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JP2009164240A - 半導体装置 - Google Patents

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JP2009164240A
JP2009164240A JP2007340248A JP2007340248A JP2009164240A JP 2009164240 A JP2009164240 A JP 2009164240A JP 2007340248 A JP2007340248 A JP 2007340248A JP 2007340248 A JP2007340248 A JP 2007340248A JP 2009164240 A JP2009164240 A JP 2009164240A
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Toshishi Yokoe
稔志 横江
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Panasonic Corp
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Abstract

【課題】組立の際に封止部に気泡・未充填が発生し不具合品となる事を防止する事ができる半導体装置を提供する。
【解決手段】素子電極と第２リード２に接続された金属片に第１主面から第２主面にかけて貫通した貫通穴ｈが形成されているので、組立の樹脂封止の際に注入された樹脂が金属片の第１主面から第２主面へ第２主面から第１主面へそれぞれ流れ込み充填性が良くなり金属片の下部に発生しやすい気泡、または未充填を防止できる。また金属片の幅広化に伴う低抵抗・高放熱及び低背化の半導体装置とすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置に係り、特に大電流に適した小型・薄型の半導体装置の内部構造に関するものである。
近年、電子装置の小型化、薄型化、軽量化への要求に応えて、電子装置に組み込まれる半導体装置においては高密度実装がなされており、小型化、薄型化、軽量化および低価格化への要求が強くなっている。中でも半導体素子とリードフレームとの接続においては、限られた領域の中でより薄くかつ低抵抗で信頼性の高い接続が求められている。
従来、パワーＭＯＳＦＥＴのような大電流用の半導体素子とリードとの接続に際しては、クリップと呼ばれる、あらかじめカットされた金属片を用いることで、直接同時に超音波接合で接合する方法が提案されている。
その一例として特許文献１では、図７に示すように、第１リード端子１０１および、第２リード端子１０２を備えたリードフレームに、半導体素子１０３を搭載するとともに、その素子電極１０４と第２リード端子１０２とを、金属片１０６で接続し、封止樹脂１０７で封止したものが提案されている。
この構造では、素子電極部１０４と第２リード端子１０２との間を、該第２リード端子１０２と素子電極１０４とに各々はんだ接続（図示せず）にて電気的に接続されていた。この構成によって、金属片１０６をその一方端部を素子電極部１０４上に、その他方端部を第２リード端子１０２上に位置させて載置して接続することが可能となるため、半導体素子１０３に対して押圧力を付加する必要なく上記接続が可能となり、第１リード端子１０１上における半導体素子１０３の位置ずれを発生させたり、電極部１０５を傷つけたりすることなく、容易に上記接続をなし得ることができるとされている。
特開平８−１４８６２３号公報
しかしながら、上記構成では、樹脂封止の際に金属片１０６が接合されている事で金属片１０６の上下部の封止樹脂の流動性が低下する。そしてさらに、金属片１０６の下部を広くする為クランク状等にフォーミングを施せばパッケージを構成する封止樹脂１０７の第１表面と金属片１０６間が狭くなり、封止樹脂１０７の第１表面と金属片間を広くすると金属片１０６下部が狭くなり、気泡・未充填が発生することがある。このため、半導体素子１０３の電気特性に影響を与えたり、リークやショートなど、半導体装置としての電気特性が損なわれることがある。また、高電流印加時に発生する熱により金属片１０６の上下部に発生した気泡が膨張することで、封止樹脂１０７にクラックが発生することがある。
本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、組立の際に封止樹脂の流動性が低下したり、気泡の発生や未充填領域の発生によって不具合が生じるのを防止し、信頼性の高い半導体装置を提供することを目的とする。
そこで本発明では、相対向する第１および第２主面を有し、前記第１主面に素子電極を有する半導体素子と、前記半導体素子の第２主面が当接するように前記半導体素子を搭載する半導体素子搭載部と、前記半導体素子搭載部から所定の間隔を隔てて配設されたリード端子と、前記素子電極と前記リード端子とを電気的に接続する接続導体と、前記半導体素子、前記接続導体および前記リード端子の一部を覆うとともに、前記リード端子の一部を外部に露出する封止樹脂とからなり、前記接続導体が、第１主面から第２主面にかけて貫通する少なくとも１つの開口部を有することを特徴とする。
この構成により、接続導体の第１主面から第２主面にかけて貫通する少なくとも１つの開口部を有することで封止樹脂の流動性を損なうことなく、充填することができるため、気泡や未充填部の発生を防ぐことができる。
また、本発明は、上記半導体装置において、前記接続導体の第１主面から第２主面にかけて貫通する開口部が前記第１および第２主面に交わる端面に到達する形状であるものを含む。
この構成により、幅広の接続導体を用いた場合にも接続導体端面の開口部周縁に沿って効率よく樹脂が充填されるため、気泡や未充填部の発生をより効率よく抑制することが可能となる。
また、本発明は、上記半導体装置において、前記接続導体が、金属片であるものを含む。
この構成により、打ち抜き加工により容易に開口部を形成することができ、加工性が良好で、信頼性の高い接続が可能となる。また、この貫通穴の部分で曲げが生じ易くなり、形状加工が容易となる。
また、本発明は、上記半導体装置において、前記接続導体が、メッシュ状体であるものを含む。
この構成により、加工性が良好となる。
また、本発明は、上記半導体装置において、前記接続導体が、絶縁層と金属箔との積層体であるものを含む。
この構成により、前記素子電極と前記リード端子との接続領域を除く少なくとも前記半導体素子側の面が、絶縁被覆された帯状体を構成することになるため、変形による断線、短絡の課題を解決する事ができる。また、平型であることと、半導体素子側の面が絶縁被覆されていることから、金属細線を用いて接続する場合に必要となっていた高さよりも大幅に低背化することができ、半導体装置の小型化、薄型化が可能となる。
以下のように、本発明の半導体装置によれば、組立の際に封止樹脂の流動性低下による不具合の発生を防止し、高信頼性で且つ、効率良く製造が可能な半導体装置を提供することができる。また、封止樹脂の充填性が良くなる為、金属片の幅広化を実現することができる。従って、金属片の幅広化に伴う低抵抗・高放熱及び低背化をはかることが可能となる。
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態の樹脂封止型半導体装置を図１および図２に示す。図１は、本発明の樹脂封止型半導体装置における実施の形態の上面図、図２は断面図である。図１において、１は第１リード端子、２は第２リード端子、３は半導体素子、４は素子電極、５はんだ（材）、Ｃは接続導体としての金属片、６ａは金属片の第１先端部、６ｂは金属片の第２先端部、７は封止樹脂を各々示している。
この樹脂封止型半導体装置は、相対向する第１および第２主面を有し、第１主面に素子電極４を有する半導体素子３と、前記半導体素子３の第２主面が当接するように前記半導体素子を搭載する半導体素子搭載部としてのダイパッドを構成する第１リード端子１と、このダイパッドから所定の間隔を隔てて配設された第２リード端子２と、素子電極４と第２リード端子２とを電気的に接続する接続導体Ｃと、半導体素子３、接続導体Ｃおよび第１および第２リード端子１，２の一部を覆うとともに、第１および第２リード端子１，２の一部を外部に露出する封止樹脂７とからなり、前記接続導体Ｃが、第１主面から第２主面にかけて貫通する開口部ｈを有することを特徴とする。またこの接続導体Ｃは、半導体素子の端部に接触しないようアーチ状をなし、クランク状に段差を設けてフォーミングされている。
すなわち、素子電極４とリード端子２の先端部とを電気的に接続する接続導体Ｃを構成する導電性の帯状体は、たとえば、超音波接合を可能にするために銅やアルミニウムあるいはその表面にめっきの施された金属片６から形成されているが、ここで金属片としては、貫通穴ｈを配設することで、封止樹脂の流動性を妨げないようにすることができる。従って空洞もなく信頼性の高い樹脂封止部７を形成することができる。またこの金属片は、特に柔軟性を有するものでなくてもよいが、貫通穴ｈを配設することで折り曲げ易くなる。例えば、導電性の帯状体として銅または銅合金を用いた場合、幅は５０μｍから３ｍｍ程度、厚さは２０μｍから０．５ｍｍ程度である。
半導体素子３は、たとえば、シリコン基板上にダイオードなどの電子回路を構成する素子領域が形成されて構成されており、半導体素子３とダイパッド（第１リード端子１）の第一主面とは、はんだ材、熱硬化性樹脂、導電性接着剤等、導電性材料５を用いて接合されている。ダイパッドは、たとえば、金属材料により形成されており、その一部に半導体装置の外部へと成形された第１リード端子１を構成している。
第２リード端子２は、たとえば、前記第１リード端子を構成する金属材料と同一材料で一体的に形成されており、先端部２ｂは半導体装置の外部に露出する形で、第１リード端子の先端部１ｂと相対する位置に設置されている。
封止樹脂７は、第１および第２リード端子１，２をその相対向する辺側に導出する形で形成されており、たとえば、エポキシ樹脂等の封止樹脂により形成されている。
次にこの半導体装置の実装工程について説明する。
この方法では、半導体素子搭載部と、前記半導体素子搭載部に近接して設けられたリード端子とを有するリードフレームを用意する工程と、前記半導体素子搭載部に半導体素子を接着する素子接着工程と、前記半導体素子の主面に形成された素子電極または前記リード端子の一方に、ロール状のスプールから供給される導電性の帯状体からなる接続導体を接合する第１の工程と、前記帯状体を前記素子電極または前記リード端子の他方に接合する第２の工程とを含む接合工程と、前記帯状体を切断する切断工程と、前記帯状体と、前記半導体素子および前記リード端子の一部を覆うように封止用樹脂で覆う樹脂封止工程とを含む。
まず、第１リード端子１に対向させて形成された第２リード端子２とを、枠体（図示せず）で連結するように打ち抜き加工などで成形するとともに、両リード端子の第１主面が上段となるようクランク状に段差を設けてフォーミングし、リードフレームを形成する。なお、リードフレーム表面にはＮｉめっきを施してもよい。そして、前記第１リード端子１の上段第１主面に半導体素子３をはんだ材（導電性接着剤５）を用いて接続する。
ここで、半導体素子３の第１主面には素子電極４を有しており、該素子電極４とスプール８から繰り出された接続導体として、所定位置に貫通穴(ここでは図示せず)を形成した帯状体（未切断の金属片６）の第１先端部６ａを超音波接合用ツール１０によって第１に直接超音波接合させる（図３（ａ））。
その後超音波接合用ツールが半導体素子の端部に接触しないようアーチ状にクランク状に段差を設けてフォーミングされた第２リード端子２上に移動しアーチ形状部６ｃを形成する。
そして前記電極部４と前記第２リード端子２を電気的に導通されるよう第２リード端子２の第１主表面に超音波接合ツール１０が移動しアーチ形状部の形成された端部を第２に直接超音波接合する（図３（ｂ））。このようにして接続された箇所のアーチ形状部６ｃと反対側の前記帯状体の第２先端部を切断し金属片６からなる接続導体Ｃを形成する。
これらの接合には導電性ペースト等を介しての接続を行わず、第１、第２と直接超音波接合を行う為、半導体素子の接続位置のバラツキやサイズ変更に伴っての金属の厚み、幅、長さの変更が可能となっており接続不良の防止、または製品の低抵抗化の設計が実現可能である。
ここで、該導電性の帯状体は幅050μm〜3mmで厚みが20μm〜0.5mmで、柔軟性のある金属、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金であるためスプールに巻かれた状態になっており、それが回転することで導電性の帯状体の供給を行い、接合後、切断して金属片６を形成する。このアーチ形成等の形状変更が容易に可能となる。このようにして、封止用樹脂注入時に金属片６の上下に気泡・未充填が発生しないようアーチ形状部６ｃを形成しておく。
そして封止金型に前記リードフレーム、前記半導体素子３、前記金属片６を包含し、前記第１リード端子と前記第２リード端子との一部または全てを含んだキャビティーを形成して該キャビティー内に封止用樹脂、例えばエポキシ等の樹脂を注入して加熱硬化させて封止樹脂７が形成される。このとき、接続導体Ｃに形成された貫通穴ｈの存在により、効率よく樹脂が流れて充填されるため、気泡の発生もなく高品質の封止部７が形成される。
前記封止部から引き出された前記リードフレームの一部である前記第１リード端子と前記第２リード端子とのリード端子先端予定部を各々切断して外部引き出し端子としての該第１リード端子と該第２リード端子とする。
この方法によれば、接続導体Ｃに形成された貫通穴ｈの存在により、効率よく樹脂が流れて充填されるため、気泡の発生もなく高品質の封止部７が形成される。また、接続導体である導電性の帯状体をロール状のスプールから供給しながら、一端を素子電極に接合し、次いで位置あわせをして他端をリード端子に接合し、切断して金属片６を形成するようにしているため、接続導体をあらかじめフォーミングすることなく、位置あわせをしながら接合することができ、位置ずれに伴うリークやショートなどを低減することができるため、信頼性が向上する。また、長さを調整しながら実装することができるため、材料に無駄がなく、低コスト化をはかることができる。
なお前記実施の形態では、接続導体を帯状体（帯状の銅）に貫通穴を形成したが、その形状についてはこれに限定されるものではなく、図４（ａ）乃至（ｃ）に変形例を示すように、複数の穴ｈを配列したもの、両サイドに切り欠きｈ１を形成したもの、メッシュで構成したものなども適用可能である。
また、前記接続導体は、スプロールに巻回したものを用いたが、所定長さに切断したものを用いてもよいことは言うまでもない。また、厚さや材質を考慮して材料自体に可撓性をもたせ、単体材料で構成してもよい。この構成により、薄型化が可能となり取り扱いが容易となる。
（実施の形態２）
前記実施の形態１では、接続導体は単層構造で構成したが、絶縁層と金属箔との積層体で接続導体を構成してもよい。
本実施の形態においても、基本的には前記実施の形態と同様であるが、この半導体装置は図５に示すように、前記接続導体Ｃが、絶縁層１６と金属箔１５との積層体で構成され、この積層体を貫通する貫通穴ｈを有しており、絶縁層が前記半導体素子表面の一部に当接するように、前記半導体素子に沿うように成形された点で前記実施の形態と異なる。他は同様に形成されている。
この構成により、貫通穴の存在により、より効率よく封止樹脂の充填を行うことができ、高品質の樹脂封止を実現することが可能となる。また接続導体と半導体素子、リード端子との短絡を招くことなく、信頼性の高い接続が可能となり、更なる低背化が可能となる。
すなわち、素子電極とリード端子のリード第１先端部とを電気的に接続する接続導体Ｃを構成する接続導体Ｃは、たとえば、銅箔１５とこの銅箔の表面を覆う絶縁層１６としてのポリイミド樹脂から形成されている。ここで銅箔１５および絶縁層１６には柔軟性を有するものを用いる。
次にこの半導体装置の実装方法について説明する。
この構成についても図３（ａ）乃至（ｄ）に示した前記実施の形態と同様であるが、本実施の形態では、図６（ａ）乃至（ｄ）に示すように、接続導体は中間部でアーチを形成することなく、半導体素子表面に沿うように成形される。なお接続導体６（Ｃ）は銅箔と絶縁層との積層体であるが、図中省略している。
この構成によれば、接続が容易でかつ信頼性の高い半導体装置を提供することが可能となる。
また本発明は、接続導体は、絶縁層が前記半導体素子表面の一部に当接するように、前記半導体素子に沿うように成形されているため、短絡を招くことなく、更なる低背化が可能となる。
以上説明してきたように、本発明の半導体装置は、面実装タイプの半導体パッケージとして有用であり、特に内部配線に大電流を印加する大電流デバイス用への適用が可能である。
本発明の実施の形態１における半導体装置の上面図 本発明の実施の形態１における半導体装置の断面図 本発明の実施の形態１における半導体装置の製造工程図 本発明の実施の形態１における接続導体の変形例を示す図 本発明の実施の形態２における半導体装置の断面図 本発明の実施の形態２における半導体装置の製造工程図 従来例の半導体装置の断面図
符号の説明
１ 第１リード端子
２ 第２リード端子
３ 半導体素子
４ 電極部
５ はんだ
６ 金属片
６ａ 第１先端部
６ｂ 第２先端部
６ｃ アーチ形状部
６ｄ 切断部
７ 封止樹脂部
８ スプール
１０ 超音波接続用ツール
ｈ 貫通穴

Claims (5)

  1. 相対向する第１および第２主面を有し、前記第１主面に素子電極を有する半導体素子と、前記半導体素子の第２主面が当接するように前記半導体素子を搭載する半導体素子搭載部と、前記半導体素子搭載部から所定の間隔を隔てて配設されたリード端子と、前記素子電極と前記リード端子とを電気的に接続する接続導体と、前記半導体素子、前記接続導体および前記リード端子の一部を覆うとともに、前記リード端子の一部を外部に露出する封止樹脂とからなり、
    前記接続導体が、第１主面から第２主面にかけて貫通する少なくとも１つの開口部を有する半導体装置。
  2. 請求項１に記載の半導体装置であって、
    前記接続導体の第１主面から第２主面にかけて貫通する開口部が前記第１および第２主面に交わる端面に到達する形状である半導体装置。
  3. 請求項１または２に記載の半導体装置であって、
    前記接続導体は、金属片である半導体装置。
  4. 請求項１または２に記載の半導体装置であって、
    前記接続導体は、メッシュ状体である半導体装置。
  5. 請求項１または２に記載の半導体装置であって、
    前記接続導体は、絶縁層と金属箔との積層体である半導体装置。
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