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JP2006060106A - リード部材及び表面実装型半導体装置 - Google Patents

リード部材及び表面実装型半導体装置 Download PDF

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JP2006060106A JP2004241908A JP2004241908A JP2006060106A JP 2006060106 A JP2006060106 A JP 2006060106A JP 2004241908 A JP2004241908 A JP 2004241908A JP 2004241908 A JP2004241908 A JP 2004241908A JP 2006060106 A JP2006060106 A JP 2006060106A
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浩幸 関根
Hideo Yamaguchi
日出男 山口
Masaru Kuno
勝 久野
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剣司 松田
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Abstract

【課題】 低コストで製造し得る製造方法を実現できるリード部材の構造、及びそのリード部材を用いた小型で、実装したときに電極間でリークの発生し難い表面実装型半導体装置を提供すること。
【解決手段】 電子部品に用いられるリード部材において、前記リード部材は、基の部分と、その基の部分の途中からある角度で曲げられた曲げ部分と、その曲げ部分から更に曲げられて前記基の部分と平行になるように曲げられた平坦部分とからなり、前記リード部材における前記基の部分の上面と前記平坦部分の下面との間の距離をＴ１とし、前記リード部材の前記平坦部分の厚みをＴ２とし、前記基の部分の下面と前記平坦部分の前記下面との間の距離をＴ３とするとき、Ｔ２＝２×Ｔ１、Ｔ１＝Ｔ３となるように、前記リード部材が曲げられていることを特徴とするリード部材。

【選択図】 図１

Description

本発明は、背高の低い薄型の電子部品に用いるのに適したリード部材、及びそのリード部材を用いた表面実装型半導体装置に関する。
携帯電話に代表される小型で、高性能の小型電子機器は、多数の非常に小型化された電子部品が実装されているプリント基板を備えている。そのような小型電子機器にあっては、年々、更なる小型化、高機能化の方向に向かっており、これに伴って高密度実装の要求が高まり、小型電子部品についても更に薄型化、小型化の要求が強まっている。前述の小型電子部品の内の一部分は、ダイオード、トランジスタ（ＦＥＴ）などの表面実装型半導体装置であり、小型電子機器とはいえその電力を扱う半導体装置は、要求される電流容量などの面から現在ではＩＣ化が難しく、個別に製造される一般的なガルウィング構造の表面実装型半導体装置が用いられている。このガルウィング構造の表面実装型半導体装置は、半導体素子を被覆してなるモールド樹脂の両端から延びるリードを表面実装に適するよう曲げた構造のものである。
かかる従来のガルウィング構造の表面実装型半導体装置よりも更に薄型化するのに適した表面実装型半導体装置の構造についても既に提案されており、長さ、厚みが１ｍｍ弱という薄型の個別に製造される表面実装型半導体装置も実現されている。代表的なものとして、適当に曲げられた一対のリード電極間に半導体素子を位置させ、前記一対のリード電極の平坦部分がモールド樹脂の底面に露出する構造にして薄型化と小型化とを図ったフラット構造の表面実装型半導体装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。その他にも、特許文献１と同様な考え方で、構造の異なるフラット構造の表面実装型半導体装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
しかし、特許文献１、２のフラット構造の表面実装型半導体装置を製造にするに当たっては、専用のトランスファーモールド装置が新たに必要であり、時間とコストとがかかる。また、トランスファーモールドの場合には、モールド部分のランナー、ゲート部分、スポット部分など不要な廃棄部分が生じ、これら部分のモールド樹脂を廃棄処分するので、コスト的にも、環境保護の面からも好ましくない。特に、特許文献２の発明のものでは、量産に不適な構造であるなどの問題がある。
そして、上述のような問題点を抱えながら表面実装型半導体装置の薄型化、小型化が進んでいるが、小型化が極限まで進み、その長さ(幅)が１ｍｍ未満になってくると、電極間の間隔が０．５〜０．６ｍｍ程度と小さくなるものもあり、電気絶縁上の問題が生じることがある。表面実装型半導体装置の半導体製造の過程では、クリーンルームにおいて組み立て作業が行われる場合や、携帯電話のような小型機器などに組み込まれ、使用条件が良い場合には故障などのトラブルが生じないが、湿度が高い、あるいは水分の多い雰囲気で使用したり、帯電が生じる条件などで用いた場合には、表面実装型半導体装置の電極間でリークが生じ、電気絶縁性が低下するので、小型機器が破壊されないまでも、一時的に故障したり、動作が一時的に不安定になるなどの問題が生じることがある。
特開平６−１２５０２１号公報 特開２００３−１９７８２８公報
本発明は、上記課題に鑑みて、前述のような問題点を解決し得る薄型の表面実装型半導体装置を、従来の樹脂封止装置をそのまま使って製造でき、かつ低コストで製造し得る製造方法を実現できるリード部材の構造、及びそのリード部材を用いた表面実装型半導体装置を提供することを目的としている。
前記課題を解決するために、第１の発明は、電子部品に用いられるリード部材において、前記リード部材は、基の部分と、該基の部分の途中からある角度で曲げられた曲げ部分と、その曲げ部分から更に曲げられて前記基の部分と平行になるように曲げられた平坦部分とからなり、前記リード部材における前記基の部分の上面と前記平坦部分の下面との間の距離をＴ１とし、前記リード部材の前記平坦部分の厚みをＴ２とし、前記基の部分の下面と前記平坦部分の前記下面との間の距離をＴ３とするとき、Ｔ２＝２×Ｔ１、Ｔ１＝Ｔ３となるように、前記リード部材が曲げられていることを特徴とするリード部材を提供するものである。
第２の発明は、請求項１に記載のリード部材を一対用いている表面実装型半導体装置において、前記リード部材を、それぞれの前記基の部分が僅かな距離を隔てて位置するように配置すると共に、前記リード部材の一方に半導体素子の一方面を搭載してハンダ付けし、前記半導体素子の他方面を、直接又は間接的に前記リード部材の他方にハンダ付けし、前記リード部材の少なくとも一方の前記基の部分が、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲内で露出するように電気絶縁性樹脂で被覆されていることを特徴とする表面実装型半導体装置を提供するものである。
第３の発明は、請求項１に記載のリード部材を一対用いている表面実装型半導体装置において、前記リード部材を、それぞれの前記基の部分が僅かな距離を隔てて位置するように配置すると共に、前記リード部材の一方に半導体素子の一方面を搭載してハンダ付けし、前記半導体素子の他方面を、直接又は間接的に前記リード部材の他方にハンダ付けし、前記リード部材の前記曲げ部分までが前記電気絶縁樹脂で被覆され、前記リード部材の前記平坦部分が前記電気絶縁性樹脂から露出するように被覆されていることを特徴とする表面実装型半導体装置を提供するものである。
第４の発明は、請求項２又は請求項３の発明において、前記半導体素子の他方面は、結線部材にハンダ付けされ、かつ該結線部材は前記リード部材の他方にハンダ付けされており、前記結線部材は、前記半導体素子の他方面にハンダ付けされる部分と前記リード部材の他方にハンダ付けされる部分との間に弾性曲げ部分を備えることを特徴とする表面実装型半導体装置を提供するものである。
前記第１の発明ないし第４の発明によれば、従来のトランスファーモールド装置をそのまま使え、低コストで製造し得る製造方法を実現できるリード部材の構造、及びそのリード部材を用いた小型で、実装したときに電極間でリークの発生し難い表面実装型半導体装置を提供することができる。また、リード部材を予め所定の形状に曲げておくので、リード部材の折り曲げ時に不要な応力が半導体素子にかからず、折り曲げの精度を高くすることができる。特に、前記第４の発明によれば、結線部材がその両端の中途に曲げ弾性部分を有しているので、結線部材とリード部材とのハンダ付け時などに、機械的応力が半導体素子に加わらないので、信頼性の高い表面実装型半導体装置を提供することができる。
先ず、本発明を実施するための最良の形態である実施形態１の表面実装型半導体装置の製造方法について説明する。
[実施形態１]
図１により本発明の実施形態１について説明する。図１は、本発明に係る表面実装型半導体装置１００の概観の実施形態１を説明する図である。この実施形態１では、図示しない銅又は銅をニッケルメッキで被覆した金属など導電性の良好な金属材料からなるリードフレームを用いて、その搭載位置に不図示の半導体素子をハンダ付けし、エポキシ系樹脂のようなモールド樹脂１でモールドした後、リードフレームを所定箇所で切断して個々の表面実装型半導体装置１００としたものである。表面実装型半導体装置１００は、上方から見てほぼ長方形である立方体であり、図１に示すように、長手方向の両端からリード部材２、３が延びている。
本発明に係るリード部材２、３は、図示しないリードフレームのフレーム部から同一高さで向き合うように延びているリード部をモールド樹脂１で封止した後に前記フレーム部から切断したものである。リード部材２、３は、不図示のリードフレームの段階で図示のように曲げられているのが好ましい。リード部材２、３は、モールド樹脂１の相対する側面１ａ、１ｂに対してほぼ直角に延びており、それら直角に延びている部分、及びその部分からモールド樹脂１内部に延びる部分を含む基の部分２ａ、３ａを備える。更に、リード部材２、３は、モールド樹脂１の側面１ａ、１ｂから外側に直角に延びている一部分の基の部分２ａ、３ａからある角度で曲げられた曲げ部分２ｂ、３ｂ、及びこれら曲げ部分２ｂ、３ｂからそれぞれ基の部分２ａ、３ａと平行になるように曲げられた平坦部分２ｃ、３ｃを有する。なお、曲げ部分２ｂ、３ｂの両側の曲げはＲを有するように丸く曲げられていても勿論よい。
モールド樹脂１の側面１ａ、１ｂから曲げ部分２ｂ、３ｂまでにおける基の部分２ａ、３ａの下面の真っ直ぐな部分の長さをＬ１とし、リード部材２、３の厚みはほぼ同一であって、Ｔ１とする。リード部材２、３の基の部分２ａ、３ａの上面と平坦部分２ｃ、３ｃの下面との間の寸法をＴ２とし、基の部分２ａ、３ａの下面とモールド樹脂１の下面との間のモールド樹脂１の厚みをＴ３とする。長さＬ１は、リード部材２、３近傍の金型の厚み以上の値を有し、この実施形態では０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲の長さとする。リード部材２、３近傍の金型の厚みが０．１ｍ未満では、金型が変形し易いために、金型の設計、及び樹脂モールド工程に厳格性が要求され、樹脂モールド時に相当な注意を払っても、金型の寿命が短くなり、好ましいトランスファーモールドを行うことができないなどの問題がある。また、リード部材２、３近傍の金型の厚みが０．５ｍｍを越える場合には、モールド樹脂１の下面１ｃとリード部材２、３の平坦部分２ｃ、３ｃの下面とが同一高さになるように設計してあるのにもかかわらず、外力などによって平坦部分２ｃ、３ｃの平坦性が損なわれることがあり、この表面実装型半導体装置１００の実装時に問題が生じることがあるから好ましくない。
リード部材２、３の基の部分２ａ、３ａの上面と平坦部分２ｃ、３ｃの下面との間の寸法Ｔ２が、リード部材２、３の厚み、つまりその平坦部分２ｃ、３ｃの厚みＴ１の２倍になるように、曲げ部分２ｂ、３ｂは曲げられている。そして、基の部分２ａ、３ａの下面とモールド樹脂１の下面との間のモールド樹脂１の厚みＴ３がリード部材２、３の厚みＴ１と等しくなるように樹脂モールドが行われることによって、モールド樹脂の下面１ｃとリード部材２、３の平坦部分２ｃ、３ｃの下面とは同一水平面に存在することになる。このように、リード部材２、３の双方ともがＴ１＝Ｔ３になるように曲げ部分２ｂ、３ｂが形成されているので、金型が複雑にならずに安定した樹脂モールドを行うことができ、しかもリード部材となる部分が予め本発明のように曲げられているリードフレーム（図示せず）でも容易に樹脂モールドを行うことができる。
[実施形態２]
図２に示す実施形態２にかかる表面実装型半導体装置２００は、図１に示した表面実装型半導体装置１００のモールド樹脂１の内部構造の一例を示している。リード部材２、３の曲げ構造及び寸法は図1のものと同じであり、モールド樹脂１との関係も同じであるが、リード部材３の基の部分３ａの上面には、半導体素子４が通常の方法でハンダ付けされている。半導体素子４の上面は結線部材５の一端がハンダ付けされ、結線部材５の他端はリード部材２の基の部分２ａの上面にハンダ付けされる。半導体素子４は、ＰＮ接合を有するプレーナー型又はメサ型のダイオードチップ、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）素子、あるいはＦＥＴチップ又はＩＧＢＴチップなどである。
リード部材３の基の部分３ａには、特に目新しくないが、小貫通孔３ｈが形成されている。この小貫通孔３ｈは、リード部材２、３の基の部分２ａ、３ａの下面を覆うモールド樹脂１が薄いために剥がれ易いという問題点を解決するためのものである。小貫通孔３ｈは、リード部材３の基の部分３ａの下側のモールド樹脂１を上側のモールド樹脂１に接続する働きを行う。同様な働きを行う小貫通孔５ｈが結線部材５にも形成されている。半導体素子４の上面にハンダ付けされる結線部材５の一端にはプレスなどによって貫通孔５Hが形成され、図示しないハンダ材料が貫通孔５Hを満たし、ハンダ付け強度を増大させる。なお、この実施形態においては、表面実装型半導体素子２００の背高を極力低くするために、下記に例示する好ましい結線部材そのものを用いていないが、類似した構造の結線部材５を用いている。
結線部材５の好ましい二つの例について、図３、図４によって説明する。図３（Ａ）は結線部材５の斜視図であり、図３（Ｂ）は側面図である。図２に示したリード部材２の平坦部分２ｃの上面にハンダ付けされる平坦なハンダ付け部５ａと、半導体素子４の厚みとハンダ層の厚みとの和の寸法よりも上方まで上がる上昇傾斜部５ｂと、頂部５ｃと、下降傾斜部５ｄと、半導体素子にハンダ付けされる素子ハンダ付け部５ｅと、ハンダの広がりを制限する部分５ｆとからなる。上昇傾斜部５ｂと頂部５ｃと下降傾斜部５ｄとは弾性部を形成し、リード部材２からハンダ付け部５ａを通して機械的な力が素子ハンダ付け部５ｅと半導体素子とのハンダ付け部分に加わるのを弱める働きを行う。なお、頂部５ｃは平坦である必要がなく、円弧状でも良いが、極力背の高さを低くするには平坦であるのが好ましい。
図４は二つ目の好ましい結線部材例を示し。図４（Ａ）は結線部材５の斜視図であり、図４（Ｂ）は側面図である。図３で用いた記号と同一の記号は、図３における部材と同一の名称の部材を示す。図４に示す結線部材が図３に示した結線部材５と異なる主な箇所は、例えば図２の半導体素子４にハンダ付けされる素子ハンダ付け部５ｅである。素子ハンダ付け部５ｅには、プレスなどによって形成された貫通孔５ｇと、貫通孔５ｇの周囲を下側に突出した突出部５ｉとが形成されている。突出部５ｉによってハンダ層の厚みが決定され、またハンダ材料が貫通孔５ｇを満たすようにすることにより、満足の行くハンダ付け強度を得ることができる。これら好ましい結線部材の例にあっては、一方のリード部材に固着される結線部材５の一端側と半導体素子に固着される結線部材の他端側との間に弾性部として働く箇所を備えるので、リード部材２、３に印加される機械的応力は弾性部を形成する部分５ｂ〜５ｄによって吸収され、また、ハンダ付け時や、モールド樹脂の硬化時に発生する歪みによる機械的応力も、弾性部を形成する部分５ｂ〜５ｄによって吸収される。
[実施形態３]
図５に示す実施形態３にかかる表面実装型半導体装置３００は、図１に示した表面実装型半導体装置１００のモールド樹脂１の内部構造の一例を示しており、リード部材２、３の曲げ構造及び寸法は図1のものと同じであり、モールド樹脂１との関係も同じである。リード部材３の基の部分３ａの上面には、半導体素子４が通常の方法でハンダ付けされている。半導体素子４の上面にはワイヤボンディング６の一端がボンディングされており、ボンディングワイヤ６の他端はリード部材２の基の部分２ａの上面にボンディングされる。リード部材２、３にはそれぞれ小貫通孔２ｈ、３ｈが備えられており、これらは前述したように、リード部材２、３の下側に位置するモールド樹脂を上側に位置するモールド樹脂１に結合する働きを行い、リード部材２、３の下側に位置するモールド樹脂が剥がれ難くしている。なお、ボンディング方法は通常の方法で行われるので詳述しない。
[実施形態４]
図６に示す実施形態４にかかる表面実装型半導体装置４００は、図１に示した表面実装型半導体装置１００のモールド樹脂１の内部構造の一例を示しており、リード部材３の曲げ構造及び寸法は図1のものと同じであり、モールド樹脂１との関係も同じである。リード部材２はモールド樹脂１から露出した部分については図1に示したリード部材２と曲げ構造及び寸法は同じであり、モールド樹脂１との関係も同じであるが、基の部分２ａが前述の結線部材の働きを行う構造となっている。基の部分２ａは、途中から曲げられた傾斜部２ｅと基の部分２ａに平行になる素子固着部２ｆとからなる。素子固着部２ｆは、図４に示した結線部材５における貫通孔５ｇと同様な貫通孔２ｇ、貫通孔２ｇの周囲を下側に突出した突出部２ｉが形成されている。
貫通孔２ｇは、図４に示した結線部材５における貫通孔５ｇと同様な働きを行い、ハンダ付け強度を増大させると共に、ハンダ材料が不要に広がるのを防止する働きを行う。突出した突出部２ｉも結線部材５における貫通孔５ｉと同様な働きを行う。この実施形態においても、表面実装型半導体装置の背高を極限まで低くするために、図４に示した結線部材５における前記弾性部を形成する部分を備えていないが、１．１〜１．２ｍｍ程度以上の背高を有する表面実装型半導体装置の場合には、図４に示した結線部材５における前記弾性部を形成する部分に相当する部分を備えるのが、機械的なストレスの影響をできるだけ小さくするという観点からは好ましい。
なお、半導体素子としてプレーナー型のもの、あるいはメサ型のもののいずれでも用いることができるが、メサ型の半導体素子の場合には、ＰＮ接合が露出しているので、通常の方法でインナーコートを行ってＰＮ接合を保護した状態で電気絶縁被覆材料で樹脂モールドする必要がある。
本発明の一実施形態に係るリード部材を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係るリード部材を用いている表面実装型半導体装置を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係るリード部材を用いている表面実装型半導体装置に用いられる結線部材の１例を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係るリード部材を用いている表面実装型半導体装置に用いられる結線部材の他の１例を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係るリード部材を用いている他の表面実装型半導体装置を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係るリード部材を用いている他の表面実装型半導体装置を説明するための図である。
符号の説明
１・・・モールド樹脂
２・・・リード部材
２ａ・・・基の部分
２ｂ・・・曲げ部分
２ｃ・・・平坦部
２ｅ・・・突起部
２ｇ・・・貫通孔
２ｈ・・・小貫通孔
３・・・リード部材
３ａ・・・基の部分
３ｂ・・・曲げ部分
３ｃ・・・平坦部分
４・・・半導体素子
５・・・結線部材
６・・・ボンディングワイヤ

Claims (4)

  1. 電子部品に用いられるリード部材において、
    前記リード部材は、基の部分と、該基の部分の途中からある角度で曲げられた曲げ部分と、その曲げ部分から更に曲げられて前記基の部分と平行になるように曲げられた平坦部分とからなり、
    前記リード部材における前記基の部分の上面と前記平坦部分の下面との間の距離をＴ１とし、前記リード部材の前記平坦部分の厚みをＴ２とし、前記基の部分の下面と前記平坦部分の前記下面との間の距離をＴ３とするとき、Ｔ２＝２×Ｔ１、Ｔ１＝Ｔ３となるように、前記リード部材が曲げられていることを特徴とするリード部材。
  2. 請求項１に記載のリード部材を一対用いている表面実装型半導体装置において、
    前記リード部材を、それぞれの前記基の部分が僅かな距離を隔てて位置するように配置すると共に、前記リード部材の一方に半導体素子の一方面を搭載してハンダ付けし、前記半導体素子の他方面を、直接又は間接的に前記リード部材の他方にハンダ付けし、
    前記リード部材の少なくとも一方の前記基の部分が、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲内で露出するように電気絶縁性樹脂で被覆されていることを特徴とする表面実装型半導体装置。
  3. 請求項１に記載のリード部材を一対用いている表面実装型半導体装置において、
    前記リード部材を、それぞれの前記基の部分が僅かな距離を隔てて位置するように配置すると共に、前記リード部材の一方に半導体素子の一方面を搭載してハンダ付けし、前記半導体素子の他方面を、直接又は間接的に前記リード部材の他方にハンダ付けし、
    前記リード部材の前記曲げ部分までが前記電気絶縁樹脂で被覆され、前記リード部材の前記平坦部分が前記電気絶縁性樹脂から露出するように被覆されていることを特徴とする表面実装型半導体装置。
  4. 請求項２又は請求項３の発明において、
    前記半導体素子の他方面は、結線部材にハンダ付けされ、かつ該結線部材は前記リード部材の他方にハンダ付けされており、
    前記結線部材は、前記半導体素子の他方面にハンダ付けされる部分と前記リード部材の他方にハンダ付けされる部分との間に弾性曲げ部分を備えることを特徴とする表面実装型半導体装置。
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