JP2018029138A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 フリップチップ実装された半導体チップとリードフレームとの間のバンプによる接続状態をパッケージの外部から簡単に検査することができ、樹脂充填した場合の半導体チップとバンプとの接合部の近傍部分およびバンプとリードフレームとの接合部の近傍部分のボイドの発生を確実に防止し得る半導体装置を提供する。【解決手段】 半導体チップ１と、該半導体チップ１がバンプ６，７，８を介してフリップチップ実装により接続されたリードフレーム３，４，５とをリードフレーム３，４，５の少なくとも一部を露出させた状態で全体を樹脂９で一体的に封止した半導体装置であって、リードフレーム３，４，５は半導体チップ１に相対向する面に溝１０，１１，１２を有するとともに、バンプ６，７，８が溝１０，１１，１２を跨いでリードフレーム３，４，５に接着されている。【選択図】 図１

Description

本発明は半導体装置に関し、フリップチップ実装により半導体チップをリードフレームに接続する場合に適用して有用なものである。

図８は、従来技術に係る半導体装置の構成を示す断面図である。同図に示す半導体装置は、ＳＯＴ（Small Outline Transistor）系の半導体パッケージであり、半導体チップ０１、リードフレーム０２，０３，０４およびワイヤ０５，０６を有している。ここで、半導体チップ０１とリードフレーム０２，０３はワイヤ０５，０６を介してワイヤボンディング法によりそれぞれ電気的に接続されるとともに、半導体チップ０１とリードフレーム０４は導電性の接着部０７を介して電気的に接続されている。これら半導体チップ０１、リードフレーム０２，０３，０４およびワイヤ０５，０６は略四角錐台形状の樹脂０８で一体的に封止してある。ここで、リードフレーム０２，０３の一部は外部に露出させてある。

なお、ＳＯＮ（Small Outlined Non-leaded Package）系の半導体装置ではあるが、半導体チップとリードフレームとをワイヤで電気的に接続したパッケージとして、例えば特許文献１に開示する半導体装置が公知である。

上述の如く半導体チップ０１とリードフレーム０２，０３との間をワイヤボンディング法によりワイヤ０５，０６で接続する半導体装置においては、ワイヤ０５，０６の線径により、このワイヤ０５，０６に供給する許容電流の値が規定される。一方、近年、半導体チップ０１における消費電流は増化の傾向にあり、これに伴いワイヤ０５，０６の許容電流も大きくなってきている。かかる現状に対してはワイヤ０５，０６の線径を太くすることで対処することはできる。しかしながら、通常金線で形成されるワイヤ０５，０６の線径を太くすることで許容電流を大きくすることは、当該半導体装置の製造コストの増大を招来することとなり、好ましくない。また、ワイヤボンディング法で作製した半導体装置は、当該半導体装置内でワイヤ０５，０６が占めるスペースが大きくなり、ワイヤ０５，０６の存在が、半導体装置の小型化、薄型化の障害要因になるという問題を有している。

そこでワイヤ０５，０６を用いることなく十分な電流容量を持つとともに、半導体装置の小型化、薄型化を実現する半導体チップとリードフレームとの接続方法としてフリップチップ実装が提案されている。このフリップチップ実装における半導体チップとリードフレームとの間の電気的な接続は、半導体チップの電極とリードフレームとの間に介在させたバンプと呼称されるボール状の導電部材を溶融させることで確保する。かかるフリップチップ実装においては、バンプが溶融して円柱状に変形することで断面積が広がる。この結果、半導体チップとリードフレームとの間の充分な電流容量を確保できる。また、フリップチップ実装では、半導体装置の高さ方向の寸法も小さくすることができる。この結果、その分半導体装置の小型化、薄型化を図ることができる。

特開２００６−２９４８０９号公報

上述のフリップチップ実装を適用した場合、半導体チップの大電流容量化、小型化、薄型化は実現できるが、樹脂モールドにより一体化されてパッケージとなった半導体装置を対象として半導体チップとリードフレームとの間のバンプによる接続状態の良否を検査する必要がある。半導体チップとリードフレームとをバンプにより接続した後、バンプで接続した半導体チップとリードフレームとを樹脂で一体化してパッケージとする際、一体化するためのモールド用の樹脂の熱でバンプが軟化し、バンプによる前記接続状態が変化する場合があるからである。しかしながら、パッケージとなった半導体装置における半導体チップとリードフレームとの間のバンプによる接続状態を外部から適切に検査することは困難である。

さらに、上述の如くフリップチップ実装により半導体チップとリードフレームとを接続した場合、半導体チップとリードフレーム間の寸法によっては、その後に充填する樹脂が半導体チップとリードフレームとの間に十分回り込むことができず、半導体チップとバンプとの接合部の近傍部分や、バンプとリードフレームとの接合部の近傍部分にボイドが生起される場合がある。かかるボイドは機械的な脆弱部となるので可及的にその発生を除去すべきである。

本発明は、上記従来技術に鑑み、フリップチップ実装された半導体チップとリードフレームとの間のバンプによる接続状態をパッケージの外部から簡単に検査することができ、樹脂充填した場合の半導体チップとバンプとの接合部の近傍部分およびバンプとリードフレームとの接合部の近傍部分のボイドの発生を確実に防止し得る半導体装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の構成は、次の点を特徴とする。
１） 半導体チップと、該半導体チップがバンプを介してフリップチップ実装により接続されたリードフレームとを前記リードフレームの少なくとも一部を露出させた状態で全体を樹脂で一体的に封止した半導体装置であって、
前記リードフレームは前記半導体チップに相対向する面に溝を有するとともに、前記バンプは前記溝を跨いで前記リードフレームに接着されていること。

２） 上記１）において、
前記溝は、異なる複数の方向に伸びて前記リードフレームの面に形成したものであること。

３） 上記１）または２）において、
前記溝はその終端が、前記リードフレームの各端面の内側に在るように形成したこと。

４） 上記１）〜３）のいずれか一つにおいて、
前記溝は、中心部に向かって次第に深くなるように形成したこと。

５） 上記１）〜４）のいずれか一つにおいて、
前記溝は、前記バンプに対し、前記リードフレームの最端部に形成され、前記バンプが跨ることなく前記バンプを取囲むように形成した部分も有すること。

６） 上記１）〜５）のいずれか一つにおいて、
前記バンプは半田バンプであること。

本発明によれば、リードフレームの半導体チップに相対向する面に形成した溝を跨いでいるバンプで半導体チップとリードフレームとを接続している。このため、半導体チップとリードフレームとの接続状態が良好な場合は、バンプの主要部の外郭から溝内に漏れ出た漏洩バンプが形成されるので、前記漏洩バンプの存在をＸ線等の非破壊検査で検出することにより簡単に接続状態の良否を判定することができる。

さらに、樹脂モールドに利用する樹脂は、充填時には前記溝部分にも回り込んで充填される。この結果、半導体チップの一方の面と、この面に対向するリードフレームの面との間の寸法が溝の深さの分だけ大きくなったのと等価な状態となり、半導体チップとリードフレームとの間の間隙に対する樹脂の回りこみが良好に行なわれる。これにより樹脂充填した場合の半導体チップとバンプとの接合部の近傍部分およびバンプとリードフレームとの接合部の近傍部分における樹脂未充填に起因するボイドの発生を確実に防止し得る。

本発明の実施形態に係る半導体装置を示す図で、（ａ）はその断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視図である。 図１のリードフレームの第１の実施例を抽出・拡大し、かつ一部を切り欠いて示す平面図である。 図１のＢ部分を抽出・拡大して示す断面図である。 図１のリードフレームの第２の実施例を抽出・拡大し、かつ一部を切り欠いて示す平面図である。 図１のリードフレームの第３の実施例を抽出・拡大し、かつ一部を切り欠いて示す平面図である。 図１のリードフレームの第４の実施例を抽出・拡大し、かつ一部を切り欠いて示す断面図である。 図１のリードフレームの第５の実施例を抽出・拡大し、かつ一部を切り欠いて示す平面図である。 従来技術に係る半導体装置を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づき詳細に説明する。

なお、以下に示す各実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。以下の実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができるとともに、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることが可能である。

図１は本発明の実施形態に係る半導体装置を示す図で、（ａ）はその断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視図である。両図に示すように、本実施形態に係る半導体装置は、 半導体チップ１と、該半導体チップ１がバンプ６，７，８を介してフリップチップ実装により接続されたリードフレーム３，４，５とをリードフレーム３，４，５の少なくとも一部を露出させた状態で全体を樹脂９で一体的に封止して形成してある。また、リードフレーム３，４，５にはそれぞれ溝１０，１１，１２が形成されている。これらの溝１０，１１，１２に関し、図２を追加してさらに詳細に説明しておく。

図２は本実施形態に係る半導体装置のリードフレーム３，４，５（以下、リードフレーム３のみに関して説明するが、当該説明は他のリードフレーム４，５に対しても同様に当てはまるので、重複する説明は省略する）を抽出・拡大し、かつ一部を切り欠いて示す平面図である。本実施形態に係る半導体装置はリードフレームが異なる複数種類のものが考えられるが、図２に示すリードフレーム３をリードフレームの第１の実施例として説明する。

＜リードフレームの第１の実施例＞
図２に示すように、リードフレーム３は半導体チップ１に相対向する面にリードフレーム３の幅方向に伸びる一本の溝１０を有する。また、バンプ６は溝１０を跨いでリードフレーム３に接着されている。ここで、バンプ６は半田バンプを良好に適用し得る。

かかるリードフレーム３を有する半導体装置においては、半導体チップ１とリードフレーム３とのバンプ６による接続状態が良好な場合は、バンプ６の主要部６Ａの外郭から溝１０内に漏れ出た漏洩バンプ６Ｂが形成される。バンプ６を溶融させて半導体チップ１とリードフレーム３とを電気的に接続する際、両者の間でバンプ６が充分溶融した場合には、溶融したバンプ６の一部が溝１０内に漏洩するからである。したがって、漏洩バンプ６Ｂがバンプ６の主要部６Ａの外郭と溝１０との接触部位（図２では２箇所）の全てにおいて形成されている場合には、バンプ６による完全な接合が担保されているといい得る。したがって、漏洩バンプ６Ｂの存在をＸ線等の非破壊検査で検出することにより簡単に接続状態の良否を判定することができる。ここで、バンプ６は、主要部６Ａと漏洩部６Ｂとを合わせた部位をいう（以下同じ）。なお、溝１０が存在せず漏洩バンプ６Ｂが形成されない従来技術においては、Ｘ線等の非破壊検査を実施してもバンプ６による接続の良否を判断することは困難である。

さらに、本実施形態における樹脂９は、その充填時に溝１０部分にも回りこんで充填される。この結果、図１のＢ部分を抽出・拡大して示す図３を参照すれば明らかな通り、近年益々小さくなっている半導体チップ１のリードフレーム３と相対向する側の面と、この面に対向するリードフレーム３の面との間の寸法ｌを、溝１０が存在する部位では溝１０の深さδｌの分だけ大きくしたのと等価な状態とすることができる。この結果、半導体チップ１とリードフレーム３との間の間隙に対する樹脂の回り込みが良好に行なわれる。かくして、溝１０を形成しないリードフレームを用いて樹脂充填した場合の半導体チップ１とバンプ６との接合部の近傍部分およびバンプとリードフレームとの接合部の近傍部分における樹脂未充填に起因するボイド１００，１０１の発生を確実に防止し得る。このように本実施例によれば、この種のボイド１００，１０１の発生を可及的に回避してバンプ６との境界部分における樹脂９におけるクラックの発生要因を未然に除去することができ、機械的強度に優れる半導体装置とすることができる。

＜リードフレームの第２の実施例＞
リードフレーム３に形成する溝の形状は、直線的に延びるものに限定する必要はない。また、その本数も一本に限定するものではない。すなわち、本発明の実施形態に係る半導体装置のリードフレームに形成される溝は、異なる複数の方向に伸びてリードフレームの面に形成したものであればよい。ここで、「異なる複数の方向」とは、必ずしも直交する必要はなく、したがって同心円形状の溝であっても構わない。

図４は、図１のリードフレームの第２の実施例を抽出・拡大し、かつ一部を切り欠いて示す平面図である。同図に示すように、本実施例に係るリードフレーム１３には、その幅方向およびこれと直交する長手方向に延びるそれぞれ複数本（図では３本）の溝２０が形成されている。すなわち、リードフレーム１３の幅方向および長手方向にそれぞれ延びる３本づつの溝２０が格子状に形成されている。

かかる本実施例においては、バンプ６の主要部６Ａの外郭部と溝１０との接触部位が１２箇所形成される。したがって、各接触部位における漏洩バンプ６Ｂの有無を検査することによりバンプ６による半導体チップ１とリードフレーム１３との接続状態を検出することができる。

このように、本実施例の如く溝２０の数が増えれば増えるほど、接続状態の良否の程度を検出することができる。すなわち、１２箇所、全ての接触部位で漏洩バンプ６Ｂが形成されている場合が最も良好な接続状態であるが、全ての接触部位に存在しない場合でも、接触部位の数に対する漏洩バンプ６Ｂの形成箇所の数や、漏洩バンプ６Ｂが形成されている接続部位の分布状態等を考慮することで接続状態の良否を判断することができる。

また、本実施例の如く格子状の溝２０を形成した場合には、リードフレーム１３に対する半導体チップ１の接合位置の精度が緩和されるため、複数種類の半導体装置に共通に適用し得るリードフレーム１３とすることもできる。

＜リードフレームの第３の実施例＞
バンプを介してリードフレームに他の部品を接合する際、通常銅で形成されたリードフレームの表面に接合用のフラックスを塗り、予め接合面の異物等を除去している。フラックスを塗りすぎた場合や半田バンプの径が大きすぎた場合等にはフラックスやバンプがリードフレームの端部から溢れて回り込み、端面に付着する場合がある。かかる状態を回避するためには、リードフレームの表面に形成した余剰のフラックスやバンプが溝に全て収納されるような構成になっていれば良い。かかる機能を兼備する溝を有するリードフレームを第５の実施例として図５に基づき説明する。

図５は本実施形態におけるリードフレームの第３の実施例を抽出・拡大し、かつ一部を切り欠いて示す平面図である。同図に示すように、本実施例の溝３０は、その終端が、リードフレーム２３の各端面の内側に在るように形成してある。すなわち、溝３０の長手方向の端部はリードフレーム２３の幅方向の端面および長手方向の端面よりも内側で終わっており、溝３０内に入り込んだフラックスやバンプ６が、溝３０の端部を越えて溢流しないように工夫してある。これにより余剰のフラックスやバンプ６がリードフレーム２３の端面に付着するのを未然に防止し得る。ちなみに余剰のフラックスやバンプ６がリードフレーム２３の端面に付着したまま、樹脂９を充填した場合には、フラックスやバンプ６で樹脂９による密封性能が阻害される場合がある。さらに詳言すると、フラックスは酸化剤であり、またバンプ６と樹脂９とは熱膨張係数が異なるので、フラックスやバンプ６と樹脂９との境界部分での剥離等に起因するクラックを生起する場合がある。

図５に示すリードフレーム２３は、溝３０の終端が、リードフレーム２３の各端面の内側に在るように形成した点を除き、図４に示すリードフレーム１３と同様の構成となっている。したがって、リードフレーム１３が発揮する作用効果は、全て発揮し得る。

＜リードフレームの第４の実施例＞
図６は、図１のリードフレームの第４の実施例を抽出・拡大し、かつ一部を切り欠いて示す断面図である。本実施例に係るリードフレーム３３は、図５に示す第３の実施例と同様に余剰のフラックスやバンプ６が溝４０から溢流するのを防止する構造となっている。具体的には、溝４０が、中心部に向かって次第に深くなるように傾斜部４０Ａを形成してある。

かかる溝４０では余剰のフラックスやバンプ６が溝４０の中心部に集まるので、端部からの溢流を未然に防止することができる。
＜リードフレームの第５の実施例＞
図７は、図１のリードフレームの第５の実施例を抽出・拡大し、かつ一部を切り欠いて示す平面図である。同図に示すように、本実施例に係るリードフレーム４３の溝５０は、図５の溝３０と同様の溝５０Ａとともに、別の溝５０Ｂも有する。溝５０Ｂは、バンプ６に対し、当該リードフレーム４３の最端部に形成され、バンプ６が跨ることなくバンプ６を取囲むように形成した部分である。

かかる本実施例のおいては、溝５０Ａが他の実施例における溝１０，２０と同様の作用効果を発揮するが、溝５０Ｂは余剰のフラックスやバンプ６を回収する溝として第３の実施例における溝３０と同様の機能を発揮する。

なお、図５および図７に示す実施例においては、溝３０、５０Ａを図５と同様の格子状に形成したが、これに限るものではない。溝３０，５０Ａの本数および伸張方向は必要に応じ任意に決定し得る。

本発明は半導体デバイスを製造販売する産業分野で有効に利用することができる。

１ 半導体チップ
３，４，５，１３，２３，３３，４３ リードフレーム
６，７，８ バンプ
６Ａ 主要部
６Ｂ 漏洩バンプ
９ 樹脂
溝 １０，１１，１２，２０，３０４０，５０、５０Ａ，５０Ｂ
ボイド １００，１０１

Claims (6)

1. 半導体チップと、該半導体チップがバンプを介してフリップチップ実装により接続されたリードフレームとを前記リードフレームの少なくとも一部を露出させた状態で全体を樹脂で一体的に封止した半導体装置であって、
   前記リードフレームは前記半導体チップに相対向する面に溝を有するとともに、前記バンプは前記溝を跨いで前記リードフレームに接着されていることを特徴とする半導体装置。
2. 前記溝は、異なる複数の方向に伸びて前記リードフレームの面に形成したものであることを特徴とする請求項１に記載する半導体装置。
3. 前記溝はその終端が、前記リードフレームの各端面の内側に在るように形成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載する半導体装置。
4. 前記溝は、中心部に向かって次第に深くなるように形成したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一つに記載する半導体装置。
5. 前記溝は、前記バンプに対し、前記リードフレームの最端部に形成され、前記バンプが跨ることなく前記バンプを取囲むように形成した部分も有することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一つに記載する半導体装置。
6. 前記バンプは半田バンプであることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一つに記載する半導体装置。

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