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半導体装置 - 松下電器産業株式会社
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発明の名称 半導体装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−5746(P2007−5746A)
公開日 平成19年1月11日(2007.1.11)
出願番号 特願2005−230924(P2005−230924)
出願日 平成17年8月9日(2005.8.9)
代理人 【識別番号】100115107
【弁理士】
【氏名又は名称】高松 猛
発明者 宇都宮 哲 / 高野 好弘
要約 課題
大型チップの使用に際しても小型でかつオン抵抗の低いMOSFETを形成す
ることのできる半導体装置を提供する。

解決手段
本発明の半導体装置は、樹脂パッケージと、前記樹脂パッケージ内部で一体化され、チップ搭載部を構成する少なくとも2本の主リードと、前記チップ搭載部に搭載された半導体チップと、前記半導体チップの表面に設けられた電極と電気的に接続された第1および第2の表面リードとを含み、前記主リードおよび前記第1および第2の表面リードが、前記樹脂パッケージの底面に沿って外方に伸長したことを特徴とする。
特許請求の範囲
【請求項1】
樹脂パッケージと、
前記樹脂パッケージ内部で一体化され、チップ搭載部を構成する少なくとも2本の主リードと、
前記チップ搭載部に搭載された半導体チップと、
前記半導体チップの表面に設けられた電極と電気的に接続された第1および第2の表面リードとを含み、
前記主リードおよび前記第1および第2の表面リードが、前記樹脂パッケージの底面に沿って外方に伸長した半導体装置。
【請求項2】
請求項1記載の半導体装置であって、
前記主リードおよび前記第1および第2の表面リードは前記樹脂パッケージ内で屈折している半導体装置。
【請求項3】
請求項1叉は2記載の半導体装置であって、
前記チップ搭載部は、前記樹脂パッケージの上表面側に位置する前記主リードの面に設けられる半導体装置。
【請求項4】
請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体装置であって、
前記主リードは、前記樹脂パッケージの外側で、前記第1の表面リードおよび前記第2の表面リードよりも幅広または間隔が小さくなるように形成された複数のリードを含む半導体装置。
【請求項5】
請求項1乃至4のいずれかに記載の半導体装置であって、
前記主リードは、前記チップ搭載部の相対向する側で互いに幅が異なるように構成された半導体装置。
【請求項6】
請求項1乃至5のいずれかに記載の半導体装置であって、
外部導出領域において、前記第1の表面リードと前記第2の表面リードとは、前記樹脂パッケージの中心線に対して、対称となるように配置される半導体装置。
【請求項7】
請求項1乃至6のいずれかに記載の半導体装置であって、
前記チップは、前記チップ搭載部にフェースアップで搭載される半導体装置。
【請求項8】
請求項1乃至7のいずれかに記載の半導体装置であって、
前記樹脂パッケージは、前記チップ上表面から前記樹脂パッケージの上表面までの距離が0.25〜0.40mmとなるように形成された半導体装置。
【請求項9】
請求項1乃至8のいずれかに記載の半導体装置であって、
前記主リードは開孔を有し、
前記樹脂パッケージを構成する封止樹脂が、前記開孔内に充填されてなる半導体装置。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体装置にかかり、特に電源回路のスイッチング素子として用いられる半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年パーソナルコンピュータ、携帯電話に代表される電子機器の小型化に伴う電子部品の高密度実装化が進んでおり、それに伴いダイオード、トランジスタなどの半導体装置においては、実装面積を縮小するため、種々の工夫が重ねられている。
このような半導体装置のなかでも、電池などの電源からのスイッチングに用いるロードスイッチとして用いられるスイッチング用MOSFETに関しては、小型化、薄型化への要求に加え、放熱効率の向上およびオン抵抗の低減等、性能面での課題がある。
【0003】
このような状況の中で、半導体チップが載置される主パッド部の形状を変えることで対応した技術が提案されている(例えば、特許文献1)。
図11(a)乃至(c)は、この先行技術の半導体装置を示す図であり、図11(a)は内部構造の上面図、(b)はA−A断面図、(c)は側面図である。図7に示されるように、樹脂パッケージより露出するリード端子は、パッケージの側面に沿って下方に折り曲げられるいわゆるガルウィングタイプのものであった。
【0004】
次に、構成について説明する。半導体チップ1は、主パッド部2に上下逆さ向きに載置される。主パッド部2は、リード3、4、5、6と一体構造となっている。第1の表面リード7、第2の表面リード8が、主パッド部2と分離して樹脂パッケージ9の外側に露出する。第1の表面リード7とソース電極10とは、複数のワイヤ11を介して、ワイヤボンディングされる。同様に第2の表面リード8とゲート電極12は、ワイヤ13を介してワイヤボンディングされる。主パッド部2と、接触する半導体チップ1の表面はドレイン電極を含む。
【0005】
上記構成により、半導体チップが主パッドの下面に実装されるため、薄型化をはかることができるとともに、面積の広い主パッド部にドレイン電極を載置することにより、効率のよい放熱効果が得られるというものである。
【0006】
【特許文献1】米国特許第6242800号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
近年、電池を電源とした携帯電話等の携帯機器においては、薄型化および高機能化の急速な進歩に加え、1回の充電による、使用可能時間を延ばすため、内部に搭載される半導体装置を含む電子部品においては、更なる低消費電力化が課題となっている。
本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、さらなる薄型化を図りつつも、効率よく放熱が可能で、オン抵抗の低減を図ることができる優れた半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
この目的を達成するために、本発明の半導体装置は、樹脂パッケージと、前記樹脂パッケージ内部で一体化され、チップ搭載部を構成する少なくとも2本の主リードと、前記チップ搭載部に搭載された半導体チップと、前記半導体チップの表面で、それぞれの電極に接続された第1および第2の表面リードとを含み、前記主リードおよび前記第1および第2の表面リードが、前記樹脂パッケージの底面に沿って外方に延びることを特徴とする。
【0009】
かかる構成によれば、前記主リードおよび前記第1および第2の表面リードが、前記樹脂パッケージの底面と同一面上をまっすぐに伸長するように構成されているため、薄型化が可能であり、アウターリードすなわち、樹脂パッケージ外への導出部分を短くすることが可能で、実装面積の低減およびオン抵抗の低減を図ることができる。また、チップの大型化に際しても、樹脂封止後にリ−ドを折り曲げる必要がなく、リードの成形工程において、樹脂厚を薄くしても抜けやクラックが生じることがなく、薄型で信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【0010】
また、本発明の半導体装置は、前記主リードおよび前記第1および第2の表面リードは前記樹脂パッケージ内において屈折していることを特徴とする。
【0011】
かかる構成によれば、樹脂封止後にリ−ドを折り曲げる必要がないため、リードの成形工程において樹脂厚を薄くしても抜けやクラックが生じることがなく、薄型で信頼性の高い半導体装置を提供することがでる。また、樹脂パッケージと第1及び第2表面リード及び主リードとの接着性を向上させることがでる。
【0012】
また、本発明の半導体装置は、前記チップ搭載部は、前記樹脂パッケージの上表面側に位置する前記主リードの面に設けられる半導体装置。
かかる構成によれば、半導体装置のさらなる薄型化を図ることができる。
【0013】
また、本発明の半導体装置は、前記主リードは、前記チップ搭載部の相対向する2辺のうちの1辺から少なくとも1本導出され、他の1辺から少なくとも1本導出されることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
かかる構成によれば、プリント基板への実装が容易かつ安定しており、信頼性の高い半導体装置を形成することができる。
【0014】
また、本発明の半導体装置は、前記主リードは、前記樹脂パッケージの外側で前記第1の表面リードおよび前記第2の表面リードよりも幅広または間隔が小さくなるように形成された複数のリードを含むことを特徴とする。
かかる構成によれば、半導体チップで発生した熱を効率よく実装されるプリント基板に逃がし、放熱することができる。
【0015】
また、本発明の半導体装置は、前記主リードは、前記チップ搭載部の相対向する側で互いに幅が異なるように構成されたことを特徴とする。
かかる構成によれば、プリント基板への実装が容易かつ安定しており、また半導体チップで発生した熱を効率よく基板に逃がし、放熱することができる。
【0016】
また、本発明の半導体装置は、前記第1の表面リードと、前記第2の表面リードとは、前記樹脂パッケージの中心線に対して外部導出領域においては、対称であることを特徴とする。
かかる構成によれば、この半導体装置が実装されるプリント基板の配線パターンの配置に自由度を持たせることができ、信頼性の向上を図ることができる。
【0017】
また、本発明の半導体装置は、前記チップは、前記チップ搭載部の表面全体にフェースアップで接続されることを特徴とする。
かかる構成によれば、半導体チップで発生した熱を効率よく逃がし、放熱することができ、パッケージの薄型化を図ることができる。
【0018】
また、本発明の半導体装置は、前記樹脂パッケージは、前記チップ上側表面から前記樹脂パッケージの上側表面までの距離を0.25〜0.40mmで形成されることを特徴とする。
かかる構成によれば、半導体チップで発生した熱を効率よく逃がし、放熱することができ、またパッケージの薄型化が図れる。
【0019】
また、本発明の半導体装置は、前記主リードが開孔を有し、前記樹脂パッケージを構成する封止樹脂が、前記開孔内に充填されてなることを特徴とする。
かかる構成によれば、主リードに形成された開孔に樹脂パッケージを構成する封止樹脂が充填されることにより、主リードと樹脂パッケージの接着力を向上させることができる。このため、主リードと樹脂パッケージの界面に入り込んだ空気、水分等が、熱せられることにより膨張し、主リードと樹脂パッケージが剥がれ(火膨れ)てしまうことを防止することができる。
【発明の効果】
【0020】
以上詳述したように、本発明の半導体装置によれば、主パッドの上側に半導体チップを載置することにより、薄型化、軽量化を図ることができる。
また、フラットリードタイプのため基板実装時に、樹脂パッケージ内に載置された半導体チップと基板の距離は短く、しかも樹脂パッケージの底部が直接基板に接触して固定されるため、半導体チップで発生した熱を効率よく基板に逃がし、すばやく放熱することができ、リードが短いことで、オン抵抗の低減を図ることができる。
また、主パッド部が十分な面積を確保できるため、大きな半導体チップを搭載できることも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0021】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
(実施の形態1)
図1(a)乃至(c)は、本発明の実施の形態1におけるMOSFET(半導体装置)を示す上面図、A−A断面図、側面図である。この半導体装置は、MOSFETを構成する半導体チップ21をフラットタイプリードを備えたリードフレーム22に載置し、樹脂パッケージ23に封止した面実装型の半導体装置を構成するものである。すなわち、この半導体装置は、樹脂パッケージ23と、前記樹脂パッケージ23内部で一体化され、チップ搭載部24を構成する4本の主リード25a、25b、25c、25dと、前記チップ搭載部24に搭載された半導体チップ21と、前記半導体チップ21のソース電極に接続された第1の表面リード26と、ゲート電極に接続された第2の表面リード27と、半導体チップと接触しドレイン電極を含む前記主リード25a、25b、25c、25dが前記樹脂パッケージの底面に沿って外方に延びるようにしたことを特徴とする。
【0022】
ここでチップ搭載部24は、半導体チップ21の裏面全面に形成されたドレイン電極に導電性接着剤を介して固着され、4本の主リード25a、25b、25c、25dを介して外部接続される。また、第1および第2の表面リード26、27は、いずれも主リードと分離しており、外部導出領域においては、樹脂パッケージ23の中心線に対して、互いに対称となるように導出されており、ボンディングワイヤ28、29を介して半導体チップ表面に形成されたソース電極、ゲート電極とそれぞれ接続される。このリードフレーム22は、銅の条材をSn−2Biめっき層で被覆したものである。そして各リードの板厚は0.11mm、リード幅は0.2mmとした。
【0023】
次に、この半導体装置の実装方法について説明する。まず、このリードフレームの製造方法について説明する。このリードフレームは、図2に示すように金属製の板状体(銅板)を打ち抜き加工により形成され、電解めっきによりSn−2Biめっき層で被覆することにより形成される。ここでリードフレームは送り穴31を有するサイドバー32で複数のユニット33が接続されている。また、パンチによりチップ搭載部24がリード面よりも少し上にくるように成形される。これは、半導体チップのパッドとリードとの間隔を低減し、ボンディングワイヤをなるべく短くしてワイヤ抵抗を小さくするためである。
【0024】
次に、このリードフレームを用いたMOSFETの実装方法について説明する。
図3(a)に示すように、図2に示したリードフレームのチップ搭載部24にMOSFETを構成する半導体チップ21の裏面が搭載されるように固着し、ボンディングワイヤ29によって半導体チップ21の表面側に形成されたゲート電極と第2の表面リード27とを接続する。
【0025】
次に、図3(b)に示すように、ボンディングワイヤ28によって半導体チップ21の表面側に形成されたソース電極と第1の表面リード26とを接続する。
この後、図3(c)に示すようにエポキシ樹脂を用いて樹脂封止を行い半導体装置を形成する。
【0026】
最後に、図3(d)に示すように、各リードをサイドバー32から切徐するとともに樹脂パッケージ23からの導出長さが所定の長さになるよう切断し、フラットタイプのリードを備えた面実装型半導体装置を得ることができる。
【0027】
かかる構成によれば、前記主リードおよび前記第1、第2の表面リードが、前記樹脂パッケージ23の底面に沿って外方に延びるように構成されているため、薄型化および軽量化が可能である。本発明の実施の形態では、パッケージ厚みを0.7mmとした。チップ上側表面から樹脂パッケージ上側表面までの距離は0.25〜0.40mmである。また、アウターリードすなわち、樹脂パッケージ外への導出部分を短くすることができ、実装面積の低減、およびオン抵抗の低減をはかることができる。本発明の実施の形態では、樹脂パッケージ外へのリードの導出部分長さは0.2mmとした。また、リード1本に対してのオン抵抗の値は、従来2.67mΩあったのに対し、0.23mΩとなった。
【0028】
また、半導体チップ裏面全体に接続された4本の主リードが導出されているため、ドレイン端子の接触抵抗が大幅に低減されるとともに、特にフラットタイプのリードであるためリード長も短くかつプリント基板上の配線層との接触面積も大きいため、放熱性も極めてすぐれたものとなる。
【0029】
また、チップの大型化に際しても、樹脂封止後にリードを折り曲げる必要がなく、リードの成形工程において、樹脂の抜けが生じたりすることがないため、樹脂厚を薄くしても抜けやクラックが生じることなく、薄型で信頼性の高い半導体装置を提供することができる。本発明の実施の形態では、チップの搭載可能最大サイズは、1.35mm×1.24mmとした。
【0030】
さらにまた、樹脂パッケージの底面に沿ってリードが突出して形成されているため、安定して実装することができる。従って、プリント基板などへの実装に際し、接触不良のない半導体装置を提供することが可能となる。このように本実施の形態によれば、安定な外部端子構造を形成することができる。
【0031】
さらにまた、主リードおよび前記第1および第2の表面リードは前記樹脂パッケージ内において屈折して形成されている。従って、樹脂封止後にリ−ドを折り曲げる必要がなく、リードの成形工程において、樹脂厚を薄くしても抜けやクラックが生じることがない。また、樹脂パッケージと第1及び第2表面リード及び主リードとの接着性を向上させることもできる。
【0032】
また、半導体チップ搭載時にも、チップ載置部は4本の主リードで支持されているため、平坦性を良好に維持することができ、位置ずれもなく確実で信頼性の高いボンディングを可能にする。また、樹脂封止後、樹脂パッケージ底面に沿った方向でリードを切断するため、半導体装置としての変形もない。
【0033】
また、本発明のリードフレームにおいては、前記リード表面に形成されるSn−Biめっき層は、配線パターンを半田と共晶を形成し易い金などの金属で構成すれば、プリント基板などへの実装に際し、良好にボンディングを行うことが可能となる。さらに、本実施の形態のリードフレームは、打ち抜き加工に加えて、フォトリソグラフィ工程を経て、高精度で信頼性の高いリードフレームを容易に形成することが可能となる。
【0034】
(実施の形態2)
次に、本発明の実施の形態2について説明する。符号については実施の形態1と同じく付与する。
本実施の形態の半導体装置では、図4(a)上面図、(b)A−A断面図、(c)側面図に示すように、前記主リードは相対向する2辺のうちの1辺から2本(25c、25d)、他の1辺から1本(25a)、前記第1の表面リード26、前記第2の表面リード27が前記樹脂パッケージ23より導出され、主リードは前記樹脂パッケージの中心に対して非対称となるように構成された点で前記実施の形態1と異なるもので、他は前記実施の形態1と同様に形成される。
【0035】
製造に際しても同様であり、この場合、リードフレームにおいても実装後においてもリードが対称でないため、方向を間違えることはほとんどなく、実装効率の向上を図ることができる。
【0036】
(実施の形態3)
次に、本発明の実施の形態3について説明する。符号については実施の形態1と同様である。
本実施の形態の半導体装置では、図5(a)上面図、(b)A−A断面図、(c)側面図に示すように、前記主リードは相対向する2辺のうちの1辺から2本(25c、25d)、他の1辺から1本(25e)、前記第1の表面リード26、前記第2の表面リード27が前記樹脂パッケージ23より導出され、前記主リードの他の1辺からのものは、幅広となるように形成された点で、前記実施の形態1と異なるもので、他は前記実施の形態1と同様に形成される。ここでも、主リードは前記樹脂パッケージの中心に対して非対称となるように構成される。
【0037】
製造に際しても同様であり、実施の形態2に比べて、リードが幅広に構成された分、基板への放熱効果も向上し、リードが対称であるため、方向を間違えることはほとんどなく、実装効率の向上を図ることができる。
【0038】
(実施の形態4)
次に、本発明の実施の形態4について説明する。符号については実施の形態1と同じく付与する。
本実施の形態の半導体装置では、図6(a)上面図、(b)A−A断面図、(c)側面図に示すように、前記主リードは相対向する2辺のうちの1辺から1本(25f)、他の1辺から1本(25e)、前記第1の表面リード26、前記第2の表面リード27が前記樹脂パッケージ23より導出され、前記主リードの1辺からのものと、前記主リードの他の1辺からのものとは、各々同じ幅広となるように形成された点で、前記実施の形態1と異なるもので、他は前記実施の形態1と同様に形成される。ここでは、主リード、第1および第2の表面リードはいずれも外部導出領域においては、前記樹脂パッケージの中心に対して、点対称であってかつ、樹脂パッケージの中心軸に対して対称となるように構成される。
【0039】
製造に際しても同様であり、実施の形態2に比較して、リードが幅広に構成された分、基板への放熱効果も向上し、方向を間違えることはほとんどなく、実装効率の向上を図ることができる。
【0040】
なお、本実施の形態では、主リード、第1および第2の表面リードはいずれも外部導出領域においては、前記樹脂パッケージの中心に対して、点対称であってかつ、線対称となるように構成されているため、ゲートとソースの変更は必要であるものの、回転して実装することも可能であり、実装の自由度が高く実装が極めて容易である。
【0041】
(実施の形態5)
次に、本発明の実施の形態5について説明する。本実施の形態の半導体装置では、幅広に形成された主リードに開孔33が形成されている点が、前記実施の形態3と異なるのみで、他は前記実施の形態3と同様に形成される。図7(a)上面図、(b)A−A断面図、(c)側面図に示すように、開孔33は、多数個の丸穴となるように形成される。ここで、符号については実施の形態3と同様である。
【0042】
すなわち、この半導体装置は、幅広に形成された主リードに多数個の丸穴からなる開孔33が形成されており、これにより主リードに形成された開孔に樹脂パッケージを構成する封止樹脂が充填されることにより、主リードと樹脂パッケージの接着力を向上させることができる。このため、主リードと樹脂パッケージの界面に入り込んだ空気、水分等が、熱せられることにより膨張し、主リードと樹脂パッケージが剥がれ(火膨れ)てしまうことを防止することができる。
【0043】
(実施の形態6)
尚、前記実施の形態5では、開孔33を複数の丸穴となるように形成したが、図8に示すように長穴より形成しても良い。
【0044】
かかる構成によれば、実施の形態5と同様の効果を得ることができる。
【0045】
(実施の形態7)
次に、本発明の実施の形態7について説明する。本実施の形態の半導体装置では、幅広に形成された各々の主リードに開孔33が形成されている点が、前記実施の形態4と異なるだけで、他は前記実施の形態4と同様に形成される。図9(a)上面図、(b)A−A断面図、(c)側面図に示すように、開孔33は、多数個の丸穴となるように形成される。ここで、符号については実施の形態4と同様である。
【0046】
すなわち、この半導体装置は、幅広に形成された各々の主リードに多数個の丸穴からなる開孔33が形成されており、これにより各々の主リードに形成された開孔に樹脂パッケージを構成する封止樹脂が充填されることにより、主リードと樹脂パッケージの接着力を向上させることができる。このため、主リードと樹脂パッケージの界面に入り込んだ空気、水分等が、熱せられることにより膨張し、主リードと樹脂パッケージが剥がれ(火膨れ)てしまうことを防止することができる。
【0047】
(実施の形態8)
尚、前記実施の形態7では、開孔33を複数の丸穴となるように形成したが、図10に示すように長穴より形成しても良い。
【0048】
かかる構成によれば、実施の形態7と同様の効果を得ることができる。
なお、前記実施の形態では、MOSFETの実装について説明したが、ディスクリート素子に限定されることなく、ICやLSIなどにも適用可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【0049】
本発明の半導体装置によれば、大型の半導体チップに対しても対応可能であるため、スイッチング用のMOSFETだけでなく、種々のデバイスに有用である。
【図面の簡単な説明】
【0050】
【図1】本発明の実施の形態1に係る半導体装置を示す図で、(a)は上面図、(b)はA−A断面図、(c)は側面図
【図2】本発明の実施の形態1に係るリードフレームの要部拡大図
【図3】本発明の実施の形態1に係る半導体装置の製造工程図
【図4】本発明の実施の形態2に係る半導体装置を示す図で、(a)は上面図、(b)はA−A断面図、(c)は側面図
【図5】本発明の実施の形態3に係る半導体装置を示す図で、(a)は上面図、(b)はA−A断面図、(c)は側面図
【図6】本発明の実施の形態4に係る半導体装置を示す図で、(a)は上面図、(b)はA−A断面図、(c)は側面図
【図7】本発明の実施の形態5に係る半導体装置を示す図で、(a)は上面図、(b)はA−A断面図、(c)は側面図
【図8】本発明の実施の形態6に係る半導体装置を示す上面図
【図9】本発明の実施の形態7に係る半導体装置を示す図で、(a)は上面図、(b)はA−A断面図、(c)は側面図
【図10】本発明の実施の形態8に係る半導体装置を示す上面図
【図11】従来の半導体装置を示す図で、(a)は内部構造の上面図、(b)はA−A断面図、(c)は側面図
【符号の説明】
【0051】
1、21 半導体チップ
2 主パッド部
3、4、5、6 リード
7、26 第1の表面リード
8、27 第2の表面リード
9、23 樹脂パッケージ
10 ソース電極
11、13 ワイヤ
12 ゲート電極
22 リードフレーム
24 チップ搭載部
25 主リード
28、29 ボンディングワイヤ
31 送り穴
32 サイドバー
33 開孔




 

 


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