JP6171841B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

本明細書に記載の技術は、支持基板と、半導体素子と、封止樹脂とを備えた半導体装置に関する。

特許文献１に、箱型の支持体と、支持体の底面上に載置された半導体素子と、支持体の内部に充填されて半導体素子を覆う封止樹脂とを備えた半導体装置が開示されている。この半導体装置では、高温下に晒された際に、封止樹脂と、半導体素子および支持体との熱膨張率の差によって半導体素子の周囲に応力がかかる。この応力は、半導体素子と支持体が剥離する原因となる。この応力を緩和するために、特許文献１では、半導体素子を載置する領域の周囲の支持体の底面を貫通する貫通穴部を設けている。貫通穴部は、支持体内を脱気しながら封止樹脂を支持体内に注入する際に、脱気口または封止樹脂の注入口として利用され、貫通穴部には封止樹脂が充填される。

特開２００８−３００４６２号公報

支持基板上に半導体素子が載置され、封止樹脂によって支持基板の上面と半導体素子とが覆われている半導体装置では、支持基板の下面を封止樹脂から露出させることによって、半導体素子の発熱が支持基板から効率よく放熱される。このような支持基板にスリットを形成する場合、特許文献１のようにスリット内に封止樹脂が充填されていると、支持基板の伝熱経路が封止樹脂によって阻害され、支持基板の放熱性が低下する場合がある。

本明細書が開示する半導体装置は、支持基板と、支持基板の上面に載置された半導体素子と、支持基板の上面と半導体素子とを覆う封止樹脂とを備えている。この半導体装置では、支持基板の下面は封止樹脂から露出しており、支持基板の下面から支持基板を貫通して上方に伸びて封止樹脂内に至るスリットが設けられており、スリットの内壁の支持基板の部分に金属膜が設けられている。

上記の半導体装置では、支持基板の下面から支持基板を貫通して上方に伸びて封止樹脂内に至るスリットが設けられている。これによって、高温下に晒された際等に半導体素子の周囲に応力がかかることが抑制される。さらに、上記の半導体装置では、スリットの内壁の支持基板の部分に金属膜が設けられている。金属膜が設けられていることによって、はんだ付け等によって半導体装置を実装基板上に実装した際に、はんだがスリット内に吸い上げられ、スリット内に侵入する。スリット内にはんだが存在することで、スリット内が空洞の場合や、スリット内に封止樹脂が充填されている場合と比較して、支持基板の放熱性が低下することが抑制される。すなわち、上記の半導体装置によれば、半導体装置が高温下にさらされた際等の応力を緩和することと、支持基板の放熱性を確保することとを両立することができる。

上記の半導体装置においては、スリットの上端は、半導体素子の上面よりも上方まで伸びていることが好ましい。また、スリットの封止樹脂の部分に応力緩和材料が充填されていてもよい。

実施例に係る半導体装置の平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 実施例に係る半導体装置の製造工程の一例について説明する図である。 実施例に係る半導体装置を実装基板に実装した状態を示す図である。

本実施例に係る半導体装置１０は、図１，２に示すように、支持基板１００と、半導体素子１１０と、複数のリード１４１，１４２と、封止樹脂１５０とを備えた、表面実装型のパッケージタイプの半導体装置である。半導体素子１１０は、支持基板１００の上面（ｚ軸の正方向の面）に載置され、銀ペースト等の従来公知の金属ペースト１２０を介して支持基板１００の上面に固定されている。封止樹脂１５０は、支持基板１００の上面と半導体素子１１０の上面および側面を覆っている。支持基板１００はヒートシンクであり、その下面（ｚ軸の負方向の面）は、封止樹脂１５０から露出している。封止樹脂１５０の材料としては特に限定されず、ポリイミド等の従来公知の封止樹脂を用いることができる。リード１４１，１４２は、封止樹脂１５０の内部から外部に伸びている。封止樹脂の内部において、半導体素子１１０の表面に設けられた電極パッドとリード１４１，１４２とは、それぞれワイヤ１３１，１３２によって接続されている。

半導体装置１０には、支持基板１００の下面から支持基板１００を貫通して上方に伸びて封止樹脂１５０内に至るスリット１０１，１０２が設けられている。スリット１０１，１０２は、封止樹脂１５０のｙ方向の両端部まで伸びている。スリット１０１は、リード１４１と半導体素子１１０との間に設けられている。スリット１０２は、リード１４２と半導体素子１１０との間に設けられている。支持基板１００は、スリット１０１，１０２によって、半導体素子１１０が載置された中央部１００ｂと、中央部１００ｂよりもそれぞれリード１４１，１４２に近い、側方部１００ａ，１００ｃとに分断されている。

スリット１０１は、封止樹脂１５０に形成された部分１０１ａと、支持基板１００に形成された部分１０１ｂとを含んでいる。スリット１０１の上端１０１ｃは、半導体素子１１０の上面よりも上方であって、ワイヤ１３１よりも下方となる位置まで伸びている。スリット１０２は、封止樹脂１５０に形成された部分１０２ａと、支持基板１００に形成された部分１０２ｂとを含んでいる。スリット１０２の上端１０２ｃは、半導体素子１１０の上面よりも上方であって、ワイヤ１３２よりも下方となる位置まで伸びている。部分１０１ｂ，１０２ｂの内壁面には、それぞれ金属膜１０３，１０４が設けられている。金属膜１０３，１０４は、めっき膜であり、特に限定されないが、錫、金、銀等のはんだと親和性の高い材料を好適に用いることができる。

半導体装置１０の製造方法としては、従来公知の、ダイボンディング工程と、ワイヤボンディング工程と、モールド工程を利用することができる。ダイボンディング工程では、半導体素子１１０を金属ペースト１２０によって支持基板１００の上面に固定する。ワイヤボンディング工程では、半導体素子１１０とリード１４１，１４２とをそれぞれワイヤ１３１，１３２を介して接続する。モールド工程では、封止樹脂１５０によって支持基板１００の上面および半導体素子１１０を覆う。例えば、従来公知の方法で、ダイボンディング工程と、ワイヤボンディング工程と、モールド工程とを行った後に、支持基板１００の下面側を切削することによってスリット１０１，１０２を形成し、さらに、金属膜１０３，１０４をめっきによって成膜することで、半導体装置１０を製造することができる。めっきによって金属膜１０３，１０４を成膜すると、金属膜１０３，１０４は封止樹脂１５０には成膜されないから、選択的に部分１０１ｂ，１０２ｂの内壁に金属膜１０３，１０４を成膜することができる。

図３に示すように、リードフレーム９０上に複数の半導体装置１０を形成する場合には、モールド工程後に、ｙ方向に隣接する複数の半導体装置１０に１回の切削を行って、スリット１０１またはスリット１０２を形成することもできる。ダイシングによって複数の半導体装置１０を互いに切り離すパッケージダイシング工程を利用して、容易にスリット１０１，１０２を形成することができる。なお、金属膜１０３，１０４を成膜する工程は、パッケージダイシング工程後に外装のめっき処理を行う工程と同時に行うこともできる。

なお、図３に示す方法でスリット１０１，１０２を形成すると、スリット１０１，１０２のｙ方向の両端は、封止樹脂１５０のｙ方向の両端まで伸びた状態となる。

半導体装置１０が高温下に晒された際に、封止樹脂１５０と、半導体素子１１０および支持基板１００との熱膨張率の差によって半導体素子１１０の周囲に応力がかかる。この応力は、支持基板１００と半導体素子１１０とを剥離させる原因となり得る。半導体装置１０では、半導体素子１１０の周辺に設けられたスリット１０１，１０２によって、この応力が緩和される。特に、スリット１０１、１０２は、それぞれの上端１０１ｃ，１０２ｃが半導体素子１１０の上面よりも上方まで伸びているため、半導体素子１１０のｘ方向の側方に部分１０１ａ，１０２ａが存在し、より効果的に半導体素子１１０の周囲にかかる応力を緩和することができる。

図４は、半導体装置１０を実装基板２０の上面にはんだ付けによって実装した状態を示している。実装に際しては、実装基板２０の上面と支持基板１００の下面とをはんだ３０を介して接合し、固定する。実装基板２０の上面と、リード１４１，１４２のそれぞれｘ軸の負方向、正方向の先端の下面とを、はんだ２４１，２４２を介して接合し、固定する。半導体装置１０では、スリット１０１，１０２の部分１０１ｂ，１０２ｂの内壁にそれぞれ金属膜１０３，１０４が設けられている。金属膜１０３，１０４は、はんだ３０と親和性の高い材料が用いられているため、半導体装置１０を実装基板２０上に実装する際に、はんだ３０の一部がスリット１０１，１０２内に吸い上げられ、侵入する。その結果、スリット１０１の部分１０１ｂ内には、はんだ３０から吸い上げられたはんだ３０１が充填され、スリット１０２の部分１０２ｂ内には、はんだ３０から吸い上げられたはんだ３０２が充填される。

半導体装置１０の発熱は、その多くが支持基板１００を介して放熱される。スリット１０１，１０２の内側が、半導体装置１０の実装前のように空洞の場合や、特許文献１のように封止樹脂によって充填されている場合には、中央部１００ｂから側方部１００ａ，１００ｃへの伝熱経路がスリット１０１，１０２によって阻害される。半導体装置１０の発熱は中央部１００ｂを介して放熱され、側方部１００ａ，１００ｃは、放熱に殆ど寄与できなくなり、放熱性が低下する。これに対して、半導体装置１０は、実装基板２０に実装した後は、スリット１０１，１０２内に、はんだ３０１，３０２が侵入するため、中央部１００ｂからはんだ３０１，３０２を介して側方部１００ａ，１００ｃへ伝熱される。支持基板１００全体で放熱が行われ、支持基板１００の放熱性を確保することができる。

また、はんだ３０１，３０２は、金属膜１０３，１０４が形成されていない、スリット１０１の部分１０１ａおよびスリット１０２の部分１０２ａには侵入しない。このため、実装後の半導体装置１０が高温に晒された際等には、部分１０１ａ，１０２ａによって応力が緩和される。

上記の実施例では、スリット１０１，１０２のそれぞれの上端１０１ｃ，１０２ｃは、半導体素子１１０の上面よりも上方まで伸びていたが、これに限定されない。上端１０１ｃ，１０２ｃは、半導体素子１１０の上面の最も近い点から、ｚ方向に±２００μｍ以内かつｘ方向に５００μｍ以内の範囲内に含まれていることが好ましい。一例として上端１０２ｃを例示して具体的に説明すると、図２の半導体素子１１０の上面の最も近い点１１１からｚ軸の正方向または負方向に２００μｍ以内かつｘ軸の正方向に５００μｍ以内に上端１０２ｃが位置していることが好ましい。

また、上記の実施例では、支持基板１００がヒートシンクである場合を例示して説明したが、これに限定されない。支持基板は、例えば、露出したダイパッドであってもよい。

また、スリット１０１，１０２のｙ方向の両端部は、封止樹脂１５０の両端まで伸びていなくてもよい。封止樹脂１５０内にｙ方向の両端部があってもよいし、支持基板１００内にｙ方向の両端部がある等により、中央部１００ｂと側方分１００ａ，１００ｃと部分的に連結していてもよい。中央部１００ｂと側方分１００ａ，１００ｃと部分的に連結している場合には、スリット１０１，１０２となる部分に予め貫通穴を設けた支持基板を用いて、ダイボンディング工程、ワイヤボンディング工程、モールド工程等を行ってもよい。さらに、モールド工程において、スリットの形状に合わせた突起部が形成されている金型を用いることで、スリットを形成することができる。

また、スリット１０１の部分１０１ａ，スリット１０２の部分１０２ａの内部に、応力緩和材が充填されていてもよい。応力緩和材としては、例えば、エラストマー等の低弾性材料を好適に用いることができる。

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０ ：半導体装置
２０ ：実装基板
９０ ：リードフレーム
１００ 支持基板
１００ａ，１００ｃ ：側方部
１００ｂ ：中央部
１０１，１０２ ：スリット
１０１ａ，１０１ｂ，１０２ａ，１０２ｂ ：部分
１０１ｃ，１０２ｃ ：上端
１０３，１０４ ：金属膜
１１０ ：半導体素子
１２０ ：金属ペースト
１３１，１３２ ：ワイヤ
１４１，１４２ ：リード
１５０ ：封止樹脂

Claims (3)

1. 支持基板と、
   支持基板の上面に載置された半導体素子と、
   支持基板の上面と半導体素子とを覆う封止樹脂と、
   半導体素子の上面に接続されており、封止樹脂から側方に伸びるリードと、
   を備えた半導体装置であって、
   支持基板の下面は封止樹脂から露出しており、
   支持基板の下面から支持基板を貫通して上方に伸びて封止樹脂内に至るスリットが設けられており、
   スリットの内壁の支持基板の部分に金属膜が設けられている半導体装置。
2. スリットの上端は、半導体素子の上面よりも上方まで伸びている、請求項１に記載の半導体装置。
3. スリットの封止樹脂の部分に応力緩和材料が充填されている、請求項１または２に記載の半導体装置。

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