、ヒートシンク２は分割されても、半導体素子４に発生する熱を外部に放出できることに変わりはない。

図３（ａ）に示すように、ヒートシンク２の底面が切削されていない半導体パッケージ１の場合、一対の半導体素子４は一体のヒートシンク２を介して電気的に接続されており、プリント基板７上に半田付け等により実装すると、ヒートシンク２の１箇所をプリント基板７に電気的に接続させるのみで、双方の半導体素子４をヒートシンク２を介してプリント基板７に導通させることができる。

一方、図３（ｂ）に示すように、ヒートシンク２の底面が切削された半導体パッケージ１の場合、ヒートシンク２は取り付けられた半導体素子４ごとに分割されるため、半導体パッケージ１をプリント基板７上に実装しても、プリント基板７上において、双方の半導体素子４がヒートシンク２を介して導通することはない。

本実施形態によれば、ヒートシンク２上に一対の半導体素子４を配置し、ヒートシンク２の長溝２１が半導体素子４間に位置するように半導体素子４を取り付け、半導体素子４をリード部３３に対しワイヤボンディングした後、樹脂材料にて周囲をモールディングする。このため、モールディング後に、ヒートシンク２の底面を切削してヒートシンク２を分離することにより、双方の半導体素子４間の導通を遮断することもでき、ヒートシンク２を媒介した複数の回路構成に容易に対応することができる。特に、ヒートシンク２を介して複数の半導体素子４を互いに接続するものと、互いに分離したものとの二種類のパッケージを選択的に製造する場合、二通りのパッケージ構造を設計しなくともヒートシンク２を切削するのみで対応でき、製造コストの増大を防ぐことができる。

また、本実施形態による半導体パッケージ１においては、ヒートシンク２が半導体素子４から発生した熱を外部に放出することにより、発熱性の大きな半導体素子４にも適用することができる。
また、ヒートシンク２がリードフレーム３にかしめ固定されているため、モールディング時の剛性を向上させることができる。
＜実施形態２＞
次に、図４に基づいて実施形態２について説明する。本実施形態による半導体パッケージ１Ａは、実施形態１による半導体パッケージ１に比べ、半導体素子４が回路基板８を介してヒートシンク２に取り付けられている点のみが異なる。従って、本実施形態による半導体パッケージ１Ａの製造方法についても、実施形態１による半導体パッケージ１に対し、半田付けあるいは導電性接着剤にて半導体素子４を固定した回路基板８をヒートシンク２上にダイボンディングする点が異なるのみである。その他の構成については、実施形態１による半導体パッケージ１と同様であるため詳細な説明は省略する。

本実施形態によれば、半導体素子４が回路基板８を介してヒートシンク2に取り付けられたことにより、回路基板８上に半導体素子４に加えて他の回路素子４Ａ、４Ｂを配置して、より複雑な回路を構成することができる。尚。本実施形態による半導体パッケージ１Ａにおいても、ヒートシンク２を媒介した複数の回路構成に容易に対応することができるという実施形態１による半導体パッケージ１と同様の効果を有することは言うまでもない。

＜実施形態３＞
次に、図５に基づいて実施形態３について説明する。本実施形態による半導体パッケージ１Ｂにおいては、半導体素子４はヒートシンク部分と一体形成されたリードフレーム９上にダイボンディングされる。リードフレーム９は導電性を有するとともに熱伝導性の良好な金属板により形成されている。図５（ａ）、（ｂ）に示すように、リードフレーム９は周囲を取り囲む枠部９１と、枠部９１に連結され中央部に位置する取付部９２と、枠部９１の長手方向の両端部から内方に突出したリード部９３を備えている。また、取付部９２と枠部９１との間には、リードフレーム9の表裏を貫通した一対のスロット９４が、互いに対向するように設けられている。取付部９２は本発明の保持板に該当し、その中央にはリードフレーム９の長手方向に直交するようにＶ溝９５が形成されている。Ｖ溝９５は下方へと突出するとともに、スロット９４を互いに繋ぐように取付部９２上に延在している。

一対の半導体素子４はＶ溝９５を挟むように取付部９２上に配置され、半田付けあるいは導電性接着剤によりリードフレーム9上に取り付けられる（図５（ａ）、（ｂ）示）。半導体素子４とリード部９３とがワイヤボンディングされ、取付部９２、取り付けられた半導体素子４、リード部９３の端部、および金線５を含むようにモールディングした後、リード部９３に表面処理が施される。その後、リードフレーム９から半導体パッケージ１Ｂを切出した上で、リード部９３をプリント基板上に取付け可能な形状に成形する（図５ｃ）、（ｄ）示）。半導体パッケージ１のリードフレーム９からの切出しにより、リード部９３は封止樹脂６の端面から一部が突出した状態となり、成形により先端が下方へと曲げられる。また、リードフレーム９の側方は封止樹脂６の側端面に位置するスロット９４上にて切断される。半導体パッケージ１Ｂにおいては、取付部９２により半導体素子４に発生する熱を外部に放出することが可能である。

上述した工程により形成された半導体パッケージ１Ｂは、必要があれば封止樹脂６の底面をＶ溝９５とともに切削することもできる（図５（ｅ）、（ｆ）示）。封止樹脂６の底面を切削することによりＶ溝９５が取り去られ、取付部９２は半導体素子４がそれぞれ取り付けられたものに２分割される。尚、取付部９２は分割されても、半導体素子４に発生する熱を外部に放出できることに変わりはない。その他の構成については、実施形態１による半導体パッケージ１と同様であるため詳細な説明は省略する。

本実施形態によれば、リードフレーム９がヒートシンク部分と一体形成されており、モールディングされた後に、半導体素子４が取り付けられた取付部９２がリードフレーム9から切り離される。これにより、モールディング前にヒートシンクとリードフレームとを連結する工程が省略でき、いっそう低コストの半導体パッケージにすることができる。

＜他の実施形態＞
ヒートシンクあるいはリードフレーム上に取り付けられる半導体素子は３個以上あってもよい。
半導体素子が取り付けられる保持板は、必ずしもヒートシンクの機能を有していなくてもよい。
ヒートシンクあるいはリードフレームには、取り付けられる半導体素子の間に位置するように薄肉部が形成されていればよく、必ずしも溝形状が形成されていなければならないわけではない。

実施形態１による半導体パッケージの製造方法を示す図であって、ヒートシンクをリードフレームにかしめたところを示した平面図（ａ）、図（ａ）の断面図（ｂ）、ヒートシンク上に半導体素子を固定したところを示した平面図（ｃ）、図（ｃ）の断面図（ｄ）、半導体素子とリード部とをワイヤボンディングしたところを示した平面図（ｅ）、図（ｅ）の断面図（ｆ）、周囲をモールディングしたところを示した平面図（ｇ）、図（ｇ）の断面図（ｈ）、リードフレームから半導体パッケージを切出したところを示した平面図（ｉ）、図（ｉ）の断面図（ｊ）、半導体パッケージの底面を切削したところを示した平面図（ｋ）、図（ｋ）の断面図（ｌ） ヒートシンクの突部をリードフレームのかしめ片に挿通したところを示した断面図（ａ）、ヒートシンクをリードフレームにかしめたところを示した断面図（ｂ） 半導体パッケージをプリント基板に実装した状態を示した断面図（ａ）、底面を切削した半導体パッケージをプリント基板に実装した状態を示した断面図（ｂ） 実施形態２による半導体パッケージの半導体素子とリード部とをワイヤボンディングしたところを示した平面図（ａ）、図（ａ）の断面図（ｂ）、リードフレームから半導体パッケージを切出したところを示した平面図（ｃ）、図（ｃ）の断面図（ｄ）、半導体パッケージの底面を切削したところを示した平面図（ｅ）、図（ｅ）の断面図（ｆ） 実施形態３による半導体パッケージの周囲をモールディングしたところを示した平面図（ａ）、図（ａ）の断面図（ｂ）、リードフレームから半導体パッケージを切出したところを示した平面図（ｃ）、図（ｃ）の断面図（ｄ）、半導体パッケージの底面を切削したところを示した平面図（ｅ）、図（ｅ）の断面図（ｆ）

符号の説明

図面中、１、１Ａ、１Ｂは半導体パッケージ、２はヒートシンク（保持板）、３、９はリードフレーム（リード材）、４は半導体素子、５は金線、６は封止樹脂、８は回路基板、２１は長溝、９２は取付部（保持板）、９５はＶ溝を示している。

Claims (5)

1. 導電性の材料により形成されるとともに下面に薄肉部を有する保持板は、その周囲にあるリード材と連結されており、前記保持板上に複数の半導体素子を配置し、前記薄肉部が該半導体素子間に位置するように前記半導体素子を前記保持板上に取り付け、前記半導体素子を前記リード材に対しワイヤボンディングした後、樹脂材料にて周囲をモールディングしたことを特徴とする半導体パッケージ。
2. 前記保持板は熱伝導性が良好な金属材料にて形成され、前記半導体素子から発生した熱を外部に放出することを特徴とする請求項１記載の半導体パッケージ。
3. 前記半導体素子は回路基板を介して前記保持板に取り付けられたことを特徴とする請求項１または２記載の半導体パッケージ。
4. 前記保持板は前記半導体素子が取り付けられる時には前記リード材と一体形成されており、モールディングされた後に、前記保持板と前記リード材とが互いに切り離されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体パッケージ。
5. 導電性の材料により形成された保持板は、下面に薄肉部を有するとともに周囲にあるリード材と連結されており、前記保持板上に複数の半導体素子を配置し、前記薄肉部が該半導体素子間に位置するように前記半導体素子を前記保持板上に取り付け、前記半導体素子を前記リード材に対しワイヤボンディングした後、樹脂材料にて周囲をモールディングすることを特徴とする半導体パッケージの製造方法。

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