JP5511487B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

この発明は、半導体素子を封止樹脂で封止した樹脂封止型半導体装置のうち、主としてリードフレームの半導体素子搭載面を樹脂で封止した片面封止タイプの樹脂封止型半導体装置に関する。

半導体素子の電極を外部の配線等に電気的に接続するためにリードフレームを用いる樹脂封止型半導体装置が広く用いられている。このような半導体装置において、一般にリードフレームは、半導体素子を搭載するための支持部、支持部を支持する吊りリード部、および金属細線を接続するためのリード端子部を備えている。複数の半導体装置を一括で形成できるように、１枚のリードフレームには複数の半導体装置に対応する単位が含まれている。この半導体装置形成単位はほぼ矩形の形状を有し、吊りリード部はこの矩形の角部から内方にのび、リード端子部は辺部から内方にのびる形態を有することが多い。

図５は、このような従来のリードフレームの半導体装置形成単位の角部近傍を拡大して示す図解的な平面図である。
半導体装置形成単位の中央部（矢印Ｇの方向）には支持部５１が配置されており、支持部５１からは角部に向かって吊りリード部５２がのびている。半導体装置形成単位の辺部には、ほぼ長方形のリード端子部５３が配置されている。リード端子部５３の半導体装置形成単位の周縁部側は、枠部５０に接続されている。吊りリード部５２の長手方向とリード端子部５３の長手方向とはほぼ４５°の角度をなす。

１枚のリードフレームは、このような構造の半導体装置形成単位が、複数個配列されて枠部５０に結合された構造を有する。半導体装置の製造において、リードフレームはリード端子部５３の底面が露出するように封止樹脂で封止される。その後、リードフレームの１つの単位は、破線で示す切断線Ｍで切断され、その端面は封止樹脂の側面と実質的に同一面となる。

半導体装置の小型化のため、リード端子部５３の長さはなるべく短いことが好ましい。しかし、リード端子部５３は外部の配線基板との接続用リードの役割も果たすので、ある一定以上の長さ（面積）が必要である。これらの理由により、リード端子部５３は必要最小限の所定長さＬ１で形成される。
また、吊りリード部５２と吊りリード部５２に隣接したリード端子部５３Ａとの最近接部の間隔は、これらの間の絶縁信頼性確保のため広くとる必要があるが、半導体装置の小型化のためには狭いことが好ましい。これらの理由により、最近接部の間隔は必要最小限の所定距離Ｌ２に設計されている。

ところが、このような従来の構造のリードフレームにおいては、所定長さＬ１や所定距離Ｌ２を確保して半導体装置を形成すると、半導体装置の平面方向の大きさが大きくなってしまい、実装面積が大きくなってしまうという問題があった。
そこで、本発明の目的は、リード端子部が外部接続に必要な長さ（面積）を有し、かつ、吊りリード部とリード端子部との絶縁信頼性が確保された半導体装置を提供することである。

本発明の他の目的は、平面方向の大きさが小さく実装面積の小さな半導体装置を提供することである。

上記の目的を達成するための請求項１に記載の発明は、表面に電極を有する半導体素子と、電気接続のための複数のリード端子部と、上記リード端子部に対して斜行して延び、上記半導体素子が搭載される支持部を支持するための吊りリード部とを有するリードフレームと、上記リード端子部と上記半導体素子の電極とを接続する金属細線と、上記半導体素子、上記リードフレームおよび上記金属細線を、上記複数のリード端子部の各一部が露出するように封止する封止樹脂とを含み、上記複数のリード端子部は、上記吊りリード部との干渉を避けるように当該吊りリード部にほぼ沿う面取部を先端に有する面取り形リード端子部を含み、前記支持部は、前記吊りリード部に比して幅が広くなっており、前記リード端子部は、幅広部と、前記リード端子部の上面における幅が前記幅広部よりも狭く、前記リード端子部の底面における幅が前記幅広部と同じである幅狭部とをその先端から交互に少なくとも複数対備え、前記幅広部の幅は前記リード端子部の上面から底面へ向かって幅が狭くなっていることを特徴とする半導体装置である。

リードフレームは、電気接続のための複数のリード端子部と、上記リード端子部に対して斜行して延び、半導体素子が搭載される支持部を支持するための吊りリード部とを有していてもよく、上記複数のリード端子部は、上記吊りリード部との干渉を避けるように当該吊りリード部にほぼ沿って形成された面取部を先端に有する面取り形リード端子部を含み、前記支持部は、前記吊りリード部に比して幅が広くなっていてもよい。

請求項１記載の発明によれば、リード端子部は吊りリード部との干渉を避けるようにこの吊りリード部に沿って面取りされているので、その分リード端子部を吊りリード部側に詰めて配置しても、一定以上の間隔を確保することができる。すなわち、従来の構造のリードフレームにおいては、リード端子部は吊りリード部に向かって張り出した角部を有するので、この角部の先端と吊りリード部との干渉を避け、これらの間の距離を一定以上に確保するために、実質的にリード端子部を周縁部側に配置しなければならなかった。このため、半導体装置形成単位のリードフレームが大きくなり、これを用いた半導体装置の平面方向の大きさが大きくなっていた。

これに対して、この発明においては、リード端子部は先端に面取部を有し、この部分で吊りリード部に対向しているので、吊りリード部を実質的に内側に配置することができる。したがって、リードフレームの半導体装置形成単位の大きさを小さくすることができ、これを用いた半導体装置の平面方向の大きさを小さくし、実装面積を小さくすることができる。

面取部は、吊りリード部の側辺に平行な直線的な辺（Ｃ面取り）で構成されていることが好ましいが、吊りリード部との干渉を避けるように面取りされているかぎり、同様の効果を奏する。たとえば、面取部が曲線的な辺（たとえばＲ面取り）で構成されていてもよい。また、面取部はリード端子部の幅方向の一部にのみかかる斜辺であってもよく、請求項７に記載のように、全幅にかかる斜辺であってもよい。
請求項２記載のように、上記リード端子部の外側の端面は、上記封止樹脂の側面と実質的に同一面であってもよい。
上記リードフレームは、請求項３記載のように、上下に対称であってもよく、請求項４記載のように、左右に対称であってもよい。

請求項５記載のように、上記面取り形リード端子部が、上記吊りリード部に隣接して配置されていることが好ましい。
さらには、請求項６記載のように、吊りリード部に隣接したリード端子部のみが面取り形リード端子部であることが好ましい。この場合、面取部により極端に短くなるリード端子部は存在しない。このようなリードフレームを用いた半導体装置において、全てのリード端子部に対して、金属細線の接続および外部配線基板との接続を好適に行うことができる。

この場合、面取部がリード端子部の全幅にかかる斜辺であると、リードフレームの半導体装置形成単位の大きさを最も小さくすることができ、これを用いた半導体装置の平面方向の大きさを最も小さくすることができる。
請求項８に記載のように、上記支持部における上記半導体素子側の面の面積が、上記半導体素子における上記支持部側の面の面積より小さくされていてもよい。
請求項９に記載のように、上記支持部は、Ｘ字形の形状を有していてもよい。
請求項１０に記載のように、上記複数のリード端子部が、辺を有する枠部を備えたリードフレームを用いて形成されたものであってもよく、この場合、上記リードフレームにおいて、上記複数のリード端子部に対応する部分は、上記枠部の上記辺に垂直にのびていてもよい。
請求項１１に記載のように、平面視において、上記リード端子部は、長手形状を有するとともに、上記吊りリード部は、上記リード端子部の長手方向に対して、４５°の角度をなして斜交していてもよい。
請求項１２に記載のように、上記吊りリード部の途中に、段差部が形成されていてもよい。この場合、請求項１３記載のように、上記段差部により、上記支持部が、上記リード端子部と比べて高い位置にアップセットされていてもよく、この場合、上記支持部に対して、当該半導体装置の底面側に、上記封止樹脂が存在していてもよい。

リードフレームの半導体装置形成単位を示す図解的な平面図である。 図１のリードフレームの半導体装置形成単位の角部近傍を拡大して示す図解的な平面図である。 図２のＣ−Ｃ切断線断面図、およびＤ−Ｄ切断線断面図である。 図１のリードフレームを用いて形成した樹脂封止型半導体装置の図解的な断面図である。 従来のリードフレームの角部近傍を拡大して示す図解的な平面図である。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、リードフレーム１の半導体装置形成単位を示す図解的な平面図である。１つの半導体装置形成単位は正方形の形状を有し、上下および左右に対称である。このため、左上の４分の１の部分にのみ参照番号を付しているが、他の部分も同様である。半導体装置形成単位は、周縁部に配された枠部２、中央部に配された支持部４，支持部４と枠部２の角部とを接続する吊りリード部３，および枠部２の辺部に配されたリード端子部５を備えている。枠部２には、通常、半導体装置製造工程においてリードフレーム１を位置合わせして固定するためなどに用いる穴（図示しない）が設けられている。

支持部４は、枠部２の角部から吊りリード部３を介して対角線状にのびている。すなわち、支持部４はＸ字形の形状を有している。支持部４は吊りリード部３に比して幅が広くなっている。吊りリード部３の途中には段差部３ａが形成されており、支持部４は、枠部２と比べて高い位置にアップセットされて配置されている。
リード端子部５は、枠部２の辺部から中心に向かって、辺に垂直にのびている。吊りリード部３は、リード端子部５の長手方向に対し、平面視において約４５°の角度をなして斜行している。リード端子部５の長さはいずれも同じである。

このような構造を有する半導体装置形成単位が複数密に配されて１枚のリードフレームを構成する。
半導体装置の製造時、支持部４の上に半導体素子がダイボンディングされ、半導体素子の電極とリード端子部５とが金属細線により接続される。その後、半導体素子、支持部４、吊りリード部３の一部、およびリード端子部５の一部が封止樹脂により覆われ、破線で示す切断線Ｅの位置でリード端子部５および吊りリード部３が切断される。封止樹脂により覆われる領域は、切断線Ｅで囲まれた領域である。

図２は、図１のリードフレームの半導体装置形成単位の角部近傍を拡大して示す図解的な平面図である。
リード端子部５のリードフレーム中央部側の先端部の形状は、吊りリード部３に隣接していないリード端子部５Ｂでは直角の角を有している。一方、吊りリード部３に隣接しているリード端子部５Ａでは、吊りリード部３の側辺にほぼ平行な直線状の辺で対向しており、この辺はほぼリード端子部５Ａの全幅に渡って形成されている。すなわち、リード端子部５Ａは、吊りリード部３との干渉を避けるように吊りリード部３にほぼ沿って形成された面取部を先端に有する面取り形リード端子部となっている。

リード端子部５の側辺には段差が設けられており、リード端子部５の幅はわずかに広い部分とわずかに狭い部分とが存在する。このような形状により、リード端子部５は周縁部側に抜けにくくなっている。
図３は、図２のＣ−Ｃ切断線断面図、およびＤ−Ｄ切断線断面図である。
リード端子部５の幅の広い部分の断面であるＣ−Ｃ切断線断面は、上底の長さがｔ１、下底の長さがｔ２（ｔ１＞ｔ２）である逆台形の形状を示す（図３（ａ））。リード端子部５の幅の狭い部分の断面であるＤ−Ｄ切断線断面は、幅がｔ２である長方形の形状を示す（図３（ｂ））。すなわち、リード端子部５は、上面では幅がｔ１の部分とｔ２の部分が存在するが、底面では幅はｔ２で一定している。

封止樹脂で覆った後には、封止樹脂はリード端子部５の底面と面一の位置Ｆまで満たされ、リード端子部５の底面は露出して外部接続端子部（アウターリード部）をなす。Ｃ−Ｃ切断線断面（図３（ａ））の形状を有する部分では、リード端子部５は、封止樹脂内部の方が幅が広く、封止樹脂の底面側に対向するテーパー面を有しているので、リード端子部５は封止樹脂から下方へ抜けにくくなっている。

再び図２を参照して説明する。
リード端子部５は外部の配線基板等との接続用リードの役割も果たすので、リード端子部５の封止樹脂からの露出面積は一定以上の大きさが必要である。このため、切断後のリード端子部５は、ある一定の長さ以上を確保する必要がある。一方、半導体装置の小型化のため、リード端子部５の長さはなるべく短いことが好ましい。これらの理由により、リード端子部５は必要最小限の所定長さＬ１で形成される。

吊りリード部３と吊りリード部３に隣接したリード端子部５Ａとの最近接部の間隔は、これらの絶縁信頼性確保のため広くとる必要があるが、半導体装置の小型化のためには狭いことが好ましい。これらの理由により、最近接部の間隔は必要最小限の所定距離Ｌ２に設計されている。
従来の形状のリード端子部５３を用いて、リード端子部５３を所定長さＬ１とし、最近接部の間隔を所定距離Ｌ２とした場合、本実施形態の場合と比べて、リード端子部５３はより周縁部側に配置しなければならない。なぜなら、従来の形状のリード端子部５３は、最近接部において角部５４が吊りリード部５２側へ張り出しているため、前端Ａ１を本実施形態における前端Ｂ１と同じ位置にすると、最近接部の間隔が所定の間隔Ｌ２より短くなってしまうからである。したがって、本実施形態における前端Ｂ１は、従来の技術における前端Ａ１と比べて、距離Ｌ３だけ内部側に配置させることができる。リード端子部５，５３の長さは、いずれも所定長さＬ１であるので、本実施形態における後端Ｂ２は、従来の技術における後端Ａ２より内側になる。すなわち、このようなリードフレーム１は、半導体装置形成単位を小さくすることができる。

また、封止樹脂は後端Ａ２，Ｂ２と実質的に同一面に形成されるので、本実施形態のリードフレームを用いた半導体装置は、大きさを一辺の片側で距離Ｌ３だけ小さくすることができ、一辺あたり、距離２×Ｌ３だけ小さくすることができる。したがって、このような半導体装置は実装面積を小さくすることができる。
図４は、このようなリードフレーム１を用いて形成した半導体装置の図解的な断面図である。リードフレーム１の各部については図１と同じ参照番号を付し説明を省略する。

支持部４の上には直方体状の半導体素子６がダイボンディングされている。支持部４はＸ字の形状を有しており（図１参照）、支持部４の上面の面積は、半導体素子６の底面積より小さくなっている。半導体素子６の上面に形成された電極とリード端子部５とは、金属細線７で電気的に接続されている。半導体素子６、金属細線７、およびリードフレーム１の一部は封止樹脂８により覆われている。半導体装置の底面において、リード端子部５と封止樹脂８とは面一に形成されており、リード端子部５の底面は露出している。封止樹脂８は、支持部４の下方にアップセット分の厚みで存在する。また、リード端子部５の外側の端面は封止樹脂８の側面と実質同一面になっている。

このような構造の半導体装置は、底面に露出したリード端子部５を外部端子として、配線基板などに表面実装することができる。また、リード端子部５の片面側のみ封止樹脂８により封止されているので、半導体装置の厚みを薄くすることができ、各種薄型機器に好適に搭載することができる。
支持部４の下にも封止樹脂８が存在するので、支持部４および吊りリード部３と封止樹脂８との結合は強固である。支持部４の面積が半導体素子６の底面積より小さいことから、半導体素子６は底面において封止樹脂８と直接接している部分が存在する。これにより、支持部４と半導体素子６との間の界面で生ずる剥離現象を低減することができる。

以上は本発明の実施形態の例であり、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１ リードフレーム
３ 吊りリード部
４ 支持部
５ リード端子部
６ 半導体素子
７ 金属細線
８ 封止樹脂

Claims (13)

1. 表面に電極を有する半導体素子と、
   電気接続のための複数のリード端子部と、上記リード端子部に対して斜行して延び、上記半導体素子が搭載される支持部を支持するための吊りリード部とを有するリードフレームと、
   上記リード端子部と上記半導体素子の電極とを接続する金属細線と、
   上記半導体素子、上記リードフレームおよび上記金属細線を、上記複数のリード端子部の各一部が露出するように封止する封止樹脂とを含み、
   上記複数のリード端子部は、上記吊りリード部との干渉を避けるように当該吊りリード部にほぼ沿う面取部を先端に有する面取り形リード端子部を含み、
   前記支持部は、前記吊りリード部に比して幅が広くなっており、
   前記リード端子部は、幅広部と、前記リード端子部の上面における幅が前記幅広部よりも狭く、前記リード端子部の底面における幅が前記幅広部と同じである幅狭部とをその先端から交互に少なくとも複数対備え、前記幅広部の幅は前記リード端子部の上面から底面へ向かって幅が狭くなっていることを特徴とする半導体装置。
2. 上記リード端子部の外側の端面は、上記封止樹脂の側面と実質的に同一面であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
3. 上記リードフレームが、上下に対称であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置。
4. 上記リードフレームが、左右に対称であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体装置。
5. 上記面取り形リード端子部が、上記吊りリード部に隣接して配置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の半導体装置。
6. 上記複数のリード端子部のうち、上記吊りリード部に隣接した上記リード端子部のみが、上記面取り形リード端子部であることを特徴とする請求項５記載の半導体装置。
7. 上記面取部が、当該面取部が形成された面取り形リード端子部の幅方向の全幅にかかる斜辺であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の半導体装置。
8. 上記支持部における上記半導体素子側の面の面積が、上記半導体素子における上記支持部側の面の面積より小さいことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の半導体装置。
9. 上記支持部は、Ｘ字形の形状を有していることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の半導体装置。
10. 上記複数のリード端子部が、辺を有する枠部を備えたリードフレームを用いて形成されたものであり、上記リードフレームにおいて、上記複数のリード端子部に対応する部分は、上記枠部の上記辺に垂直にのびていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の半導体装置。
11. 平面視において、上記リード端子部は、長手形状を有するとともに、上記吊りリード部は、上記リード端子部の長手方向に対して、４５°の角度をなして斜交していることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の半導体装置。
12. 上記吊りリード部の途中に、段差部が形成されていることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の半導体装置。
13. 上記段差部により、上記支持部が、上記リード端子部と比べて高い位置にアップセットされており、上記支持部に対して、当該半導体装置の底面側に、上記封止樹脂が存在することを特徴とする請求項１２記載の半導体装置。

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