JPH09213871A

JPH09213871A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH09213871A
Application number: JP8040349A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Yokota; 芳夫横田
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1996-02-02
Filing date: 1996-02-02
Publication date: 1997-08-15

Abstract

(57)【要約】【課題】絶縁基板を使用しなくても大電流、高電圧を
扱える半導体装置を提供する。【解決手段】リードフレーム１６のアイランド部５₁
〜５₁₉上に半導体チップ２１₁〜２１₅を配置して半導体
装置２を構成する際、パッケージ３内の穴１９の底部で
アイランド部５₁、５₁₉がヘッドレール１４から分離さ
れるようにしたので沿面距離が大きなった。また、封止
材料が注入されるところに凹部を設けたので、ばり等が
表面に出ない。この場合、アイランド部５₁〜５₁₉をパ
ッケージ３の底面近くに配置すると放熱性を向上させる
ことができ、また、アイランド部５₁〜５₁₉上のパッケ
ージ３の部分を薄くすると封止材料を節約できる。その
薄くした部分６に取付孔１５₁、１５₂を設けて放熱フィ
ン１７をねじ止めするようにすれば、ねじ頭がパッケー
ジ３表面から露出しないので、高密度実装を行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は封止材料が充填され
て成るパッケージを用いた半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年では、電子装置の小型・高密度化が
増々進んでおり、従来は個別部品で使用されていたパワ
ーデバイスも、駆動回路や保護回路と共に１つのパッケ
ージ内に組み込まれた半導体装置(ハイブリッドＩＣ)が
多用されるようになってきた。

【０００３】その従来技術の半導体装置を図８(ａ)〜
(ｃ)の符号１０２に示して具体的に説明すると、この半
導体装置１０２は、エポキシ樹脂がトランスファーモー
ルドで成形されて成るパッケージ１０７を有しており、
その一側面からリード部１０８₁〜１０８₆が導出されて
プリント基板に実装できるように構成されている。それ
らリード部１０８₁〜１０８₆のうち、中心に配置された
リード部１０８₃は、パッケージ内に位置する金属基板
１０５と電気的、機械的に接続されており、その表面に
はパワーデバイスチップ１０６とセラミック基板１０９
とが、それぞれ半田とエポキシ樹脂とで固定されてい
る。

【０００４】絶縁基板１０９上には、ＩＣチップ１０３
と、図示しない回路部品とが搭載され、銅薄膜で構成さ
れた電気配線によって前記パワーデバイスチップ１０６
を動作させる制御回路が構成されおり、金線ワイヤー１
１６によって、この制御回路内に配置されたボンディン
グパッド１２１とチップ上のボンディングパットやリー
ド部１０８₁〜１０８₆とを結んでチップ間の配線や、チ
ップと各リード部１０８₁〜１０８₆との配線が成されて
いる。このような半導体装置は、実装面積とコストを小
さくできることから、高耐圧、大電流を扱う回路に広く
使用されているが、より一層のコスト低減と、デバイス
の小型・薄型化が求められている。

【０００５】そこで近年では、絶縁基板１０９の削減が
検討されており、絶縁基板１０９を用いずに、互いに分
離されたリードフレーム上に直接素子を配置した、いわ
ゆるマルチチップモジュールと呼ばれる半導体装置が開
発されるようになってきた。しかしながら放熱性や沿面
距離の問題から、大電流、高電圧を扱うパワーデバイス
チップを内蔵することが困難であり、解決が望まれてい
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
の不都合を解決するために創作されたもので、その目的
は、絶縁基板を使用しないで大電流、高電圧を扱える半
導体装置に関する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、２つの部分に分離可能な複
数の切り離し部でヘッドレールに固定された複数のアイ
ランド部と、前記各アイランド部に接続部でそれぞれ接
続された複数のリード部とを有するリードフレームの、
所望のアイランド部に半導体チップを配置し、封止材料
が平板状に成形されて成るパッケージ内に前記各アイラ
ンド部を納め、前記パッケージの一側面から前記リード
部を導出した半導体装置であって、前記パッケージ表面
の封止材料注入位置には凹部が設けられ、前記切り離し
部の分離部分が前記パッケージ内部に位置されたことを
特徴とする。

【０００８】また、請求項２記載の発明は、２つの部分
に分離可能な複数の切り離し部でヘッドレールに固定さ
れた複数のアイランド部と、前記各アイランド部に接続
部でそれぞれ接続された複数のリード部とを有するリー
ドフレームの、所望のアイランド部に半導体チップを配
置し、封止材料が平板状に成形されて成るパッケージ内
に前記各アイランド部を納め、前記パッケージの一側面
から前記リード部を導出した半導体装置であって、前記
アイランド部は、前記切り離し部の分離位置と前記リー
ド部の導出位置よりも前記パッケージ裏面近くに位置す
るように構成されたことを特徴とする。

【０００９】この場合、請求項３記載の発明のように、
前記アイランド部とパッケージ表面の間の封止材料の厚
みを、前記切り離し部の分離部分とパッケージ表面との
間の厚みよりも薄く形成したり、また、請求項４記載の
発明のように、前記リード部の導出位置とパッケージ表
面との間の厚みよりも薄く形成するとよい。

【００１０】更に、請求項５記載の発明のように、前記
パッケージの薄く形成された部分に取付孔を設け、該取
付孔にねじを挿通して前記パッケージ裏面に放熱フィン
(ヒートシンク)を取り付けたときに、ねじ頭が前記パッ
ケージ表面よりも高くならないように構成するとよい。

【００１１】このような本発明の構成によれば、複数の
アイランド部のうちの所望のアイランド部に半導体チッ
プを配置し、金線ワイヤー等で半導体チップとリード部
と結線し、金型内に各アイランド部を納めるとともに金
型外部にリード部を導出し、封止材料を注入してトラン
スファーモールド法によって平板状のパッケージを形成
し、アイランド部とヘッドレール、リード部とタイバー
とを分離させると各アイランド部がパッケージ内部に納
められたマルチチップモジュールと呼ばれる半導体装置
が得られる。

【００１２】そのトランスファーモールドの際、前記切
り離し部の分離部分が前記パッケージ内部に位置するよ
うにしておくと、アイランド部とヘッドレールとを分離
したときに、前記アイランド部側に残された切り離し部
の分離部分は、分離後にできた穴の底部で露出するよう
にできるので、穴の深さの分だけ半導体装置の沿面距離
を大きくすることができる。特に、金型内に封止材料が
注入される際、成形されるパッケージの封止材料の注入
部分に凹部が形成されるようにしておくと、ばり等がパ
ッケージ表面に突き出ないので都合がよい。

【００１３】前述したようなリードフレームとパッケー
ジを有する半導体装置では、リードフレームのアイラン
ド部を、前記切り離し部の分離部分やリード部の導出位
置よりも裏面に近くに位置するようにしておくと、アイ
ランド部と放熱フィンとの間の熱抵抗が小さくなって都
合がよい。この場合、前記アイランド部とパッケージ表
面との間の封止材料の厚みを、切り離し部の分離部分と
パッケージ表面との厚みや、リード部の導出位置とパッ
ケージ表面との厚みよりも薄くしておくと封止材料を節
約できる。

【００１４】更にこの場合には、その薄く形成したとこ
ろに取付孔を設けておき、パッケージ裏面に放熱フィン
を取り付けたときにねじ頭がパッケージ表面よりも高く
ならないようにしておくと、実装の際にねじ頭が邪魔に
ならず、実装密度を向上させることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を用い
て説明する。図１を参照し、符号２は本発明の一実施の
形態のマルチチップモジュールタイプの半導体装置であ
り、エポキシ樹脂がトランスファーモールド成形され、
厚み約４ｍｍ、平面外観形状が約５０ｍｍ×２０ｍｍの
略長方形形状のパッケージ３を有している。このパッケ
ージ３の一側面５０からはリード部８₁〜８₁₉が導出さ
れており、後工程のフォーミングによって、ＺＩＰ配列
に加工できるようにされている。

【００１６】この半導体装置２には、図２(ａ)に示すよ
うなリードフレーム１６が用いられており、パッケージ
３内部にはアイランド部５₁〜５₁₉が納められ、各リー
ド部８₁〜８₁₉は、接続部７₁〜７₁₉によってアイランド
部５₁〜５₁₉とそれぞれ接続されている。各リード部８₁
〜８₁₉は、トランスファーモールド直後の最初の状態で
は、タイバー１０によって互いに連結されている。

【００１７】このリードフレーム１６の斜視図を図４に
示す。前記アイランド部５₁〜５₁₉のうち、アイランド
部５₁、５₁₀、５₁₉は他のアイランド部よりも幅広に形
成され、半導体チップが配置できるように構成されてお
り、そのうちの両端に位置するアイランド部５₁、５₁₉
は切り離し部９₁〜９₃によってヘッドレール１４と接続
され、運搬の際やトランスファーモールドの際に撓むこ
とがないように構成されている。また、前記各リード部
８₁〜８₁₉の先端はサイドレール１３に接続され、一体
に取り扱えるように構成されている。

【００１８】前記切り離し部９₁〜９₃は、三角形形状に
成形され、ヘッドレール１４と面一に設けられた分離部
材９１₁〜９１₃と、同様に三角形形状に成形され、アイ
ランド部５₁、５₁₉の上部端面から立設された分離部材
９２₁〜９２₃とが、互いの一頂点を共通にして略垂直に
接続されて構成されており、そのため中央部がくびれた
形状となって分離部分が構成されており、分離部材９１
₁〜９１₃と分離部材９２₁〜９２₃とが分離され易いよう
にされている。

【００１９】上述したリードフレーム１６がダイボンデ
ィング工程を経ると、同図(ｂ)に示すように、パワーデ
バイスチップ２１₁、２１₂がアイランド部５₁、５₁₉上
に半田によってそれぞれ直接固定される。また、半導体
チップ２１₃がアイランド部５₁₉上に、半導体チップ２
１₄、２１₅がアイランド部５₁₀上に銀ペーストによって
それぞれ直接固定され、絶縁基板を用いずに半導体チッ
プが設けられている。

【００２０】また、アイランド部５₁〜５₆と、アイラン
ド部５₁₄〜５₁₉の先端部分はパッケージ３の中央付近に
位置するように伸ばされており、ワイヤーボンディング
工程において、金線ワイヤー２２を用い、各半導体チッ
プ２１₃〜２１₅間を接続る際や、各チップ２１₁〜２１₅
とアイランド部５₁〜５₁₉とを接続するさいに、ボール
ボンディングを行い易いように構成されている。そのた
め、中央の位置から遠いアイランド部５₂〜５₆やアイラ
ンド部５₁₄〜５₁₈は、リードフレーム材が細長く成形さ
れてしまい撓み易くなっている。そこで、アイランド部
５₁〜５₇と、アイランド部５₁₃〜５₁₉との表面に樹脂シ
ート１１₁、１１₂を設け、各アイランド部５₂〜５₆、５
₁₄〜５₁₈を、それぞれ両端のアイランド部５₁、５₇、５
₁₃、５₁₉に固定することで、運搬やトランスファーモー
ルドの際に撓まないようにされている。

【００２１】このように構成されたリードフレーム１６
を、モールド工程に於いて、トランスファーモールドに
用いる金型内に配置し、切り離し部９₁〜９₃側が位置す
る金型内周面の注入孔からエポキシ樹脂を注入すると、
図３(ｃ)に示すようにパッケージ３が形成される。

【００２２】そのトランスファーモールドの際には、リ
ード部８₁〜８₁₉とタイバー１０とが金型のキャビティ
外に位置するようにされているので、各リード部８₁〜
８₁₉はパッケージ３の一側面５０から導出される。他
方、その一側面５０と対向する側面には凹部４が形成さ
れており、前記注入孔はこの凹部４の位置にあり、従っ
て、エポキシ樹脂は前記凹部４が形成される位置から注
入されるので、パッケージ３を金型から取り出したとき
にバリは凹部４に納められ、表面に出ることがない。な
お、ヘッドレール１４側に設けられた分離部材９１₁〜
９１₃は、この凹部４からパッケージ３の外部に出るよ
うにされている。

【００２３】また、各アイランド部５₁〜５₁₉と各リー
ド部８₁〜８₁₉との間にはそれぞれ接続部７₁〜７₁₉が設
けられており、この接続部７₁〜７₁₉が作る段差の分だ
け、アイランド部５₁〜５₁₉が位置する平面よりもリー
ド部８₁〜８₁₉が位置する平面の方が高くなるように構
成されており、その差によって、図２(ｂ)の状態のリー
ドフレーム１６を金型内に配置してトランスファーモー
ルドをすると、各アイランド部５₁〜５₁₉がパッケージ
３の裏面付近に位置し、パッケージ３の一側面の厚み方
向中央付近からリード部８₁〜８₁₉が導出されるように
構成されている。

【００２４】また、トランスファーモールドの際には、
パッケージ３表面に、上下方向中央付近に帯状の薄肉部
６が設けられるようにされている。この薄肉部６と裏面
との間には、前記各アイランド部５₁〜５₁₉が位置して
いるので、薄肉部６が設けられているパッケージ３表面
と前記各アイランド部５₁〜５₁₉との間のエポキシ樹脂
の厚みは、切り離し部９₁〜９₃が残された部分とパッケ
ージ３表面との間の厚みよりも薄く形成されており、ま
た、パッケージ３からリード部８₁〜８₁₉が導出される
位置とパッケージ３表面との間の厚みよりも薄く形成さ
れており、エポキシ樹脂使用量が少なくなるようにされ
ている。

【００２５】このようなトランスファーモールドを行っ
た後、タイバー１０を切断すると共に前記切り離し部９
₁〜９₃のくびれ部分からヘッドレール１４を分離させる
と各アイランド部５₁〜５₁₉、及び各リード部８₁〜８₁₉
は、エポキシ樹脂で固定されながら電気的・機械的に分
離され、図３(ｄ)に示す半導体装置２が得られる。

【００２６】各リード部８₁〜８₁₉をＺＩＰ配列にフォ
ーミングし、この半導体装置２に放熱フィンを取り付け
た状態を図５に示す。前記薄肉部６の左右端部には取付
孔１５₁、１５₂が設けられており、パッケージ３の裏面
に放熱フィン１７を配置し、その取付孔１５₁、１５₂に
挿通された図示しないねじによってねじ止めすると、パ
ッケージ３と放熱フィン１７とが密着される。その際、
取付孔１５₁、１５₂が薄肉部６に設けられているので、
ねじ頭がパッケージ３表面から突きでないようにでき
る。

【００２７】このときのリード部８₁〜８₁₉側の沿面距
離は、各リード部８₁〜８₁₉と放熱フィン１７との間の
直線的な距離であるが、アイランド部５₁、５₁₉側で
は、切り離し部９₁〜９₃のくびれ部でヘッドレール１４
が切り離される際にパッケージ３内部に分離部材９２₁
〜９２₃が残されており、分離部材９１₁〜９１₃が取り
去られてできた孔１９内部にその分離部材９２₁〜９２₃
の端部が露出しているので、その部分の沿面距離は、孔
１９の深さａと、孔１９の開口端から放熱フィン１７ま
での距離ｂとの和(ａ＋ｂ)になり、沿面距離を大きくす
ることができる。ここでは沿面距離は２ｍｍ以上になる
ようにされている。

【００２８】なお、上記半導体装置２と異なり、図６
(ａ)に示した半導体装置２'のように、リード部８₁〜８
₁₉側の沿面距離ｆの大きさを変えないでリード部８'₁〜
８'₁₉とアイランド部５'₁〜５'₁₉との間に段差をなくし
た場合は、パッケージ３'は、上部の厚みｄ₁、中央部の
厚みｄ₂、リード部側の厚みｄ₃ともに同じ値となってし
まい、薄肉部を設けることができない分だけエポキシ樹
脂を多量に必要として不経済になる。また、この場合に
はアイランド部５'₁〜５'₁₉と放熱フィンとの間のエポ
キシ樹脂が厚くなるので放熱性が悪化してしまう。

【００２９】他方、同図(ｂ)に示した半導体装置２"の
ように、接続部による段差を設けず、アイランド部５"₁
〜５"₁₉とリード部８₁〜８₁₉との高さを同じにしてアイ
ランド部５"₁〜５"₁₉をパッケージ３"の裏面近くに配置
した場合には、パッケージ３"上部の厚みｇよりも、中
央付近の厚みｈ₁とリード部側下部の厚みｈ₂とを薄くで
きる。しかし、リード部８"₁〜８"₁₉側の沿面距離ｊが
短くなってしまい、高電圧を扱えなくなってしまう。本
発明の半導体装置２には、このような不都合はない。

【００３０】以上はエポキシ樹脂でパッケージを構成し
た場合について説明したが、封止材料はそれに限定され
るものではなく、例えばシリコン樹脂を用いることも可
能である。また、パッケージの成型方法もトランスファ
ーモールドに限定されるものではないが、凹部４は、エ
ポキシ樹脂をトランスファーモールドで成形する際のバ
リ対策に特に有効である。

【００３１】また、本発明の切り離し部は、２つの分離
部材９１₁〜９１₃及び９２₁〜９２₃の一頂点を共通にし
て接続するものに限定されるものではなく、例えば、図
７(ａ)の切り離し部９'に示すように、アイランド部に
垂直に立設されている分離部材９７aとヘッドレール側
に設けられている分離部材９７bとを、狭部８７で略垂
直に接続し、分離部材９７bを引っ張ったときに、前記
狭部８７が切れて分離されるようにしてもよい。

【００３２】また、同図(ｂ)の切り離し部９''のよう
に、アイランド部側に垂直に立設されている分離部材９
８aとヘッドレール側に設けられている分離部材９８bと
を、互いに略垂直になるように設けておき、分離部材９
８bを引っ張ったときに、該分離部材９８bに設けられた
溝８８で分離し、ヘッドレールがアイランド部側から取
り外されるようにしてもよい。

【００３３】この場合、前記溝８８に代え、同図(ｃ)に
示した切り離し部９'''のように、ヘッドレール側の分
離部材９９bに切れ込み８９を設けてアイランド部側の
分離部材９９aと接続してもよい。

【００３４】要するに、ヘッドレール側を引っ張っる等
してヘッドレールをアイランド部から取り外す際、切り
離し部９'〜９'''のアイランド部側に残された部分がパ
ッケージ内に位置し、且つその表面が露出する部分が穴
の底部にあるような構成であれば、沿面距離を大きくす
ることができるので、本発明に含まれる。

【００３５】

【発明の効果】沿面距離を大きくすることができるの
で、高電圧を扱う半導体装置に有効であり、また、製造
工程でのバリ取りの作業を省略することができる。絶縁
基板を内蔵することなく、大電流、高耐圧のパワーデバ
イスを内蔵することができる。加熱されるアイランド部
を放熱フィン近くに位置させることができるので放熱性
が良く、また、その部分のパッケージを薄く形成できる
ので封止材料の節約になり、低コストの半導体装置を作
ることができる。薄く形成した部分に放熱フィンの取付
孔を設けておけば、ねじ頭がパッケージ表面から突き出
ないからプリント基板への実装密度を向上させることが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の半導体装置の斜視図

【図２】その半導体装置の製造工程を説明するための図 (ａ)：リードフレームの状態 (ｂ)：ダイボンドとワイヤーボンドが行われた状態

【図３】 (ｃ)：モールドが行われた状態 (ｄ)：切断が行われた状態

【図４】リードフレームの斜視図

【図５】沿面距離を説明するための図

【図６】(ａ)、(ｂ)：パッケージの厚みと沿面距離を説
明するための図

【図７】(ａ)〜(ｃ)：切り離し部の例

【図８】(ａ)：従来技術の半導体装置の斜視図 (ｂ)：その内部平面図 (ｃ)：その内部側面図

【符号の説明】

２……半導体装置３……パッケージ４……凹部５₁〜５₁₉……アイランド部６……薄肉部７₁〜
７₁₉……接続部８₁〜８₁₉……リード部９₁〜９₃……切り離し部
１０……タイバー１１₁、１１₂……樹脂シート１３……サイドレール１４……ヘッドレール１５₁、１５₂……取付孔１６……リードフレーム１７……放熱フィン１
９……孔２１₁〜２１₅……半導体チップ２２……金線ワイヤ
ー５０……パッケージの一側面９１₁〜９１₃、９２₁
〜９２₃……分離部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２つの部分に分離可能な複数の切り離し
部でヘッドレールに固定された複数のアイランド部と、前記各アイランド部に接続部でそれぞれ接続された複数
のリード部とを有するリードフレームの、所望のアイランド部に半導体チップを配置し、封止材料
が平板状に成形されて成るパッケージ内に前記各アイラ
ンド部を納め、前記パッケージの一側面から前記リード
部を導出した半導体装置であって、前記パッケージ表面の封止材料注入位置には凹部が設け
られ、前記切り離し部の分離部分が前記パッケージ内部に位置
されたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】２つの部分に分離可能な複数の切り離し
部でヘッドレールに固定された複数のアイランド部と、前記各アイランド部に接続部でそれぞれ接続された複数
のリード部とを有するリードフレームの、所望のアイランド部に半導体チップを配置し、封止材料
が平板状に成形されて成るパッケージ内に前記各アイラ
ンド部を納め、前記パッケージの一側面から前記リード
部を導出した半導体装置であって、前記アイランド部は、前記切り離し部の分離位置と前記
リード部の導出位置よりも前記パッケージ裏面近くに位
置するように構成されたことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】前記アイランド部と前記パッケージ表面
との間の封止材料の厚みは、前記切り離し部の分離部分
とパッケージ表面との間の厚みよりも薄く形成されたこ
とを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】前記アイランド部と前記パッケージ表面
との間の封止材料の厚みは、前記リード部の導出位置と
パッケージ表面との間の厚みよりも薄く形成されたこと
を特徴とする請求項２又は請求項３のいずれか１項記載
の半導体装置。
【請求項５】前記パッケージの薄く形成された部分に
は取付孔が設けられ、該取付孔にねじを挿通して前記パ
ッケージ裏面に放熱フィンを取り付けたときに、ねじ頭
が前記パッケージ表面よりも高くならないように構成さ
れたことを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか
１項記載の半導体装置。