JP6253531B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置およびその製造技術に関し、例えばリードフレームを用いた樹脂封止型半導体装置に適用して有効な技術に関するものである。

特開平６−１４０５６３号公報（特許文献１）には、半導体チップを搭載するダイパッドの側面に溝または凸部を形成することが記載されている。

また、特開平１０−４１７０号公報（特許文献２）には、半導体チップを搭載するリードフレームのチップマウント部に不連続溝を形成することが記載されている。

また、特開平８−１０７１７２号公報（特許文献３）には、半導体チップの周囲に配置されたリードの表面に凹凸を形成することが記載されている。

特開平６−１４０５６３号公報 特開平１０−４１７０号公報 特開平８−１０７１７２号公報

半導体装置のパッケージ態様として、リードフレームを用いた樹脂封止型半導体装置がある。また、樹脂封止型半導体装置においては、その信頼性を確保するために温度サイクル試験が実施されている。

しかし、温度サイクル試験において、封止樹脂のリードからの剥がれに起因して、ボンディングワイヤとリードとの接続部分においてボンディングワイヤが断線するという問題が顕在化した。

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

一実施の形態である半導体装置は、半導体チップと、半導体チップの周囲に配置され、主面とそれに対向する裏面とを有するリードと、半導体チップとリードの主面とを電気的に接続するワイヤと、半導体チップ、リードおよびワイヤを封止する封止樹脂からなる封止体とを有する。リードは、リードの延在方向において、封止体内に位置する一端と、封止体外に位置する他端と、リードの主面であってワイヤが接続されたワイヤ接続部とを有し、一端とワイヤ接続部との間において、リード主面に溝を有する。

上記一実施の形態によれば、半導体装置の信頼性を向上させることができる。

一実施の形態である半導体装置の平面図である。 図１に示す半導体装置の断面図である。 一実施の形態である半導体装置の信号リードの拡大平面図と拡大断面図である。 一実施の形態である半導体装置の製造工程を示すプロセスフローである。 一実施の形態である半導体装置の製造工程中の平面図である。 一実施の形態である半導体装置の製造工程中の断面図である。 図６に対する信号リードの変形例を示す拡大平面図および拡大断面図である。 図６に対する信号リードの変形例を示す拡大平面図および拡大断面図である。 本発明者が検討した関連技術の半導体装置構成を示す要部断面図である。

（本願における記載形式・基本的用語・用法の説明）
本願において、実施の態様の記載は、必要に応じて、便宜上複数のセクション等に分けて記載するが、特にそうでない旨明示した場合を除き、これらは相互に独立別個のものではなく、記載の前後を問わず、単一の例の各部分、一方が他方の一部詳細または一部または全部の変形例等である。また、原則として、同様の部分は繰り返しの説明を省略する。また、実施の態様における各構成要素は、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、必須のものではない。

同様に実施の態様等の記載において、材料、組成等について、「ＡからなるＸ」等といっても、特にそうでない旨明示した場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、Ａ以外の要素を含むものを排除するものではない。たとえば、成分についていえば、「Ａを主要な成分として含むＸ」等の意味である。たとえば、「シリコン部材」等といっても、純粋なシリコンに限定されるものではなく、ＳｉＧｅ（シリコン・ゲルマニウム）合金やその他シリコンを主要な成分とする多元合金、その他の添加物等を含む部材も含むものであることはいうまでもない。また、金めっき、Ｃｕ層、ニッケル・めっき等といっても、そうでない旨、特に明示した場合を除き、純粋なものだけでなく、それぞれ金、Ｃｕ、ニッケル等を主要な成分とする部材を含むものとする。

さらに、特定の数値、数量に言及したときも、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、その特定の数値を超える数値であってもよいし、その特定の数値未満の数値でもよい。

また、実施の形態の各図中において、同一または同様の部分は同一または類似の記号または参照番号で示し、説明は原則として繰り返さない。

また、添付図面においては、却って、煩雑になる場合または空隙との区別が明確である場合には、断面であってもハッチング等を省略する場合がある。これに関連して、説明等から明らかである場合等には、平面的に閉じた孔であっても、背景の輪郭線を省略する場合がある。更に、断面でなくとも、空隙でないことを明示するため、あるいは領域の境界を明示するために、ハッチングやドットパターンを付すことがある。

（実施の形態）
＜関連技術の説明＞
まず、本発明者が検討した関連技術について、図面を参照しながら説明する。図９は、本実施の形態の関連技術の半導体装置の構成を示す要部断面図である。

図９に示す半導体装置は、樹脂封止型半導体装置であり、ダイパッドＤＰと、ダイパッド上にダイボンド材ＡＤで接着された半導体チップＣＨと、半導体チップＣＨとワイヤＢＷで電気的に接続されたリードＬＤと、ダイパッドＤＰ、半導体チップＣＨ、ワイヤＢＷおよびリードＬＤを封止する封止体ＢＤと、を有する。

関連技術の半導体装置において、封止体ＢＤを構成する封止樹脂は、エポキシ樹脂等からなり、その線膨張係数は、およそ９ｐｐｍ／Ｋであり、リードＬＤは、銅（Ｃｕ）からなり、その線膨張係数は、およそ１７ｐｐｍ／Ｋである。つまり、封止樹脂とリードＬＤとは、線膨張係数の大きく異なる材料で構成されている。

また、関連技術の半導体装置においては、製品出荷前の検査工程において、温度サイクル試験が実施されている。温度サイクル試験は、例えば、低温（−６５℃）と高温（１５０℃）の環境に、それぞれ３０分間さらす１サイクルを、５００サイクル程度繰り返し、製品の信頼性、耐久性を評価するものである。

本発明者の検討によれば、温度サイクル試験において、互いに異なる線膨張係数を有する封止樹脂とリードＬＤとの界面に剥離部分ＦＰが発生し、最終的にワイヤＢＷに亀裂ＢＲＰが発生し断線に至ることが判明した。つまり、剥離部分ＦＰでは、封止樹脂とリードＬＤの線膨張係数の差により、封止樹脂とリードＬＤの熱収縮量にズレが生じ、そのズレに起因してワイヤＢＷにせん断応力が加わり亀裂ＢＲＰが発生することが判明した。さらに、封止体ＢＤの表面からの距離Ｌａが大きい程、封止樹脂とリードＬＤの熱収縮量の差が大きくなるので、リードＬＤのインナー部の先端（半導体チップＣＨに近い側）で、剥離が発生しやすい。

このようなワイヤＢＷに発生する亀裂ＢＲＰまたは断線により、関連技術の半導体装置の信頼性が著しく低下することが判明した。本実施の形態では、半導体装置の信頼性を向上させる技術を提供する。

関連技術の半導体装置において、リードＬＤのインナー部に、封止体ＢＤの側面側に溝ＧＶが形成されているが、この溝ＧＶは、リードＬＤが封止体ＢＤから抜けるのを防止するために設けている。封止樹脂とリードＬＤの界面の剥離は、リードＬＤのインナー部先端で発生しやすいので、ワイヤＢＷとリードＬＤの接触部よりも外側（封止体ＢＤの側面側）に設けられた溝ＧＶでは、インナー部先端で発生する剥離は防止できない。

本実施の形態で説明する技術はリードフレームを用いて製造する種々のパッケージタイプの樹脂封止型半導体装置に適用可能であるが、本実施の形態では、一例として、外部端子である複数のリードが、封止体の側面において露出する、ＳＯＰ（Small Outline Package）型の樹脂封止型半導体装置に適用した実施態様について説明する。しかしながら、例えば、ＱＦＰ（Quad Flat Package）にも適用できる。図１は本実施の形態の半導体装置の平面図、図２は、図１のＡ−Ａ´線に沿った断面図である。

＜半導体装置＞
まず、本実施の形態の半導体装置ＳＤの構成について、図１および図２を用いて説明する。本実施の形態の半導体装置ＳＤは、ダイパッド（チップ搭載部、タブ）ＤＰと、ダイパッドＤＰ上にダイボンド材（接着材）ＡＤ（図２参照）を介して搭載された半導体チップＣＨと、を備えている。また、半導体装置ＳＤは、半導体チップＣＨ（ダイパッドＤＰ）の隣（周囲）に配置された複数のリード（端子、外部端子）と、半導体チップＣＨの複数のパッド（電極、ボンディングパッド）と複数のリードとをそれぞれ電気的に接続する複数のワイヤ（ボンディングワイヤ、導電性部材）ＢＷと、を有している。

複数のリードには、複数の信号リードＳＬ、複数のソースリードＧＬおよび複数のダミーリードＤＬが含まれている。また、複数のパッドには、複数の信号パッドＢＰと複数のソースパッドＢＰＧが含まれており、信号パッドＢＰと信号リードＳＬとは、ワイヤにより電気的に接続されている。また、ソースパッドＢＰＧとソースリードＧＬとはワイヤにより電気的に接続されている。また、ダミーリードＤＬは、ダイパッドＤＰと繋がっている。また、半導体装置ＳＤは、半導体チップＣＨ、複数のリードおよび複数のワイヤＢＷを封止する封止体（樹脂体）ＢＤを備えている。また、ダイパッドＤＰには、複数の吊りリードＤＰＳが接続されており、ダイパッドＤＰから封止体ＢＤの外部に向かって延在している。

図１に示すように、半導体チップＣＨは、四角形の平面形状を有するシリコン（Ｓｉ）基板からなり、シリコン基板の主面には複数の半導体素子および配線が形成され、半導体素子および配線上に絶縁膜を介して複数のパッドが形成されている。シリコン基板の主面に対向する裏面がダイボンド材ＡＤを介してダイパッドＤＰの主面に接着されている。複数のパッドは、配線を介して半導体素子に電気的に接続されている。複数のパッドには、前述の複数の信号パッドＢＰおよび複数のソースパッドＢＰＧが含まれている。複数の信号パッドＢＰは、半導体チップＣＨ（シリコン基板）の第１辺に沿って配置されており、複数のソースパッドＢＰＧは、半導体チップＣＨの前記第１辺に対向する第２辺に沿って多列に配置されている。図１において、破線で囲った部分のパッドは、すべてソースパッドＢＰＧである。なお、配線、信号パッドＢＰおよびソースパッドＢＰＧは、アルミニウム（Ａｌ）を主体とする合金層で構成されているが、銅（Ｃｕ）を主体とする合金層で構成しても良い。また、ダイボンド材ＡＤは、例えばエポキシ系の接着材、あるいは、エポキシ系の熱硬化性樹脂に、銀（Ａｇ）などから成る金属粒子を含有させた導電性接着材を用いる。

半導体チップＣＨ（ダイパッドＤＰ）の周囲には、複数のリードが配置されている。本実施の形態では、前述の半導体チップＣＨの第１辺および第２辺に直交する方向に、複数のリードが延在している。さらに、複数のリードの各々は、その延在方向において、一端と他端とを有し、一端が封止体ＢＤの内部に位置し、他端が封止体ＢＤの外部に位置する。つまり、一端が半導体チップＣＨの第１辺または第２辺に近接して配置されている。また、図１に示すように、複数のリードのそれぞれは、封止体ＢＤの内部に位置するインナー部ＩＬと封止体ＢＤの外側に位置するアウター部ＯＬとで構成されている。複数のリードは、それぞれ、主面と、主面に対向する裏面と、主面と裏面とをつなぐ側面を有している。

複数のリードは、それぞれ金属材料からなり、例えば、銅（Ｃｕ）を主体とする金属からなり、図示しないが、リードのアウター部ＯＬには、鉛（Ｐｂ）を実質的に含まない、所謂、鉛フリー半田がメッキ処理されている。鉛フリー半田は、例えば錫（Ｓｎ）のみ、錫−ビスマス（Ｓｎ−Ｂｉ）、または錫−銅（Ｓｎ−Ｃｕ）などである。銅（Ｃｕ）からなる複数のリードの線膨張係数は、およそ１７ｐｐｍ／Ｋである。

複数の信号リードＳＬの一端は、半導体チップＣＨの第１辺に沿って配置され、複数のソースリードＧＬの一端は、半導体チップＣＨの第２辺に沿って配置されている。なお、信号リードＳＬの一本は、例外的に、半導体チップＣＨの第２辺側に配置されている。２本のダミーリードＤＬは、四角形の半導体チップＣＨの対向する角部に向かって延在し、ダイパッドＤＰに接続されている。

各々の信号リードＳＬは、アウター部ＯＬとインナー部ＩＬとを有し、インナー部ＩＬには、ワイヤＢＷが接続されるワイヤ接続領域ＢＣ、内溝ＧＶ１および外溝ＧＶ２が含まれる。ワイヤ接続領域ＢＣの一部に、ワイヤＢＷと信号リードＳＬとが接続されたワイヤ接続部が存在する。ワイヤ接続領域ＢＣ、内溝ＧＶ１および外溝ＧＶ２は、信号リードＳＬの主面に形成されている。内溝ＧＶ１は、ワイヤ接続部とインナー部ＩＬの先端（一端）との間に形成され、インナー部ＩＬの先端における、封止樹脂と信号リードＳＬとの界面の剥離を防止する。また、内溝ＧＶ１により、ワイヤＢＷの亀裂、断線が防止できる。外溝ＧＶ２は、インナー部ＩＬであって、ワイヤ接続領域ＢＣ（または、ワイヤ接続部）と信号リードＳＬの他端との間に形成され、信号リードＳＬの抜け防止の効果を有する。信号パッドＢＰと信号リードＳＬとは、１本のワイヤＢＷで接続されている。ワイヤＢＷは、例えば、銅（Ｃｕ）から成る。信号リードＳＬには、１本のワイヤＢＷのみ接続されるので、封止樹脂と信号リードＳＬの熱収縮量の差に基づくせん断応力が１本のワイヤＢＷにかかるため、ワイヤＢＷの亀裂、断線が発生しやすい。したがって、信号リードＳＬに内溝ＧＶ１を設けることが有効である。

ソースリードＧＬも、アウター部ＯＬとインナー部ＩＬとを有し、インナー部ＩＬには、ワイヤＢＷが接続されるワイヤ接続領域ＢＣおよび外溝ＧＶ２が含まれる。ワイヤ接続領域ＢＣの一部に、ワイヤＢＷと信号リードＳＬとが接続されたワイヤ接続部が存在する。ワイヤ接続領域ＢＣおよび外溝ＧＶ２は、ソースリードＧＬの主面に形成されている。ソースリードＧＬのワイヤ接続領域ＢＣには、複数本のワイヤＢＷが接続されている。さらに、図１に示すように、隣接する２本のソースリードＧＬのワイヤ接続領域ＢＣは、互いに連結されており、連結部分にも複数のワイヤＢＷが接続されている。各々のソースリードＧＬには、インナー部ＩＬであって、ワイヤ接続領域ＢＣ（または、ワイヤ接続部）とソースリードＧＬの他端との間に、外溝ＧＶ２が形成されている。しかし、ソースリードＧＬでは、ワイヤ接続領域ＢＣの面積を広く確保するために、ワイヤ接続領域ＢＣとソースリードＧＬの一端との間に、内溝ＧＶ１は形成されていない。つまり、ソースリードＧＬには内溝ＧＶ１が形成されていないので、ワイヤ接続領域ＢＣからソースリードＧＬの一端まで均一な平坦面となっている。言い換えると、外溝ＧＶ２とソースリードＧＬの一端までは、均一な平坦面となっている。各々のソースリードＧＬには、複数本のワイヤＢＷが接続されているため、封止樹脂とソースリードＧＬの熱収縮量の差に基づくせん断応力は、複数本のワイヤＢＷに分割されるため、１本のワイヤＢＷにかかるせん断応力は小さくなる。その為、ソースリードＧＬに接続された複数のワイヤＢＷでは、亀裂、断線が発生し難い。したがって、ソースリードＧＬには、内溝ＧＶ１を設けることなく、外溝ＧＶ２のみを設け、内溝ＧＶ１形成領域もワイヤ接続領域ＢＣとすることで、ソースリードＧＬに接続されるワイヤＢＷの本数を増やし、ソースパッドＢＰＧとソースリードＧＬ間の低抵抗接続を実現し、半導体チップＣＨのソース電位の安定化を図っている。

図１に示す封止体（樹脂体）ＢＤの平面形状は四角形である。また、図２に示すように、封止体ＢＤは、半導体チップＣＨ、ダイパッドＤＰ、リードおよびワイヤＢＷを封止しており、例えば、エポキシ樹脂からなる。封止樹脂は、その線膨張係数を調整するために、フィラーとして径の異なる球状のシリカを大量に含有しているが、例えば、エポキシ樹脂からなる封止樹脂に含まれるフィラーの平均粒径は１８μｍ程度であり、封止体ＢＤを構成する封止樹脂の線膨張係数は、およそ９ｐｐｍ／Ｋである。つまり、複数のリードの線膨張係数は、封止樹脂の線膨張係数よりも大きい。図１および図２から分かるように、封止体ＢＤは主面と、この主面とは反対側の裏面（実装面）と、この主面と裏面との間に位置する４つの側面とを有している。側面は、図２に示すように傾斜面となっているが、図１には傾斜面は示しておらず、封止体ＢＤの外形は、主面の外形を示している。図１に示すように、本実施の形態の半導体装置ＳＤでは、封止体ＢＤの主面における、対向する２辺に沿って、それぞれ複数のリードが配置されている。正確には、複数のリードは、図２に示すように対向する２つの側面から封止体ＢＤの外側に突出している。封止体ＢＤの主面の第１辺には、複数の信号リードＳＬとダミーリードＤＬとが配置され、第１辺と対向する第２辺には、複数のソースリードＧＬ、信号リードＳＬおよびダミーリードＤＬが配置されている。互いに対向する第１辺と第２辺との間の第３辺および第４辺には、ダイパッドＤＰから一体的に延びた吊りリードＤＰＳがそれぞれ配置されている。

図１に示すように、ダイパッド（チップ搭載部、タブ）ＤＰは、略四角形の平面形状を有する。また、図２に示すように、ダイパッドＤＰの裏面は、封止体ＢＤの裏面から露出している。ダイパッドＤＰと複数のリードは、一体の銅からなる金属板から形成されるが、ダイパッドＤＰの膜厚は、リードの膜厚よりも厚く形成されている。ダイパッドＤＰとリードの膜厚が異なることで、ダイパッドＤＰの裏面を封止体ＢＤの裏面から露出させながら、リードの裏面は封止体ＢＤ（封止樹脂）で覆われた構造を実現できる。また、リードおよびダイパッドＤＰは、封止体ＢＤよりも熱伝導率が高い金属材料で構成されている。このように、リードよりも厚いダイパッドＤＰに半導体チップＣＨを搭載し、ダイパッドＤＰの裏面を封止体ＢＤの裏面から露出させたことにより、半導体チップＣＨで発熱した熱を効率的に実装基板側に放熱することができる。

図１および図２に示すように、封止体ＢＤを構成する封止樹脂は、インナー部ＩＬにおいて、信号リードＳＬの主面、裏面および側面を覆っており、信号リードＳＬの主面に形成された内溝ＧＶ１および外溝ＧＶ２の内部には、封止樹脂が充填されている。信号リードＳＬに内溝ＧＶ１および外溝ＧＶ２を設けた分、封止樹脂と信号リードＳＬの接触面積が増加し、密着力が増加する。また、内溝ＧＶ１を設けたことで、封止樹脂と信号リードＳＬの主面との界面が受けるせん断応力が、内溝ＧＶ１のアンカー効果により低減されるので、界面の剥離を防止できる。したがって、信号リードＳＬの主面の、ワイヤ接続領域ＢＣよりも半導体チップＣＨに近い側に内溝ＧＶ１を設けたことにより、封止樹脂と信号リードＳＬとの界面の剥離を防止できるので、信号リードＳＬの一端側（半導体チップＣＨに近い側）から発生する剥離に起因するワイヤＢＷの亀裂、断線を防止することができる。よって、半導体装置の信頼性を向上させることができる。また、信号リードＳＬのインナー部ＩＬにおいて、ワイヤ接続領域ＢＣと信号リードＳＬの他端との間に外溝ＧＶ２を設け、外溝ＧＶ２内に封止樹脂を充填させているので、信号リードＳＬの抜けを防止することができる。

また、封止体ＢＤを構成する封止樹脂は、インナー部ＩＬにおいて、ソースリードＧＬの主面、裏面および側面を覆っており、ソースリードＧＬの主面に形成された外溝ＧＶ２の内部には、封止樹脂が充填されている。したがって、ソースリードＧＬのインナー部ＩＬにおいて、ワイヤ接続領域ＢＣとソースリードＧＬの他端との間に外溝ＧＶ２を設け、外溝ＧＶ２内に封止樹脂を充填させているので、ソースリードＧＬの抜けを防止することができる。

次に、信号リードＳＬの詳細構造と、その構造に基づく効果について説明する。図３は、信号リードＳＬのインナー部ＩＬの拡大平面図と拡大断面図である。図３に示すように、信号リードＳＬのインナー部ＩＬは、その幅Ｗ１を有する第１領域Ｒ１と、図１に示すアウター部ＯＬと等しい幅Ｗ２を有する第３領域Ｒ３と、第１領域と第３領域の間の第２領域と、を有している。第１領域Ｒ１は、信号リードＳＬの延在方向と直交する第１辺Ｓａ（前述の一端に対応する）と、信号リードＳＬの延在方向に沿う２つの第２辺Ｓｂを有している。第３領域Ｒ３は、信号リードＳＬの延在方向と平行な２つの第４辺Ｓｄを有し、第２領域Ｒ２は、第１領域Ｒ１の第２辺Ｓｂと第３領域Ｒ３の第４辺Ｓｄを結ぶ第３辺Ｓｃを２つ有している。第１領域Ｒ１の幅（Ｗ１）は、２つの第２辺（Ｓｂ）で規定され、第３領域Ｒ３の幅（Ｗ２）は、２つの第４辺Ｓｄで規定される。第２領域Ｒ２の幅は、第１領域Ｒ１から第３領域Ｒ３に向けて徐々に減少している。

第１領域Ｒ１には、第１辺Ｓａから離れた位置に、第１辺Ｓａに平行に延在する内溝ＧＶ１が形成されている。第１領域Ｒ１の内溝ＧＶ１から第２領域Ｒ２までの間の領域が、ワイヤ接続領域ＢＣであり、このワイヤ接続領域ＢＣにワイヤＢＷが接続される。ワイヤＢＷと信号リードＳＬとが接続されたワイヤ接続部は、ワイヤ接続領域の一部に位置することとなる。第３領域Ｒ３には、信号リードＳＬの延在方向と直交する方向（第１辺Ｓａに平行な方向）に外溝ＧＶ２が延在している。

信号リードＳＬのワイヤ接続領域ＢＣの幅を広く確保するため、第１領域Ｒ１の幅Ｗ１は、第３領域Ｒ３の幅Ｗ２よりも大である（Ｗ１＞Ｗ２）。

内溝ＧＶ１は、断面がＶ字形状で、その長さがＷ３Ａ、その深さがＤ１Ａである。内溝ＧＶ１は、第２辺Ｓｂに達することなく、第２辺Ｓｂの内側で終端している。つまり、内溝ＧＶ１の長さ（Ｗ３Ａ）は、第１領域Ｒ１の幅Ｗ１より小であり（Ｗ３Ａ＜Ｗ１）、かつ、内溝ＧＶ１の両端は第２辺Ｓｂの内側で終端している。外溝ＧＶ２は、断面がＶ字形状で、その長さがＷ４、その深さがＤ２であり、外溝ＧＶ２の長さ（Ｗ４）は、第３領域Ｒ３の幅よりも小である（Ｗ４＜Ｗ２）。外溝ＧＶ２も、第４辺Ｓｄの内側で終端している。内溝ＧＶ１および外溝ＧＶ２が、それぞれ、第２辺Ｓｂおよび第４辺Ｓｄの内側で終端しているので、信号リードＳＬの機械的強度を維持でき、信号リードＳＬの主面の平坦性を確保することができる。また、信号リードＳＬの延在方向において、外溝ＧＶ１の肩部は、第１辺Ｓａから所定の距離離れているので、信号リードＳＬの機械的強度を維持でき、信号リードＳＬの主面の平坦性を確保することができる。信号リードＳＬ主面の平坦性を確保できることで、信号リードＳＬに対するワイヤＢＷの接続信頼性が向上する。

ワイヤ接続領域ＢＣの幅は、内溝ＧＶ１の幅（Ｗ３Ａ）と等しく、その位置は、内溝ＧＶ１に対応している。つまり、信号リードＳＬの延在方向において、ワイヤＢＷが信号リードＳＬと接続される位置には、必ず、内溝ＧＶ１が存在するので、仮に、信号リードＳＬの延在方向と直交する方向に、ワイヤＢＷの接続位置（ワイヤ接続部）がずれたとしても、前述のワイヤＢＷの亀裂、断線を確実に防止することができる。

また、内溝ＧＶ１の長さ（Ｗ３Ａ）はワイヤ接続領域ＢＣの幅と等しく、第３領域Ｒ３のリード幅（Ｗ２）および外溝ＧＶ２の長さ（Ｗ４）よりも大である（Ｗ３Ａ＞Ｗ２、Ｗ４）。この構造により、信号リードＳＬのワイヤ接続領域ＢＣの幅を広く確保し、信号リードＳＬの延在方向と直交する方向に、ワイヤＢＷの接続位置がずれたとしても、前述のワイヤＢＷの亀裂、断線を確実に防止することができる。

内溝ＧＶ１内に封止樹脂を充填させ、封止樹脂と信号リードＳＬＢの主面との界面が受けるせん断応力を、アンカー効果により低減しているので、内溝ＧＶ１の深さ（Ｄ１Ａ）は、外溝ＧＶ２より深くしている。

外溝ＧＶ２の深さ（Ｄ２）を内溝ＧＶ１の深さ（Ｄ１Ａ）よりも浅くしたことにより、信号リードＳＬの機械的強度を維持でき、ワイヤ接続領域ＢＣの平坦性を確保することができる。また、信号リードＳＬのインナー部ＩＬの主面は、内溝ＧＶ１および外溝ＧＶ２の形成領域を除き、全体的に均一な面を有しているので、ワイヤ接続領域ＢＣの平坦性を確保することができる。その結果、ワイヤＢＷの接続信頼性が向上する。

なお、内溝ＧＶ１および外溝ＧＶ２は、その断面がＶ字形状としたが、これに限定されるものではなく、例えば、Ｕ字形状またはコの字形状であっても良い。また、内溝ＧＶ１を信号リードＳＬの延在方向と直交する方向に隣接して延在する２つの平行なＶ字型の溝で構成しても良い。

＜半導体装置の製造方法＞
次に、図１から図６を用いて、本実施の形態の半導体装置ＳＤの製造方法について説明する。図４は、本実施の形態の半導体装置ＳＤの製造工程を示すプロセスフローである。

まず、図４に示すチップ準備工程（Ｓ１）では、半導体チップＣＨを準備する。前述のとおり、半導体チップＣＨは、シリコン基板からなり、その主面には複数の半導体素子および配線が形成され、半導体素子および配線上に絶縁膜を介して複数のパッド（信号パッドＢＰおよびソースパッドＢＰＧ）が形成されている。

次に、リードフレーム準備工程（Ｓ２）について説明する。図５は、本実施の形態の半導体装置ＳＤの製造工程で使用するリードフレームＬＦの要部平面図である。図５には、封止体ＢＤの外形を破線で示している。

リードフレームＬＦは、中央部にダイパッドＤＰを有し、ダイパッドＤＰの周囲には複数のリードが配置されている。前述のとおり、複数のリードには、複数の信号リードＳＬ、ソースリードＧＬおよびダミーリードＤＬが含まれている。複数のリードの周囲には、上下左右に延在する外枠ＯＦが配置され、複数のリードの他端は外枠ＯＦに接続されている。また、複数のリード間を接続するようにダムＤＭが配置されており、ダムＤＭは、外枠ＯＦに接続されている。ダイパッドＤＰは、吊りリードＤＰＳを介して外枠ＯＦに接続されている。図５において、上部に位置する吊りリードＤＰＳの両側には、後述するゲートＧＴとなる部分に、リードフレームＬＦに開口が形成されている。また、下部に位置する吊りリードＤＰＳの両側には、後述するレジン溜りＰＫＴとなる部分に、リードフレームに開口が形成されている。

次に、図４のチップ搭載工程（Ｓ３）について説明する。準備したリードフレームＬＦのダイパッドＤＰ上にダイボンディング材ＡＤを介して半導体チップＣＨを接着する。ダイボンド材ＡＤは、例えばエポキシ系の接着材、あるいは、エポキシ系の熱硬化性樹脂に、銀（Ａｇ）などから成る金属粒子を含有させた導電性接着材を用いる。

次に、ワイヤボンディング工程（Ｓ４）について説明する。図１および図２に示したように、半導体チップＣＨの信号パッドＢＰと信号リードＳＬのワイヤ接続領域ＢＣとをワイヤＢＷで電気的に接続する。各信号パッドＢＰと各信号リードＳＬとは、一本のワイヤＢＷで接続されている。さらに、半導体チップＣＨのソースパッドＢＰＧとソースリードＧＬのワイヤ接続領域ＢＣとをワイヤＢＷで電気的に接続する。各ソースパッドＢＰＧに接続された１本のワイヤＢＧは、ソースリードＧＬのワイヤ接続領域ＢＣに接続されている。ソースリードＧＬのワイヤ接続領域ＢＣには、複数のソースパッドに接続された複数本のワイヤＢＷが接続されている。なお、ワイヤボンディング工程（Ｓ４）が完了した状態は、図１に示されている。

次に、樹脂封止工程（Ｓ５）について説明する。図６は、図５および図１のＢ−Ｂ´線に沿う樹脂封止工程の断面図である。ワイヤボンディング工程が完了したリードフレームＬＦを金型内に載置し、半導体チップＣＨ、ダイパッドＤＰ、複数のリードおよびワイヤＢＷを封止樹脂で被覆する。金型は、キャビティＣＶと、キャビティＣＶに連通するゲートＧＴおよびレジン溜りＰＫＴとを有している。本実施の形態では、下金型ＬＭには、ゲートＧＴとキャビティＣＶが形成され、上金型ＵＭには、キャビティＣＶとレジン溜りＰＫＴが形成されている。ただし、ゲートＧＴ、キャビティＣＶおよびレジン溜りを、下金型ＬＭおよび上金型ＵＭのどちらか一方にのみ形成することも可能であり、また、それぞれを下金型ＬＭおよび上金型ＵＭの両方に形成することも可能である。

下金型ＬＭと上金型ＵＭとに設けられたキャビティＣＶに、半導体チップＣＨ、ダイパッドＤＰおよび複数のリードを載置し、下金型ＬＭに設けたゲートＧＴから封止樹脂をキャビティＣＶに注入して、半導体チップＣＨ、ダイパッドＤＰ、ワイヤＢＷおよび複数のリードを被覆する封止体ＢＤ（図１および図２に示す）を形成する。図６のキャビティＣＶは、図５に破線で示した封止体ＢＤの内側に対応する。図５および図６に示すように、ダイパッドＤＰの一方に位置するゲートＧＴからキャビティＣＶ内に封止樹脂を注入する。この時、ゲートＧＴの反対側には、上金型ＵＭに形成されたレジン溜りＰＫＴが配置されており、キャビティＣＶ内の空気を含んだ封止樹脂を積極的にレジン溜りＰＫＴに流し込んでいる。因みに、レジン溜りＰＫＴの厚さ（ｔ）は、封止樹脂に含まれるフィラーの平均粒径（１８μｍ）よりも大きく（例えば、２０μｍ）設定している。レジン溜りＰＫＴを設けない場合、樹脂封止工程において、封止樹脂の注入圧により、キャビティＣＶ内の空気は、ゲートＧＴと反対側に形成されたエアベントと呼ばれる非常に薄い隙間から金型の外部に排出される。しかしながら、キャビティＣＶ内に注入された封止樹脂の先端部分は、キャビティＣＶ内の空気（ボイド）を巻き込んでしまうので、ボイド含有量は、他の部分に比べ高くなる。したがって、キャビティＣＶ内に注入された封止樹脂の先端部分がキャビティＣＶ内に残る樹脂封止方法では、ゲートＧＴと反対側に位置する封止体ＢＤは、ボイド含有量が高い封止樹脂で構成されることとなる。ボイド含有量が高い封止樹脂は、例えば、信号リードＳＬとの密着性が低いため、剥離が発生しやすい。

本実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、封止樹脂に含まれるフィラーの平均粒径（１８μｍ）よりも厚いレジン溜りＰＫＴに、空気を巻き込んだ封止樹脂を流し込むことにより、全体にわたってボイド含有量が少ない封止樹脂で封止体ＢＤ形成することが可能となる。したがって、封止樹脂と信号リードＳＬとの密着性を向上でき、封止樹脂と信号リードＳＬとの界面の剥離、およびそれに起因するワイヤＢＷの亀裂、断線の発生を防止することができる。特に、ゲートＧＴと反対側に位置する信号リードＳＬであっても、封止樹脂との密着性が向上するため、前述の界面の剥離、ワイヤＢＷの亀裂、断線を防止することができる。

次に、ダム切断およびリード成形工程（Ｓ６）について説明する。樹脂封止工程（Ｓ５）が完了したリードフレームＬＦを金型から取り出し、複数のリード間およびリードと外枠ＯＦ間を接続しているダムＤＭ部分を切断除去する。この時、同時に、図５の破線に沿って、吊りリードＤＰＳの切断を行う。さらに、複数のリードのアウター部ＯＬのリード成形を行い、図２に示すアウター部ＯＬのガルウイング形状が得られる。つまり、複数のリード（例えば、信号リードＳＬおよびソースリードＧＬ）は、封止体ＢＤの側面から突出し、封止体ＢＤの裏面に向かって屈曲し、さらに封止体ＢＤから離れる方向に屈曲している。

次に、個片化工程（Ｓ７）を説明する。リード成形が完了した複数のリードをリードフレームＬＦの外枠ＯＦから切断し、図１に示す半導体装置ＳＤが完成する。また、この個片化工程により、複数のリードが外枠ＯＦから切り離され、複数のリードの他端が形成される。

＜変形例１＞
図７は、本実施の形態の信号リードＳＬの変形例を示す拡大平面図および拡大断面図である。つまり、図７は、図６の変形例に相当する。

変形例１の信号リードＳＬＢでは、内溝ＧＶ１Ｂが複数の貫通孔ＴＨで構成されている。複数の貫通孔ＴＨは、信号リードＳＬＢの延在方向に直交する方向に直線状に配列されている。各貫通孔ＴＨの直径は、貫通孔ＴＨ内に封止樹脂を充填させるために、例えば、封止樹脂に含まれるシリカフィラーの平均粒径の５倍以上とする。具体的には、０．１〜０．１５ｍｍとする。

各貫通孔ＴＨは、辺Ｓａ、辺Ｓｂと交差しないように、辺Ｓａ、辺Ｓｂより内側に形成されているので、信号リードＳＬＢの機械的強度を維持でき、ワイヤ接続領域ＢＣの平坦性も維持できる。さらに、貫通孔ＴＨ内に封止樹脂が充填されることにより、封止樹脂と信号リードＳＬＢの主面との界面が受けるせん断応力が、内溝ＧＶ１Ｂのアンカー効果により低減されるので、界面の剥離を防止できる。したがって、信号リードＳＬＢの一端側（半導体チップＣＨに近い側）から発生する剥離に起因するワイヤＢＷの亀裂、断線を防止することができ、半導体装置の信頼性を向上させることができる。

＜変形例２＞
図８は、本実施の形態の信号リードＳＬの変形例を示す拡大平面図および拡大断面図である。つまり、図７は、図６の変形例に相当する。

変形例２の信号リードＳＬＣでは、内溝ＧＶ１Ｃが格子状に配列された複数の浅溝によって構成されている。つまり、信号リードＳＬＣの延在方向および延在方向に直交する方向に、複数の浅溝が隣接して設けられている。各浅溝の深さ（Ｄ１Ｃ）は、外溝ＧＶ２の深さ（Ｄ２）よりも浅い。

内溝ＧＶ１Ｃを格子状に配列された複数の浅溝で構成し、浅溝内に封止樹脂を充填することにより、封止樹脂と信号リードＳＬＣの主面との界面が受けるせん断応力が、内溝ＧＶ１Ｃのアンカー効果により低減されるので、界面の剥離を防止できる。

また、外溝ＧＶ２よりも浅い浅溝で内溝ＧＶ１Ｃを構成したことで、信号リードＳＬＣの機械的強度を低減させることがなく、ワイヤ接続領域ＢＣの平坦性を確保することができる。

以上、本願発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

ＢＣ ワイヤ接続領域
ＢＤ 封止体
ＢＷ ワイヤ
ＣＨ 半導体チップ
ＳＤ 半導体装置
ＳＬ 信号リード
ＧＶ１ 内溝

Claims (16)

1. 半導体チップと、
   前記半導体チップの周囲に配置され、主面と前記主面に対向する裏面とを有するリードと、
   前記リードの前記主面に接続され、前記半導体チップと前記リードとを電気的に接続するワイヤと、
   前記半導体チップ、前記リードおよび前記ワイヤを封止樹脂で被覆した封止体と、
   を有し、
   前記リードは、前記リードの延在方向である第１方向において、前記封止体の内部に位置する一端と、前記封止体の外部に位置する他端と、前記ワイヤが接続されたワイヤ接続部と、を有し、
   前記リードは、前記主面上において、前記一端と前記ワイヤ接続部との間であって、前記封止体の内部に第１溝を有し、
   前記第１溝は、前記第１方向に対して直交する第２方向に沿って延在しており、
   前記第２方向において、第１溝の長さは、平面視において前記リードの前記一端の長さよりも小であり、
   前記リードは、前記主面上において、前記ワイヤ接続部と前記他端の間であって、前記封止体の内部に第２溝を有し、
   前記第１溝の深さは、前記リードの膜厚方向において前記第２溝の深さよりも大である、半導体装置。
2. 請求項１において、
   前記リードの線膨張係数は、前記封止樹脂の線膨張係数よりも大である、半導体装置。
3. 請求項２において、
   前記リードは銅からなり、前記封止樹脂はシリカからなるフィラーを含むエポキシ樹脂からなる、半導体装置。
4. 請求項１において、
   前記第２方向において、前記第１溝の長さは、前記第２溝の長さよりも大きい、半導体装置。
5. 請求項１において、
   前記リードは、前記封止体の内部のインナー部と前記封止体の外部のアウター部とを有し、前記第２方向における前記アウター部の幅は、前記第２方向における前記第１溝の長さよりも小である、半導体装置。
6. 請求項５において、
   前記第２方向において、前記インナー部の幅は、前記アウター部の幅よりも大である、半導体装置。
7. 請求項１において、
   前記第１溝の断面形状はＶ字形状である、半導体装置。
8. 請求項１において、
   前記第２溝の断面形状はＶ字形状である、半導体装置。
9. 対向する第１辺と第２辺とを有する四角形の第１面を有し、前記第１面上に第１パッドと複数の第２パッドとを有する半導体チップと、
   前記半導体チップの前記第１辺および前記第２辺に直交する第１方向に延在し、主面と前記主面に対向する裏面とを有する第１リードおよび第２リードと、
   前記第１リードの主面に接続され、前記半導体チップの前記第１パッドと前記第１リードとを電気的に接続する第１ワイヤと、
   前記第２リードの主面に接続され、前記半導体チップの前記複数の第２パッドと前記第２リードとを電気的に接続する複数の第２ワイヤと、
   前記半導体チップ、前記第１リード、前記第２リード、前記第１ワイヤおよび前記複数の第２ワイヤを封止樹脂で被覆した封止体と、
   を有し、
   前記第１リードは、前記半導体チップの前記第１辺側に配置され、前記第２リードは、前記半導体チップの前記第２辺側に配置されており、
   前記第１リードは、前記第１方向において、前記封止体の内部に位置する第１端部と、前記封止体の外部に位置する第２端部と、前記封止体の内部に位置し、前記第１ワイヤが接続された第１ワイヤ接続部とを有し、
   前記第２リードは、前記第１方向において、前記封止体の内部に位置する第３端部と、前記封止体の外部に位置する第４端部と、前記封止体の内部に位置し、前記複数の第２ワイヤが接続された第２ワイヤ接続部とを有し、
   前記第１リードは、前記第１リードの主面上において、前記第１端部と前記第１ワイヤ接続部との間であって、前記封止体の内部に第１溝を有し、
   前記第２リードは、前記第２リードの主面上において、前記第２ワイヤ接続部から前記第３端部までは溝が配置されていない連続する平坦面を有し、
   前記第１溝は、前記第１方向に対して直交する第２方向に沿って延在しており、
   前記第２方向において、前記第１溝の長さは、平面視において前記第１リードの前記第１端部の長さよりも小であり、
   前記第１リードは、前記第１リードの主面上において、前記第１ワイヤ接続部と前記第２端部の間であって、前記封止体の内部に第２溝を有し、
   前記第１溝の深さは、前記第１リードの膜厚方向において前記第２溝の深さよりも大である、
   半導体装置。
10. 請求項９において、
    前記第２ワイヤ接続部の面積は、前記第１ワイヤ接続部の面積よりも大きい、半導体装置。
11. 請求項９において、さらに、
    前記封止体内の前記第２リードの主面において、前記第２ワイヤ接続部と前記第４端部との間に第３溝を有する、半導体装置。
12. 請求項９において、
    前記第２方向において、前記第１リードの前記第１溝の長さは、前記第２溝の長さよりも大きい、半導体装置。
13. 請求項９において、
    平面視において、前記第２リードは、前記第２方向に延在する第１部分と、前記第１部分から前記第１方向に沿って延在する複数の第２部分と、を有し、
    前記第２リードの前記複数の第２部分のそれぞれの一部および前記第１部分は、前記封止体の内部に位置し、
    平面視において、前記第２リードの前記第１部分と前記第２リードの前記複数の第２部分とで囲まれた領域には、前記封止体の前記封止樹脂が介在する、半導体装置。
14. 請求項９において、
    前記第１溝の断面形状はＶ字形状であり、
    前記第２溝の断面形状はＶ字形状である、半導体装置。
15. 請求項１１において、
    前記第３溝の断面形状はＶ字形状である、半導体装置。
16. 請求項１１において、
    前記第２方向において、前記第１溝の長さは、前記第３溝の長さよりも大きい、半導体装置。

Images