JP4058028B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は半導体装置に関し、特に、半導体装置の組み立てに用いられるリードフレームの変形防止に適用して有効な技術に関する。

従来のＬＳＩパッケージでは、ダイパッドの外径寸法をその上に搭載する半導体チップの外径寸法よりも小さくすることにより、半導体チップと樹脂との接着面積を大きくしている（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−２１６３０３号公報（図１）

リードフレームにマウントされた半導体チップを封止して構成された半導体装置では、リードフレームには比較的熱膨張係数の高い金属（例えば、銅）が用いられている。

ここで、半導体装置においては、その動作時に、半導体チップが発熱し、これにより、リードフレームに熱伸縮ストレスが直接掛かる。

また、半導体装置の製造工程においても、リードフレームが高温に加熱される場面が多い。

例えば、半導体チップを固定するダイボンディング時（銀ペーストのキュア温度３２５℃前後）、または、金線ワイヤを接続するワイヤボンディング時（２００℃〜）、あるいは、樹脂封止時（樹脂のキュア温度で１８０℃前後）などの工程である。

なお、リードフレームに銅材を用いたパッケージについては、前記特許文献１（特開平６−２１６３０３号公報）に記載されている。

ここで、リードフレームに用いられる銅材の熱膨張係数は１6.５micro-in/in/℃程度であり、シリコンからなる半導体チップの熱膨張係数は2.８〜7.３micro-in/in/℃程度にとどまる（いずれも２０℃付近）。

このように、金属材であるリードフレームの熱膨張係数が大きいと、半導体装置の動作時における半導体チップからの発熱により大きな熱伸縮ストレスが直接かかる状態となる。すると、半導体チップが固定されているタブおよびこのタブを支持しているタブ吊りリードが変形するので、半導体チップが変形について行けずにタブから剥離したり、あるいは変形に引きずられるようにしてクラックが発生したりすることが懸念される。

また、ＴＳＯＰ（Thin Small Outline Package）やＴＱＦＰ(Thin Quad Flat Package)などのように実装時の高さが 1mm程度となる極めて薄い半導体装置においては、パッケージ自体が機械的な強度を確保しづらいことから、このような熱伸縮ストレスによる弊害が顕著になることが想定される。

さらに、ＳＯＰやＱＦＰのように通常の厚みを有する半導体装置においても、半導体チップのサイズが大きくなればそれだけ発熱量も大きくなるので、やはり熱伸縮ストレスの影響は重大になる。

そこで、本発明の目的は、リードフレームの熱伸縮ストレスを緩和することができる技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

すなわち、本発明の半導体装置は、集積回路が形成された半導体チップと、前記半導体チップの外形寸法よりも小さく、前記半導体チップが搭載されるタブと、前記タブと一体に形成され、前記タブを支持する複数のタブ吊りリードと、前記半導体チップを囲むように形成され、前記複数のタブ吊りリードの間に配置された複数のリードと、前記半導体チップと前記複数のリードをそれぞれ電気的に接続する複数のボンディングワイヤと、前記半導体チップ、前記タブ、前記複数のタブ吊りリード、前記複数のボンディングワイヤ、および前記複数のリードを封止する封止樹脂とを含み、前記タブ吊りリードの延在方向において、前記タブと前記タブ吊りリードとの間には、前記タブ吊りリードの幅方向に長いスリットが形成され、前記半導体チップは、前記複数のタブ吊りリードのそれぞれに形成された前記スリットに囲まれた前記タブにのみ設けられたダイボンディング材を介して、前記タブ上に搭載されているものである。

さらに、本発明の半導体装置は、集積回路が形成された半導体チップと、前記半導体チップの外形寸法よりも小さく、前記半導体チップが搭載されるタブと、前記タブと一体に形成され、前記タブを支持する複数のタブ吊りリードと、前記半導体チップを囲むように形成され、前記複数のタブ吊りリードの間に配置された複数のリードと、前記半導体チップと前記複数のリードをそれぞれ電気的に接続する複数のボンディングワイヤと、前記半導体チップ、前記タブ、前記複数のタブ吊りリード、前記複数のボンディングワイヤ、および複数のリードを封止する封止樹脂とを含み、前記タブ吊りリードの延在方向において、前記タブと前記タブ吊りリードとの間には、前記タブ吊りリードの幅方向に長いスリットが形成され、前記タブ吊りリードにおいて、前記半導体チップの端部よりも前記スリットから遠い位置にはオフセット部が形成され、前記半導体チップは、前記複数のタブ吊りリードのそれぞれに形成された前記スリットに囲まれた前記タブにのみ設けられたダイボンディング材を介して、前記タブ上に搭載されているものである。

また、前記半導体装置の組み立てに用いられるリードフレームは、フレーム枠体の中央に形成され、半導体チップが搭載されるタブと、このタブの周囲からフレーム枠体に向かって延びて形成され、半導体チップの電極と電気的に接続される複数本のリードと、フレーム枠体からタブに繋がるように延びて形成され、タブを所定位置に保持するタブ吊りリードと、このタブ吊りリードに形成され、半導体チップの熱伸縮に応じて変形するストレス緩和部とを有することを特徴とするものである。

このリードフレームにおいて、ストレス緩和部は半導体チップが搭載される領域であるチップ搭載エリアの内外の少なくともいずれか一方側に形成することができる。また、ストレス緩和部は、タブ吊りリードの長さ方向の変位により変形するスリットを有する構造、あるいはタブ吊りリードの長さ方向の変位により伸縮する蛇行形状とすることができる。

前述したリードフレームでは、ストレス緩和部を半導体チップが搭載される領域であるチップ搭載エリアの内外に形成し、一方側のストレス緩和部をタブ吊りリードの長さ方向の変位により変形するスリットを有する構造とし、他方側のストレス緩和部をタブ吊りリードの長さ方向の変位により伸縮する蛇行形状とすることができる。

これらのリードフレームにおいて、タブは十文字形のクロスタブ構造または半導体チップより小さいサイズの小タブ構造とすることができる。また、クロスタブ構造にあっては、相互に分離された複数箇所からなるクロスタブ構造とし、ストレス緩和部はこれらのタブの延長交差位置に形成することができる。

上記した手段によれば、タブ吊りリードにストレス緩和部が形成され、タブ吊りリードの伸縮に応じてこのストレス緩和部が変形するので、半導体チップの発熱によりリードフレームに加わる熱伸縮ストレスが緩和される。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
(1).本発明のリードフレームによれば、タブ吊りリードにストレス緩和部が形成され、タブ吊りリードの伸縮に応じてこのストレス緩和部が変形するので、半導体チップの発熱によりリードフレームに加わる熱伸縮ストレスが緩和される。
(2).前記した(1) により、半導体チップが異種の材料からなるリードフレームの変形に追随できずにタブから剥離したり、あるいはタブ吊りリードの伸縮に引きずられてクラックが発生することがない。
(3).特に、ＴＳＯＰやＴＱＦＰのように小形パッケージの場合には一層強い熱ストレスがかかるので、より有効である。
(4).前記した(1) 〜(3) により、製品の信頼性を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において同一の部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

（実施の形態１）
図１は本発明の一実施の形態であるリードフレームを示す平面図、図２は図１の一部を拡大して示す平面図、図３は図１のリードフレームを用いて構成された半導体装置を示す斜視図、図４は図３のIV−IV線に沿った断面図である。

集積回路の形成された半導体チップ１と電気的に接続されて外部との間で入出力信号の授受を行うリードフレーム２は、本実施の形態においてはたとえばプレス加工された銅材からなるＴＱＦＰタイプのものであり、図１に示すように、複数本のリード３を有している。

半導体チップ１の電極と電気的に接続されるリード３はグループ毎に相互に異なる方向に延びており、図示する場合には４方向に延びている。したがって、このリードフレーム２により構成される半導体装置４（図３）は４方向からリード３が突出したいわゆる４方向リードを形成する。但し、本発明にあってはリードフレーム２の種類はＴＱＦＰに限定されるものではなく、たとえばＴＳＯＰなどのような他の薄形パッケージ、さらには２方向あるいは単一方向にリードが延びる他の種々の構造のものに適用することができる。また、プレス加工ではなくエッチングにより製造してもよい。

リード３の相互間を連結するようにしてダムバー５が形成されており、外側の二点鎖線で示す封止エリアＡをモールドする時のレジンのはみ出しがこれによって防止される。但し、ダムレス構造を採用することもできる。

リードフレーム２の長さ方向の両側にはフレーム枠体６が形成されている。フレーム枠体６にはパイロットホール７が開口されており、このパイロットホール７と噛み合う送り爪によって、リードフレーム２は図示する１パッケージ分ずつ順送りされる。

リードフレーム２の中央部には半導体チップ１の搭載されるタブ８が形成されている。このタブ８はフレーム枠体６から繋がるように延びて形成された略十文字形をなす４本のタブ吊りリード９の延長上に形成されている。したがって、タブ８もまた略十文字形をなす構造つまりクロスタブ構造となっている。そして、前記したリード３はこのようなタブ８から外方に延びて形成されている。

半導体チップ１が搭載される領域であるチップ搭載エリアＢを図１および図２における内側の二点鎖線で示す。図示するように、搭載される半導体チップ１は比較的小形のものであり、したがって、タブ８の外側はマウントされた半導体チップ１からはみ出し、その一部が半導体チップ１との接着領域Ｃとなっている。但し、図５および以下に説明する他の実施の形態における図面に示すように、半導体チップ１はタブ全体を覆う通常の大きさのものであってもよい。

なお、タブ吊りリード９の途中にはオフセット部１０が形成されてリード３に対してタブ８が垂直方向にずらされている。そして、これにより、モールドされた半導体装置４における上下の樹脂厚が等しくされている。

ここで、タブ吊りリード９の形状を図２に詳しく示す。図示するように、タブ吊りリード９のフレーム枠体付け根部分および中央の交差位置には、スリット１１を有するストレス緩和部１２ａ，１２ｂが形成されている。ストレス緩和部１２ａにはタブ吊りリード９の幅方向に長いスリット１１が形成され、ストレス緩和部１２ｂには略十文字形のタブ吊りリード９をその交差位置を中心にして平面方向に４５度回転した略十文字形にスリット１１が形成されている。

このようなストレス緩和部１２ａ，１２ｂの形成されたリードフレーム２は、タブ８上に半導体チップ１が搭載された後にリード３とワイヤ接続される。その後、図１における外側の二点鎖線で示す封止エリアＡで樹脂モールドされてダムバー切断、タブ吊りリード切断、バリ除去が行われたうえで４方向に延びたリード３がガルウィング状に成形されて半導体装置４が完成する。

完成後の半導体装置４の一例を図３に、また図３のIV−IV線に沿った断面図を図４に示す。図示する半導体装置４の場合には、たとえばパッケージ厚 1mm、縦10mm、横15mmで、図４に示すように、ボンディングワイヤ１３によりリード３と電気的に接続された半導体チップ１がモールド樹脂１４により封止されている。

ここで、前述のように、銅材であるリードフレーム２の熱膨張係数は約１6.５micro-in/in/℃と非常に大きい。したがって、半導体装置４が動作して半導体チップ１が発熱した場合には、熱膨張でタブ吊りリード９が伸長する。また、半導体装置４の動作が停止すると、伸長したタブ吊りリード９は放熱により元の長さにまで収縮する。このとき、本実施の形態のリードフレーム２ではタブ吊りリード９にスリット１１を有するストレス緩和部１２ａ，１２ｂが形成されているので、タブ吊りリード９が伸縮するとスリット１１が変形してリードフレーム２に加わる熱伸縮ストレスが緩和される。したがって、シリコンからなる半導体チップ１が銅材という異種の材料からなるリードフレーム２の変形に追随できずにタブ８から剥離したり、あるいはタブ吊りリード９の伸縮に引きずられてクラックが発生することがない。

さらに、本実施の形態のリードフレーム２によれば、半導体装置４の動作時に限らず、半導体チップ１を固定するダイボンディング工程（銀ペーストのキュア温度３２５℃前後）、または、ボンディングワイヤ１３を接続するワイヤボンディング工程（２００℃〜）、あるいは樹脂封止工程（樹脂のキュア温度で１８０℃前後）などの組み立て工程においても、前記同様、リードフレーム２に加わる熱伸縮ストレスを緩和できる。

これにより、前記組み立て工程における半導体チップ１のタブ８からの剥離やクラック発生を防止できる。

（実施の形態２）
図６は本発明の他の実施の形態であるリードフレームの要部を示す平面図である。

本実施の形態では、交差するタブ吊りリード９上に形成された４カ所のタブ８の内側に相互に交差するように形成された蛇行形状によりストレス緩和部１２ｃが構成されている。また、４本のタブ吊りリード９のフレーム枠体付け根部分には前述した実施の形態１と同様のスリット１１を有するストレス緩和部１２ａが形成されている。なお、蛇行形状における折れ曲がり部は、図示するように角張っていても、丸くてもよい。

このように、蛇行形状のストレス緩和部１２ｃでも、タブ吊りリード９が熱膨張により伸長するとストレス緩和部１２ｃが撓むように変形し、収縮するとその撓みが元に戻るように変形するので、やはり半導体チップ１の発熱による熱伸縮ストレスが緩和される。

（実施の形態３）
図７は本発明のさらに他の実施の形態であるリードフレームの要部を示す平面図である。

本実施の形態では、交差するタブ吊りリード９上の４カ所およびその中央交差位置の１カ所の計５カ所にタブ８が形成され、蛇行形状のストレス緩和部１２ｃはタブ吊りリード９上に形成されたタブ８と中央に形成されたタブ８との間に形成されている。

このように、タブ８を中央とその周囲に形成し、ストレス緩和部１２ｃをこれらの間に設けるようにしてもよい。

（実施の形態４）
図８は本発明のさらに他の実施の形態であるリードフレームの要部を示す平面図である。

本実施の形態では、タブ８がタブ吊りリード９の交差部において略十文字形に形成され、長円のスリット１１を有するストレス緩和部１２ｄはフレーム外枠に向かって延びる４本のタブ吊りリード９上にそれぞれ形成されている。

このように、タブ吊りリード９のフレーム外枠側にストレス緩和部１２ｄを形成してもよい。

（実施の形態５）
図９は本発明のさらに他の実施の形態であるリードフレームの要部を示す平面図である。

本実施の形態では、中央部に形成された円形の小タブ構造を有するタブ８の周囲にスリット１１を有するストレス緩和部１２ｅが形成されている。そして、タブ吊りリード９はこのようなストレス緩和部１２ｅを介してタブ８から４方向に延びるようにして形成されている。

このように、タブ８は小タブ構造のものであってもよい。

以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

たとえば、リードフレームの材料は、銅材に限らず４２アロイ材でも同様に適用することができる。

さらに、蛇行形状のストレス緩和部とスリットを有するストレス緩和部とは本実施の形態に示す位置に用いることに限定されるものではなく、全てを蛇行形状タイプあるいはスリットタイプにしたり、所望のタイプを適宜用いることもできる。

また、ストレス緩和部の形成位置は、フレーム外枠の付け根部分、タブ吊りリードの途中、半導体チップの中央位置などに形成することができ、さらに、これらのいずれか１カ所のみや全ての箇所に形成することもできる。

本発明は、電子部品およびその製造技術に好適である。

本発明の実施の形態１によるリードフレームを示す平面図である。 図１の一部を拡大して示す平面図である。 図１のリードフレームを用いて構成された半導体装置を示す斜視図である。 図３のIV−IV線に沿った断面図である。 図２に示すリードフレームにおいて、普通サイズの半導体チップを搭載した場合を示す平面図である。 本発明の実施の形態２によるリードフレームの要部を示す平面図である。 本発明の実施の形態３によるリードフレームの要部を示す平面図である。 本発明の実施の形態４によるリードフレームの要部を示す平面図である。 本発明の実施の形態５によるリードフレームの要部を示す平面図である。

符号の説明

１ 半導体チップ
２ リードフレーム
３ リード
４ 半導体装置
５ ダムバー
６ フレーム枠体
７ パイロットホール
８ タブ
９ タブ吊りリード
１０ オフセット部
１１ スリット
１２ａ〜１２ｅ ストレス緩和部
１３ ボンディングワイヤ
１４ モールド樹脂

Claims (4)

1. 集積回路が形成された半導体チップと、
   前記半導体チップの外形寸法よりも小さく、前記半導体チップが搭載されるタブと、
   前記タブと一体に形成され、前記タブを支持する複数のタブ吊りリードと、
   前記半導体チップを囲むように形成され、前記複数のタブ吊りリードの間に配置された複数のリードと、
   前記半導体チップと前記複数のリードをそれぞれ電気的に接続する複数のボンディングワイヤと、
   前記半導体チップ、前記タブ、前記複数のタブ吊りリード、前記複数のボンディングワイヤ、および前記複数のリードを封止する封止樹脂とを含み、
   前記タブ吊りリードの延在方向において、前記タブと前記タブ吊りリードとの間には、前記タブ吊りリードの幅方向に長いスリットが形成され、
   前記半導体チップは、前記複数のタブ吊りリードのそれぞれに形成された前記スリットに囲まれた前記タブにのみ設けられたダイボンディング材を介して、前記タブ上に搭載されていることを特徴とする半導体装置。
2. 集積回路が形成された半導体チップと、
   前記半導体チップの外形寸法よりも小さく、前記半導体チップが搭載されるタブと、
   前記タブと一体に形成され、前記タブを支持する複数のタブ吊りリードと、
   前記半導体チップを囲むように形成され、前記複数のタブ吊りリードの間に配置された複数のリードと、
   前記半導体チップと前記複数のリードをそれぞれ電気的に接続する複数のボンディングワイヤと、
   前記半導体チップ、前記タブ、前記複数のタブ吊りリード、前記複数のボンディングワイヤ、および複数のリードを封止する封止樹脂とを含み、
   前記タブ吊りリードの延在方向において、前記タブと前記タブ吊りリードとの間には、前記タブ吊りリードの幅方向に長いスリットが形成され、
   前記タブ吊りリードにおいて、前記半導体チップの端部よりも前記スリットから遠い位置にはオフセット部が形成され、
   前記半導体チップは、前記複数のタブ吊りリードのそれぞれに形成された前記スリットに囲まれた前記タブにのみ設けられたダイボンディング材を介して、前記タブ上に搭載されていることを特徴とする半導体装置。
3. 請求項１または２に記載の半導体装置において、前記タブ、前記複数のタブ吊りリード、および前記複数のリードのそれぞれは、銅材から成ることを特徴とする半導体装置。
4. 請求項３に記載の半導体装置において、前記ダイボンディング材は、銀ペーストであることを特徴とする半導体装置。

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