JP7381168B2

JP7381168B2 - 半導体装置の設計方法

Info

Publication number: JP7381168B2
Application number: JP2019221870A
Authority: JP
Inventors: 千明荒木
Original assignee: Nisshinbo Micro Devices Inc
Current assignee: Nisshinbo Micro Devices Inc
Priority date: 2019-12-09
Filing date: 2019-12-09
Publication date: 2023-11-15
Anticipated expiration: 2039-12-09
Also published as: JP2021093411A

Description

本発明は、半導体素子とリード端子の一端とを樹脂で封止する構造の半導体装置であって、リード抜け等が発生しない半導体装置の設計方法に関する。

半導体素子とリード端子の一端とを樹脂で封止する構造の半導体装置は、通常次のように製造される。まず、図７に示すようにリードフレーム１を用意し、ダイパッド２上に半導体素子３を実装する。図７に示す例では、２個の半導体装置を形成するリードフレーム１を示しており、各ダイパッド２を取り囲むように両側に４本ずつリード端子４ａ～４ｄが配置されている。半導体素子３の電極と各リード端子４ａ～４ｄとは、金属ワイヤ等周知の方法で接続される。なお図７において、５はリード端子４ａ～４ｄの端部に形成された凸部、６はリード端子４ａ～４ｄ間等の連結部、７はリードフレーム１の枠体である。

半導体素子３と、この半導体素子３との接続が形成されたリード端子４ａ～４ｄの端部は、図８に示すように樹脂８によって封止される。図８に示す例では、２個の半導体装置を樹脂８により一括封止した例を示している。樹脂８は、リードフレーム１の表面側のみに形成して裏面にリード端子４ａ～４ｄの裏面側を露出するように形成する場合や、リードフレーム１の表面および裏面に形成してリード端子４ａ～４ｄを表面および裏面から覆うように形成する場合がある。

その後、図９に示すようにリード端子４ａ～４ｄ間の連結部６、ダイパッド２間の連結部６、リード端子４ａ～４ｄあるいはダイパッド２と枠体７との連結部６および樹脂８の一部を切断領域Ａ１～Ａ５に沿って格子状に切断して、個々の半導体装置に個片化する。この切断は、ダイシングソーを用いる方法や、ダイシングソーと切断金型を用いる方法により行われる。また、リード端子４ａ～４ｄは連結部６のみを切断除去した後、リード端子を所望の形状に加工して切断する場合もある。

このような個片化工程において、リード端子４ａ～４ｄの延出方向に引張応力が加わる。さらに個片化後の基板への実装工程や実装後においても、リード端子４ａ～４ｄの延出方向に引張応力が加わる。そこで、この引張応力によるリード抜けを防止するため、リード端子４ａ～４ｄの先端部に、幅方向に突出し幅広となる凸部５を形成している。あるいは別の方法としては、例えば特許文献１にはリード端子の厚さ方向に突出するツノ部等を配置する方法が提案されている。

特開２００３－１２４４２２号公報

ところで半導体装置の小型化、薄型化が進むと、リードフレーム１の表面のみに樹脂８を形成し、裏面からリード端子４ａ～４ｄを露出させる構造としたり、樹脂８で封止されるリード端子４ａ～４ｄの面積が小さくなってきている。その結果、リード端子４ａ～４ｄに加わる引張応力により、樹脂の破断やリード抜けが発生しやすくなっている。特に図９に示す凸部５を備えた構造のリード端子４ａ～４ｄは、凸部５から樹脂８に加わる応力により樹脂の破断やリード抜けが発生しやすくなるという問題があった。本発明はこのような実状に鑑み、樹脂の破断やリード抜けが生じない半導体装置の設計方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本願請求項１に係る発明は、リード端子の一方の端部に、幅方向の少なくとも一方に突出する凸部を備え、半導体素子と前記凸部を含む前記リード端子の一方の端部とを樹脂により封止し、前記リード端子の他方の端部が前記樹脂から露出する半導体装置の設計方法において、前記凸部を有する第１のリード端子と別の第２のリード端子とを隣接配置し、前記第１のリード端子に対して前記他方の端部の延出方向に引張応力を加えた場合に該引張応力に前記第１のリード端子が耐えられないとき、前記第１のリード端子の少なくとも前記第２のリード端子側の前記凸部の一部を切り欠き、この切り欠かれた領域を前記樹脂で置換することで、前記第１のリード端子と前記第２のリード端子との間に、前記引張応力に耐える体積の前記樹脂を配置することを特徴とする。

本願請求項２に係る発明は、請求項１記載の半導体装置の設計方法において、前記第２のリード端子が前記凸部を備え、前記凸部を有する前記第１のリード端子と前記凸部を有する前記第２のリード端子とをそれぞれの前記凸部が対向するように隣接配置し、前記第１のリード端子に対して前記他方の端部の延出方向に引張応力を加えた場合に該引張応力に前記第１のリード端子が耐えられないとき、前記第１のリード端子の前記凸部の一部を切り欠くとともに、前記第２のリード端子の前記凸部の一部を切り欠き、前記第１のリード端子および前記第２のリード端子のそれぞれの切り欠かれた領域を前記樹脂で置換することで、前記第１のリード端子と前記第２のリード端子との間に、前記引張応力に耐える体積の前記樹脂を配置することを特徴とする。

本願請求項３に係る発明は、請求項１又は２いずれか記載の半導体装置の設計方法において、前記凸部のＣ面取りにより、前記切り欠かれた領域を配置することを特徴とする。

本発明の半導体装置の設計方法によれば、引張応力に耐えられないリード端子の凸部の一部を切り欠くことで、リード端子から樹脂に加わる応力の集中領域の位置を変えるとともに、切り欠かれた領域に樹脂を配置することで、引張応力に耐える体積の樹脂を確保することができ、樹脂の破断やリード抜けが生じない半導体装置とすることができる。

隣接するリード端子の双方に凸部を備える場合には、それぞれのリード端子の凸部を切り欠くことで隣接するリード端子間に樹脂を配置することができ、いずれのリード端子に対する引張応力に対しても耐えることができる十分な体積の樹脂を確保することができ、効果が大きい。

本発明では、凸部のＣ面取りにより所望の体積の樹脂を配置することができ、リード端子に複雑な加工を施す必要がなく簡便に半導体装置を形成することができる。また、半導体装置の小型化の妨げとなることもない。

本発明の半導体装置の設計方法を説明する図である。本発明の第１の実施例の半導体装置の設計方法を説明する図である。本発明の第２の実施例の半導体装置の設計方法を説明する図である。本発明の半導体装置の設計方法を説明する図である。本発明の第２の実施例の半導体装置の設計方法を説明する図である。本発明の第３の実施例の半導体装置の設計方法を説明する図である。一般的な半導体装置の製造方法を説明する図である。一般的な半導体装置の製造方法を説明する図である。一般的な半導体装置の製造方法を説明する図である。

本発明の半導体装置の設計方法は、リード端子の端部に幅方向に突出する凸部が形成されている場合に、凸部によるアンカー効果を保持しながら、樹脂に加わる応力の集中領域の位置を変えるとともに、リード端子に加わる引張応力に耐える体積の樹脂を配置するように凸部の一部を切り欠くことを特徴としている。その結果、樹脂の破断やリード抜けの生じない半導体装置を提供することが可能となる。以下本発明の実施例について、従来例で説明した半導体装置を例にとり説明する。

まず第１の実施例について説明する。図１は従来例で説明した方法により製造された半導体装置のリード端子４ａ～４ｄおよびダイパッド２の表面における断面図を示しており、半導体素子３、半導体素子３とリード端子４ａ～４ｄとの接続、これらを封止する樹脂８の一部の記載を省略した図となっている。半導体装置は、図１に示すようにダイパッド２とその両側に配置するリード端子４ａ～４ｄのそれぞれの間に樹脂８が充填されている。リード端子４ａ～４ｄの裏面側は、樹脂８から露出する構造とし、各リード端子４ａ～４ｄに対し、その延出方向（それぞれの端子に対し矢印方向）に引張応力が加わるものとして説明する。

第１の実施例では、リード端子４ａについて検討する。図２は、リード端子４ａとリード端子４ｂ近傍の部分拡大図である。リード端子４ａには、隣接するリード端子４ｂ側に突出する凸部５ａが形成されている。このためリード端子４ａに対して矢印方向に引張応力が加わると、凸部５ａから樹脂８に対して応力が加わる。

ここでリード端子４ａは、凸部５ａから樹脂８の端部までの長さがリード端子４ｂに比べて長くなっている。このような構造の場合、凸部５ａから樹脂８に応力が加わっても、その応力に対抗できる樹脂８（図示を省略した樹脂を含む）がリード端子４ａの近傍に存在する。換言すると、この樹脂８はリード端子４ａに対する引張応力に耐える体積となっている。そのため、リード端子４ａについては、本発明の半導体装置の設計方法を適用する必要はないと判断される。

リード端子４ｄについても同様である。またダイパッド２を挟んで配置されるリード端子４ａ、４ｄについても同様である。なお、当然ながら引張応力の強さによってはリード端子４ａからの応力により樹脂の破断やリード抜けが生じてしまう場合がある。それに対し図２に示すリード端子４ａのように樹脂８の体積が十分にある場合には、後述する本発明を適用するより、アンカー効果を高めるため凸部５ａの突出量を大きくするという従来から提案されている方法によりリード抜けを防ぐのが好ましい場合もある。

次に第２の実施例として、リード端子４ｂについて検討する。図３に示すように、リード端子４ｂには隣接するリード端子４ａ側に突出する凸部５ｂ１と、リード端子４ｃ側に突出する凸部５ｂ２とが形成されている。また、リード端子４ｂの延出方向の樹脂で覆われる長さは、リード端子４ａと比較して短くなっている。

このような構造のリード端子４ｂに引張応力が加わると、凸部５ｂ１、凸部５ｂ２から樹脂８に対して応力が加わり、樹脂８の破断やリード抜けが発生してしまう。

そこで、リード端子４ｂの凸部５ｂ１、凸部５ｂ２の一部を切り欠き、樹脂８に対する応力が集中する領域を移動させ、応力に耐える樹脂８を残すようにする。凸部５のどの部分を切り欠くかは適宜設定することができるが、樹脂８に対して大きな応力が発生している部分を切り欠くのが好ましい。

図４（ａ）は、凸部５を備えたリード端子４に対して図面右側方向に引張応力を加えた場合の樹脂８に加わる応力の大きさのシミュレーション結果で、９は樹脂の破断を招く大きさの応力集中領域を示している。この応力集中領域９が樹脂８の端部近傍まで延びており、応力集中領域９が樹脂８の端部に達すると樹脂８が破断しリード抜けが発生してしまう。また応力集中領域９が隣接するリード端子側（図面上側）に延びていることがわかる。

そこで本実施例では、応力集中領域９を樹脂８の端部から離すとともに、隣接するリード端子側に延びないように、凸部５の一部を切り欠き、切り欠かれた領域を樹脂８で置換する構造としている。図４（ｂ）には、凸部５のＣ面取りを行い、リード端子４に対して図面右側方向に引張応力を加えた場合の樹脂８に加わる応力の大きさのシミュレーション結果を示している。

図４（ａ）と比較して図４（ｂ）に示す本実施例では、凸部５のＣ面取りを行い、切り欠かれた領域を樹脂で置換しているため、応力集中領域９が樹脂８の端部から離れるとともに、隣接するリード端子側にも大きく延びておらず、応力集中領域９以外の応力に対抗する樹脂の面積が本実施例の方が大きくなっている。その結果、リード端子４に引張応力が加わった場合でも、この応力に耐える体積の樹脂８を確保することができ、樹脂８の破断やリード抜けを防ぐことが可能となる。

図５は、図３に示すリード端子４ｂの凸部５ｂ１および凸部５ｂ２にＣ面取りを行った例を示す。このようにＣ面取りを行うことで、リード端子４ｂの凸部５ｂ１および凸部５ｂ２から樹脂８に加わる応力の集中領域が変わり、引張応力に耐える体積の樹脂を確保することが可能となる。なお、リード端子４ｂに対する引張応力が小さい場合には、凸部５ｂ１あるいは凸部５ｂ２のいずれか一方にＣ面取りを行う構成としても何ら問題はない。

リード端子４ｃについても同様である。またダイパッド２を挟んで配置されるリード端子４ｂ、４ｃについても同様である。なお切り欠き領域の大きさ等は、リード端子４ｂ、４ｃのアンカー効果を保持しながら、樹脂８に加わる応力の集中領域の位置を変えるとともに、リード端子４ｂ、４ｃに加わる引張応力に耐える体積の樹脂８を配置するように設計すればよい。

次に第３の実施例について説明する。上述の第２の実施例で説明したリード端子４ｂあるいはリード端子４ｃのいずれかを切り欠く例について説明したが、リード端子４ｂとリード端子４ｃの両方を切り欠くことも可能である。

図６は、リード端子４ｂの凸部５ｂ１および凸部５ｂ２と、リード端子４ｃの凸部５ｃ１および凸部５ｃ２にＣ面取りを行った例を示す。このようにＣ面取りを行うことで、リード端子４ｂの凸部５ｂ１および凸部５ｂ２と、リード端子４ｃの凸部５ｃ１および凸部５ｃ２から樹脂８に加わる応力の集中領域が変わり、引張応力に耐える体積の樹脂８を確保することが可能となる。

特に、凸部５ｂ２と凸部５ｃ１とが対向するように隣接配置している場合、リード端子４ｂとリード端子４ｃとの間に充填される樹脂の量が少ないため、リード端子４ｂとリード端子４ｃのいずれもＣ面取りを行うことで、リード端子４ｂの凸部５ｂ２およびリード端子４ｃの凸部５ｃ１から樹脂８に加わる応力の集中領域が変わり、引張応力に耐える体積の樹脂を確保することが可能となる。なお、リード端子４ｂに対する引張応力が小さい場合には、凸部５ｂ１にＣ面取りを行わない構成としても何ら問題はない。

ダイパッド２を挟んで配置されるリード端子４ｂ、４ｃについても同様である。なお、切り欠き領域の大きさ等は、リード端子４ｂ、４ｃのアンカー効果を保持しながら、樹脂８に加わる応力の集中領域の位置を変えるとともに、リード端子４ｂ、４ｃに加わる引張応力に耐える体積の樹脂８を配置するように設計すればよい。またリード端子４ｂとリード端子４ｃの形状を必ずしも同一にする必要もない。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものでないことは言うまでもない。例えば、リード端子の数や配置等は適宜変更可能である。またリード端子４ａ～４ｄの切り欠き領域の形成は、Ｃ面取りが簡便な方法であるが、必ずしもこれに限定されるものでもない。リード端子４ａ～４ｄから樹脂８に加わる応力は、リード端子４ａ～４ｄの厚さと等しい樹脂８にのみ加わるものでないので、リード端子４ａ～４ｄ上に形成される樹脂８の厚さや、凸部５を覆う樹脂の端部までの寸法についても考慮されたうえで、切り欠き領域を設定すればよい。

１：リードフレーム、２：ダイパッド、３：半導体素子、４、４ａ～４ｄ：リード端子、５、５ｂ１、５ｂ２、５ｃ１、５ｃ２：凸部、６：連結部、７：枠体、８：樹脂、９：応力集中領域

Claims

リード端子の一方の端部に、幅方向の少なくとも一方に突出する凸部を備え、半導体素子と前記凸部を含む前記リード端子の一方の端部とを樹脂により封止し、前記リード端子の他方の端部が前記樹脂から露出する半導体装置の設計方法において、
前記凸部を有する第１のリード端子と別の第２のリード端子とを隣接配置し、前記第１のリード端子に対して前記他方の端部の延出方向に引張応力を加えた場合に該引張応力に前記第１のリード端子が耐えられないとき、
前記第１のリード端子の少なくとも前記第２のリード端子側の前記凸部の一部を切り欠き、この切り欠かれた領域を前記樹脂で置換することで、前記第１のリード端子と前記第２のリード端子との間に、前記引張応力に耐える体積の前記樹脂を配置することを特徴とする半導体装置の設計方法。
請求項１記載の半導体装置の設計方法において、
前記第２のリード端子が前記凸部を備え、前記凸部を有する前記第１のリード端子と前記凸部を有する前記第２のリード端子とをそれぞれの前記凸部が対向するように隣接配置し、前記第１のリード端子に対して前記他方の端部の延出方向に引張応力を加えた場合に該引張応力に前記第１のリード端子が耐えられないとき、
前記第１のリード端子の前記凸部の一部を切り欠くとともに、前記第２のリード端子の前記凸部の一部を切り欠き、前記第１のリード端子および前記第２のリード端子のそれぞれの切り欠かれた領域を前記樹脂で置換することで、前記第１のリード端子と前記第２のリード端子との間に、前記引張応力に耐える体積の前記樹脂を配置することを特徴とする半導体装置の設計方法。
請求項１又は２いずれか記載の半導体装置の設計方法において、
前記凸部のＣ面取りにより、前記切り欠かれた領域を配置することを特徴とする半導体装置の設計方法。