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JP2004179253A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法 Download PDF

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JP2004179253A JP2002341291A JP2002341291A JP2004179253A JP 2004179253 A JP2004179253 A JP 2004179253A JP 2002341291 A JP2002341291 A JP 2002341291A JP 2002341291 A JP2002341291 A JP 2002341291A JP 2004179253 A JP2004179253 A JP 2004179253A
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semiconductor device
resin
chip
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Naoto Kimura
直人 木村
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NEC Semiconductors Kyushu Ltd
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Abstract

【課題】ヒートスプレッダの厚みを薄くでき、薄型モールド樹脂封入型半導体装置が得られるようにする。
【解決手段】半導体チップ１１を載置したアイランド１２の下にヒートスプレッダ１５を装着し、樹脂１８のより封止した半導体装置において、ヒートスプレッダ１５がアイランド１２とこのアイランド吊りピンの形状を回避するように形成されたことを特徴とし、チップ１１を搭載するリードフレームのアイランド１２の大きさをチップ１１の大きさより小さく形成し、チップ１１の中央付近に形成し、アイランドを吊る吊りピンは途中で下側に曲げ加工を行い、ヒートスプレッダ１５はアイランド１２の下に設置し、アイランドとアイランドの吊りピンを回避するような形状とできる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置およびその製造方法に関し、特にモールド樹脂封入タイプの半導体装置で、チップの発熱が大きく、放熱板となるヒートスプレッダを搭載する半導体装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来例のモールド樹脂封入タイプの半導体装置として、ヒートスプレッダを搭載したものが、図１１（ａ）（ｂ）の斜め方向および横方向の断面図に示すものがある。この樹脂封止型半導体装置は、アイランド１２ａ、リードフレーム１４、半導体素子１１ａから発生する熱を拡散するヒートスプレッダ１６を備えている。アイランド１２ａ上には半導体素子１１ａが搭載されている。リードフレーム１４は、半導体素子１１ａと金属細線１８により接続されるインナーリード１３ａとパッケージから外部に導出された外部リード１７を備える。ヒートスプレッダ１６は突部１６ａを有し、この突部１６ａはアイランド１２の底部と所定の幅、あるいは点の接触状態で樹脂封止により固定されている。また、ヒートスプレッダ１６の周辺部がリードフレーム１４の吊リードと接触状態であるので熱拡散効率をより高めている。
【０００３】
また、リードフレーム１４は、中央にアイランド１２ を有し、アイランド１２の周辺にインナリード１３を有している。このインナーリード１３とアウターリード１７はタイバーが接続され、アイランド１２の四隅には吊リードが接続されている。更に、リードフレーム１４には、押し穴１８が形成されており、この穴を用いて後述するヒートスプレッダ１６の吊りピン１６ｂを切断する。
【０００４】
また、ヒートスプレッダ１６は、放熱部１６ａ、外枠部１６ｃ、放熱部１６ａと外枠部１６ｃをつなぐ吊ピン部１６ｂを備える。放熱部１６ａには、複数のディンプルとスリット（２１）と突起（２２）とが形成されている。この放熱部１６ａの突起が樹脂で封入した際にアイランド１２と接触し、放熱効果を高める。ディンプル及びスリットにより、樹脂の流動性及び樹脂とヒートスプレッダ１６ａとの密着性を高めることができる。なお、ディンプルは小さな窪みであり、スリットは開口部である。
【０００５】
図１２（ａ）〜（ｄ）は図１１の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図である。まず、図１２（ａ）に示すように、リードフレーム１４のアイランド１２ａ上に半導体素子１１ａを樹脂接着剤などにより貼り付ける（マウント工程）。次に、リードフレーム１４のインナリード１３と、半導体素子１１ａのボンディングパッド（図示せず）とを金属細線（ワイヤ）１８で接続する。また、リードフレーム１４に押し穴３２を設ける（ボンディング工程）。
【０００６】
次に、図１２（ｂ）に示すように、下金型３０の凹部にヒートスプレッダ１６を入れる。その際、下金型３０にはピン（図示せず）が設けられており、ヒートスプレッダ１６に設けられた位置決め穴を下金型３０のピンに挿入することにより位置合わせされ、ヒートスプレッダ１６は、下金型３０により支えられる。次に、図１２（ｂ）に示すように、ヒートスプレッダ１６の上に半導体素子１１ａを搭載したリードフレーム１４をヒートスプレッダ１６とリードフレーム１４のアイランド底部とを接触状態にし、リードフレーム１４を下金型３０に供給する。リードフレーム１４は、その位置決め穴に下金型３０のピンが挿入されることにより、ヒートスプレッダ１６と同様に位置決めされる。
【０００７】
次に、この上に上金型３１が被せられる。次に、金型内に溶融樹脂１９を圧入する。この時、リードフレーム１４とヒートスプレッダ１６の周辺部分は、下金型３０と上金型３１によって押さえられているので、両者の位置がズレる虞がない。この樹脂の硬化後、図１２（ｄ）に示すように、上金型３１を取り外した後、リードフレーム１４の押し穴３２から押しピン３３を挿入し、ヒートスプレッダ外枠部１６の領域１８ａを押す。これによりヒートスプレッダ１６の吊りピン１６ｂのくびれがひきちぎられ、吊ピン１６ｂが切断される。以上のような工程により、本発明の樹脂封止型半導体装置が製造される（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
すなわち、チップを搭載したリードフレームのアイランド１２の下に突起を有する銅などの良熱伝導体のヒートスプレッダ１６のを接触させて放熱を行っている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００―２９４７１２号
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来例では、アイランドの下に厚さ１００μｍ〜２５０μｍ程度の銅板にて突起を接触させているが、樹脂パッケージが１．４ｍｍから１ｍｍ程度に薄くなると、ヒートスプレッダ１６の厚みや突起により、パッケージの下に露出するようになる。下の樹脂の隙間は少なくとも２００μｍは必要なため、パッケージを製造することができなくなる。ヒートスプレッダ１６が下側の樹脂から露出すると水分が侵入しやすくなりチップの配線であるアルミが腐食し断線する。また、パッケージとヒートスプレッダなどの内部構成の金属への水分侵入を回避するためには樹脂の厚みが厚いほどよく、２００μｍは必要である。
【００１１】
本発明の目的は、このような問題を解決し、ヒートスプレッダの厚みを薄くでき、薄型モールド樹脂封入型半導体装置が得られるようにした半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の構成は、半導体チップを載置したアイランドの下にヒートスプレッダを装着し、樹脂封止した半導体装置において、前記ヒートスプレッダが前記アイランドとこのアイランド吊りピンの形状を回避するように形成されたことを特徴とする。
【００１３】
本発明において、ヒートスプレッダは、四隅の吊りピンで隣接する他のヒートスプレッダと結合するようにでき、また、そのアイランドと吊りピンの無い箇所に挟み込むように搭載されることができ、また、ヒートスプレッダを搭載した厚みが、アイランドの厚みの２倍以下であるようにできる。
【００１４】
さらに、本発明において、ヒートスプレッダは、アイランドと接触する突起と注入樹脂の流路を調整するスリットとを有することができ、また、直接チップ裏面と接触する突起と注入樹脂の流路を調整するスリットとを有することができ、さらに、ヒートスプレッダは、片持ちはりとなることができ、また、アイランドの下にあるヒートスプレッダの厚みが薄くなり四方と連結している連結部を有することもできる。
【００１５】
また、本発明の構成は、半導体チップを載置したアイランドの下にヒートスプレッダを装着し、樹脂封止した半導体装置の製造方法において、スリット、突起のあるヒートスプレッダのみを下金型に搭載し、前記半導体チップが搭載されたリードフレームをあらかじめ金型の下型に搭載したヒートスプレッダの上に搭載し、次に、金型の上型を装着して樹脂注入し、樹脂封入が終了したもの上下金型から取り外し、前記リードフレームの不要部分である吊りピンなどを切断し、外部端子のリードを成形することを特徴とする。
【００１６】
本発明の構成によれば、チップを搭載するリードフレームのアイランド大きさをチップの大きさより小さく形成し、チップの中央付近に形成し、アイランドを吊る吊りピンは途中で下側に曲げ加工を行い、ヒートスプレッダはアイランドの下に設置し、アイランドとアイランドの吊りピンを回避するような形状とする。このようにして、ヒートスプレッダの突起を含む厚みはアイランドの厚みの２倍以下にでき、薄型のモールド樹脂封入型半導体装置を得ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施形態の構造および製造方法を図面を用いて詳細に説明する。図１、図２は本発明の一実施形態の半分の平面図およびその断面図である。アイランド１２に搭載されたチップ（半導体素子）１１の下には、スリット２１および突起２２を有するヒートスプレッダ１５が、アイランド１２とその吊りピン１２ａを回避するように形成されており、これらの隙間に搭載される。なお、突起２２の高さは１００μｍ以下である。また、スリット２１は突起２２の間に形成されており、樹脂封入時に（モールド）樹脂１９の流入が容易になるように形成されている。
【００１８】
本実施形態では、図１のように、ヒートスプレッダ１５の吊りピン１５ａが、アイランド１２とこのアイランド吊りピン１２ａの形状を回避するように形成されたことを特徴とする。また、ヒートスプレッダ１５は、四隅の吊りピン１５ａで隣接する他のヒートスプレッダ１５と結合するようになっており、また、アイランド１２と吊りピ１２ａンの無い箇所に挟み込むように搭載されている。さらに、このヒートスプレッダ１５は、熱伝導のよい銅合金により形成され、その厚さは１２５μｍから１５０μｍ程度で、アイランドの厚さは２５０（３００）μｍ以下であり、ヒートスプレッダ１５を搭載した厚みは、アイランドの厚みの２倍以下である。
【００１９】
また ヒートスプレッダ１５は、アイランド１２と接触する突起２２の５０〜１００μｍで、注入樹脂の流路を調整するスリット２１は幅１００〜１０００μｍで、長さはチップの大きさによるが、１〜１０ｍｍ程度となる。また、ヒートスプレッダ１５の突起２２とスリット２１は、直接チップ裏面と接触することもでき、また、ヒートスプレッダ１５が、片持ちはりとなることもできる。
【００２０】
図３、図４は、図１のリードフレームのアイランド１２にチップ１１を搭載した平面図およびその断面図である。アイランド１２は中央に丸形に形成されている。このアイランド１２は四隅から吊りピン１２ａにより結合している。搭載されたチップ１１はリード１３とワイヤ１８によりボンディングされる。図４において、アイランド１２は、下側に曲げ加工された吊りピン１２ａで結合している。
【００２１】
図５〜図９は，この半導体装置の製造工程を説明する半断面図および半平面図であり、まず、図５で、ヒートスプレッダ１５を封入する際の図である。まず、スリット２１と突起２２をもつヒートスプレッダ１５のみを、金型の下型である下金型３０上に搭載する。次に、図６，図７の平面図、断面図に示すように、この下金型３０上に搭載したヒートスプレッダ１５上に、チップ１０が搭載されたアイランド１２を搭載する。そして図８の断面図に示すように、ヒートスプレッダ１５上に組み合わせたチップ１０上に、金型の上型である上金型３１を被せて樹脂１９を注入する。
【００２２】
そして樹脂１９の注入した後に、図９の断面図に示すように、上金型３１と下金型３０とを取り外し、ヒートスプレッダ１５の先端の吊りピン１５ａを切断し、またリードフレーム１２の不要部分である吊りピン１２ａなどを切断し、リード１３を折り曲げ外部リード１３ａとすれば、モールド樹脂封入タイプの半導体装置が完成する。なお、樹脂１９の封入された部分がモールドライン１７となっている。
【００２３】
図１０は本発明の第２の実施形態を説明する半断面図である。この実施形態は、ヒートスプレッダ１５が、アイランド１２の下のヒートスプレッダ部分は薄くなっており、アイランド部分１２を回避するように四方のヒートスプレッダと連結する連結部２３を有している。この場合、連結部２３の厚さは、ヒートスプレッダ１５の厚さの半分以下で、６０〜７０μｍとなる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の構成によれば、吊りピンに吊られたアイランドの大きさをチップサイズより小さくし、ヒートスプレッダ形状をアイランドとアイランドの吊りピンを回避するように形成し、ヒートスプレッダの吊りピンを四隅で結合して形成することで、ヒートスプレッダの厚みをアイランドの厚み程度に抑えることができるため、薄型モールド樹脂封入型半導体装置を製造することができる。また、ヒートスプレッダの突起が直接シリコン裏面に接触するので放熱効果が高いという特徴もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を説明する半導体装置の半分の平面図である。
【図２】図１の半導体装置の半断面図である。
【図３】図１のチップ１１とアイランド部分１２の半平面図である。
【図４】図３のチップ１１とアイランド部分１２の半断面図である。
【図５】図１の半導体装置の製造工程を説明する第１の半断面図である。
【図６】図５の次の製造工程を説明する第２の半平面図である。
【図７】図６の次の製造工程を説明する第３の半断面図である。
【図８】図７の次の製造工程を説明する第４の半断面図である。
【図９】図８の次の製造工程を説明する第４の半断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態を説明する半導体装置の半分の断面図である。
【図１１】（ａ）（ｂ）は従来例の半導体装置の斜め方向、横方向の断面図である。
【図１２】（ａ）〜（ｄ）は図１１の半導体装置の製造工程を説明する断面図である。
【符号の説明】
１１ チップ（半導体素子）
１２ アイランド
１２ａ 吊りピン
１３ （インナー）リード
１４ リードフレーム
１５，１６ ヒートスプレッダ
１５ａ 吊りピン
１７ モールドライン
１８ ワイヤ（金属細線）
１９ （モールド）樹脂
２１ スリット
２２ 突起
２３ 連結部
３０ 上金型
３１ 下金型
３２ 押し穴
３３ 押しピン

Claims (9)

  1. 半導体チップを載置したアイランドの下にヒートスプレッダを装着し、樹脂封止した半導体装置において、前記ヒートスプレッダが前記アイランドとこのアイランド吊りピンの形状を回避するように形成されたことを特徴とする半導体装置。
  2. ヒートスプレッダは、四隅の吊りピンで隣接する他のヒートスプレッダと結合するようになった請求項１記載の半導体装置。
  3. ヒートスプレッダは、アイランドと吊りピンの無い箇所に挟み込むように搭載された請求項１または２記載の半導体装置。
  4. ヒートスプレッダを搭載した厚みが、アイランドの厚みの２倍以下である請求項１または２記載の半導体装置。
  5. ヒートスプレッダは、アイランドと接触する突起と注入樹脂の流路を調整するスリットとを有する請求項１，２，３または４記載の半導体装置。
  6. ヒートスプレッダは、直接チップ裏面と接触する突起と注入樹脂の流路を調整するスリットとを有する請求項１，２，３または４記載の半導体装置。
  7. ヒートスプレッダが、片持ちはりとなっている請求項１，２，３または４記載の半導体装置。
  8. アイランドの下にあるヒートスプレッダの厚みが薄くなり四方と連結している連結部を有する請求項１，５または６記載の半導体装置。
  9. 半導体チップを載置したアイランドの下にヒートスプレッダを装着し、樹脂封止した半導体装置の製造方法において、スリット、突起のあるヒートスプレッダのみを下金型に搭載し、前記半導体チップが搭載されたリードフレームをあらかじめ金型の下型に搭載したヒートスプレッダの上に搭載し、次に、金型の上型を装着して樹脂注入し、樹脂封入が終了したもの上下金型から取り外し、前記リードフレームの不要部分である吊りピンなどを切断し、外部端子のリードを成形して半導体装置を製造することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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