JP4818287B2 - 樹脂封止型半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、リードフレームに半導体チップを搭載した樹脂封止型半導体装置に関するものである。
近年、携帯電話などを中心に電子機器の小型化の要望が強くなってきており、それらの電子機器に搭載される半導体装置を高密度化することで対応してきている。特に、製品の多機能化を図りながら、小型化、低コスト化の実現のために、複数の半導体チップが搭載された半導体装置が出現してきている。
以下、従来の単体あるいは複数の半導体チップが搭載された樹脂封止型半導体装置について、図面を参照しながら説明する。
図１４および図１５は、従来の樹脂封止型半導体装置を示す図である。図１４（ａ）、図１５（ａ）は、それぞれ図１４（ｂ）、図１５（ｂ）に対応する断面図である。
図１４（ａ）および図１４（ｂ）に示すように、リードフレーム１のダイパッド２と半導体チップ３の裏面とが接着され、半導体チップ３の電極４とリード５とが金属細線６により電気的に接続されている。そして、半導体チップ３、ダイパッド２および金属細線６が封止樹脂７により封止されている。
また、図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示すように、リードフレーム８のダイパッド９と第１の半導体チップ１０の裏面とが接着され、第１の半導体チップ１０上の周辺部に形成された電極１１を除く部分と第２の半導体チップ１２とが接着され、第１の半導体チップ１０および第２の半導体チップ１２のそれぞれの電極とリード１３とが金属細線１４により電気的に接続されている。そして、第１の半導体チップ１０、第２の半導体チップ１２、ダイパッド９および金属細線１４が封止樹脂１５により封止されている。
特開昭６１−１１７８５８号公報 特開２００１−１２７１９９号公報
しかしながら、前記従来の樹脂封止型半導体装置は、半導体チップの電極数が増加し、複数の半導体チップが１つのリードフレームのダイパッドに搭載された場合、リードフレームのリードも多数設ける必要があるため、リードフレームのサイズが大きくなって半導体装置が大型化してしまうという問題があった。
また、複数の半導体チップを金属配線パターンが形成された絶縁性の配線基板に搭載したＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）タイプの半導体装置が実現されており、この場合は、半導体チップの電極数が増加してもサイズは大きくなり難いが、一般に、リードフレームを用いた半導体装置よりも高コストであるという問題点がある。
前記従来の課題を解決するために、本発明の樹脂封止型半導体装置は、ダイパッドの上面と第１の半導体チップの裏面とが接着され、前記第１の半導体チップの電極と第１のリードとが第１の金属細線により電気的に接続され、前記第１の半導体チップの上方に、コイルが設けられ、前記コイルの内方部と第２のリードとが前記コイルの一部を介して接続され、前記コイルの中央領域が周辺領域よりも高くなっており、前記第１の半導体チップ、前記第１の金属細線、前記第１のリードの上面および前記第２のリードの上面が、封止樹脂により封止されている。
本発明の樹脂封止型半導体装置は、第１の半導体チップの上方に、コイルが設けられているので、高周波特性に優れた半導体装置を実現できる。
以下、本発明の樹脂封止型半導体装置およびその製造方法の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
まず、半導体装置の第１の実施形態について説明する。
図１および図２は、本発明の実施形態である樹脂封止型半導体装置を示す図である。
図１（ａ）、図１（ｂ）および図２に示すように、第１のリードフレーム１６のダイパッド１７に、第１の半導体チップ１８の裏面が接着され、第１の半導体チップ１８の電極１９と第１のリード（図示せず）とが第１の金属細線２０により電気的に接続され、第１の半導体チップ１８、第１の金属細線２０および第１のリードの上面が第１の封止樹脂２１により封止され、第１の封止樹脂２１の上面に第２のリードフレーム２２の第２のダイパッド２３が接着され、第２のダイパッド２３の上面と第２の半導体チップ２４の裏面とが接着され、第２の半導体チップ２４の電極２５と第２のリード（図示せず）とが第２の金属細線２６により電気的に接続され、第２のダイパッド２３の上方で第２の半導体チップ２４、第２の金属細線２６および第２のリードの上面が第２の封止樹脂２７により封止されている。なお、各半導体チップの電極と各リードとはバンプにより直接接続したフリップチップ接続であってもよい。
また、図１（ｃ）および図１（ｄ）に示すように、第１のリードの先端および第２のリードの先端は、それぞれ第１の外部電極２８および第２の外部電極２９として各封止樹脂から突出している。第１の外部電極２８は、封止樹脂２１の底面に配列されている。本実施形態の半導体装置では、第２のリードが半導体装置の側面を経由して半導体装置の底面で曲がった、いわゆるガルウィング形状である。
次に、リードの形状として、本実施形態の変形例について説明する。
なお、前記した内容と同一の内容については省略し、同一の構成要件には同一の符号を付す。
図３および図４は、半導体装置の変形例を示す図である。
図３（ａ）に示すように、第１のリードフレーム１６および第２のリードフレーム２２の各リードが封止樹脂の側面から突出している。
また、図３（ｂ）に示すように、封止樹脂２７の側面で、図３（ａ）に示す状態から、第１の外部電極２８および第２の外部電極２９を成形することで、樹脂封止型半導体装置の側面を経由し、樹脂封止型半導体装置の底面でＪ字状に曲がった第２の外部電極２９を配置できる。また、第１の外部電極２８は樹脂封止型半導体装置の底面に露出している。
図３（ｃ）および図３（ｄ）は、本実施形態の樹脂封止型半導体装置を底面から見た平面図であり、第１の外部端子２８が樹脂封止型半導体装置の底面の周囲に配置されている場合（図３（ｃ））、第１の外部端子２８が樹脂封止型半導体装置の底面の周囲を除く部分に配置されている場合（図３（ｄ））がある。
次に、第１のリードの外部端子が、樹脂封止型半導体装置の底面の周囲を除く部分に配列されている場合について説明する。
図４（ａ）に示すように、第１のリードフレーム１６および第２のリードフレーム２２の各リードが封止樹脂の側面から突出している。
また、図４（ｂ）に示すように、封止樹脂２７の側面で、図４（ａ）に示す状態から、第１の外部電極２８および第２の外部電極２９を成形することで、第１の外部電極２８と略同一の高さで、第２の外部電極２９を配置できる。また、第１のリード２８は樹脂封止型半導体装置の底面に露出している。なお、第１の外部電極２８の形状は円形でもよく（図４（ｃ））、四角形でもよい（図４（ｄ））。
以上、本実施形態の樹脂封止型半導体装置は、リードフレームが上下方向に配置された樹脂封止型半導体装置であるので、異種混合プロセス、例えば、ＤＲＡＭ混載、高周波特性に優れかつＧａＡｓ，ＳｉＧｅプロセスとＣＭＯＳデバイスなどの複数のチップを内蔵でき、半導体装置の平面方向の大型化を抑制することで、樹脂封止型半導体装置の小型化を実現できる。
次に、半導体装置の第２の実施形態について説明する。
なお、前記した半導体装置の実施形態と共通する内容については省略し、同一の構成要件には同一の符号を付す。
図５〜図７は、別の樹脂封止型半導体装置を示す図である。図６は図５に対応する斜視図である。
図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、第２のリードフレーム２２の中央部（第２のダイパッド）には、図５（ｃ）に示すような、周囲が吊りリードと接続するコイル３０が形成されている。
さらに、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、前記構成の２つのリードフレームが上下方向に配置され、樹脂封止型半導体装置が構成されている。コイル３０は、第１のリードフレーム１６、第２のリードフレーム２２および第１のリードフレーム１６と第２のリードフレーム２２とを接続するフレーム３７を介して電気的に接続されている。そして、第１の外部電極２８は封止樹脂の底面に配列されており、配列された第１の外部電極２８は樹脂封止型半導体装置の底面の周囲に配列されていてもよく、樹脂封止型半導体装置の周囲を除く部分に配列されていてもよい。また第２の外部電極２９は、その先端部が第１の外部電極２８と略同一面に配列され、第２の封止樹脂２７から突出した第２の外部電極２９はガルウイング状やＪリード形状に成形されている。なお、第２のダイパッドがコイル形状になっている場合、コイル形状の第２のダイパッドの上面に第２の半導体チップを搭載しなくてもよい。
また、図７に示すように、コイル３０は複数個形成されていてもよい。
以上、本実施形態の樹脂封止型半導体装置は、積層されたリードフレームを用いて上部となる第２のリードフレームにはコイルが形成されているので、高周波特性に優れた半導体装置を実現することができる。
次に、半導体装置の第３の実施形態について説明する。
なお、第１の実施形態と同一の内容は省略し、同一の構成要件には同一の符号を付す。
図８および図９は、本実施形態の半導体装置を示す図である。
図８に示すように、第２のリードフレーム２２の中央には、網目形状のシールド３１が形成されている。
そして、図９（ａ）に示すように、第１の外部電極２８は樹脂封止型半導体装置の底面に配列されている。また、図９（ｂ）に示すように、第２の外部電極２９は封止樹脂で覆われた領域の４角のコーナー部分より突出している場合もある。なお、シールド３１の１つの格子の形状（網目形状）は、四角形や楕円形であってもよい。
本実施形態の樹脂封止型半導体装置は、第２のリードフレーム側には網目形状のシールドを形成しているので、電磁波による特性変動を防御でき、かつ平面形状の大型化を抑え、より小型の樹脂封止型半導体装置を実現できるものである。
次に、本実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。
まず、半導体装置の製造方法の第１の実施形態について説明する。なお、各リードフレームの形状については前述したので省略する。
図１０および図１１は、本実施形態の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
まず、図１０（ａ）に示すように、上金型３２、下金型３３および上金型３２と下金型３３との間に設けられた中間金型３４を備えた封止金型を用意する。
次に、図１０（ｂ）に示すように、第１の半導体チップ１８が接着された第１のリードフレーム１６を下金型３３の上面に載置し、第１のリードフレーム１６の周囲の上面に中間金型３４を載置する。
次に、図１０（ｃ）に示すように、中間金型３４の上面に、第２の半導体チップ２４が接着された第２のリードフレーム２２を載置する。
次に、図１１（ａ）に示すように、第２のリードフレーム２２の上方から上金型３２を下降させて、上金型３２の周囲を第２のリードフレーム２２の上面に接触させる。
次に、図１１（ｂ）に示すように、上金型３２または下金型３３に設けた封止樹脂注入口から、上金型３２と下金型３３とによって囲まれた領域内に封止樹脂を注入し、封止金型を２００〜２５０[℃]に加熱することにより、熱硬化性の封止樹脂を硬化させる。そして、封止金型から封止された半導体装置を搬出して、封止樹脂から突出した第１のリードおよび第２のリードを成形する。
次に、半導体装置の製造方法の第２の実施形態について説明する。なお、前述した半導体装置の製造方法の第１の実施形態と同一の内容については省略し、同一の符号には同一の符号を付す。
図１２および図１３は、本実施形態の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
まず、図１２（ａ）に示すように、上金型３２、下金型３３および上金型３２と下金型３３との間に設けられた中間金型３４を備えた封止金型を用意する。
次に、第１のリードフレームに設けられた第１のリードと第１の半導体チップの電極とを突起電極により電気的に接続する。
次に、図１２（ｂ）に示すように、第１の半導体チップ１８が接着された第１のリードフレーム１６を下金型３３の上面に載置し、第１のリードフレーム１６の周囲の上面に中間金型３４を載置する。ここで、第１のリードフレーム１６の第１のリードの上面には、中間金型３４と同じ厚みのスペーサー３５が設けられている。
次に、図１２（ｃ）に示すように、中間金型３４の上面に、第２の半導体チップ２４が接着された第２のリードフレーム２２を中間金型３４の上面に載置する。
次に、図１３（ａ）に示すように、第２のリードフレーム２２の上方から、カシメピン３６が設けられた上金型３２を下降させて、上金型３２の周囲を第２のリードフレーム２２の上面に接触させる。ここで、カシメピン３６はスペーサ３５と垂直方向で同じ位置に設けられているので、スペーサー３５とカシメピン３６とにより第２のリードフレーム２２を挟むことができる。
次に、図１３（ｂ）に示すように、上金型３２または下金型３３に設けた封止樹脂注入口（図示せず）から、上金型３２と下金型３３によって囲まれた領域内に封止樹脂を注入し、封止金型を２００〜２５０[℃]に加熱することにより、熱硬化性の封止樹脂を硬化させる。そして、封止金型から封止された半導体装置を搬出して、封止樹脂から突出した第１の外部電極および第２の外部電極を成形する。
本実施形態の半導体装置の製造方法は、上金型にカシメピンを設けて、上金型と下金型とを合わせることによって、カシメピンとスペーサーとにより第２のリードフレームの第２のリードの金属細線が接合した部分近傍をかしめて、第２のリードフレームのそり等が発生しないようにしているので、第２のリードと第２の金属細線との接合性が向上する。
本発明の一実施形態の半導体装置を示す図 本発明の一実施形態の半導体装置の製造工程を示す斜視図 本発明の一実施形態の半導体装置を示す図 本発明の一実施形態の半導体装置を示す図 本発明の一実施形態の半導体装置を示す図 本発明の一実施形態の半導体装置を示す図 本発明の一実施形態の半導体装置を示す図 本発明の一実施形態の半導体装置を示す図 本発明の一実施形態の半導体装置を示す図 本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図 本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図 本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図 本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図 従来の半導体装置を示す図 従来の半導体装置を示す図
符号の説明
１ リードフレーム
２ ダイパッド
３ 半導体チップ
４ 電極
５ リード
６ 金属細線
７ 封止樹脂
８ リードフレーム
９ ダイパッド
１０ 第１の半導体チップ
１１ 電極
１２ 第２の半導体チップ
１３ リード
１４ 金属細線
１５ 封止樹脂
１６ 第１のリードフレーム
１７ ダイパッド
１８ 第１の半導体チップ
１９ 電極
２０ 第１の金属細線
２１ 第１の封止樹脂
２２ 第２のリードフレーム
２３ 第２のダイパッド
２４ 第２の半導体チップ
２５ 電極
２６ 第２の金属細線
２７ 第２の封止樹脂
２８ 第１の外部電極
２９ 第２の外部電極
３０ コイル
３１ シールド
３２ 上金型
３３ 下金型
３４ 中間金型
３５ スペーサー
３６ カシメピン
３７ フレーム

Claims (1)

  1. ダイパッドの上面と第１の半導体チップの裏面とが接着され、前記第１の半導体チップの電極と第１のリードとが第１の金属細線により電気的に接続され、前記第１の半導体チップの上方に、コイルが設けられ、前記コイルの内方部と第２のリードとが前記コイルの一部を介して接続され、前記コイルの中央領域が周辺領域よりも高くなっており、前記第１の半導体チップ、前記第１の金属細線、前記第１のリードの上面および前記第２のリードの上面が、封止樹脂により封止されていることを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
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