JP2004031650A - Leadless package and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リードレスパッケージおよびこれを複数段に積層してなる半導体装置に関し、更に詳しくは、半導体チップの放熱性を高めて適正な動作特性を確保するようにしたリードレスパッケージおよび半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
携帯電話やPDA等のモバイル用通信機器、ノート型パソコン等の電子機器の小型化・高機能化に伴い、これらを構成する電子部品の高密度実装対応が不可欠となっている。電子部品の高密度実装化は、従来より、電子部品の小型化による部品端子のファインピッチ化や実装基板の配線パターンの微細化によって対応してきたが、近年においては、半導体ベアチップや半導体パッケージ部品を三次元的に積み重ねて実装効率を向上させた三次元モジュール構造が種々提案されている。
【0003】
中でも、例えば特開2001−177005号公報に開示されているような構造は、半導体パッケージ技術として従来最も一般的に行われてきた材料/プロセスを使用できることから、三次元積層モジュール構造を安価に実現できる手段として注目されている。
この従来の三次元積層モジュール構造の半導体装置を図20〜図23を参照して説明する。
【0004】
図20は従来の半導体装置101を示している。従来の半導体装置101は、図21および図22に示すリードレスパッケージ102を複数段積層した構造となっている。
【0005】
リードレスパッケージ102は、半導体チップ103と、半導体チップ103の側方に近接して配置される複数のリード104と、半導体チップ103と複数のリード104とを接続するボンディングワイヤ105と、半導体チップ103とボンディングワイヤ105とを封止する封止樹脂106とを有している。
【0006】
各々のリードレスパッケージ102は、リード104に形成した導電性の接合材107を介して互いに電気的に接続され、最下層のリードレスパッケージ102は、接合材107を介して、プリント配線板108のランド109に接続されている。
【0007】
リードレスパッケージ102のリード104は、図21に示すように、上面部104aと、段部104bと、下面部104cとを有している。段部104bは、上面部104aよりも一段低く形成された部位であって、ボンディングワイヤ105が接合される領域である。リードレスパッケージ102の厚さはリード104の厚さと同等とされ、図22A,Bに示すようにリード104の上面部104aおよび下面部104c、更に半導体チップ103の裏面が外部へ露出した形態となっている。
【0008】
また、図23A,Bは、図21に示したリードレスパッケージ102を構成するためのリードフレーム110を示している。リードフレーム110は、リードレスパッケージ102のリードに対応するリード部104と、リード部104を支持するフレーム部111とからなる。リードレスパッケージ102の製造時は、フレーム部111からリード部104が分離されるようになっている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年における電子機器の高機能化、高速信号処理対応のために半導体素子の高性能化も進展しているが、これにより半導体素子の発熱量の上昇は著しいものとなっている。その一方で、機器の薄型化、小型化が進んでいるため、機器内部の空気温度上昇や局所的な部品の温度上昇が問題になっている。一般に部品温度が許容値を超過すると誤作動等の動作不良や素子破壊を引き起こし、製品としての機能上および信頼性に大きな影響を与える。このため近年では、構成部品の放熱対策が高密度実装技術において重要視されるに至っている。
【0010】
ところが、上述したような構成の従来の半導体装置101にあっては、特に内層のパッケージからの放熱性が充分に確保されないために、消費電力が大きく発熱量が大きい半導体チップがパッケージングされている場合には、当該半導体チップが高温化して特性に支障をきたすおそれが高い。すなわち、図21に示した構造の従来のリードレスパッケージ102およびこれを積層した半導体装置101の構成では、半導体チップ103からの効率の良い放熱性を確保することは構造的に困難である。
【0011】
また、機能の異なる複数の半導体チップを積層する場合には、積層する半導体チップのなかで発熱量の大きなものを比較的放熱効率の高い最上層に配置したり、最下層に配置してプリント配線板側へ放熱する構造を採る方法もあるが、設計上大きな制約となる上に、発熱量の大きな半導体チップが3つ以上ある場合には、内層のパッケージへの適用が余儀なくされ、上述のような発熱による問題が顕在化する。
【0012】
一方、例えば特開平8−236694号公報には、多段に積み重ねた半導体チップの裏面に放熱板をそれぞれ貼り付けることにより、各層の半導体チップの放熱効率を高めた積層型の半導体装置が開示されている。
【0013】
しかしながら、この構成では、各層に放熱板を介装させているために積層モジュール全体としての高さが大きくなり、パッケージ厚の薄型化が目的のリードレスパッケージを用いる意義が減殺される結果になる。また、放熱板の設置のために半導体装置の生産性が損なわれたり、製造コストの上昇を招くという問題もある。
【0014】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、半導体チップの放熱効果を高めて適正な動作特性を確保しながら、パッケージ厚の大型化、生産性および製造コストの悪化を回避できるリードレスパッケージおよびこれを積層してなる半導体装置を提供することを課題とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するに当たり、本発明のリードレスパッケージは、半導体チップと、半導体チップの側方に配置された複数のリードと、半導体チップと複数のリードとを接続するボンディングワイヤと、半導体チップとボンディングワイヤとを封止する封止樹脂とを有し、リードの上面および下面が外部へ露出した構造のリードレスパッケージであって、リードの厚さ範囲内で半導体チップを支持するダイパッド部と、このダイパッド部に連絡し上記リードと同等の厚さの伝熱用端子とを備えている。
【0016】
本発明では、信号入出力用のリードとともに、ダイパッド部に連絡する放熱のための伝熱用端子を並設することによって、当該リードレスパッケージを積層して本発明の半導体装置を構成した場合にあっても、積層方向における放熱経路を確保することができる。これにより、特に内層部に積層されるリードレスパッケージの半導体チップからの発熱による動作不良が回避される。
【0017】
また、ダイパッド部および伝熱用端子は、リードを構成するためのリードフレームの一部として一体的に形成することができる。このため、放熱用の部材を後工程で取り付ける必要がないので生産性および製造コストの悪化を回避できる。
【0018】
この場合、ダイパッド部および伝熱用端子は、半導体チップをパッケージ化する際にリードとともにパッケージの一部として内蔵されることになるので、パッケージ厚の大型化が防止される。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施の形態について図面を参照して説明する。
【0020】
図1〜図9は、本発明の第1の実施の形態を示している。ここで、図1は本実施の形態による半導体装置1の側断面図、図2は図1の平面図、図3は図2における[3]−[3]線方向断面図、図4は図1の裏面図である。そして、図5は半導体装置1を構成するリードレスパッケージ2の側断面図、図6はリードレスパッケージ2を構成するためのリードフレームの平面図、図7〜図9はリードレスパッケージ2の製造方法を説明する工程断面図である。
【0021】
本実施の形態の半導体装置1は、半導体チップ3を内蔵する同一構成のリードレスパッケージ2が複数段(図では4段)、垂直方向に積層されることによって構成されている。以下、各部の詳細について説明する。
【0022】
半導体チップ3としては、例えばDRAM等の半導体メモリやこれにロジック回路が混載されたシステムLSI、あるいはMPU、各種ハードウェアシステムを駆動するドライバ回路、電源回路、高周波信号処理回路等が組み込まれた公知のベアチップ部品が適用される。
【0023】
したがって、半導体装置1は、例えば半導体メモリを複数積層してメモリ容量の拡大を図るというように、同種の半導体チップで構成されることによって特定の機能を行う三次元モジュールとして構成されたり、あるいは、異種の半導体チップで構成されることによってシステム的な機能を行う三次元モジュールとして構成され得る。
【0024】
半導体装置1を構成する各段のリードレスパッケージ2は、半導体チップ3と、半導体チップ3の側方に近接して配置される信号入出力用の複数のリード4と、半導体チップ3とリード4とを接続するボンディングワイヤ5と、半導体チップ3とボンディングワイヤ5とを封止する封止樹脂6と、半導体チップ3を支持するダイパッド部11と、パッケージ四隅に配置される伝熱用端子10と、ダイパッド部11と伝熱用端子10との間を接続する水平伝熱部12とを有している。
【0025】
図5に示すように、半導体チップ3は、ダイパッド部11にフェイスアップ方式で接着固定されている。半導体チップ3の表面(能動面)には複数のボンディングパッド(図示略)が所定ピッチで形成されており、リード4に対して金線等のボンディングワイヤ5を介して接続されている。
【0026】
リードレスパッケージ2のリード4は、図5に示すように、上面部4aと、段部4bと、下面部4cとを有している。段部4bは、リード4をコイニングまたはハーフエッチングによって一段低くした部位であって、ボンディングワイヤ5が接合される領域である。リードレスパッケージ2の厚さはリード4の厚さと同等とされ(例えば0.2mm〜0.25mm)、リード4の上面部4aおよび下面部4cが外部へ露出した形態となっている。また、段部4bの厚さ(高さ)は例えば0.1mm〜0.125mmとされている。
【0027】
ダイパッド部11は、リード4の厚さ(高さ)の範囲内で半導体チップ3を支持している。つまり、ダイパッド部11の厚さ、半導体チップ3の厚さ、そして、ボンディングワイヤ5のループ高さのそれぞれの合計が、リード4の厚さ寸法内に入るように、三者の大きさが選択されている。
【0028】
ダイパッド部11の裏面はリード4の下面部4cと同一平面内に属しており、当該裏面を除く周囲がボンディングワイヤ5とともに封止樹脂6でモールドされることによって、QFN(Quad Flat Non−leaded package)タイプのリードレスパッケージ2が構成される。
【0029】
伝熱用端子10は、半導体チップ3からの発熱を当該半導体チップ3の外部へ伝える機能を有し、本実施の形態では、リードレスパッケージ2の四隅部に配置されている。伝熱用端子10は、リード4と同等の厚さ(高さ)を有し、また、ダイパッド部11に対して水平伝熱部12を介して連絡している。なお、水平伝熱部12は、ダイパッド部11と同等の厚さに形成されている。
【0030】
これらダイパッド部11、水平伝熱部12および伝熱用端子10はそれぞれリード4と同一の材料で形成されている。リード4および伝熱用端子10の各々の上下両面と、ダイパッド部11および水平伝熱部12の各々の下面とは、それぞれ外部へ露出してリードレスパッケージ2の外面を構成している(図2,図4)。そして、これらの金属面には、めっき被膜13が形成されている。
【0031】
各々のリードレスパッケージ2は、図1および図3に示すように、リード4および伝熱用端子10に設けた導電性の接合材7を介して互いに接続され、最下層のリードレスパッケージ2のリード4は、接合材7を介してプリント配線板8の入出力用ランド9に接続されている。また、最下層のリードレスパッケージ2の伝熱用端子10は、接合材7を介してプリント配線板8の放熱用ランド14に接続されている。これにより、各層のリードレスパッケージ2は、各々のリード4によって層間の電気的な接続がなされるとともに、各々の伝熱用端子10を介して層間の放熱経路を形成している。
【0032】
また、最上層に位置するリードレスパッケージ2のダイパッド部11は、各層のリードレスパッケージ2からの発熱を外気へ、もしくはユーザーにて取り付けられる放熱器などへ放出するための放熱板としての機能を有している。
【0033】
一方、図6は、本実施の形態のリードレスパッケージ2を構成するためのリードフレーム15の構成を示している。リードフレーム15は、本実施の形態では鉄系合金や銅系合金といった、一般のリードフレーム形成用金属材料で構成される。なお、金属材料だけに限らず、有機系やセラミック系の基材を用いてもよい。
【0034】
リードフレーム15は、図6に示すように、ボンディングワイヤの一端が接合されると同時に外部端子ともなるリード(部)4が、フレーム部16の周縁に沿って等間隔で複数形成されている。また、これらリード4の先端には、ハーフエッチングまたはコイニング等によってリード上面部4aよりも低くされた段部4bが形成されている。
【0035】
ダイパッド部11とフレーム部15とを連絡する「吊り」もしくは「ステイ」は、上述の水平伝熱部12を構成している。本実施の形態では、これらダイパッド部11および水平伝熱部12は、リード4の段部4bと同一厚さに形成されている。一方、伝熱用端子10は、リード4と同等の厚さに形成されている。
【0036】
図7〜図9は、本実施の形態のリードレスパッケージ2の製造プロセスを示す工程断面図である。以下、このリードレスパッケージ2の製造方法について説明する。
【0037】
図6に示したリードフレーム15の下面に接着テープ17を貼り付け、ダイパッド部11へ半導体チップ3をボンディングする(図7A,B,C)。次に、半導体チップ3の各電極パッドと、リードフレーム15のリード4の段部4bとをボンディングワイヤ5で接続する(図7D)。
【0038】
次に、半導体チップ3およびボンディングワイヤ5を、例えばエポキシ等の熱硬化性の封止樹脂6で封止する(図8E)。封止樹脂6は、リード4の厚さと同等の厚さに形成されることによって、リード4の上面部4aと伝熱端子部10の上面が外部へ露出される(図4)。
【0039】
続いて、リードフレーム15から接着テープ17を剥がし、リードフレーム15の両面に対して、めっき被膜13がそれぞれ形成される(図8F,G)。めっき被膜13としては、例えば、はんだめっきが適用される。その後、リードフレーム15を図6において一点鎖線で示したカット線Cに従ったカッティングがなされ、フレーム部16が除去される(図8H)。
【0040】
以上のようにして、本実施の形態のリードレスパッケージ2が実質的に作製される。なお、ここで必要に応じて、電気的な測定・スクリーニング試験を行い、良否選別がなされる。
【0041】
次に、作製したリードレスパッケージ2のリード4の上面部4aおよび伝熱用端子の上面に対して、積層用の接合材7が塗布される(図9I、図3)。本実施の形態では、接合材7としてソルダペーストが用いられ、スクリーン印刷法によって塗布するようにしている。そして、作製したリードレスパッケージ2を上下反転させた状態で、リード4および伝熱用端子10を介して各々積み上げることにより、図1に示した半導体装置1が得られる(図9J、図1〜図4)。
【0042】
以上の半導体装置1は、QFNタイプの半導体パッケージを組み立てて完成させた後、各半導体パッケージを個別に積み重ねることによって積層パッケージを実現している。このような積層型の半導体装置は、例えばDRAMに代表される半導体メモリの三次元モジュールに適用されることによって、メモリの大容量化を図ることができる。また、例えばSRAMとフラッシュメモリとロジックICといった異なる種類のチップに適用し積層することによって、小型のシステムモジュールを形成することができる。
【0043】
以上、本実施の形態によれば、多段に積み重ねられたリードレスパッケージ2のそれぞれの半導体チップ3から発する熱が、ダイパッド部11および水平伝熱部12を介して伝熱用端子10へ伝達し、ここから各層の伝熱用端子10を介して、最上層のリードレスパッケージ2のダイパッド部11へ伝達して放熱される。あるいは、伝熱用端子10を介してプリント配線板8の放熱用ランド14へ伝達される。
【0044】
このように、半導体チップ3の放熱経路が、リードレスパッケージ2の面内およびその積層方向へ形成されているために、半導体装置1の放熱効率が高められ、許容値を超える発熱による半導体チップ3の特性不良や誤動作等の動作不良を防止することができる。
【0045】
特に、内層に位置するリードレスパッケージ2から発生する熱が、最上層のリードレスパッケージ2のダイパッド部(兼放熱板)11や、最下層のリードレスパッケージ2の伝熱用端子10を介して外部へ放熱され得るようにしているので、発熱量の大きな半導体チップ3を搭載したリードレスパッケージを内層部に有する積層型半導体装置の信頼性を高めることができる。
【0046】
また、本実施の形態によれば、半導体チップ3からの放熱経路を構成するダイパッド部11、水平伝熱部12および伝熱用端子10が、リード4を構成するリードフレーム15の一部として一体的に形成されているので、リードレスパッケージ2を製造したときにこれらの放熱経路を内蔵させることができ、これにより生産性が悪化したり製造コストが上昇するということが回避される。また、リードレスパッケージ2の薄厚性を維持することができる。
【0047】
(第2の実施の形態)
次に、図10〜図12を参照して本発明の第2の実施の形態を説明する。ここで、図10は本実施の形態による半導体装置21の側断面図、図11は図10の平面図、図12は図10の裏面図である。
【0048】
本実施の形態の半導体装置21は、半導体チップ23を内蔵する同一構成のリードレスパッケージ22が複数段(図では4段)、垂直方向に積層されることによって構成されている。
【0049】
半導体装置21を構成する各段のリードレスパッケージ22は、半導体チップ23と、半導体チップ23の側方に配置される信号入出力用の複数のリード24と、半導体チップ23とリード24とを接続するボンディングワイヤ25と、半導体チップ23とボンディングワイヤ25とを封止する封止樹脂26と、半導体チップ23を支持するダイパッド部29と、ダイパッド部29に連絡しリード24と同等の厚さの伝熱用端子28とを有している。
【0050】
ダイパッド部29は、リード24の厚さ(高さ)の範囲内で半導体チップ23を支持している。つまり、ダイパッド部29の厚さ、半導体チップ23の厚さ、そして、ボンディングワイヤ25のループ高さのそれぞれの合計が、リード24の厚さ寸法内に入るように、三者の大きさが選択されている。
【0051】
ダイパッド部29の裏面は、リード24の下面部(図10において上方側の面)と同一平面内に属しており、当該裏面を除く周囲がボンディングワイヤ25とともに封止樹脂26でモールドされることによって、QFNタイプのリードレスパッケージ22が構成される。
【0052】
伝熱用端子28は、半導体チップ23からの発熱を当該半導体チップ23の外部へ伝える機能を有し、本実施の形態では、半導体チップ23とリード24との間に配置されている。伝熱用端子28は、リード24と同等の厚さ(高さ)を有し、また、ダイパッド部29の周縁に沿って等間隔で一体的に形成されている。なお、ボンディングワイヤ25は、伝熱用端子28の配列ピッチ間に張り巡らされ、伝熱用端子28とボンディングワイヤ25とが接触しないようにしている。
【0053】
なお、伝熱用端子28の配列は必ずしも図示の通りである必要はなく、例えばボンディングワイヤ25による結線密度の疎密に従い、その疎の部分にのみ配置するようにしてもよい。
【0054】
これら伝熱用端子28およびダイパッド部29はそれぞれリード24と同一の材料で形成されている。特に、図示せずとも一枚のリードフレームで一体的に形成されたものからなっている。リード24の上下面、伝熱用端子28の先端およびダイパッド部29の裏面とは、それぞれ外部へ露出してリードレスパッケージ22の外面を構成している(図11,図12)。そして、これらの金属面には、めっき被膜30が形成されている。
【0055】
各々のリードレスパッケージ22は、図10に示すように、リード24および伝熱用端子28に設けた導電性の接合材27を介して互いに接続され、最下層のリードレスパッケージ22のリード24および伝熱用端子28はそれぞれ、接合材27を介してプリント配線板8の入出力用ランド9および放熱用ランド14に接続されている。これにより、各層のリードレスパッケージ22は、各々のリード24によって層間の電気的な接続がなされるとともに、各層の伝熱用端子28およびダイパッド部29によって層間の放熱経路を形成している。
【0056】
また、最上層に位置するリードレスパッケージ22のダイパッド部29は、各層のリードレスパッケージ22からの発熱を外気へ、もしくはユーザーにて取り付けられる放熱器などへ放出するための放熱板としての機能を有している。
【0057】
以上、本実施の形態により、上述の第1の実施の形態と同様な効果を得ることができる。特に、本実施の形態によれば、リードレスパッケージの四隅(コーナ部)に限らず、パッケージ内部の任意の位置に伝熱用端子28を形成できるため、放熱経路の多元化を図ることができ、これにより放熱経路の設計自由度が高められる。
【0058】
(第3の実施の形態)
図13〜図15は、本発明の第3の実施の形態を示している。ここで、図13は本実施の形態によるリードレスパッケージ32の側断面図、図14は図13の裏面図、図15は図13の平面図である。
【0059】
本実施の形態のリードレスパッケージ32は、上述した第1,第2の実施の形態を組み合わせた構造を有している。
【0060】
すなわち、本実施の形態のリードレスパッケージ32は、半導体チップ33と、半導体チップ33の側方に近接して配置される信号入出力用の複数のリード34と、半導体チップ33とリード34とを接続するボンディングワイヤ35と、半導体チップ33とボンディングワイヤ35とを封止する封止樹脂36と、半導体チップ33を支持するダイパッド部39とを有し、更に、パッケージ四隅に配置される第1伝熱用端子38Aと、半導体チップ33とリード34との間に配置される第2伝熱用端子38Bと、ダイパッド部39と第1伝熱用端子38Aとを接続する水平伝熱部38Cとを備えている。
【0061】
ダイパッド部39は、リード34の厚さ(高さ)の範囲内で半導体チップ33を支持している。つまり、ダイパッド部39の厚さ、半導体チップ33の厚さ、そして、ボンディングワイヤ35のループ高さのそれぞれの合計が、リード34の厚さ寸法内に入るように、三者の大きさが選択されている。
【0062】
ダイパッド部39の裏面は、リード34の下面部と同一平面内に属しており、当該裏面を除く周囲がボンディングワイヤ35とともに封止樹脂36でモールドされることによって、QFNタイプのリードレスパッケージ32が構成される。
【0063】
第1伝熱用端子38Aおよび第2伝熱用端子38Bは、半導体チップ33からの発熱を当該半導体チップ33の外部へ伝える機能を有している。第1,第2伝熱用端子38A,38Bは、リード34と同等の厚さ(高さ)を有し、また、第1伝熱用端子38Aはダイパッド部39に対して水平伝熱部38Cを介して連絡している。なお、水平伝熱部38Cは、ダイパッド部39と同等の厚さに形成されている。また、ボンディングワイヤ35は、第2伝熱用端子38Bの配列ピッチ間に張り巡らされ、伝熱用端子38Bとボンディングワイヤ35とが接触しないようにしている。
【0064】
これらダイパッド部39、第1,第2伝熱用端子38A,38Bおよび水平伝熱部38Cは、それぞれリード34と同一の材料で形成されている。特に、図示せずとも一枚のリードフレームで一体的に形成されたものからなっている。リード34および第1伝熱用端子38Aの各々の上下両面と、第2伝熱用端子38Bの先端と、ダイパッド部39および水平伝熱部38Cの各々の裏面とは、それぞれ外部へ露出してリードレスパッケージ32の外面を構成している(図14,図15)。そして、これらの金属面には、めっき被膜40が形成されている。
【0065】
以上のように構成されるリードレスパッケージ32は、図示せずとも、リード34および第1,第2伝熱用端子38A,38Bを介して複数段に積層することにより、積層型の半導体装置を構成することができる。
【0066】
本実施の形態によれば、上述の各実施の形態と同様な効果を得ることができる。特に、本実施の形態によれば、上述の各実施の形態に比べて多くの放熱経路が形成されているので放熱性能が高められ、発熱量がきわめて高い半導体チップを内蔵するリードレスパッケージの積層構造に好適に実施することができる。
【0067】
(第4の実施の形態)
図16〜図19は、本発明の第4の実施の形態を示している。ここで、図16は本実施の形態による半導体装置41の側断面図、図17は図16の平面図、図18は図17における[18]−[18]線方向断面図、図19は図16の裏面図である。
【0068】
本実施の形態の半導体装置41は、半導体チップ43を内蔵する同一構成のリードレスパッケージ42が複数段(図では4段)、垂直方向に積層されることによって構成されている。
【0069】
半導体装置1を構成する各段のリードレスパッケージ42は、半導体チップ43と、半導体チップ43の側方に配置される信号入出力用の複数のリード44と、半導体チップ43とリード44とを接続するボンディングワイヤ45と、半導体チップ43とボンディングワイヤ45とを封止する封止樹脂46と、半導体チップ43を支持するダイパッド部49と、ダイパッド部49に連絡しリード44と同等の厚さの伝熱用端子48とを有している。
【0070】
ダイパッド部49は、リード44の厚さ(高さ)の範囲内で半導体チップ3を支持している。つまり、ダイパッド部49の厚さ、半導体チップ43の厚さ、そして、ボンディングワイヤ45のループ高さのそれぞれの合計が、リード44の厚さ寸法内に入るように、三者の大きさが選択されている。
【0071】
ダイパッド部49の裏面は、リード44の下面部(図16において上方側の面)と同一平面内に属しており、当該裏面を除く周囲がボンディングワイヤ45とともに封止樹脂46でモールドされることによって、SON(Small Outline Non−leaded package)タイプのリードレスパッケージ42が構成される。
【0072】
伝熱用端子48は、半導体チップ43からの発熱を当該半導体チップ43の外部へ伝える機能を有し、本実施の形態では、リード44が形成されないパッケージ側面においてダイパッド部49と一体的に設けられている(図18,図19)。伝熱用端子48は、リード44と同等の厚さ(高さ)を有し、また、ダイパッド部49の側部全域に形成されている。
【0073】
これらダイパッド部49および伝熱用端子48は、それぞれリード44と同一の材料で形成されている。特に、図示せずとも一枚のリードフレームで一体的に形成されたものからなっている。リード44の上下面、伝熱用端子48の先端およびダイパッド部49の裏面とは、それぞれ外部へ露出してリードレスパッケージ42の外面を構成している(図17,図19)。そして、これらの金属面には、めっき被膜50が形成されている。
【0074】
各々のリードレスパッケージ42は、図16に示すように、リード44および伝熱用端子48に設けた導電性の接合材47を介して互いに接続され、最下層のリードレスパッケージ42のリード44および伝熱用端子48はそれぞれ、接合材47を介してプリント配線板8の入出力用ランド9および放熱用ランド14に接続されている。これにより、各層のリードレスパッケージ42は、各々のリード44によって層間の電気的な接続がなされるとともに、各層の伝熱用端子48およびダイパッド部49によって層間の放熱経路を形成している。
【0075】
また、最上層に位置するリードレスパッケージ42のダイパッド部49は、各層のリードレスパッケージ42からの発熱を外気へ、もしくはユーザーにて取り付けられる放熱器などへ放出するための放熱板としての機能を有している。
【0076】
以上のように構成される本実施の形態の半導体装置41によっても、上述の第1の実施の形態と同様な効果を得ることができる。
【0077】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれらに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【0078】
例えば以上の各実施の形態では、同種の半導体チップが内蔵されたリードレスパッケージを複数段に積層して半導体装置を構成する例について説明したが、互いに異種の半導体チップを内蔵するリードレスパッケージを積層して半導体装置を構成することも可能である。
【0079】
また、以上の各実施の形態では、半導体装置の各層を垂直方向に連絡する放熱経路を直線的に形成したが、これに限らず、垂直方向の放熱経路をジグザグ状に形成することも可能である。
【0080】
また、伝熱用端子の形成数を各層において同一としたが、各層間において最低1箇所の放熱経路があれば、最低限の放熱性は確保できるので、各層において伝熱用端子の数を異ならせることも可能である。
【0081】
また、各層のリードレスパッケージを接続する接合材は、上述のソルダペーストに限らず、例えばめっきバンプ等も適用可能である。また、導電ペースト、異方性導電材料(ACF/ACP)等の導電層を用いて層間の接続を図るようにしてもよい。
【0082】
さらに、以上の各実施の形態では、単一のリードフレームに対して単一の半導体チップを搭載したリードレスパッケージを複数段積層した三次元モジュールに本発明を適用した例を説明したが、単一のリードフレームに対して複数の半導体チップを搭載したマルチチップ型のリードレスパッケージからなる三次元モジュールに対しても、本発明は適用可能である。
【0083】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のリードレスパッケージによれば、信号入出力用のリードとともに、ダイパッド部に連絡する放熱のための伝熱用端子を並設したので、当該リードレスパッケージを積層した場合でも、積層方向における放熱経路を確保することができ、過度の発熱による動作不良を回避することができる。
【0084】
また、ダイパッド部および伝熱用端子は、リードを構成するためのリードフレームの一部として一体的に形成するようにすれば、放熱用の部材を後工程で取り付ける必要をなくし、生産性および製造コストの悪化を回避することができる。また、この場合、ダイパッド部および伝熱用端子は、半導体チップをパッケージングする際にリードとともにパッケージの一部として内蔵させることができるので、パッケージ厚の大型化を防止することができる。
【0085】
一方、本発明の半導体装置によれば、複数段に積層されたリードレスパッケージの、特に内層部に位置するリードレスパッケージの半導体チップからの発熱による動作不良を回避することができるので、積層型半導体装置の信頼性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態による半導体装置の側断面図である。
【図2】図1の平面図である。
【図3】図2における[3]−[3]線方向断面図である。
【図4】図1の裏面図である。
【図5】図1の半導体装置を構成するリードレスパッケージの側断面図である。
【図6】図5のリードレスパッケージを構成するためのリードフレームの平面図である。
【図7】図5のリードレスパッケージの製造方法を説明する工程断面図である。
【図8】図5のリードレスパッケージの製造方法を説明する工程断面図である。
【図9】図1の半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。
【図10】本発明の第2の実施の形態による半導体装置の側断面図である。
【図11】図10の平面図である。
【図12】図10の裏面図である。
【図13】本発明の第3の実施の形態によるリードレスパッケージの側断面図である。
【図14】図13の裏面図である。
【図15】図13の平面図である。
【図16】本発明の第4の実施の形態による半導体装置の側断面図である。
【図17】図16の平面図である。
【図18】図17における[18]−[18]線方向断面図である。
【図19】図16の裏面図である。
【図20】従来の半導体装置の側断面図である。
【図21】図20の半導体装置を構成する従来のリードレスパッケージの側断面図である。
【図22】従来のリードレスパッケージの全体を示す斜視図であり、Aは表面側から見た図、Bは裏面側から見た図である。
【図23】従来のリードレスパッケージを構成するためのリードフレームを示す図であり、Aは平面図、BはAにおける[B]−[B]線方向断面図である。
【符号の説明】
1,21,41…半導体装置、2,22,32,42…リードレスパッケージ、3,23,33,43…半導体チップ、4,24,34,44…リード、5,25,35,45…ボンディングワイヤ、6,26,36,46…封止樹脂、8…プリント配線板、9…入出力用ランド、14…放熱用ランド、10,28,38A,38B,48…伝熱用端子、11,29,39,49…ダイパッド部、12,38B…水平伝熱部、15…リードフレーム。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a leadless package and a semiconductor device formed by stacking the same in a plurality of stages, and more particularly, to a leadless package and a semiconductor device that enhance heat dissipation of a semiconductor chip to ensure proper operation characteristics. .
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art As electronic devices such as mobile communication devices such as mobile phones and PDAs and notebook personal computers have become smaller and more sophisticated, it is essential to implement high-density mounting of electronic components constituting these devices. Conventionally, high-density mounting of electronic components has been supported by fine pitch of component terminals due to miniaturization of electronic components and miniaturization of wiring patterns of mounting boards.In recent years, semiconductor bare chips and semiconductor package components have been used. Various three-dimensional module structures that are stacked three-dimensionally and have improved mounting efficiency have been proposed.
[0003]
Above all, for example, a structure as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-177005 can use a material / process which has been most commonly used as a semiconductor package technology, and thus realizes a three-dimensional laminated module structure at low cost. It is drawing attention as a possible means.
A conventional semiconductor device having a three-dimensional stacked module structure will be described with reference to FIGS.
[0004]
FIG. 20 shows a
[0005]
The
[0006]
The respective
[0007]
As shown in FIG. 21, the
[0008]
23A and 23B show a
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in recent years, the performance of semiconductor devices has been improved in order to respond to higher functions of electronic devices and high-speed signal processing, but the heat generation of the semiconductor devices has been significantly increased. On the other hand, as devices have become thinner and smaller, there has been a problem of a rise in air temperature inside the device and a local rise in temperature of components. In general, if the component temperature exceeds the allowable value, malfunctions such as malfunctions and device destruction are caused, which greatly affects the function and reliability of the product. For this reason, in recent years, heat dissipation measures for component parts have been regarded as important in high-density mounting technology.
[0010]
However, in the
[0011]
When a plurality of semiconductor chips having different functions are stacked, one of the stacked semiconductor chips that generates a large amount of heat is disposed in the uppermost layer having relatively high heat radiation efficiency, or is disposed in the lowermost layer for printed wiring. Although there is a method of adopting a structure in which heat is dissipated to the board side, it is a great limitation in design, and when there are three or more semiconductor chips generating a large amount of heat, application to an inner layer package is inevitable. Problems due to excessive heat generation become apparent.
[0012]
On the other hand, for example, Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 8-236694 discloses a stacked semiconductor device in which the heat dissipation efficiency of the semiconductor chips of each layer is increased by attaching heat sinks to the back surfaces of the semiconductor chips stacked in multiple stages. I have.
[0013]
However, in this configuration, since a heatsink is interposed in each layer, the height of the entire stacked module is increased, and the significance of using a leadless package whose purpose is to reduce the thickness of the package is reduced. . Further, there is a problem that the productivity of the semiconductor device is impaired due to the installation of the heat radiating plate, and the manufacturing cost is increased.
[0014]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems, and has a leadless package capable of avoiding an increase in package thickness, a decrease in productivity and a manufacturing cost, while enhancing a heat dissipation effect of a semiconductor chip and securing appropriate operation characteristics. It is an object to provide a stacked semiconductor device.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a leadless package according to the present invention includes a semiconductor chip, a plurality of leads arranged on a side of the semiconductor chip, bonding wires connecting the semiconductor chip to the plurality of leads, and a semiconductor chip. A leadless package having a structure in which a top surface and a bottom surface of the lead are exposed to the outside, the die pad portion supporting the semiconductor chip within the thickness range of the lead, and And a heat transfer terminal connected to the die pad portion and having the same thickness as the lead.
[0016]
In the present invention, when the semiconductor device of the present invention is configured by stacking the leadless package by arranging heat transfer terminals for heat radiation connected to the die pad portion together with the signal input / output leads. Even so, a heat radiation path in the stacking direction can be secured. As a result, an operation failure due to heat generated from the semiconductor chip of the leadless package laminated on the inner layer is avoided.
[0017]
The die pad portion and the heat transfer terminal can be integrally formed as a part of a lead frame for forming a lead. For this reason, since it is not necessary to attach a heat radiation member in a subsequent process, it is possible to avoid deterioration in productivity and manufacturing cost.
[0018]
In this case, since the die pad portion and the heat transfer terminal are incorporated as a part of the package together with the leads when the semiconductor chip is packaged, an increase in the package thickness is prevented.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0020]
1 to 9 show a first embodiment of the present invention. 1 is a side sectional view of the
[0021]
The
[0022]
As the
[0023]
Therefore, the
[0024]
The
[0025]
As shown in FIG. 5, the
[0026]
As shown in FIG. 5, the
[0027]
The
[0028]
The back surface of the
[0029]
The
[0030]
The
[0031]
As shown in FIGS. 1 and 3, the
[0032]
The
[0033]
On the other hand, FIG. 6 shows a configuration of a
[0034]
As shown in FIG. 6, the
[0035]
The “suspend” or “stay” that connects the
[0036]
7 to 9 are process cross-sectional views illustrating a manufacturing process of the
[0037]
An
[0038]
Next, the
[0039]
Subsequently, the
[0040]
As described above,
[0041]
Next, a
[0042]
The
[0043]
As described above, according to the present embodiment, heat generated from each
[0044]
As described above, since the heat radiating path of the
[0045]
In particular, heat generated from the
[0046]
Further, according to the present embodiment, the
[0047]
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 10 is a side sectional view of the
[0048]
The
[0049]
The
[0050]
The
[0051]
The back surface of the
[0052]
The
[0053]
Note that the arrangement of the
[0054]
These
[0055]
As shown in FIG. 10, the
[0056]
The
[0057]
As described above, according to the present embodiment, the same effects as those of the above-described first embodiment can be obtained. In particular, according to the present embodiment, the
[0058]
(Third embodiment)
FIG. 13 to FIG. 15 show a third embodiment of the present invention. 13 is a side sectional view of the
[0059]
The
[0060]
In other words, the
[0061]
The
[0062]
The back surface of the
[0063]
The first
[0064]
The
[0065]
Although not shown, the
[0066]
According to the present embodiment, effects similar to those of the above-described embodiments can be obtained. In particular, according to the present embodiment, since a larger number of heat dissipation paths are formed than in the above-described embodiments, heat dissipation performance is enhanced, and a leadless package stacking a semiconductor chip having an extremely high heat generation amount is stacked. It can be suitably implemented for the structure.
[0067]
(Fourth embodiment)
16 to 19 show a fourth embodiment of the present invention. 16 is a side sectional view of the
[0068]
The
[0069]
The
[0070]
The
[0071]
The back surface of the
[0072]
The
[0073]
The
[0074]
As shown in FIG. 16, the
[0075]
The
[0076]
According to the
[0077]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is, of course, not limited to these, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention.
[0078]
For example, in each of the above embodiments, an example is described in which a leadless package containing the same type of semiconductor chip is stacked in a plurality of stages to form a semiconductor device. However, a leadless package containing semiconductor chips of different types is used. It is also possible to form a semiconductor device by stacking.
[0079]
Further, in each of the above embodiments, the heat radiation path connecting the respective layers of the semiconductor device in the vertical direction is formed linearly. However, the present invention is not limited to this, and the heat radiation path in the vertical direction may be formed in a zigzag shape. is there.
[0080]
Although the number of heat transfer terminals is the same for each layer, if there is at least one heat dissipation path between each layer, the minimum heat dissipation can be ensured. It is also possible.
[0081]
Further, the bonding material for connecting the leadless packages of each layer is not limited to the above-mentioned solder paste, and for example, a plating bump or the like can be applied. In addition, connection between layers may be achieved by using a conductive layer such as a conductive paste or an anisotropic conductive material (ACF / ACP).
[0082]
Furthermore, in each of the above embodiments, an example in which the present invention is applied to a three-dimensional module in which a leadless package having a single semiconductor chip mounted on a single lead frame is stacked in a plurality of stages has been described. The present invention is also applicable to a three-dimensional module including a multi-chip type leadless package in which a plurality of semiconductor chips are mounted on one lead frame.
[0083]
【The invention's effect】
As described above, according to the leadless package of the present invention, since the signal input / output leads and the heat transfer terminals for heat dissipation connected to the die pad portion are arranged side by side, the leadless package is stacked. Even in this case, a heat radiation path in the stacking direction can be secured, and an operation failure due to excessive heat generation can be avoided.
[0084]
Further, if the die pad portion and the heat transfer terminal are integrally formed as a part of a lead frame for forming a lead, it is not necessary to attach a heat radiating member in a later step, thereby improving productivity and manufacturing. Cost deterioration can be avoided. Further, in this case, the die pad portion and the heat transfer terminal can be incorporated as a part of the package together with the lead when the semiconductor chip is packaged, so that an increase in the package thickness can be prevented.
[0085]
On the other hand, according to the semiconductor device of the present invention, it is possible to avoid an operation failure due to heat generated from a semiconductor chip of a leadless package stacked in a plurality of stages, particularly a leadless package located in an inner layer portion. The reliability of the semiconductor device can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of FIG.
FIG. 3 is a sectional view taken along the line [3]-[3] in FIG.
FIG. 4 is a rear view of FIG. 1;
FIG. 5 is a side sectional view of a leadless package constituting the semiconductor device of FIG. 1;
FIG. 6 is a plan view of a lead frame for constituting the leadless package of FIG. 5;
FIG. 7 is a process sectional view illustrating the method for manufacturing the leadless package of FIG. 5;
FIG. 8 is a process sectional view illustrating the method for manufacturing the leadless package of FIG. 5;
FIG. 9 is a process sectional view illustrating the method of manufacturing the semiconductor device in FIG. 1;
FIG. 10 is a side sectional view of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a plan view of FIG. 10;
FIG. 12 is a rear view of FIG. 10;
FIG. 13 is a side sectional view of a leadless package according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a rear view of FIG.
FIG. 15 is a plan view of FIG.
FIG. 16 is a side sectional view of a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a plan view of FIG. 16;
18 is a sectional view taken along the line [18]-[18] in FIG.
FIG. 19 is a rear view of FIG. 16;
FIG. 20 is a side sectional view of a conventional semiconductor device.
FIG. 21 is a side sectional view of a conventional leadless package forming the semiconductor device of FIG. 20;
FIG. 22 is a perspective view showing the entire conventional leadless package, where A is a view from the front side and B is a view from the back side.
23A and 23B are diagrams showing a lead frame for forming a conventional leadless package, wherein A is a plan view and B is a cross-sectional view taken along the line [B]-[B] in A.
[Explanation of symbols]
1, 21, 41 ... semiconductor device, 2, 22, 32, 42 ... leadless package, 3, 23, 33, 43 ... semiconductor chip, 4, 24, 34, 44 ... lead, 5, 25, 35, 45 ... Bonding wire, 6, 26, 36, 46: sealing resin, 8: printed wiring board, 9: input / output land, 14: heat release land, 10, 28, 38A, 38B, 48: heat transfer terminal, 11 , 29, 39, 49: die pad portion, 12, 38B: horizontal heat transfer portion, 15: lead frame.
Claims (7)
前記リードの厚さ範囲内で前記半導体チップを支持するダイパッド部と、
前記ダイパッド部に連絡し前記リードと同等の厚さの伝熱用端子とを備えた
ことを特徴とするリードレスパッケージ。A semiconductor chip, a plurality of leads arranged on a side of the semiconductor chip, a bonding wire connecting the semiconductor chip to the plurality of leads, and a sealing resin for sealing the semiconductor chip and the bonding wire. A leadless package having a structure in which an upper surface and a lower surface of the lead are exposed to the outside,
A die pad portion supporting the semiconductor chip within a thickness range of the lead;
A leadless package having a heat transfer terminal connected to the die pad portion and having a thickness equal to that of the lead.
ことを特徴とする請求項1に記載のリードレスパッケージ。The leadless package according to claim 1, wherein the die pad portion and the heat transfer terminal are formed of the same material as the lead.
ことを特徴とする請求項1に記載のリードレスパッケージ。The leadless package according to claim 1, wherein the heat transfer terminal is connected to the die pad portion via a horizontal heat transfer portion.
ことを特徴とする請求項3に記載のリードレスパッケージ。The leadless package according to claim 3, wherein the heat transfer terminals are arranged at four corners of the package.
ことを特徴とする請求項1に記載のリードレスパッケージ。The leadless package according to claim 1, wherein the heat transfer terminal is disposed between the semiconductor chip and the lead.
ことを特徴とする請求項1に記載のリードレスパッケージ。The leadless package according to claim 1, wherein the heat transfer terminal is disposed on a side of the package.
前記リードレスパッケージが、半導体チップと、前記半導体チップの側方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とを接続するボンディングワイヤと、前記半導体チップと前記ボンディングワイヤとを封止する封止樹脂と、前記リードの厚さ範囲内で前記半導体チップを支持するダイパッド部と、前記ダイパッド部に連絡し前記リードと同等の厚さの伝熱用端子とを備えており、
前記リードレスパッケージの各々が、前記リードおよび前記伝熱用端子を介して接続されている
ことを特徴とする半導体装置。A semiconductor device in which a leadless package is stacked in a plurality of stages,
The leadless package includes a semiconductor chip, a plurality of leads arranged on a side of the semiconductor chip, a bonding wire connecting the semiconductor chip and the plurality of leads, and the semiconductor chip and the bonding wire. A sealing resin for sealing, a die pad portion supporting the semiconductor chip within the thickness range of the lead, and a heat transfer terminal having a thickness equivalent to that of the lead in contact with the die pad portion,
A semiconductor device, wherein each of the leadless packages is connected via the lead and the heat transfer terminal.
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