JP2517691B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、リードフレームを用いた半導体装置及び
その製造方法に係り、特に放熱性の改良に関する。

〔従来の技術〕

第15図は従来のリードフレーム（１）を示す概略平面
図である。リードフレーム（１）は外枠（1a）により互
いに接続されている複数のユニット（1b）を有してい
る。これらのユニット（1b）は、モールド後に切り離さ
れてそれぞれ個別の半導体装置を形成するものである。
第16図に示すように、各ユニット（1b）は外枠（1a）に
吊りリード（６）により支持されたダイパッド（５）を
有している。このダイパッド（５）の周辺には多数のイ
ンナーリード（３）が配置されている。各インナーリー
ド（３）はその基端部においてそれぞれアウターリード
（４）を介して外枠（1a）に接続されており、隣接する
アウターリード（４）はタイバー（７）により連結され
ている。また、外枠（1a）の両側部にはリードフレーム
（１）の位置決めを行うための位置決め孔（２）が形成
されている。

また、隣接するユニット（1b）間には、モールド樹脂
とリードフレーム（１）の材料との線膨張率の差に起因
するリードフレーム（１）の反りを吸収するためのスリ
ット（10）が形成されている。

このようなリードフレーム（１）を用いて半導体装置
を製造するには、第17図に示すように、まずリードフレ
ーム（１）のダイパッド（５）上にボンディング剤（1
6）により半導体チップ（15）をダイボンドし、半導体
チップ（15）の表面上に形成された各電極パッド（図示
せず）とこれに対応するインナーリード（３）とをそれ
ぞれワイヤ（17）で接続する。次に、リードフレーム
（１）を一対の金型（図示せず）の間にはさみ、第16図
に（９）で示す箇所に位置する金型のゲートを通して金
型内にモールド樹脂を注入する。これにより、モールド
ライン（８）の内側を樹脂封止する。その後、アウター
リード（４）を外枠（1b）から切り離すと共にタイバー
（７）を切除し、さらにリード加工を施すことにより第
17図に示すような半導体装置が得られる。ここで、（1
2）は封止樹脂を示している。

半導体チップ（15）は動作に際して熱を発するが、こ
の熱は半導体チップ（15）の上面（15a）からは直接封
止樹脂（12）に伝わり、下面（15b）からはまずダイパ
ッド（５）に伝わった後、このダイパッド（５）から封
止樹脂（12）に伝導する。そして、封止樹脂（12）を介
して外部へ放散される。

〔発明が解決しようとする課題〕

このような半導体チップからの発熱量は、近年の半導
体チップの集積度の向上及び高速化に伴いますます大き
くなっている。このため、半導体装置の放熱性の向上を
図る必要がある。しかしながら、封止樹脂（12）は比較
的に熱伝導率が低いために従来の半導体装置では所望の
放熱性を得ることができなかった。

封止樹脂（12）に比べ、金属等から形成されるダイパ
ッド（５）は優れた熱伝導率を有している。そこで、ダ
イパッド（５）の面積を大きくすれば、半導体チップ
（15）の下面（15b）からの放熱面積が広がり、放熱性
は向上する。しかしながら、第16図に示されるように、
ダイパッド（５）はインナーリード（３）の先端部より
内側に設けなければならず、ダイパッド（５）を大きく
とることは困難であった。

以上のように、従来の半導体装置では放熱性が低いと
いう問題点があった。

この発明はこのような問題点を解消するためになされ
たもので、放熱性の優れた半導体装置及びその製造方法
を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る半導体装置は、互いに対向する第１及
び第２の面を有する半導体チップと、半導体チップの第
１の面上に形成された複数の電極と、半導体チップの第
２の面に接合されて半導体チップを支持するダイパッド
と、それぞれ一端部が半導体チップの対応する電極に接
続された複数のリードと、ダイパッドに間隔を隔てて対
向すると共にダイパッドより大きな面積を有し且つ少な
くとも一つの端部が複数のリードの一端部と同一面上に
位置するヒートスプレッダ板と、半導体チップ、ダイパ
ッド、複数のリードの一端部及びヒートスプレッダ板を
封止すると共にダイパッドとヒートスプレッダ板との間
に充填される樹脂パッケージ本体とを備え、ヒートスプ
レッダ板の少なくとも一つの端部は樹脂パッケージ本体
の周縁部において複数のリードの一端部と同一面上に位
置するものである。

また、この発明に係る半導体装置の製造方法は、リー
ドフレームのダイパッド上に半導体チップを搭載し、半
導体チップに形成されている複数の電極とリードフレー
ムの複数のインナーリードとをそれぞれ電気的に接続
し、ダイパッドより面積の大きいヒートスプレッダ部を
有するヒートスプレッダフレームをヒートスプレッダ部
がダイパッドに対向するようにリードフレームに重ね合
わせると共にヒートスプレッダフレームをヒートスプレ
ッダ部の周辺部においてリードフレームに嵌合し、ヒー
トスプレッダフレームとリードフレームとの嵌合部が樹
脂パッケージ本体の周縁部になると共にダイパッドとヒ
ートスプレッダ部との間に樹脂が充填されるように半導
体チップ、ダイパッド、複数のインナーリード及びヒー
トスプレッダ部を樹脂封止して樹脂パッケージ本体を形
成する方法である。

〔作用〕

この発明に係る半導体装置においては、半導体チップ
で発生した熱がダイパッドを介して大きな面積を有する
ヒートスプレッダ板に伝導し、このヒートスプレッダ板
から樹脂パッケージ本体を介して半導体装置外部へ放散
される。

また、この発明に係る半導体装置の製造方法にあって
は、ヒートスプレッダ部を有するヒートスプレッダフレ
ームを半導体チップが搭載されたリードフレームに重ね
合わせた状態で半導体チップ及びヒートスプレッダ部等
を樹脂封止する。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を添付図面に基づいて説明す
る。

第１図はこの発明の第１実施例に係る半導体装置を示
す断面図である。半導体装置は互いに対向する第１及び
第２の面（35a）及び（35b）を備えた半導体チップ（3
5）を有している。この半導体チップ（35）の第２の面
（35b）がボンディング剤（36）によりダイパッド（2
5）の表面上に接合されている。半導体チップ（35）の
周辺部には複数のインナーリード（23）が配列されてお
り、各インナーリード（23）はそれぞれアウターリード
（24）に一体的に接続されている。また、半導体チップ
（35）の第１の面（35a）上には複数の電極パッド（35
c）が形成されており、各電極パッド（35c）がそれぞれ
対応するインナーリード（23）にワイヤ（37）により接
続されている。

ダイパッド（25）の裏面に対向するようにヒートスプ
レッダ板（33）が配置されている。このヒートスプレッ
ダ板（33）はダイパッド（25）より大きな面積を有して
いる。アウターリード（24）のみが外部に露出するよう
に、半導体チップ（35）、ダイパッド（25）、インナー
リード（23）及びヒートスプレッダ板（33）が樹脂パッ
ケージ本体となる封止樹脂（39）により封止されてい
る。尚、ヒートスプレッダ板（33）の少なくとも一つの
端部（33a）は樹脂パッケージ本体の周縁部において隣
接するインナーリード（23）の間で且つこれらインナー
リード（23）と同一面上すなわち同一高さに位置してい
る。

この半導体装置において、動作時に半導体チップ（3
5）で発生した熱は、半導体チップ（35）の第１の面（3
5a）からは直接封止樹脂（39）に伝わるが、第２の面
（35b）からはダイパッド（25）に伝わった後、面積の
大きいヒートスプレッダ板（33）に伝わり、このヒート
スプレッダ板（33）から封止樹脂（39）を介して効率良
く半導体装置外部へ放散される。

このような半導体装置は以下のようにして製造するこ
とができる。まず、第２図に示すようなリードフレーム
（21）を用意する。リードフレーム（21）はほぼ矩形状
の開口部（28）を有し、開口部（28）の中央に外枠（21
a）に吊りリード（26）により支持されたダイパッド（2
5）を有している。開口部（28）内には開口部（28）を
形成する四辺からダイパッド（25）に向かって張り出し
た多数のインナーリード（23）が配置されている。各イ
ンナーリード（23）はその基端部においてそれぞれアウ
ターリード（24）を介して外枠（21a）に接続されてお
り、隣接するアウターリード（24）はタイバー（27）に
より連結されている。また、外枠（21a）の両側部には
リードフレーム（21）の位置決めを行うための位置決め
孔（22）が形成されている。

さらに、開口部（28）の四隅のうち三箇所にはインナ
ーリード（23）が存在しない切り欠き部（28a）がそれ
ぞれ形成されている。四隅のうち残る一箇所には樹脂モ
ールド時に樹脂を案内するための樹脂案内部（29）が外
枠（21a）から開口部（28）内に突出して形成されてい
る。

また、第３図に示すように、ダイパッド（25）は吊り
リード（26）によりインナーリード（23）より所定の距
離だけ下がった位置に支持されている。

次に、第４図に示すようなヒートスプレッダフレーム
（31）を用意する。ヒートスプレッダフレーム（31）は
第２図のリードフレーム（21）と同じ幅を有すると共に
同じ位置に位置決め孔（32）を有している。また、ヒー
トスプレッダフレーム（31）にはほぼ矩形状の開口部
（38）が形成され、開口部（38）の中央部にその四隅を
吊りリード（34）で外枠（31a）に支持されたヒートス
プレッダ板（ヒートスプレッダ部）（33）を有してい
る。

また、第５図に示すように、ヒートスプレッダ板（3
3）は吊りリード（34）により外枠（31a）より所定距離
だけ下がった位置に支持されているが、リードフレーム
（21）の三つの切り欠き部（28a）にそれぞれ対応する
吊りリード（34）はさらに折り曲げられて外枠（31a）
より上方に突出した突出部（34a）を有している。

ここで、第１図に示すように、半導体チップ（35）の
第２の面（35b）をボンディング剤（36）によりリード
フレーム（21）のダイパッド（25）上に接合する。次い
で、半導体チップ（35）の第１の面（35a）上に形成さ
れている複数の電極パッド（35c）をそれぞれ対応する
リードフレーム（21）のインナーリード（23）にワイヤ
（37）により接続する。

その後、第６図に示すように、リードフレーム（21）
とヒートスプレッダフレーム（31）とを重ね合わせる。
このとき、ヒートスプレッダフレーム（31）のヒートス
プレッダ板（33）がリードフレーム（21）のダイパッド
（25）に対向すると共にヒートスプレッダフレーム（3
1）の三箇所の吊りリード（34）の突出部（34a）がそれ
ぞれリードフレーム（21）の切り欠き部（28a）に嵌合
する。これにより、突出部（34a）はリードフレーム（2
1）と同一面上すなわち同一高さに位置する。この状態
のリードフレーム（21）及びヒートスプレッダフレーム
（31）の平面図及び底面図をそれぞれ第７図及び第８図
に示す。尚、第６図及び第７図においては、半導体チッ
プ（35）が省略されている。第７図に示されるように、
ヒートスプレッダフレーム（31）のヒートスプレッダ板
（33）はリードフレーム（21）のダイパッド（25）より
大きく、インナーリード（23）の下部にまで及んでい
る。また、第８図に示されるように、ヒートスプレッダ
フレーム（31）の開口部（38）はリードフレーム（21）
のアウターリード（24）までが含まれる大きさを有して
いる。

このようにして重ね合わせられたリードフレーム（2
1）及びヒートスプレッダフレーム（31）を、第９図の
ように、封止用金型を構成する上金型（18a）及び下金
型（18b）の間に位置させて型締めする。このとき、ヒ
ートスプレッダフレーム（31）のヒートスプレッダ板
（33）が下金型（18b）のキャビティハーフ（18d）内に
収容される。また、下金型（18b）のキャビティハーフ
（18d）の周縁部には上金型（18a）に向かって突出した
型締め部（19）が形成されているが、この型締め部（1
9）がリードフレーム（21）の切り欠き部（28a）に嵌合
しているヒートスプレッダフレーム（31）の吊りリード
（34）の突出部（34a）に当接する。さらに、上金型（1
8a）には樹脂注入用のゲート（20）が形成されており、
このゲート（20）が第７図に一点鎖線で示す箇所（40）
に位置している。すなわち、ゲート（20）はリードフレ
ーム（21）の樹脂案内部（29）上に位置する。

この状態でゲート（20）を介して熔融樹脂を上金型
（18a）のキャビティハーフ（18c）及び下金型（18b）
のキャビティハーフ（18d）により形成されるキャビテ
ィ内に注入し、樹脂を硬化させる。これにより、第７図
に示すモールドライン（30）の内側が樹脂封止され、第
10図に示すような半製品が作成される。

その後、図示しない加工用金型により、ヒートスプレ
ッダフレーム（31）の吊りリード（34）を突出部（34
a）で切断し、リードフレーム（21）のアウターリード
（24）を外枠（21a）から切り離すと共にタイバー（2
7）を切除し、さらにアウターリード（24）を曲げ加工
することにより、第１図に示した半導体装置が得られ
る。尚、切断されたヒートスプレッダフレーム（31）の
吊りリード（34）の突出部（34a）が第１図のヒートス
プレッダ板（33）の端部（33a）を形成する。

上述したように、ヒートスプレッダフレーム（31）の
吊りリード（34）の突出部（34a）がリードフレーム（2
1）の切り欠き部（28a）内に嵌合され、突出部（34a）
とリードフレーム（12）とが同一面上に位置した状態で
加工用金型により切断及び曲げ加工を行うので、単に二
枚のフレームを重ねてこれらを切断する場合と異なり、
一枚のフレームを切断し得る強度の加工用金型を用いれ
ば十分である。すなわち、加工用金型の寿命を損なうこ
とはない。

尚、リードフレーム（21）及びヒートスプレッダフレ
ーム（31）の材質としては、Cu系、Fe系等の各種材料を
用いることができ、双方のフレームが同系の材料でもあ
るいは異なった材料でも構わない。ただし、ヒートスプ
レッダフレーム（31）は熱伝導の優れた材質から形成す
ることが望ましく、この点で特にCu系フレームは適して
いる。

また、半導体チップ（35）として第２の面（35b）の
電位を固定しなくてもよいチップを用いた場合には、ダ
イパッド（25）とヒートスプレッダ板（33）とを接触さ
せることができ、これにより放熱性がさらに向上する。

尚、上記第１実施例においては、第２図に示したよう
にリードフレーム（21）の開口部（28）の四隅にインナ
ーリード（23）を配置せず、これにより切り欠き部（28
a）を設けた。しかしながら、第11図に示す第２実施例
のリードフレーム（41）のように、開口部（48）の四隅
にインナーリード（43）を配しながらも切り欠き部（48
a）を形成することもできる。尚、一点鎖線（49）はモ
ールドラインを示している。

また、第12図及び第13図にそれぞれ第３実施例におけ
るリードフレーム（51）及びヒートスプレッダフレーム
（61）を示す。このリードフレーム（51）では、ほぼ矩
形状の開口部（58）を形成する四辺の各中央部に位置す
るインナーリード（53）を二本ずつ切り欠いて、これに
より切り欠き部（58a）を形成している。従って、第13
図に示すように、ヒートスプレッダフレーム（61）はリ
ードフレーム（51）の切り欠き部（58a）に対応した位
置にそれぞれ吊りリード（64）を有し、これら吊りリー
ド（64）によりヒートスプレッダ板（63）を支持してい
る。第14図に示すように各吊りリード（64）には突出部
（64a）が形成され、これら突出部（64a）はそれぞれリ
ードフレーム（51）の対応する切り欠き部（58a）に嵌
合する。このようにしてリードフレーム（51）とヒート
スプレッダフレーム（61）とを重ね合わせた状態で上金
型（71）及び下金型（72）により型締めし、樹脂封止を
行う。

これにより、第１実施例と同様に放熱性の優れた半導
体装置が製造される。

尚、上記の各実施例ではトランスファーモールド法に
より樹脂封止を行ったが、これに限るものではなく、例
えばポッティング法を用いることもできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明に係る半導体装置は、
互いに対向する第１及び第２の面を有する半導体チップ
と、半導体チップの第１の面上に形成された複数の電極
と、半導体チップの第２の面に接合されて半導体チップ
を支持するダイパッドと、それぞれ一端部が半導体チッ
プの対応する電極に接続された複数のリードと、ダイパ
ッドに間隔を隔てて対向すると共にダイパッドより大き
な面積を有し且つ少なくとも一つの端部が複数のリード
の一端部と同一面上に位置するヒートスプレッダ板と、
半導体チップ、ダイパッド、複数のリードの一端部及び
ヒートスプレッダ板を封止すると共にダイパッドとヒー
トスプレッダ板との間に充填される樹脂パッケージ本体
とを備え、ヒートスプレッダ板の少なくとも一つの端部
は樹脂パッケージ本体の周縁部において複数のリードの
一端部と同一面上に位置するので、放熱性の向上を図る
ことができる。

また、この発明に係る半導体装置の製造方法にあって
は、リードフレームのダイパッド上に半導体チップを搭
載し、半導体チップに形成されている複数の電極とリー
ドフレームの複数のインナーリードとをそれぞれ電気的
に接続し、ダイパッドより面積の大きいヒートスプレッ
ダ部を有するヒートスプレッダフレームをヒートスプレ
ッダ部がダイパッドに対向するようにリードフレームに
重ね合わせると共にヒートスプレッダフレームをヒート
スプレッダ部の周辺部においてリードフレームに嵌合
し、ヒートスプレッダフレームとリードフレームとの嵌
合部が樹脂パッケージ本体の周縁部になると共にダイパ
ッドとヒートスプレッダ部との間に樹脂が充填されるよ
うに半導体チップ、ダイパッド、複数のインナーリード
及びヒートスプレッダ部を樹脂封止して樹脂パッケージ
本体を形成するので、放熱性の優れた半導体装置を容易
に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例に係る半導体装置を示す
断面図、第２図は第１実施例に用いられるリードフレー
ムを示す平面図、第３図は第２図のI-I線断面図、第４
図は第１実施例に用いられるヒートスプレッダフレーム
を示す平面図、第５図は第４図のII-II線断面図、第６
図ないし第８図はそれぞれ第２図のリードフレームと第
４図のヒートスプレッダフレームとを重ね合わせた状態
を示す断面図、平面図及び底面図、第９図及び第10図は
それぞれ第１実施例に係る半導体装置を製造する方法を
示す工程図、第11図は第２実施例に用いられるリードフ
レームを示す平面図、第12図及び第13図はそれぞれ第３
実施例に用いられるリードフレーム及びヒートスプレッ
ダフレームを示す平面図、第14図は第３実施例に係る半
導体装置を製造する方法を示す断面図、第15図は従来の
リードフレームを示す平面図、第16図は第15図の部分拡
大図、第17図は従来の半導体装置を示す断面図である。 図において、（21）、（41）及び（51）はリードフレー
ム、（23）、（43）及び（53）はインナーリード、（2
4）はアウターリード、（25）はダイパッド、（28a）、
（48a）及び（58a）は切り欠き部、（31）及び（61）は
ヒートスプレッダフレーム、（33）及び（63）はヒート
スプレッダ板、（34）及び（64）は吊りリード、（34
a）及び（64a）は突出部、（35）は半導体チップ、（35
a）は第１の面、（35b）は第２の面、（35c）は電極パ
ッド、（37）はワイヤ、（39）は封止樹脂である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】互いに対向する第１及び第２の面を有する
   半導体チップと、 前記半導体チップの第１の面上に形成された複数の電極
   と、 前記半導体チップの第２の面に接合されて前記半導体チ
   ップを支持するダイパッドと、 それぞれ一端部が前記半導体チップの対応する電極に接
   続された複数のリードと、 前記ダイパッドに間隔を隔てて対向すると共に前記ダイ
   パッドより大きな面積を有するヒートスプレッダ板と、 前記半導体チップ、前記ダイパッド、前記複数のリード
   の一端部及び前記ヒートスプレッダ板を封止すると共に
   前記ダイパッドと前記ヒートスプレッダ板との間に充填
   される樹脂パッケージ本体と を備え、前記ヒートスプレッダ板の少なくとも一つの端
   部は前記樹脂パッケージ本体の周縁部において前記複数
   のリードの一端部と同一面上に位置することを特徴とす
   る半導体装置。
2. 【請求項２】リードフレームのダイパッド上に半導体チ
   ップを搭載し、 前記半導体チップに形成されている複数の電極と前記リ
   ードフレームの複数のインナーリードとをそれぞれ電気
   的に接続し、 前記ダイパッドより面積の大きいヒートスプレッダ部を
   有するヒートスプレッダフレームを前記ヒートスプレッ
   ダ部が前記ダイパッドに間隔を隔てて対向するように前
   記リードフレームに重ね合わせると共に前記ヒートスプ
   レッダフレームを前記ヒートスプレッダ部の周辺部にお
   いて前記リードフレームに嵌合し、 前記ヒートスプレッダフレームと前記リードフレームと
   の嵌合部が樹脂パッケージ本体の周縁部になると共に前
   記ダイパッドと前記ヒートスプレッダ部との間に樹脂が
   充填されるように前記半導体チップ、前記ダイパッド、
   前記複数のインナーリード及び前記ヒートスプレッダ部
   を樹脂封止して樹脂パッケージ本体を形成する ことを特徴とする半導体装置の製造方法。