JP5202062B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

この発明は、半導体チップを配する基板と半導体チップに電気接続される外部接続リードとを別部材により形成した構成の半導体装置に関する。

従来の半導体装置としては、例えば図６に示すように、ダイアイランド５０１（基板）に半導体チップ５０４を固着し、ワイヤ５０５により半導体チップ５０４とダイアイランド５０１に一体に形成された吊りリード５０２（外部接続リード）とを電気接続したものがある（特許文献１参照）。また、この半導体装置では、ダイアイランド５０１、半導体チップ５０４、ワイヤ５０５及びワイヤ５０５のボンディング部分を含む吊りリード５０２の一部がモールド樹脂５０６によって封止されている。
そして、吊りリード５０２のうちモールド樹脂５０６によって封止される部分には、その厚さ方向に貫通するアンカーホール５０３（貫通孔）が形成されており、吊リード２の一部がモールド樹脂５０６によって封止された状態においては、アンカーホール５０３にも樹脂が充填される。この構成では、吊りリード５０２とモールド樹脂５０６との間にアンカー効果が生じ、このアンカー効果によって一体に形成されたダイアイランド５０１及び吊りリード５０２とモールド樹脂５０６との接着強度向上を図っている。
ところで、半導体装置には、その設計自由度を向上させるために、半導体チップを配置する基板と半導体チップに電気接続される外部接続リードとを別部材により形成したものがある。この場合には、半導体チップや基板に対する外部接続リードの配置を自由に設定することができ、また、半導体チップに流す電流の大きさに応じて外部接続リードの材質や形状を容易に変更することもできる。
実公平７−４５９６５号公報

しかしながら、基板と外部接続リードとを別部材により形成した場合には、特許文献１のように、外部接続リードにアンカーホールを形成するだけでは、モールド樹脂の外方に突出する外部接続リードの突出部分に様々な方向から外力が加えられた際に、外部接続リードがモールド樹脂から剥がれやすい、という問題がある。
すなわち、特許文献１のように、ダイアイランド５０１及び吊りリード５０２が一体に形成されている場合には、樹脂封止されているダイアイランド５０１もモールド樹脂に対する吊りリード５０２の剥がれを防止する役割を果たしている。これに対して、基板と外部接続リードとを別部材により形成した場合には、外部接続リードの突出部分に様々な方向から外力が加えられた際に、１つのアンカーホールによるモールド樹脂と外部接続リードとの係合部分のみに応力が集中するため、外部接続リードが剥がれやすくなる。

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであって、外部接続リードとモールド樹脂とが互いに剥がれることを防止して、半導体装置の信頼性向上を図ることができる導体装置を提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明の半導体装置は、基板と、該基板の表面に配される半導体チップと、前記半導体チップと電気接続される外部接続リードと、前記基板、前記半導体チップ及び外部接続リードを一体に固定するモールド樹脂とを備え、前記外部接続リードは、導電性を有する板材によって形成されると共に、前記モールド樹脂内に埋設される埋設部と、前記モールド樹脂の外方に突出する突出部とを備え、前記埋設部は、前記基板の表面に配される配置部分と、前記基板の表面から離間している離間部分とからなり、当該離間部分に、前記外部接続リードの厚さ方向に貫通する貫通孔が複数形成され、少なくとも２つの前記貫通孔の貫通方向が相対的に傾斜していることを特徴としている。

この半導体装置によれば、複数の貫通孔にモールド樹脂が充填されることで、外部接続リードとモールド樹脂とのアンカー効果が向上する。すなわち、外部接続リードの突出部に様々な方向から外力が加えられても、外部接続リードとモールド樹脂とが互いに剥がれることを防止することができる。
また、複数の貫通孔を形成することで、各貫通孔の開口面積を小さくしても、十分なアンカー効果を得ることが可能となる。そして、各貫通孔の開口面積を小さくすることで、電流が流れる外部接続リードの断面積も大きく確保することができるため、外部接続リードにより多くの電流を流すことも可能となる。

そして、前記半導体装置において、これら複数の前記貫通孔を前記外部接続リードの面方向に沿って千鳥状に配置した場合には、貫通孔の形成に基づく外部接続リードの剛性低下を抑制することができる。

さらに、前記半導体装置においては、前記貫通孔の開口部分にバリが形成されていてもよい。
この構成の半導体装置では、貫通孔のバリとモールド樹脂との間にもアンカー効果が生じるため、外部接続リードとモールド樹脂との接着強度をさらに向上することができる。

また、前記半導体装置においては、前記埋設部の離間部分に、前記板材を屈曲した屈曲部が形成され、当該屈曲部に第１の貫通孔が形成され、前記屈曲部を除く前記離間部分に第２の貫通孔が形成され、前記第１の貫通孔及び前記第２の貫通孔が相対的に傾斜していてもよい。
上記構成の外部接続リードを製造する際には、板材を屈曲させる前の状態において、埋設部の離間部分のうち、屈曲部となる部分、及び、屈曲部分とはならない平板部分に、それぞれ第１の貫通孔及び第２の貫通孔を形成すればよい。この段階においては、前述した２つの部分に形成される第１の貫通孔及び第２の貫通孔の貫通方向が、互いに同じとなっていてよい。そして、第１の貫通孔及び第２の貫通孔の形成後に、板材を屈曲して屈曲部を形成することにより、屈曲部に形成された第１の貫通孔の貫通方向が、平板部分に形成された第２の貫通孔の貫通方向に対して傾斜することになる。
すなわち、貫通孔を屈曲部に形成する場合には、貫通孔の形成時にその貫通方向を同じとすることができるため、貫通方向が相対的に傾斜する２つの貫通孔を容易に形成することができる。

本発明によれば、外部接続リードの突出部に様々な方向から外力が加えられても、外部接続リードとモールド樹脂とが互いに剥がれることを防止でき、結果として、半導体装置の信頼性向上を図ることができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
図１に示すように、この実施形態に係る半導体装置１は、厚板状のヒートシンク３の表面３ａに、セラミック基板（基板）５及び半導体チップ７を順次重ねて配すると共に、ヒートシンク３の裏面３ｂが外方に露出するように、ヒートシンク３、セラミック基板５及び半導体チップ７をモールド樹脂９により埋設して構成されている。また、セラミック基板５の表面５ａには、半導体チップ７と同様に、複数（図示例では２つ）の外部接続リード１１が配されており、一部（図示例では１つ）の外部接続リード１１Ｂは、導電性を有する板状の接続板１３を介して半導体チップ７と電気接続されている。
ヒートシンク３は、例えば、銅（Ｃｕ）、タングステン、モリブデン等のように、放熱性の高い材料によって厚板状に形成されているが、これに加えて例えばＮｉメッキを施したものでもよい。

セラミック基板５は、電気的な絶縁性を有するセラミック板５１の表面５１ａ及び裏面５１ｂに導電性を有する配線パターン５２，５３，５４を形成して構成されている。ここで、セラミック板５１の表面５１ａには複数の配線パターン５２，５３が形成されているが、これらは互いに電気的に絶縁されている。
半導体チップ７は、このセラミック基板５の表面５ａの中央部分に配されており、半田（不図示）を介してセラミック板５１の表面５１ａの中央部分から周縁部分の一端にわたって形成された第１配線パターン５２に固定されている。また、一の外部接続リード１１Ａは、セラミック基板５の表面５ａのうち周縁部分の一端に配されており、半田（不図示）を介して第１配線パターン５２に接合されている。すなわち、半導体チップ７と一の外部接続リード１１Ａとは、第１配線パターン５２を介して相互に電気接続されている。

そして、他の外部接続リード１１Ｂは、セラミック基板５の表面５ａのうち周縁部分の他端に配されており、半田（不図示）を介してセラミック板５１の表面５１ａのうち周縁部分の他端に形成された第２配線パターン５３に固定されている。
さらに、ヒートシンク３は、セラミック基板５の裏面５ｂに配されており、具体的には半田（不図示）を介してセラミック板５１の裏面５１ｂに形成された第３配線パターン５４に固定されている。すなわち、ヒートシンク３は、セラミック基板５によって半導体チップ７及び外部接続リード１１に対して電気的に絶縁されている。

また、接続板１３の両端は、それぞれ半田（不図示）を介して半導体チップ７の表面７ａ、及び、後述する他の外部接続リード１１Ｂの内部接続部１１０の表面に接合されており、これによって、半導体チップ７と他の外部接続リード１１Ｂとが電気接続されることになる。なお、図示例のように、半導体チップ７の表面７ａ及び内部接続部１１０の表面の高さ位置が互いに異なる場合には、接続板１３の中途部に屈曲した段差部１３ａを形成しておけばよい。これにより、半導体チップ７の表面７ａ及び内部接続部１１０の表面の両方に対して接続板１３を安定して接合することができる。

各外部接続リード１１は、図１及び図２に示すように、導電性を有する板材を２箇所において屈曲させて断面視クランク形状に形成して構成されており、セラミック基板５の表面５ａをなす配線パターン５２，５３に固定される平板状の内部接続部（配置部分）１１０と、第１屈曲部１１１を介して内部接続部１１０に連ねて形成された平板状の垂直板部１１２と、第２屈曲部１１３を介して垂直板部１１２に連ねて形成された平板状の突出部１１４とを備えている。なお、垂直板部１１２は、外部接続リード１１をセラミック基板５に固定した状態において、セラミック基板５の表面５ａから上方に延びるように配される。また、突出部１１４は、セラミック基板５の面方向に沿ってセラミック基板５から離れるように延出している。

ここで、内部接続部１１０、第１屈曲部１１１、垂直板部１１２及び第２屈曲部１１３は、モールド樹脂９内に埋設される埋設部１１５を構成しており、突出部１１４は、モールド樹脂９の外方に突出している。また、埋設部１１５のうち第１屈曲部１１１、垂直板部１１２及び第２屈曲部１１３は、セラミック基板５の表面５ａから離間した位置に配され、埋設部１１５の離間部分をなしている。さらに、内部接続部１１０は、その幅方向（図２におけるＸ軸方向）に沿って垂直板部１１２及び突出部１１４よりも幅広に形成されており、内部接続部１１０と配線パターン５２，５３との接合面積の拡大を図っている。また、内部接続部１１０の幅広部分には、第１屈曲部１１１も連ねて形成されており、これによって内部接続部１１０の幅広部分の剛性向上が図られている。

垂直板部１１２には、図２から図４に示すように、その厚さ方向に貫通する貫通孔１１６が複数（図示例では５つ）形成されている。各貫通孔１１６の開口部分には、貫通孔１１６の形成時に生じるバリ（かえり）１１７が形成されている。そして、複数の貫通孔１１６は、垂直板部１１２の面方向に沿って、具体的には垂直板部１１２の幅方向（Ｘ軸方向）に沿って千鳥状に配列されている。また、全ての貫通孔１１６の貫通方向は相対的に傾斜している。

すなわち、図示例において、突出部１１４に近い側に形成される３つの貫通孔１１６Ａ，１１６Ｂ，１１６Ｃのうち幅方向の真ん中に形成される第１貫通孔１１６Ａの貫通方向は、垂直板部１１２の面方向（ＸＺ平面に沿う方向）に直交している。さらに、図３，４において第１貫通孔１１６Ａの右側に形成された第２貫通孔１１６Ｂ、及び、第１貫通孔１１６Ａの左側に形成された第３貫通孔１１６Ｃの貫通方向は、それぞれ第１貫通孔１１６Ａの貫通方向に対してＸ軸方向に傾斜しており、また、互いに逆向きに傾斜している。なお、図３において、Ｙ軸方向に沿って紙面の手前側から奥側に向かう方向で考えた場合、第２貫通孔１１６Ｂの貫通方向は左向きに傾斜しており、第３の貫通孔１１６Ｃの貫通方向は右向きに傾斜している。

そして、内部接続部１１０に近い側に形成される２つの貫通孔１１６Ｄ，１１６Ｅの貫通方向は、第１貫通孔１１６Ａの貫通方向に対してＺ軸方向に傾斜しており、また、互いに逆向きに傾斜している。なお、図３において、Ｙ軸方向に沿って紙面の手前側から奥側に向かう方向で考えた場合、Ｘ軸方向に沿って第２貫通孔１１６Ｂ側に寄せて配された第４貫通孔１１６Ｄの貫通方向は上向きに傾斜しており、また、第３貫通孔１１６Ｃ側に寄せて配された第５貫通孔１１６Ｅの貫通方向は下向きに傾斜している。図１に示すように、これら複数の貫通孔１１６内には、いずれもモールド樹脂９が充填されている。

複数の貫通孔１１６は、例えば打抜き加工等によって形成され、この形成時に前述したバリ１１７が発生する。なお、貫通孔１１６の形成加工は、単独で行われてもよいが、例えば、プレス加工等により板材を切断して屈曲部１１１，１１３形成前の外部接続リード１１を形成する際、あるいは、この平板状の外部接続リード１１に折り曲げ加工を施して屈曲部１１１，１１３を形成する際に、同時に形成されてもよい。また、屈曲部１１１，１１３は、前述した板材の切断時に同時に形成されてもよく、この際に貫通孔１１６を同時に形成してもよい。

以上のように構成された半導体装置１を製造する際には、はじめに、ヒートシンク３の表面３ａにセラミック基板５、半導体チップ７、外部接続リード１１及び接続板１３を順次重ねて配置する。そして、この配置状態において、リフローにより半田を溶融、固化させることで、ヒートシンク３、セラミック基板５、半導体チップ７、外部接続リード１１及び接続板１３が一体に固定される。
その後、一体固定されたヒートシンク３、セラミック基板５、半導体チップ７、外部接続リード１１及び接続板１３をモールド樹脂９成形用の金型内に入れ、金型内に溶融した樹脂を流し込む。これにより、モールド樹脂９が形成され、半導体装置１の製造が完了する。なお、樹脂を流し込む際には、外部接続リード１１の貫通孔１１６内にもモールド樹脂９が充填される。

以上説明したように、上記実施形態による半導体装置１によれば、貫通方向が互いに異なる複数の貫通孔１１６が外部接続リード１１に形成されているため、これら複数の貫通孔１１６にモールド樹脂９が充填されることで、外部接続リード１１とモールド樹脂９とのアンカー効果が向上する。すなわち、外部接続リード１１の突出部１１４に様々な方向から外力が加えられても、外部接続リード１１とモールド樹脂９とが互いに剥がれることを防止することができる。したがって、半導体装置１の信頼性向上を図ることができる。
また、複数の貫通孔１１６を形成することで、各貫通孔１１６の開口面積を小さくしても、十分なアンカー効果を得ることが可能となる。そして、各貫通孔１１６の開口面積を小さくすることで、電流が流れる外部接続リード１１の断面積も大きく確保することができるため、外部接続リード１１により多くの電流を流すことも可能となる。

さらに、これら複数の貫通孔１１６が千鳥状に配置されているため、貫通孔１１６の形成に基づく外部接続リード１１の剛性低下を抑制することもできる。
また、貫通孔１１６の開口部分にバリ１１７を形成しておくことにより、バリ１１７とモールド樹脂９との間にもアンカー効果が生じるため、外部接続リード１１とモールド樹脂９との接着強度をさらに向上することができる。

以上、本発明の実施形態である半導体装置について説明したが、本発明の技術的範囲はこれに限定されることはなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、貫通孔１１６の数及び貫通方向は、上記実施形態に限らず、少なくとも複数の貫通孔１１６が形成されていればよく、また、複数の貫通孔１１６のうち少なくとも２つの貫通孔１１６の貫通方向が相対的に傾斜していればよい。したがって、その他の貫通孔１１６については、その貫通方向が同じであっても構わない。

また、複数の貫通孔１１６は、垂直板部１１２に形成されるとしたが、少なくとも埋設部１１５のうちセラミック基板５の表面５ａから離間している離間部分に形成されていればよい。したがって、例えば図５に示すように、屈曲部１１１，１１３及び垂直板部１１２にそれぞれ貫通孔１１６が形成されてもよい。なお、当該図示例においては、第２屈曲部１１３に一の貫通孔１１６が形成されており、垂直板部１１２に他の貫通孔１１６が形成されている。
ここで、この構成の外部接続リード１１を製造する際には、外部接続リード１１をなす板材を屈曲させる前の状態（図５における２点鎖線）において、第２屈曲部１１３となる部分、及び、垂直板部１１２となる部分（屈曲部にはならない平板部分）にそれぞれ貫通孔１１６を形成すればよい。この段階においては、前述した２つの部分に形成される貫通孔１１６の貫通方向が同じとなっていてもよい。

そして、貫通孔１１６の形成後に板材を屈曲して第２屈曲部１１３を形成すると、第２屈曲部１１３に形成された貫通孔１１６の貫通方向が、垂直板部１１２に形成された貫通孔１１６の貫通方向に対して傾斜することになる。具体的に、第２屈曲部１１３の貫通孔１１６の貫通方向は、垂直板部１１２に対する第２屈曲部１１３の屈曲方向（図５における矢印Ｒ）に傾斜することになる。
したがって、貫通孔１１６を屈曲部１１１，１１３に形成する場合には、複数の貫通孔１１６の形成時にその貫通方向を同じとすることができるため、貫通方向が相対的に傾斜する２つの貫通孔１１６を容易に形成することができる。

さらに、外部接続リード１１は、屈曲部１１１，１１３を形成して構成されるとしたが、特に屈曲部１１１，１１３を形成せずに、少なくともモールド樹脂９内に埋設される埋設部とモールド樹脂９から外方に突出する突出部とを備えていればよい。すなわち、外部接続リード１１は例えば平板状に形成されていてもよく、この場合でも、埋設部のうちセラミック基板５の表面５ａから離間している部分に、上記実施形態と同様の貫通孔１１６が形成されていればよい。

また、半導体チップ７と他の外部接続リード１１Ｂとは、接続板１３によって電気接続されるとしたが、半導体チップ７と他の外部接続リード１１Ｂとの間に流れる電流が小さい場合には、例えばワイヤによって電気接続されてもよい。
さらに、セラミック基板５は、配線パターン５２〜５４を形成して構成されるとしたが、少なくともヒートシンク３や半導体チップ７、外部接続リード１１を固定できるように構成されていればよく、例えばセラミック板５１のみによって構成されてもよいし、あるいは、導電性を有する基板としてもよい。
なお、配線パターン５２〜５４を形成しない場合、半導体チップ７の一の外部接続リード１１Ａとの電気接続には、例えば上記実施形態の接続板１３のように別途導電性の板部材を用いてもよい。また、セラミック基板５が導電性を有する基板である場合には、例えば、電気絶縁性を有する接着剤等を介して半導体チップ７やヒートシンク３、外部接続リード１１を基板に接着すればよい。

上記実施形態においては、ヒートシンク３を備える半導体装置１について説明したが、本発明は、半導体チップ７を配置する基板５と、半導体チップ７に電気接続される外部接続リード１１とを別部材により形成し、これらをモールド樹脂９により一体に固定した構成の半導体装置に適用することができる。

本発明の一実施形態である半導体装置を示す断面図である。 図１の半導体装置を構成する外部接続リードを示す斜視図である。 図２の外部接続リードを示す正面図である。 図３のＡ−Ａ矢視断面図である。 図１の半導体装置を構成する外部接続リードの変形例を示す要部拡大断面図である。 従来の半導体装置の一例を示す概略斜視図である。

符号の説明

１ 半導体装置
５ セラミック基板（基板）
５ａ 表面
７ 半導体チップ
９ モールド樹脂
１１ 外部接続リード
１１０ 内部接続部（配置部分）
１１１ 第１屈曲部
１１３ 第２屈曲部
１１４ 突出部
１１５ 埋設部
１１６ 貫通孔
１１７ バリ

Claims (4)

1. 基板と、該基板の表面に配される半導体チップと、前記半導体チップと電気接続される外部接続リードと、前記基板、前記半導体チップ及び外部接続リードを一体に固定するモールド樹脂とを備え、
   前記外部接続リードは、導電性を有する板材によって形成されると共に、前記モールド樹脂内に埋設される埋設部と、前記モールド樹脂の外方に突出する突出部とを備え、
   前記埋設部は、前記基板の表面に配される配置部分と、前記基板の表面から離間している離間部分とからなり、
   当該離間部分に、前記外部接続リードの厚さ方向に貫通する貫通孔が複数形成され、
   少なくとも２つの前記貫通孔の貫通方向が相対的に傾斜していることを特徴とする半導体装置。
2. 複数の前記貫通孔が、前記外部接続リードの面方向に沿って千鳥状に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記貫通孔の開口部分にバリが形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記埋設部の離間部分に、前記板材を屈曲した屈曲部が形成され、
   当該屈曲部に第１貫通孔が形成され、前記屈曲部を除く前記離間部分に第２貫通孔が形成され、前記第１貫通孔及び前記第２貫通孔が相対的に傾斜していることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置。

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