JP6345608B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置、半導体装置の製造方法、および半導体装置の実装方法に関する。

従来、トランジスタ等の半導体素子を有する半導体チップと、半導体チップを封止する封止部と、半導体チップと電気的に接続され、封止部から突出するリード端子とを有する半導体装置が知られている。また、半導体装置のパッケージ種別として、ＴＯ（Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ Ｏｕｔｌｉｎｅ）、ＳＩＰ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｉｎｌｉｎｅ Ｐａｃｋａｇｅ）、ＤＩＰ（Ｄｕａｌ Ｉｎｌｉｎｅ Ｐａｃｋａｇｅ）等がある。ＴＯタイプの半導体装置として図５（ａ），（ｂ）に示す半導体装置１００がある。この半導体装置１００は、ダイパッド１１０と、このダイパッド１１０上に実装された半導体チップ１０８と、半導体チップ１０８を封止する封止部１０２と、封止部１０２から突出するリード端子１０３，１０４，１０５とを有する。リード端子１０３，１０５は、ボンディングワイヤー１０９により半導体チップ１０８に電気的に接続されている。

上記の半導体装置に対して、ＪＩＳやＩＥＣ等の規格により、隣り合うリード端子間の中心距離（リードピッチ）が定められている。例えばＴＯ−２２０型のパッケージの場合、リードピッチは２．５４ｍｍと定められている。

また、これらの規格では、使用環境（汚染度）に応じた絶縁条件が定められている。例えば、エアコンの室外機に使用される半導体装置や、トイレ等に設置されるハンドドライヤー（エアータオル）に使用される半導体装置の場合は粉塵や水分による汚染度が高いため、通常よりも厳しい絶縁条件が課せられる。

この絶縁条件は、絶縁距離で規定され、より詳しくは、リード端子間の空間距離（Ｃｌｅａｒａｎｃｅ）や沿面距離（Ｃｒｅｅｐａｇｅ Ｄｉｓｔａｎｃｅ）により規定される。ここで、空間距離とは、リード端子間の直線距離（あるいは絶縁物を経由した距離）のことである。一方、沿面距離とは、双方のリード端子を隔てる絶縁物の表面に沿って計測した距離のことである。例えばＴＯ−２２０型の場合、使用環境によっては６．４ｍｍの沿面距離を確保することが求められる。リードピッチは２．５４ｍｍと規定されていることから、何らかの絶縁処理を行わないと絶縁条件を満足することができない。なお、以下の説明においては、沿面距離、空間距離を総称して絶縁距離という。

特許文献１（図１参照）には、リード端子間の沿面距離を確保するために、外部リード３と４の間および外部リード３と５の間に、樹脂体８の形状変更による凸部１２を設けた半導体装置が開示されている。

実開平５−４８３５６号公報

しかしながら、特許文献１に係る半導体装置の場合、外部リード３と４の間の絶縁距離を大幅に増加させることができず、使用環境によっては十分な絶縁距離を確保できない場合がある。

その他、絶縁条件を満足するために、半導体装置を配線基板に実装した後、リード端子を樹脂封止する等の絶縁処理を行うことが考えられる。しかしながら、半導体装置の製造工程が増加し、製造コストが増大するという課題がある。

本発明は、上記の技術的認識に基づいてなされたものであり、その目的は、リードピッチを変えることなく絶縁距離を増大させることが可能な半導体装置、半導体装置の製造方法、および半導体装置の実装方法を提供することである。

本発明に係る半導体装置は、
配線基板に実装される半導体装置であって、
各々が、インナーリードと、前記インナーリードに連結されたアウターリードとを有し、互いに隣り合うように設けられた第１および第２のリード端子と、
前記第１のリード端子のインナーリードおよび前記第２のリード端子のインナーリードを封止する封止部と、
前記封止部の端部から延在し、前記第２のリード端子のアウターリードをその先端が露出するように被覆する絶縁性のリード被覆部と、
を備えることを特徴とする。

また、前記半導体装置において、
前記リード被覆部は、前記半導体装置が前記配線基板に実装された状態において、前記リード被覆部の先端部が前記配線基板に当接する長さまで前記端部から延在していてもよい。

また、前記半導体装置において、
前記リード被覆部は、前記封止部とともに一体成形されたものであってもよい。

また、前記半導体装置において、
前記リード被覆部は、前記第２のリード端子のアウターリードの基端から先端に向かうにつれて細くなるように形成されていてもよい。

また、前記半導体装置において、
インナーリードと、前記インナーリードに連結されたアウターリードとを有し、前記第２のリード端子に隣り合うように設けられた第３のリード端子をさらに備え、
前記封止部は、前記第３のリード端子のインナーリードを封止し、前記第１および第３のリード端子には前記リード被覆部が設けられていないようにしてもよい。

また、前記半導体装置において、
前記リード被覆部が設けられた前記第２のリード端子のインナーリードおよびアウターリードは、一直線上に延在しているようにしてもよい。

また、前記半導体装置において、
インナーリードと、前記インナーリードに連結されたアウターリードとを有し、前記第２のリード端子に隣り合うように設けられた第３のリード端子と、
インナーリードと、前記インナーリードに連結されたアウターリードとを有し、前記第３のリード端子に隣り合うように設けられた第４のリード端子と、をさらに備え、
前記封止部は、前記第３および第４のリード端子のインナーリードを封止し、前記第１および第３のリード端子には前記リード被覆部が設けられず、前記第４のリード端子には前記リード被覆部が設けられているようにしてもよい。

また、前記半導体装置において、
前記第１および第２のリード端子のアウターリードは、前記配線基板に向けて湾曲しており、前記リード被覆部は前記湾曲したアウターリードの形状に沿って湾曲しているようにしてもよい。

本発明に係る半導体装置の実装方法は、
前記半導体装置を配線基板に実装する実装方法であって、前記第１および第２のリード端子を前記配線基板の貫通孔に挿通させた後、前記第１および第２のリード端子と前記配線基板とをはんだ接合することを特徴とする。

また、前記半導体装置の実装方法において、
前記第２のリード端子を前記配線基板の貫通孔に挿通させる際、前記リード被覆部の先端部を前記配線基板に当接させるようにしてもよい。

また、前記半導体装置の実装方法において、
前記第１および第２のリード端子を前記配線基板の貫通孔に挿通させる前に、前記第１のリード端子を前記配線基板の実装位置に応じて曲げるようにしてもよい。

本発明に係る半導体装置の製造方法は、
各々が、インナーリードと、前記インナーリードに連結されたアウターリードとを有し、互いに隣り合うように設けられた第１および第２のリード端子を含むリードフレームを用意する工程と、
前記第１のリード端子のインナーリードおよび前記第２のリード端子のインナーリードを封止して封止部を形成する工程と、
前記封止部の端部から延在し、前記第２のリード端子のアウターリードをその先端が露出するように被覆する絶縁性のリード被覆部を形成する工程と、
を備えることを特徴とする。

また、前記半導体装置の製造方法において、
前記封止部を形成する工程において、前記封止部とともに前記リード被覆部を一体成形するようにしてもよい。

本発明に係る半導体装置は、第１および第２のリード端子のインナーリードを封止する封止部の端部から延在し、第２のリード端子のアウターリードをその先端が露出するように被覆する絶縁性のリード被覆部を備えている。これにより、本発明によれば、リードピッチを変えることなく絶縁距離を増大させることができる。

（ａ）は第１の実施形態に係る半導体装置１の正面図であり、（ｂ）は半導体装置１の下面図である。 （ａ）は配線基板３０に実装された半導体基板１を斜め上から見たときの斜視図であり、（ｂ）は配線基板３０に実装された半導体基板１を斜め下から見たときの斜視図である。 （ａ）は第２の実施形態に係る半導体装置１Ａの正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 （ａ）は第３の実施形態に係る半導体装置１Ｂの正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 （ａ）は従来のＴＯタイプの半導体装置１００の正面図であり、（ｂ）は半導体装置１００の下面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。なお、各図において同等の機能を有する構成要素には同一の符号を付し、同一符号の構成要素の詳しい説明は繰り返さない。

（第１の実施形態）
第１の実施形態に係る半導体装置１は、図１（ａ），（ｂ）に示すように、ＴＯパッケージであり、封止部２と、リード端子３〜５（第１〜第３のリード端子）と、絶縁性のリード被覆部６と、半導体チップ８と、ボンディングワイヤー９と、ダイパッド１０とを備えている。

リード端子３〜５は一直線上に並んで設けられている。即ち、リード端子３およびリード端子４は互いに隣り合うように設けられ、リード端子４およびリード端子５は互いに隣り合うように設けられている。

リード端子３〜５は、各々、インナーリードおよびアウターリードを有する。即ち、リード端子３は、インナーリード３ａと、インナーリード３ａに連結されたアウターリード３ｂとを有する。同様に、リード端子４は、インナーリード４ａと、インナーリード４ａに連結されたアウターリード４ｂとを有し、リード端子５は、インナーリード５ａと、インナーリード５ａに連結されたアウターリード５ｂとを有する。

図１（ａ）に示すように、アウターリード４ｂはインナーリード４ａを介してダイパッド１０に電気的に接続され、このダイパッド１０上には半導体チップ８が実装されている。この半導体チップ８は、はんだ（図示せず）によりダイパッド１０に電気的に接続されるとともに、ボンディングワイヤー９によりインナーリード３ａおよびインナーリード５ａに電気的に接続されている。

なお、半導体チップ８は、例えばパワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等のスイッチング素子、あるいはダイオード等であるが、これに限らず、他の半導体素子であってもよい。また、半導体チップ８は、複数の半導体素子を含んでもよいし、あるいは複数の論理ゲートを有する論理回路を含んでもよい。

封止部２は、図１（ａ）に示すように、リード端子３〜５のインナーリード３ａ〜５ａ、半導体チップ８、ボンディングワイヤー９およびダイパッド１０を封止している。なお、ダイパッド１０の裏面は放熱面として露出していてもよい。

リード端子３，５（アウターリード３ｂ，５ｂ）は、封止部２の端部２ａから突出して外側に延在している。なお、リード端子３，５には後述のリード被覆部６が設けられていない。

リード被覆部６は、樹脂またはセラミック等の絶縁材料からなり、図１（ａ），（ｂ）に示すように、封止部２の端部２ａからリード端子を包むように延在している。本実施形態では、リード被覆部６は、リード端子４に対して設けられており、リード端子４のアウターリード４ｂをその先端が露出するように被覆している。リード被覆部６は、端部２ａからアウターリード４ｂの途中まで、アウターリード４ｂを全周にわたって被覆している。このリード被覆部６が設けられていることにより、図１（ｂ）に示すように、リードピッチを変えることなく、絶縁距離を大幅に増大させることができる。

なお、リード被覆部６は、後ほど半導体装置１の製造方法において説明するように、トランスファーモールド成形等により、封止部２とともに一体成形されたものであってもよい。

上記の半導体装置１は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、配線基板３０に実装される。リード被覆部６が設けられていないリード端子３，５は、配線基板３０に適した形状になるように曲げ加工（リードフォーミング）が施され、配線基板３０の貫通孔３１に挿通されている。これに対して、リード端子４は、リードフォーミングされることなく、配線基板３０の貫通孔３１に挿通されている。このように、リード被覆部６が設けられたリード端子４には曲げ加工が施されておらず、リード端子４のインナーリード４ａおよびアウターリード４ｂは一直線上に延在する。

上記のように、第１の実施形態に係る半導体装置１では、封止部２の端部２ａから延在し、リード端子４のアウターリード４ｂをその先端が露出するように被覆する絶縁性のリード被覆部６を有する。これにより、絶縁距離は、リード端子３，４間の直線距離から、リード被覆部６を経由したリード端子３，５間の距離に大幅に増大する。よって、第１の実施形態によれば、リードピッチを変えることなく絶縁距離を増大させることができる。また、半導体装置１を配線基板３０に実装した後に絶縁処理を行う必要がないため、半導体装置１の製造工程や製造コストに対する影響を抑制することができる。

さらに、半導体装置１では、リードフォーミングされないリード端子４にリード被覆部６を設け、リードフォーミングされるリード端子３，５にはリード被覆部６を設けない。換言すれば、リード被覆部６が設けられるリード端子４は、半導体装置１を配線基板３０に実装する際に曲げ加工を行う必要がないリード端子である。これにより、半導体装置１を従来と同様の方法で配線基板３０に実装することができる。よって、半導体装置１の設計や製造工程に影響を与えないようにすることができる。また、リード端子３，５をリードフォーミングすることにより、リード端子３とリード端子５との間の絶縁距離をさらに大きくすることができる。

なお、リード被覆部６は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、半導体装置１が配線基板３０に実装された状態において、リード被覆部６の先端部６ａが配線基板３０に当接する長さまで端部２ａから延在しているようにしてもよい。これにより、配線基板３０の表面（部品実装面）側のリード端子４は完全に絶縁される。よって、絶縁条件を検討する際、配線基板３０の裏面に突出したアウターリード間の距離、換言すれば、配線基板３０の裏面のランドパターン間の距離のみを考慮すればよい。

また、リード被覆部６は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、リード端子４のアウターリード４ｂの基端から先端に向かうにつれて細くなるように形成されていてもよい。また、絶縁条件を満たすために、リード端子３〜５の全てにリード被覆部６を設けてもよい。あるいは、リード端子３，５にリード被覆部６を設け、リード端子４にリード被覆部６を設けないようにしてもよい。半導体装置１の使用環境に応じてリード被覆部６を適宜設けることで、所要の絶縁距離を確保することができる。

＜半導体装置１の製造方法＞
次に、上記の半導体装置１の製造方法について説明する。

まず、リード端子３〜５およびダイパッド１０を含むリードフレーム（図示せず）を用意する。次に、ダイパッド１０に半導体チップ８を実装し、半導体チップ８とインナーリード３ａ，５ａをボンディングワイヤー９で電気的に接続する。次に、インナーリード３ａ〜５ａ、半導体チップ８、ボンディングワイヤー９およびダイパッド１０を、樹脂またはセラミック等の絶縁材料により封止して封止部２を形成する。次に、封止部２の端部２ａから延在し、リード端子４のアウターリード４ｂをその先端が露出するように被覆する絶縁性のリード被覆部６を形成する。なお、封止部２の形成工程において、トランスファーモールド成形等によりリード被覆部６を封止部２とともに一体成形により形成してもよい。その後、リードフレームの不要部分（リード端子間を接続するタイバー等）を切り落として半導体装置１を得る。

＜半導体装置１の実装方法＞
次に、上記の半導体装置１の配線基板３０への実装方法について説明する。

まず、リード被覆部６が設けられていないリード端子３，５をリードフォーミングする。即ち、リード端子３，５を配線基板３０の実装位置に応じて曲げる。次に、リード端子３〜５を配線基板３０の貫通孔３１に挿通させる。なお、リード端子４を配線基板３０の貫通孔３１に挿通させる際、リード被覆部６の先端部６ａを配線基板３０に当接させてもよい。その後、リード端子３〜５のアウターリード３ｂ〜５ｂと配線基板３０とをはんだ接合する。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第１の実施形態との相違点の一つはパッケージ種別である。第１の実施形態に係る半導体装置１がＴＯパッケージであったのに対し、第２の実施形態に係る半導体装置１Ａは、ＳＩＰパッケージである。以下、相違点を中心に第２の実施形態について説明する。

第２の実施形態に係る半導体装置１Ａは、図３（ａ），（ｂ）に示すように、封止部２と、リード端子３〜５（第１〜第３のリード端子）と、リード端子７（第４のリード端子）と、絶縁性のリード被覆部６とを備えている。リード端子３〜５，７は一直線に並んでいる。リード端子７は、インナーリード（図示せず）と、このインナーリードに連結されたアウターリード７ｂとを有し、リード端子５に隣り合うように設けられている。封止部２は、リード端子３〜５，７のインナーリード、および半導体チップ８（図示せず）を封止している。なお、リード端子の数は４本に限らず、２本，３本または５本以上であってもよい。

半導体装置１Ａでは、リード端子４およびリード端子７にリード被覆部６が設けられている。即ち、リード端子４に設けられたリード被覆部６は、封止部２の端部２ａからアウターリード４ｂの途中までアウターリード４ｂを全周にわたって被覆している。また、リード端子７に設けられたリード被覆部６は、封止部２の端部２ａからアウターリード７ｂの途中までアウターリード７ｂを全周にわたって被覆している。一方、リード端子３，５にはリード被覆部６は設けられていない。

上記のように、リード端子３〜５，７に対し、リード被覆部６が設けられていないリード端子が隣り合わないように一つおきにリード被覆部６が設けられている。これにより、第２の実施形態によれば、リードピッチを変えることなく絶縁距離を増大させることができる。

なお、リード端子３，５にリード被覆部６を設け、リード端子４，７にリード被覆部６を設けないようにしてもよい。また、使用環境に応じた絶縁条件を満たすために、リード端子３またはリード端子５にもリード被覆部６を設けてもよいし、あるいはリード端子３〜５，７の全てにリード被覆部６を設けてもよい。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。第１の実施形態との相違点の一つはパッケージ種別である。第１の実施形態に係る半導体装置１がＴＯパッケージであったのに対し、第３の実施形態に係る半導体装置１Ｂは、ＤＩＰパッケージである。以下、相違点を中心に第３の実施形態について説明する。

第３の実施形態に係る半導体装置１Ｂは、図４（ａ），（ｂ）に示すように、封止部２と、リード端子３〜５（第１〜第３のリード端子）と、絶縁性のリード被覆部６とを備えている。リード端子３〜５は、それぞれ一対ずつ設けられている。封止部２は、リード端子３〜５のインナーリード、および半導体チップ８（図示せず）を封止している。なお、リード端子の数は６本（３対）に限らず、２本（１対），４本（２対）あるいは８本（４対）以上であってもよい。

リード端子３〜５のアウターリード３ｂ〜５ｂは、所定の方向（配線基板３０の方向）に向けて湾曲している。図４（ａ），（ｂ）に示すように、リード端子４のみにリード被覆部６が設けられている。リード端子４に設けられたリード被覆部６は、封止部２の端部２ａからアウターリード４ｂの途中までアウターリード４ｂを全周にわたって被覆している。このリード被覆部６は、図４（ｂ）に示すように、湾曲したアウターリード４ｂの形状に沿って湾曲している。

上記のように、リード端子３〜５に対し、リード被覆部６が設けられていないリード端子が隣り合わないようにリード端子４にリード被覆部６が設けられている。これにより、第３の実施形態によれば、リードピッチを変えることなく絶縁距離を増大させることができる。

なお、リード端子３，５にリード被覆部６を設け、リード端子４にリード被覆部６を設けないようにしてもよい。また、使用環境に応じた絶縁条件を満たすために、リード端子３〜５の全てにリード被覆部６を設けてもよい。

上記の記載に基づいて、当業者であれば、本発明の追加の効果や種々の変形を想到できるかもしれないが、本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではない。異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。特許請求の範囲に規定された内容及びその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更及び部分的削除が可能である。

１，１Ａ，１Ｂ 半導体装置
２ 封止部
２ａ 端部
３，４，５，７ リード端子
３ａ，４ａ，５ａ，７ａ インナーリード
３ｂ，４ｂ，５ｂ，７ｂ アウターリード
６ リード被覆部
６ａ 先端部
８ 半導体チップ
９ ボンディングワイヤー
１０ ダイパッド
３０ 配線基板
３１ 貫通孔
１００ 従来の半導体装置
１０２ 封止部
１０３，１０４，１０５ リード端子
１０８ 半導体チップ
１０９ ボンディングワイヤー
１１０ ダイパッド

Claims (9)

1. 配線基板に実装される半導体装置であって、
   各々が、インナーリードと、前記インナーリードに連結されたアウターリードとを有し、互いに隣り合うように設けられた第１および第２のリード端子と、
   前記第１のリード端子のインナーリードおよび前記第２のリード端子のインナーリードを封止する封止部と、
   前記封止部の端部から延在し、前記第２のリード端子のアウターリードをその先端が露出するように被覆する絶縁性のリード被覆部と、
   を備え、
   前記リード被覆部は前記封止部とともに一体成形されたものであり、前記半導体装置が前記配線基板に実装された状態において、前記リード被覆部の先端部が前記配線基板に当接する長さまで前記端部から延在していることを特徴とする半導体装置。
2. 前記リード被覆部は、前記第２のリード端子のアウターリードの基端から先端に向かうにつれて細くなるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. インナーリードと、前記インナーリードに連結されたアウターリードとを有し、前記第２のリード端子に隣り合うように設けられた第３のリード端子をさらに備え、
   前記封止部は、前記第３のリード端子のインナーリードを封止し、前記第１および第３のリード端子には前記リード被覆部が設けられていないことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
4. 前記リード被覆部が設けられた前記第２のリード端子のインナーリードおよびアウターリードは、一直線上に延在していることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
5. インナーリードと、前記インナーリードに連結されたアウターリードとを有し、前記第２のリード端子に隣り合うように設けられた第３のリード端子と、
   インナーリードと、前記インナーリードに連結されたアウターリードとを有し、前記第３のリード端子に隣り合うように設けられた第４のリード端子と、をさらに備え、
   前記封止部は、前記第３および第４のリード端子のインナーリードを封止し、前記第１および第３のリード端子には前記リード被覆部が設けられず、前記第４のリード端子には前記リード被覆部が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
6. 前記第１および第２のリード端子のアウターリードは、前記配線基板に向けて湾曲しており、前記リード被覆部は前記湾曲したアウターリードの形状に沿って湾曲していることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の半導体装置を配線基板に実装する実装方法であって、前記第１および第２のリード端子を前記配線基板の貫通孔に挿通させた後、前記第１および第２のリード端子と前記配線基板とをはんだ接合することを特徴とする半導体装置の実装方法。
8. 前記第２のリード端子を前記配線基板の貫通孔に挿通させる際、前記リード被覆部の先端部を前記配線基板に当接させることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の実装方法。
9. 前記第１および第２のリード端子を前記配線基板の貫通孔に挿通させる前に、前記第１のリード端子を前記配線基板の実装位置に応じて曲げることを特徴とする請求項７または８に記載の半導体装置の実装方法。

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