JP6869602B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置に関するものである。
近年における電子デバイスは、電力消費の削減や環境負荷低減の為の低消費電流動作が要求されている。さらに、車載に代表される高温環境下での安定した高信頼動作が要求されている。電子デバイスの主たる構成を担う半導体デバイスも一種の抵抗と見なすことができ、電流が流れると、オン抵抗（電気を流したときの内部抵抗）に応じた熱を発生することになる。発生した熱は、半導体デバイスそのものに対してはもちろん、それを組み込んだ電子機器にもさまざまな悪影響を及ぼすことから、こうした熱による悪影響を回避するために、半導体パッケージの熱対策が不可欠となっている。半導体デバイスにおける熱は熱源となる半導体チップから最終的な熱の放出先となる空気へ放熱されるが、放熱される熱の大半は外部端子からプリント基板に熱伝導し、空気へと伝達する経路である。従って、半導体デバイスからプリント基板への放熱を促す構造が重要である。放熱性の高い半導体装置として、ダイパッドの裏面を封止樹脂から露出したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−１９９６３９号公報 特願平１１−９５１８５号公報
しかしながら、この構造を有する半導体装置は、樹脂封止する際にダイパッド裏面と金型との間に樹脂が流れ込み、フラッシュバリと呼ばれる薄いバリが容易に形成されてしまう。そこで、フラッシュバリは放熱性を著しく阻害するため、放熱板の外周部へ溝を設けて流入を防ぐものが提案されている。（例えば、特許文献２参照）
特許文献２に示された半導体装置では、ダイパッドに対して搭載する半導体チップの平面積が変化すると、それに伴ってフラッシュバリの発生量も変化し、流出防止の溝を越えて裏面放熱板の全面へ流れだしてしまうことがある。フラッシュバリ１０が付着形成された場合、これを除去するためには電解バリ浮かしやアルカリ無電解浸漬など技術的に高度な工程を付加する必要がある。
本発明は、上記課題に鑑み成されたもので、ラッシュバリが形成されても容易に除去することが可能な放熱性の高い半導体装置を得ることを目的とするものである。
上述の課題を解決するために以下の手段を用いた。
ダイパッド上に載置された半導体チップと、前記ダイパッドの周囲に設けられたリードと、前記リードのリードインナー部と前記半導体チップを電気的に接続するボンディングワイヤと、前記半導体チップおよび前記ダイパッドと前記ボンディングワイヤとを被覆する封止樹脂と、からなる半導体装置であって、前記ダイパッドの裏面は前記封止樹脂から露出し、前記裏面と反対側の前記ダイパッドの中央部上面には凹部が設けられ、前記凹部内に前記半導体チップが載置されていることを特徴とする半導体装置とした。
上記手段を用いることで、ダイパッド裏面にフラッシュバリが固着しても容易に除去することが可能で、良好な放熱性を有する半導体装置とすることができる。
本発明の実施例である半導体装置の平面図である。 本発明の実施例である半導体装置の断面図である。 本発明の実施例である半導体装置の要部拡大断面図である。 本発明の実施例である半導体装置の工程途中における断面図である。 本発明の実施例である半導体装置の変形例の断面図である。 本発明の実施例である半導体装置の変形例の平面図である。 本発明の実施例である半導体装置の製造フローである。 従来構造の半導体装置の工程途中における断面図である。 従来構造の半導体装置の工程途中における断面図である。
発明者がフラッシュバリの発生状況について鋭意調査したところ、以下の様な知見が得られた。これについて図８および図９を用いて説明する。
図８および図９は、従来構造の半導体装置の樹脂封止工程を図示したものである。図８（ａ）、（ｂ）はダイパッドに対して半導体チップの平面積が比較的小さく、図９（ａ）、（ｂ）はダイパッドに対して半導体チップの平面積が比較的大きい例である。図８（ａ）および図９（ａ）は樹脂封止前の図であり、図８（ｂ）および図９（ｂ）は樹脂封止後の図である。
ダイパッド２に載置された半導体チップ４は、ボンディングワイヤ６を介してリード５と電気的に接続された状態で上下の金型１１、１２に収納される。その後、上下金型１１、１２で形成されるキャビティ（符号８で示した領域）にゲート９から樹脂８が充填され封止される。このとき、ダイパッド２の底面２aと下金型１１の上面との隙間に封止材８が入り込むことになる。
図８（ａ）、（ｂ）に示す通り、ダイパッド２に対して半導体チップ４の平面積が小さいと、ゲート９から封止材８を充填する際に、半導体チップ４の最外周がダイパッド２の最外周付近に位置しないことにより、その直下にあるダイパッド底面２ａの最外周からダイパッド底面２ａ全面への封止材８の流動抵抗が小さくなり、ダイパッド底面２aを下金型１１の上面へ押し付ける力が弱くなる影響からフラッシュバリ１０の付着形成が増大する。逆に、図９（ａ）、（ｂ）に示している通り、ダイパッド２に対して半導体チップ４の平面積が大きいと封止材８の流動抵抗は増大してフラッシュバリ１０の付着形成が抑制されると考えられる。
本発明は、以上の知見に基づきなされたもので、ダイパッドの平面積に対し半導体チップの平面積が小さい場合であってもフラッシュバリの発生を抑制できる半導体装置を提供するものである。
以下、本発明の実施形態について図を用いて説明する。
図１は、本発明の実施例である半導体装置の断面図である。樹脂封止型の半導体装置１６は、半導体チップ４と、半導体チップ４を固定するダイパッド２と、ダイパッド２の周辺から外側に延在されたリード５とを備えている。半導体チップ４は、例えば、半導体基板と、半導体基板上に設けられた配線層などで構成されるものであり、ダイパッド２に接着剤３にて接着固定されている。ダイパッド２及びリード部５は、導電性を有するものであり、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ合金やＣｕ合金等の金属で形成されている。リードインナー部５ａが導電性を有するボンディングワイヤ６を介して半導体チップ４上のパッドと電気的に接続されている。なお、ボンディングワイヤ６には、金線や銅線が用いられる。半導体チップ４とボンディングワイヤ６とリードインナー部５ａとダイパッド２の上面及び側面は封止樹脂８によって覆われている。一方、ダイパッド２の底面２ａは封止樹脂８により覆われてなく、外部へ露出している。
ダイパッド２に搭載する半導体チップ４の平面積が変化すると、それに伴ってフラッシュバリ１０の発生量も変化し、フラッシュバリ１０がダイパッド２の底面２ａの外周部から中心に向けて流れ込むことになる。既に説明したように、図７はそのような状態を表しており、ダイパッド２の平面積に対して搭載する半導体チップ４の平面積が小さいとフラッシュバリ１０の発生量は増大する。そこで、このフラッシュバリの発生を回避するために、本実施例では図１に示す通り、半導体チップ４の周囲に側壁１を設けた。ダイパッド２は上面に側壁１に囲まれた凹部２０を有し、その凹部２０の底部に接着剤３を介して半導体チップ４を接着固定している。図１では、側壁１は半導体チップ４の近傍からダイパッド２の最外周までに及ぶ領域に設けられているが、この側壁１は半導体チップ４から離れた最外周領域のみに設けられていても良い。なお、側壁１と半導体チップ４側面との隙間には封止樹脂８が充填されている。また、側壁１の上面高さは半導体チップ４の上面高さと同程度である。
図２は、本発明の実施例である半導体装置の平面図である。ダイパッド２の中央部には凹部２０が設けられ、凹部２０内には接着剤３を介して半導体チップ４が固定されており、半導体チップ４の辺を側壁１が囲んでいる。ダイパッド２の周囲には複数のリードインナー部５ａがあり、本実施形態においては、ダイパッド２の一辺側に２本、対向する他辺側に２本、計４本配置されている。リードインナー部５ａが導電性を有するボンディングワイヤ６を介して半導体チップ４上のパッドと電気的に接続されている。なお、ボンディングワイヤ６には、金線や銅線が用いられる。
図３は、本発明の実施例の半導体装置の要部拡大図で、図２のＡ−Ａ'線における部分断面図である。図３に示す通り、ダイパッド２の平面積より小さい半導体チップ４が接着剤３を介してダイパッド４の上面へ接着固定されている。ダイパッド２の上面には凹部２０が設けられ、半導体チップ４の平面積は凹部２０よりも小さく、凹部２０内に載置されている。側壁１の高さ（凹部深さ）１５は、半導体チップ４の厚さ以上で、側壁１の上面高さはリードインナー部５ａの上面高さより低いことが望ましい。このような構成とすることで、ボンディングワイヤ６とダイパッド２との接触の懸念が無い低背パッケージを形成することが可能となる。
図４は、本発明の半導体装置の工程途中における断面図である。
ダイパッド２の凹部に載置された半導体チップ４は、ボンディングワイヤ６を介してリード５と電気的に接続された状態で上下の金型１１、１２に収納される。その後、上下金型１１、１２で形成されるキャビティ（符号８で示した領域）にゲート９から樹脂８が充填（左から右への矢印で図示）されるが、その際、下方向の圧力（下矢印で図示）によってダイパッド２が下金型１１の上面に押し付けられることになる。これはキャビティ内での封止樹脂８の流動抵抗が増大するためである。ダイパッド２が下金型１１に強く押し付けられることで、その間に封止樹脂が入り込みにくくなり、フラッシュバリの発生が抑制されることになる。
図５は、本発明の半導体装置の変形例を示す断面図である。図１に示した半導体装置との違いは側壁１の外側に側壁突出部１ａを設けた点である。側壁突出部１ａは側壁１と同じ高さを有し、その底面は凹部２０の底面と同じである。そして、側壁突出部１ａの下部には封止樹脂８が充填されている。
このような構成とすることで樹脂充填時に上方からダイパッド２外周部にかかる圧力がさらに増し、ダイパッド底面２ａを下金型の上面へ押し付ける力がさらに強くなり、フラッシュバリの付着が抑制されることになる。さらには、側壁突出部１ａの存在によりダイパッド２と封止樹脂８との接着性が増大するという副次的な効果もある。なお、側壁突出部１ａの材質はダイパッド２と同じＦｅ−Ｎｉ合金やＣｕ合金等の金属であるほうが成形上は好都合であるが、リード５やボンディングワイヤ６との接触を回避するということで絶縁体とすることでも構わない。
図６は、本発明の半導体装置の他の実施例であり、図２の実施例において側壁形状の一部を変更した際の平面図を示している。ダイパッド２には接着剤３を介して半導体チップ４が固定されており、半導体チップ４の辺に対して側壁１が囲んでいる。この側壁１に封止樹脂８が流入する入り口のゲート９に対向で且つ垂直な樹脂流入溝７を有している。これにより、側壁1の高さが影響して封止樹脂８の流動性が低下し充填不足に至った場合でも樹脂流入溝７によって半導体装置１６の末端まで封止樹脂８が確実に充填可能となることから、ダイパッド底面２ａへのフラッシュバリ１０の付着形成を抑制しつつ安定的な封止樹脂８の充填が可能となる。尚、樹脂流入溝７は充填状態に応じて請求の範囲で形状を変更し設ける。
図７には、本発明の半導体装置の製造フローを示した。まず、Ｆｅ−Ｎｉ合金やＣｕ合金からなる平板の金属板を準備し、これを打ち抜き及びプレス加工を施してリードフレームを成形する。なお、側壁１はリードフレームを金型によるプレス工法やエッチング工法もしくは電鋳工法によって形成できる。次いで、ダイパッド上にダイボンディングペーストを介して半導体チップを載置する（Ｓ２）。続くワイヤボンド工程Ｓ３は半導体チップ上の電極とリードフレームのリードとをワイヤで接続する工程である。
組立検査工程Ｓ４にて外観検査をした後、ダイパッド上の半導体チップを樹脂で被覆（Ｓ５）する。このとき、図３（ｂ）に示すように、ダム１２の突端は金型１３と接触して樹脂の流れ込みを堰き止める役目を果たす。そして、その後、余分な樹脂バリ取りを行う（Ｓ６）。従来の半導体装置であれば、この後にフラッシュバリ１０を除去する工程になるが、本発明の半導体装置の製造工程においてはその工程は不要であり、リードメッキ工程Ｓ７とリード切断工程Ｓ８を経て本発明の半導体装置が完成する。
尚、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
１ 側壁
１ａ 側壁突出部
２ ダイパッド
２ａ ダイパッド底面
３ 接着剤
４ 半導体チップ
４ａ 半導体チップ底面
５ リード
５ａ リードインナー部
６ ボンディングワイヤ
７ 樹脂流入溝
８ 封止樹脂
９ ゲート
１０ フラッシュバリ
１１ 下金型
１２ 上金型
１５ 側壁高さ（凹部深さ）
１６ 半導体装置
２０ 凹部
Ｓ１ リードフレーム成形工程
Ｓ２ ダイボンド工程
Ｓ３ ワイヤボンド工程
Ｓ４ 組立検査工程
Ｓ５ 樹脂封止工程
Ｓ６ 樹脂バリ取り工程
Ｓ７ リードメッキ工程
Ｓ８ リード切断工程

Claims (4)

  1. 表面に凹部を有するダイパッドと、
    前記凹部内に載置された半導体チップと、
    前記ダイパッドの周囲に設けられたリードと、
    前記リードのリードインナー部と前記半導体チップを電気的に接続するボンディングワ
    イヤと、
    前記半導体チップ、前記ダイパッドおよび前記ボンディングワイヤを被覆している封止
    樹脂と、を備え、
    前記ダイパッドの裏面は前記封止樹脂から露出し、
    前記ダイパッドの側壁の外方側面に側壁突出部が設けられ、
    前記側壁突出部の上面は前記側壁の上面と同じ高さであって、前記側壁突出部の底面は前記凹部の底面と同じ高さであることを特徴とする半導体装置。
  2. 表面に凹部を有するダイパッドと、
    前記凹部内に載置された半導体チップと、
    前記ダイパッドの周囲に設けられたリードと、
    前記リードのリードインナー部と前記半導体チップを電気的に接続するボンディングワ
    イヤと、
    前記半導体チップ、前記ダイパッドおよび前記ボンディングワイヤを被覆している封止
    樹脂と、を備え、
    前記ダイパッドの裏面は前記封止樹脂から露出し、
    前記ダイパッドの側壁の外方側面に側壁突出部が設けられ、
    前記側壁突出部が絶縁体であることを特徴とする半導体装置。
  3. 前記凹部の深さが前記半導体チップの厚さよりも深いことを特徴とする請求項１または請求項２記載の半導体装置。
  4. 前記ダイパッドの外周上面の一部に樹脂流入溝が設けられていることを特徴とする請求
    項１乃至３のいずれか１項記載の半導体装置。
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