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JP2901091B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP2901091B2
JP2901091B2 JP2259575A JP25957590A JP2901091B2 JP 2901091 B2 JP2901091 B2 JP 2901091B2 JP 2259575 A JP2259575 A JP 2259575A JP 25957590 A JP25957590 A JP 25957590A JP 2901091 B2 JP2901091 B2 JP 2901091B2
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JP
Japan
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heat sink
lead
chip carrier
pellet
semiconductor device
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JP2259575A
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English (en)
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JPH04137551A (ja
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護 伊藤
宇佑 榎本
友男 坂本
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Priority to US07/765,217 priority patent/US5198964A/en
Priority to KR1019910016922A priority patent/KR100215517B1/ko
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置に関し、特に、高周波帯域、例
えばUHF帯域の電力増幅に利用する高周波電力増幅用電
界効果トランジスタに適用して有効な技術に関するもの
である。
〔従来技術〕 従来、電子装置の一つとして、高周波増幅用モジュー
ル（以下、単にモジュールという）が知られている。こ
の種のモジュールについて簡単に説明する。
第14図は、モジュール１の組立完成状態（樹脂コート
前、すなわち封止前）を示す平面図である。入力リード
22dより入力された高周波電力は、ストリップライン18
とチップコンデンサ21（C1〜C13）とからなる高周波電
力整合回路により、電界効果トランジスタ（以下、FET
という）ペレット14a,14b,14cとの入出力整合をとり、
各FETペレット14a,14b,14cで電力増幅され、出力リード
22aより外部へ出力される機能をもつ。
印刷抵抗20は、所定のバイアス電圧を得るためのブリ
ーダ抵抗、高周波電流ブロック抵抗、各FETへの電圧供
給用抵抗である。なお、第14図では、印刷抵抗20に斜線
を施して示す。
APCリード22cは、出力電力コントロール用端子、電源
リード22bは、電源供給用端子であり、両リードともDC
プラス電圧を印加する。
ヘッダー11は、DC電源のマイナス端子であるとともに
GND端子と放熱板の機能を有し、セットへのネジ止め用
フランジの役目をもつ。
なお、第14図において、４はセラミック基板、12a,12
b,12cはセラミック基板の中の貫通穴、13a,13b,13cはヒ
ートシンク、15a,15b,15cはポストタブ、16a,16b,16cは
アルミワイヤ、19はGNDラインで、スルーホール印刷に
よりセラミック基板の裏面に電気的に接続されている。
ここで、本発明に関連する技術の説明を容易にするた
め、前記第14図の出力段FETペレット14aの搭載部につい
て、その断面積造を第15図に示し、その説明を行なう。
ヘッダー11は、Cu板で全面にNiメッキが施されてい
る。
セラミック基板４は、表裏両面にCuパターンによる導
体印刷が施されている。表面は、ストリップライン18の
配線パターンが形成され、裏面はCu印刷ベタ塗りであ
る。
セラミック基板４の裏面と、ヘッダー11の表面は、は
んだ３により接続されている。
一方、ヘッダー11の表面には、Au-Si共晶により、Si-
FETペレット14aが予めペレット付けされたCu製ヒートシ
ンク13aがはんだ３により接続されている。ここで、ヒ
ートシンク13aは、表面側がAuメッキ、裏面側がAgメッ
キされているため、共晶ペレット付け及びはんだ付けを
容易にした構造となっている。
セラミック基板４表面側のストリップライン18の端子
には、ポストタブ15aがはんだ３により接着されてい
る。ここで、ポストタブ15aは、Fe-Ni合金に、表面側は
アルミクラッド、裏面側ははんだめっきを施すことによ
り、Al線による超音波ボンディングを可能とし、裏面は
良好なはんだ付性を確保した構造となっている。
FETペレット14aの表面からは、各ポストタブ15aにア
ルミワイヤ16aにより超音波ボンディング法により結線
されている。第15図の例によれば、左側がゲート側、右
側がドレイン側である。ここで、ソース電極は、このFE
Tペレット14aの場合は、Si基板がソースに接続されてい
るため、ヒートシンク13aそのものがソース電極とな
り、その素材がCuであるために極めて低いソース抵抗で
GND電位であるヘッダー11に電気的に接続されている。
このように、FETペレット14aを裸状態でヘッダー11に
搭載し、かつ、FETペレット14aとセラミック基板４間を
ワイヤボンディングにより接続した構造を、以下、ベア
ペレット搭載方式という。
そして、本モジュールは、封止工程でフェノール系樹
脂とシリコーンレジンによる防湿コートが施され、樹脂
キャップをつけて完成品となる。
以上、ベアペレット搭載例を示したが、Siバイポーラ
ペレット、またはGaAs-FETペレットを搭載する場合は、
以下の説明によるセラミック製チップキャリアによるチ
ップキャリア方式が採用されている。
Siバイポーラ用チップキャリアの例を、第16A図及び
第16B図に示す。第16B図は、第16A図の（ニ）−（ニ）
線で切った切断面を示す。バイポーラトランジスタは、
通常コレクタがSi基板となり、エミッタ接地で使用され
るため、コレクタはGNDと電気的に分離する必要があ
る。
一方、コレクタは大量の熱放散が必要であるため、熱
伝導の良好な材料に接続される必要がある。
このような条件を満たすため、第16A図の平面図、第1
6B図の断面図に示すべリリア製チップキャリアが使用さ
れる。ベリリアは絶縁物で熱伝導性に優れるため、古く
からこのような用途に使用されてきた。
なお、第16A図及び第16B図において、30はべリリア、
31はベース電極印刷、32はコレクタ電極印刷、33は接地
（エミッタ）電極印刷、34はベースリード、35はコレク
タリード、36はエミッタタブ、37はAu-Si共晶、38はペ
レット、39はAuワイヤである。
次に、GaAs-FETペレット用チップキャリア例を、第17
A図及び第17B図に示す。第17B図は、第17A図の（ホ）−
（ホ）線で切った断面図である。
GaAs-FETは、基板が半絶縁物であるので、ソース電極
はヒートシンク42と電気的に接続するために、第17A図
の平面図に示すような直列ボンディング法によりペレッ
ト電極間と接続されている。
ヒートシンク42は、第17B図の断面図に示すように、
ソース接地とするために、Cu等の金属製である。
ヒートシンク42とゲートリード48、ドレインリード47
の電気的分離は、アルミナ基板41により行なわれてい
る。
GaAsペレット基板50は、共晶ペレット付けに向かない
ため、低温のAu-Geロウ材49によりペレット付けされて
いる。
なお、第17A図及び第17B図において、43はゲート電極
印刷、44はドレイン電極印刷、45はソース電極印刷、46
はソースリード、51はAuワイヤである。
以上、Siバイポーラ用、GaAs用セラミックチップキャ
リアにつき説明したが、両セラミックチップキャリアと
もボンディング性を良好とするために、Auめっきが施さ
れている。
高周波電力増幅Si絶縁ゲートFET用パッケージとし
て、第18A図及び第18B図に示したもの（特開57-17870号
公報）がある。第18B図は、第18A図の（ヘ）−（ヘ）線
で切った断面図である。しかし、ヒートシンク61の構造
が、セットヘのネジ止めタイプを前提として設計されて
いるため、平坦な基板面への実装には適するが、前記第
14図のモジュール１のようなセラミック基板の貫通穴に
ヒートシンクを挿入し、はんだ付けによりヘッダーと接
続するには、スペース効率を含めて不利であり、実用化
されていないのが実情である。なお、第18A図及び第18B
図において、62はヘッダー、63はペレット、64,65,66は
リード、67はソース電極、68はワイヤ、69はゲート電
極、70はドレイン電極、71は樹脂コートである。
次に、チップキャリア方式によるモジュールへの実装
状態を説明する。
第19図は、前記第16A図及び第16B図に示すSiバイポー
ラ用セラミックチップキャリアをモジュールに実装した
状態の断面構造図である。
第19図に示すように、前記Siバイポーラ用セラミック
チップキャリアは、はんだ３によりセラミック基板４及
びヘッダー11上に接続され、シリコーンレジン52により
防湿コートされて完成品モジュールとなる。
第20図は、前記第17A図及び第17B図に示すGaAs-FET用
セラミックチップキャリアをモジュールに実装した状態
を示す断面構造図である。
第20図に示すように、前記GaAs-FET用セラミックチッ
プキャリアは、はんだ３によりセラミック基板４及びヘ
ッダー11上に接続され、シリコーンレジン52により防湿
されて完成品モジュールとなる。第20図では、チップキ
ャリアのはんだ付け時におけるトラブル例としてチップ
キャリア側面のAuめっき部にはんだ３が異常に吸い上が
った状況（同第20図の円Ａで囲った領域）を示す。Auめ
っきを施した面は、はんだ付け性が非常に良好なため、
この第20図に示したようなはんだ付けショート（この図
の例の場合は、ゲートとソース間のショート或いは半シ
ョートとなり易い）が発生し易い。
前記第20図の例は、チップキャリアの断面方向の都合
上、このような状態にならない様に図示されているが、
第20図の手前及び奥側ではチップキャリア側面がAuめっ
きされているため（エミッタ電極の接地のため）、同様
な問題が発生する。
前記第15図に示すベアペレット搭載方式でも、ヒート
シンク13aの側面が加熱履歴を経たCu製で、はんだ付性
がAuめっきされた前記例より劣るため、はんだショート
発生頻度は少なくなるが、問題はある。
高周波電力増幅用パワーMOSFETの構成に関する技術
は、例えば、特公昭45-11775号公報，特公昭49-36514号
公報，特公昭53-68581号公報，特開昭58-137256号公報
に開示されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
以上、ベアペレット搭載方式、チップキャリア方式に
よるモジュールへのペレットの実装構造を説明したが、
本発明者は、前記の実施構造を検討した結果、以下の問
題があることを見い出した。
前記両者共通の問題としては、（１）前記したヒート
シンク或いはチップキャリア側面へのはんだ吸い上がり
過剰によるショート不良の発生。
（２）ヒートシンク下部のはんだ厚さが薄過ぎた場合
に、はんだ層において、ヒートサイクル、ON-OFFサイク
ルによる応力を吸収することができないため、ヒートシ
ンクはがれが発生する。
ベアペレット搭載方式における問題としては、ペレッ
ト状態での高周波、大電流測定が技術的に困難である。
例えば、ペレットの端子と測定器の端子とのインピーダ
ンス（接続抵抗，容量，インダクタンス）が大きくなる
ため、高周波，大電流による電気特性測定がほとんど不
可能である。
そのために、モジュール組立時における特性歩留が低
下するという問題があった。
また、前記方式でGaAsペレットを搭載しようとする
と、モジュールの各部品の接続がはんだにより行なわれ
ている構造の為、モジュール温度を150℃程度にしか上
げられないため、ワイヤボンディング時に超音波印加を
併用する必要が生じる。超音波の印加は、機械的強度の
強いSiペレットでは問題はないが、機械的強度の弱いGa
AsペレットではGaAs基板にクラックが発生し易くなる。
また、ワイヤボンディング用のポストタブは、100〜2
00μｍと薄くて、ほぼ3mm×1mmの小形の板であり、ハン
ドリングが難しいため、セラミック基板上への自動実装
が困難になるという問題があった。
また、ペレット付けが完了したヒートシンクは、ペレ
ット部が裸状態のため、ペレット表面にキズを発生させ
ないで、ハンドリングを行なうことは困難であり、セラ
ミック基板貫通孔を通してのヘッダー上への自動実装が
困難になるという問題があった。
また、チップキャリア方式では、リードが成形されて
いないため、セラミック基板上のストリップライン部へ
のはんだ付け時、リードとストリップライン間に隙間を
生じてはんだ付け不良を発生する恐れがある。
本発明の目的は、はんだによるショート不良を防止す
ることが可能な技術を提供することにある。
本発明の他の目的は、オンオフサイクル，温度サイク
ルによるヒートシンクのはんだ付けのはがれを防止する
ことが可能な技術を提供することにある。
本発明の他の目的は、ストリップラインの設計が容易
にできる技術を提供することにある。
本発明の他の目的は、ペレットの電気的特性評価を容
易に行なうことが可能な技術を提供することにある。
本発明の他の目的は、自動実装が可能な半導体装置を
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、
本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであ
ろう。
〔課題を解決するための手段〕
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、下記のとおりである。
（１）半導体チップが金属製のヒートシンクに搭載さ
れ、該半導体チップ上に設けられている電極パッドと各
リードとがボンディングワイヤで電気的に接続され、各
リードの一部、該半導体チップ及びボンディングワイヤ
が封止樹脂により覆われている半導体装置において、前
記ヒートシンク側の封止樹脂に段部が設けられて、前記
ヒートシンクの側面を覆う凸状部を有し、前記ヒートシ
ンクの先端部が前記凸状部から露出し、前記リードの他
部が封止樹脂外にて前記ヒートシンク側に成形されてい
る半導体装置である。
（２）前記半導体装置は、高周波電力増幅用電界効果ト
ランジスタである。
（３）前記金属製のヒートシンクは、その凸状部厚さ
が、半導体装置等の電子装置を実装する実装基板の厚さ
と同等もしくは少し厚い構造となっている。
（４）前記半導体装置のゲート，ソース，ドレインに対
応する各リードのうち、少なくとも一個のリードは、複
数個に分割されている。
〔作用〕
前記（１），（２），（３）の手段によれば、前記金
属製のヒートシンクが前記樹脂封止されている部分より
凸状に突出し、その凸状部厚さが、半導体装置等の電子
装置を実装する実装基板の厚さと同等もしくは少し厚い
構造となっているので、はんだによるショート不良を防
止することができ、かつオンオフサイクル，温度サイク
ルによるヒートシンクのはんだ付けのはがれを防止する
ことができる。
前記（４）の手段によれば、前記半導体装置のゲー
ト，ソース，ドレインに対応する各リードのうち、少な
くとも一個のリードは、複数個に分割されているので、
ストリップラインの設計が容易にできる。
また、ペレットの電気的特性を向上すると共に電気的
特性の評価を容易に行なうことができる。
また、自動実装が可能になる。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例を図面を用いて具体的に説明
する。
なお、全図において、同一機能を有するものは同一符
号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
第1A図は、本発明をモジュールのペレット搭載用のセ
ラミックチップキャリア方式に適用した一実施例のレジ
ンチップキャリアの平面図、 第1B図は、第1A図の矢印Ｂ方向から見た（そのソース
リード側）側面図、 第1C図は、第1A図の矢印Ｃから見た（そのドレインリ
ード側）側面図、 第1D図は、第1A図の裏面から見た（ヒートシンク側か
ら見た）平面図、 第２図は、レジンチップキャリアをモジュールに実装
した状態で第1A図の（イ）−（イ）線で切った断面図で
ある。
本実施例のモジュールのペレット搭載方式のセラミッ
クチップキャリアは、第1A図〜第1D図に示すように、レ
ジンモールド化した（以下、レジンチップキャリヤとい
う）ものである。
第1A図〜第1D図及び第２図において、３ははんだ、４
はセラミック基板、11はヘッダー、18はストリップライ
ン、49はAu-Si共晶、50はペレット、80はレジンチップ
キャリア、82a,82b,82cはドレインリード、83a,83b,83c
はゲートリード、84a,84bはソースリード、85は金属製
のヒートシンク（ソース）、88はゲートワイヤ、89はド
レインワイヤ、90はヒートシンク吊り部、94はモールド
レジン、ｔはリード高さ（ヒートシンク85の上面からリ
ードの先端部までの距離）、ｄはヒートシンクの高さ、
ｌはテーパ角度、Ｏはモールドレジン94の本体部の底面
である。
本実施例のレジンチップキャリア80は、第1A図〜第1D
図に示すように、モールドレジン本体より凸状に突出し
たヒートシンク85の側面部の４つの面を、モールドレジ
ン94Aで被う構造とすることにより、はんだ３の吸い上
がりを防止したものである。
このモールドレジン94Aは、ヒートシンク85の底面と
同一面までか、あるいはそれより少し上までとする。す
なわち、ヒートシンク85が横から見た時少し見える程度
にモールドレジン94Aで被う。
このような構成にすることにより、従来のモジュール
の製造における半導体ペレット50の搭載部の問題とし
て、ベアペレット搭載及びセラミックチップキャリア搭
載の共通問題の一つであるヒートシンク85の側面部のは
んだ（ペーストはんだ）３の吸い上がり過多によるショ
ート不良を低減することができる。
また、ヒートシンク85の底面からリード先端部（例え
ば、ドレインリード82の先端部）までの距離（リード高
さｔ）をモジュールのセラミック基板４（第14図）の厚
さとの関係から最適化設計することにより、従来の他の
問題であるヒートシンク85の底面とモジュールのヘッダ
ー11との間のはんだ３が薄過ぎることによる断線不良を
低減することができる。
また、ゲートリード83a,83b,83c及びドレインリード8
2a,82b,82cを複数本突出させることが可能なリードフレ
ーム構造として、パターン長さに合わせた位置のリード
を残して不要リードは切断する様にパターン設計の容易
性に対応している。このような構成にすることにより、
モジュールのセラミック基板設計における特に小形高性
能化パターン設計を容易にすることができる。
なお、従来のベアペレット搭載方式による問題であっ
た高周波大電流特性項目の測定に関しては、本実施例が
チップキャリア方式であるため、全く問題とならない。
また、ベアペレット搭載のあい路事項となっていたGa
As-FETペレット搭載は、本実施例がチップキャリア方式
であるため、モジュール本体と別工程で300℃以上の熱
圧着ボンディングに十分な加熱が可能であるため問題と
ならない。
更に、ベアペレット方式に起因するセラミック基板４
上に実装する時の作業性の悪さ、すなわち自動実装化の
困難さも、本実施例がチップキャリア方式であるため問
題とならない。
従来のセラミックチップキャリアの問題の一つであっ
たパッケージのコスト高に対しては、リードフレーム本
体部及びヒートシンク部の２点の部品からなるので材料
コストが安く、量産性に優れた構造のリードフレームの
採用で対処した。
更に、セラミックチップキャリアの問題である耐湿性
対策としては、ヒートシンク85の底面部のみを露出した
構造として、リードフレームとレジンの界面より浸入す
る水分のリークパス長さを十分に取ったこと、及びリー
ドフレームと極めて接着性の優れたトランスファモール
ドレジンにより対処した。
第3A図は、レジンチップキャリア用リードフレームの
主要構成部分の一実施例を示す平面図、第3B図は、第3A
図の（ロ）−（ロ）線で切った断面図、第3C図は、第3A
図の（ハ）−（ハ）線で切った断面図である。
第3A図，第3B図及び第3C図において、81はフレーム
枠、90はヒートシンク吊りリードである。
リードフレームは、第3A図，第3B図及び第3C図に示す
ように、板厚の薄いリード構成部と、厚板のヒートシン
ク部の２点で構成される。
ヒートシンク85は、熱伝導率の優れたCu系材料で、予
め所定の大きさにプレス加工等により加工されて、硬度
を焼き戻しにより十分に低くしている。硬度低下によ
り、ヒートシンク85は容易に塑性変形する。それによ
り、Au-Si共晶等でペレット付け後、常温復帰してもペ
レットと熱膨係数差に起因する応力によるペレットクラ
ック発生は防止できる。但し、ヒートシンク85は、熱膨
張係数差がSiに近い他の金属、或いはセラミック（例え
ばCu-W合金、コバール、Fe-Ni合金等、或いは側面印刷
を施したベリリア、Al-N、Si-C等の高熱伝導性のセラミ
ック）でも問題はないが、熱伝導率は低下するため、許
容損失の親定を厳しくする必要がある。Cu系材料がコス
ト的に有利である。しかし、非常に大形ペレット搭載時
は、Cu系以外の材料が有利となる。ヒートシンク85の厚
さは、後述する設計手法により決定する。
リード構成部は、約0.1〜0.3mmの薄いCu系材料（Cuに
限定しないが、Cuは低抵抗で非磁性体材料のため、高周
波回路には有利）であるが、第3A図，第3B図及び第3C図
に示すように、ドレインリード82a,82b,82cの部分、ゲ
ートリード83a,83b,83cの部分、ソースリード84a,84bの
部分、ヒートシンク吊りリード90の部分及びフレーム枠
81の部分の５つの部分からなっている。
リード構成部は、薄板材のため、エッチング法、プレ
ス法等により数百ミクロン単位の極めて高精度に加工で
きる。しかし、ヒートシンク85を接着時（銀ロウ材、高
融点はんだ、スポット溶接等による）は、双方の設置位
置精度のばらつきにより、公差が大となる。この対策と
して、ヒートシンク吊りリード90は、ヒートシンク85よ
り大きく設計してあることにより、ヒートシンク85の取
り付け位置のばらつきが大であっても、ショート不良や
モールド時の金型カジリ等の原因にならない（モールド
金型はヒートシンク吊り部90の外形線に合わせて設計す
る）。
ヒートシンク吊りリード90は、第４図及び第５図に示
すように、ヒートシンク85を取り付けると共に、Ga-AsF
ETペレット50搭載時は、ソースボンディング用タブとし
ての機能をもつ。そのため、Ga-AsFETペレット50とSi-F
ETペレット14の双方を搭載可能なチップキャリアとな
る。また、ソースボンディングワイヤ87に必要なボンデ
ィング面積を、ペレット14又は50のソース電極パッド配
置と並行方向に配置した溝造としたので、従来のセラミ
ック製チップキャリア（第17A図）と比較して、第５図
に示すように、ソースボンディングワイヤ87を並列に複
数本を配線でき、第17A図に示す直列ボンディングと比
較して、ボンディングワイヤ87のインピーダンスを格段
に低下させることができ、特に、高周波大電流を扱うモ
ジュールでは、電力損失を低減でき、高性能化に寄与す
ることは明らかである。
ここで、ヒートシンク吊りリード90は、ヒートシンク
85と段差を生じる（第２図参照）が、この段差は、ペレ
ット付け時にペレット付けロウ材（例えばAu-Ge、Au-Sn
等）が溶融して流れ拡がり、ワイヤボンディング部に付
着し、ボンディング不良要因となることの防止に効果が
ある（流れ拡がったロウ材は、ヒートシンクと取り付け
した角部で表面張力により止まり易い）。
第1B図に示す外形図において、レジン本体底面部Ｏよ
り突出したヒートシンク部（すなわちヒートシンク長さ
ｄ）は、セラミック基板厚さよりわずかに厚く（約50μ
ｍ程度）設計する。テーパ角度θは、90℃以上とするこ
とにより、トランスファモールド時の離型性を良好にす
ると共に、セラミック基板４（第２図）の貫通穴に円滑
に挿入できる利点を生じる。リード高さｔは、以下の式
により算出することにより、第２図に示すはんだ厚さts
Lを確保することができる。
リード高さｔの設計値＝ヒートシンク厚さｄ＋はんだ
厚さtsL−セラミック基板厚さ。
ここで、ヒートシング厚さは、セラミック基板厚さ＋
α（約50μｍ＝0.05mm）であるため、これを代入する
と、 リード高さｔ＝はんだ厚さtsL＋α（≒約0.05mm）と
なる（単位はmm）。
但し、実際の設計は、上記計算式を基本として、製作
上のばらつきを考慮して行なう必要がある。
次に、モジュールの組立ては、第２図に示すように、
ヘッダー11の上に予め表面にペーストはんだ３を印刷し
て、チップコンデンサ等の部品をペーストはんだ３の粘
着性により仮止めしたセラミック基板４を乗せ、更に、
セラミック基板貫通穴部に本実施例のレジンチップキャ
リア80を乗せる。各部品材料は、ペーストはんだ３の粘
着性により仮止めされるため、容易に落下することなく
次工程へ送られる。
次工程では、ヒートブロック上或いはベルト炉等によ
り加熱してはんだ３を溶融させることにより、各部品材
料をはんだ付け溶着する。この時に、セラミック基板４
には、適当な荷重と振動を与え、セラミック基板４の裏
面とヘッダー11とのはんだ付けを確実に行ない、ペース
トはんだ３中のフラックスを外部に排出させる。この
後、前記荷重と振動を解除して冷却を行ない、はんだを
固化させることによりはんだ付け作業は完了する。
以上の説明からわかるように、本実施例によるレジン
チップキャリアでは、はんだ（ペーストはんだ）３の溶
融時に印加される荷重により、例えはんだ３の量が不足
していても、印加荷重によりセラミック基板４がヘッダ
ー11に押しつけられるため、はんだ３がセラミック貫通
穴部より盛り上がり、レジンチップキャリア底面のヒー
トシンク85の面に必ず接触する。ヒートシンク面は、は
んだ付着性の良好なはんだめっきが施されているため、
溶融はんだ３と合金化して非常に良くはんだ付け接着す
る。この時のリード側のはんだ３も溶融し、リード部
（82、83）のはんだめっき部と合金化が進む。この後、
セラミック基板４への荷重を解除し、セラミック基板４
は、ヘッダー11上のはんだ３の表面張力により、印刷さ
れたペーストはんだ量に比例した厚さとなる様に浮き上
がる。この時、セラミック貫通穴部に盛り上がったはん
だ３は、セラミック基板４の下部に引き戻されるか、レ
ジンチップキャリア80のヒートシンク面に溶着したはん
だ３は、その表面張力により第２図に示した形状にレジ
ンチップキャリア80をヘッダー11例に引き込む作用を生
じる。この為、リード部（82、83）はセラミック基板４
のストリップライン18の面に押しつけられることにな
る。この作用は、はんだ３が固化するまで縦続し、リー
ド部（82、83）のはんだ付けが確実に行なわれる。以上
の一連の説明により、必要な最少限のはんだ３の厚さts
Lが確保でき、リード部（82、83）の浮きによる断線不
良が発生しない構造であることは明らかであろう。
すなわち、本実施例によれば、セラミック基板４とヘ
ッダー11間のはんだ３の量が不足しても、従来のセラミ
ックチップキャリア方式やペアペレット搭載方式のよう
に、ヒートサイクル等によるヒートシンク85のはがれが
発生することはない。
高周波モジュールのパターン設計は、入出力インピー
ダンスが通常50Ωと規定されているために、増幅用半導
体素子の入出力インピーダンスと整合をとるために、チ
ップコンデンサ或いは抵抗と組合わせたマイクロストリ
ップラインによる整合回路設計を行なうが、小形化した
モジュールにおいては、ストリップライン長を得ること
及び入出力ラインの分離設計に注意する。
モジュール中の半導体素子の占有面積比は非常に高
く、半導体素子のリードが中央に配置されている場合は
パターン設計の制約が厳しくなり、近年の小形化、高性
能化が必要なモジュールのパターン設計においては、わ
ずか１〜2mmのパターン長を得るために非常に苦労する
場合が多々ある。
しかし、本実施例のレジンチップキャリアにおいて
は、リード引き出し位置に柔軟性があるために、小形
化、高性能化に大きく貢献することができる。
次に、リードフレームの製造方法について説明する。
リードフレームは、第3A図，第3B図及び第3C図に示す
ように、板厚の薄いCu系材で、厚さ0.2mmの板をエッチ
ング又はプレス加工により所定の形状（全体図は、第６
図を参照、全体寸法は、９連で16×114mm程度）に加工
する。
ヒートシンク85は、プレス加工により1.9×3.7mmで、
厚さは約1mmに加工する。その後、高温加熱（不活性雰
囲気下で）により焼き戻す。
このヒートシンク85を、前記リードフレームの所定箇
所に銀ロウ付け（高温はんだ、スポット溶接でも可）
し、リードフレームは組立完了する。
次に、全面にAgめっきを施し（表面側の部分めっき及
びペレット付け部とワイヤボンディング部のみの部分Ag
めっき、或いはAuめっきでも可）リードフレームは完成
する。
次に、Si-FETの組立工程について説明する。
Si-FETペレットは、Au-Si共晶により、ペレット付け
が行なえるため、その組立完成平面図を第４図に示す。
ペレット付けは、リードフレームのペレット搭載位置
にAu材を置き、次に、約400℃程度にフレームを加熱
し、Si-FETペレット14を乗せ、荷重及び振動を加えるこ
とにより行なう。
次は、ワイヤボンディングで約330℃に加熱し、φ20
μｍのAu線をネールヘッドボンディング法によりドレイ
ンワイヤ89、ゲートワイヤ88をペレット14のボンディン
グパッド数に合わせてワイヤボンディングする。但し、
Al線による超音波ボンディング、またはAu線のサーモソ
ニックボンディング法によっても何ら支障はない。
次に、GaAs-FETの組立工程について説明する。
GaAs-FETペレットは、Au-Si共晶ペレット付けが不可
の為、Au-Ge或いはAu-Sn等のロウ材によりペレット付け
を行なう。加熱温度は、約380℃（Au-Sn時は更に低温で
可）であるが、方法は、Si-FETとほぼ同じである。Agペ
ースト等の接着剤でペレット付け（この頃合硬加が必
要）も可能であるが、導電性である必要は特にない。
次に、ワイヤボンディングを行なう。ワイヤボンディ
ングは、Au線のネールヘッドボンディング（約330℃程
度）が好ましい。サーモソニックボンディング法または
超音波（Al線による）法は、超音波エネルギが機械的に
弱いGaAs表面に印加される為、ボンディング条件の制約
が厳しくなり不適である。
第５図にGaAs-FETペレットを搭載した本発明の一実施
例の平面図を示す。
前記Si-FETペレット14と同様に、ゲートワイヤ88、ド
レインワイヤ89の他にソースワイヤ87をGaAs-FETペレッ
ト50のソース電極パッド数分ワイヤボンディングを電極
パッド〜ヒートシンク吊り部90間で行なう。
次に、モールド工程について説明する。
前記Si-FETペレット14又はGaAs-FETペレット50を搭載
組立完了した製品は、モールド工程に入る。
モールド工程は、トランスファモールド法によりモー
ルド作業を行なう。
本発明のモールド工程の一実施例を第６図，第7A図，
第7B図及び第7C図に示す。第7B図は第7A図のドレインリ
ード側から見た側面図、第7C図は第7A図のソースリード
側から見た側面図である。モールドレジンの外形は、4.
0mm×4.8mm×1.9mmである。なお、第６図において、100
はリードフレームである。
モールド完了した製品は、プラスター法、ケミカル法
等によりレジンバリを除去後、はんだめっき作業を実施
する。はんだめっきにより、リード部と底面に露出した
ヒートシンク面は、完全にはんだめっきで被われる。
次に、はんだめっき完了した製品は、選別作業に必要
なリード長さを残してフレーム枠81部より切断型により
切断され、独立した製品となる。
次に、切断完了した製品は、直流項目や高周波項目の
選別作業を行ない、必要によっては特性分類を実施す
る。（選別時には、リードを残しておいたほうが、電気
的接触を良好にできるため、ソースリードは前記切断工
程では適当な長さに残しておく。） 次に、選別完了した製品は、捺印法またはレーザマー
ク法等により、型名等のマーク作業を実施する。
但し、マーク作業はモールド工程以降であれば、選別
工程の前に行なっても良い。特性分類マークが不要な時
は、選別工程以前にマークした方が効率的である。
次に、マーク完了した製品は、所定のリード形状に成
形・切断を実施する。この時に、ソースリード84a,84b
は切り捨てられ、第1A図〜第1D図に示したレジンチップ
キャリア80の完成品となる。
但し、ゲートリード83a,83b,83cとドレインリード82
a,82b,82cは、必要に応じて所定のリードをゲート側、
ドレイン側の各１本を残して、残りを切り捨てる場合も
ある。
なお、本実施例のレジンチップキャリアを実装して組
立てるモジュール製造者側からの要求により、不要リー
ド部は切断してしまった方が有利である場合もある。
次に、モジュールの製造方法について説明する。
本実施例のレジンチップキャリアを使用したモジュー
ルは、ストリップライン長設計の自由度が従来方式に比
較して格段に広くなる。
第8A図，第8B図，第8C図にストリップライン設計の自
由度を示したが、リードピッチを1.7mmとした場合は、
最短設計〜最長設計で、入出力ライン長を各3.4mm、合
計6.8mmの自由度が得られ、小形モジュール設計時に非
常に苦心するところの１〜2mmのストリップライン長を
簡単に得られる。
但し、第8A図，第8B図，第8C図は、リード配置の基本
的な例を示したものであり、どの様な組合わせでも問題
はない。必要時は、ソースリードをセラミック基板上に
接続することも可能である。リードの配置については、
モジュール製造者側からの要求に従い、レジンチップキ
ャリア製造者側の切断工程で自由に加工できる。或い
は、レジンチップキャリアの全リードを切断せずにモジ
ュール製造者に納入し、モジュール製造者側で必要なリ
ード配置にして、モジュールの高周波特性を管理するこ
とができる柔軟性を有する。
本実施例のレジンチップキャリアを使用したモジュー
ルの製造方法は、従来の公知例通りであり、特別な装置
は必要としない。
但し、本実施例のレジンチップキャリアは、完全にレ
ジンモールドされているため、合理化に有利なテーピン
グ方式による実装ができる。
以上本発明の一実施例を説明したが、リード成形は、
第９図〜第11図に示す形状等でも何ら支障はなく、第12
図に示す成形例の様に、片方のリード83或いは両リード
下部にチップコンデンサ21等の部品を配置することも可
能である。
また、本実施例では、ゲート、ドレイン各３本のリー
ドを示したが、２本或いは３本以上のリードでも問題は
なく、現合によっては、第13図に点線で示す形状のリー
ドを任意の位置で切断して成形して、同第13図の実線で
示す形状のリードに成形しても何ら問題はない。
以上の説明からわかるように、本実施例によれば、材
料コスト低減、自動化による合理化、高歩留化等による
原価低減に寄与すると共に、高信頼化を図ることができ
る。
また、モジュールセラミック基板のストリップライン
設計時に、チップキャリアのリード配置を自由に選択で
き、設計マージンを拡大できるため、モジュールの小形
化、高性能化を容易に達成できる。
以上、本発明を実施例にもとづき具体的に説明した
が、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、
その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である
ことは言うまでもない。
〔発明の効果〕
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、下記のとおりで
ある。
材料コスト低減、自動化による合理化、高歩留化等に
よる原価低減に寄与すると共に、高信頼化を図ることが
できる。
また、モジュールセラミック基板のストリップライン
設計時に、チップキャリアのリード配置を自由に選択で
き、設計マージンを拡大できるため、モジュールの小形
化、高性能化を容易に達成できる。
【図面の簡単な説明】
第1A図は、本発明をモジュールのペレット搭載用のセラ
ミックチップキャリア方式に適用した一実施例のレジン
チップキャリアの平面図、 第1B図は、第1A図の矢印Ｂ方向から見た（そのソースリ
ード側）側面図、 第1C図は、第1A図の矢印Ｃから見た（そのドレインリー
ド側）側面図、 第1D図は、第1A図の裏面から見た（ヒートシンク側から
見た）平面図、 第２図は、レジンチップキャリアをモジュールに実装し
た状態で第1A図の（イ）−（イ）線で切った断面図、 第3A図は、レジンチップキャリア用リードフレームの主
要構成部分の一実施例を示す平面図、 第3B図は、第3A図の（ロ）−（ロ）線で切った断面図、 第3C図は、第3A図の（ハ）−（ハ）線で切った断面図 第４図は、レジンチップキャリアのリードフレームとSi
-FETペレットを搭載した組立完成状態を示す平面図、 第５図は、レジンチップキャリアのリードフレームとGa
As-FETペレットを搭載した組立完成状態を示す平面図、 第６図は、リードフレームの全体構成とモールド完成の
状態を示す平面図、 第7A図，第7B図，第7C図は、第６図のモールド部分を拡
大して示す平面図及び側面図、 第8A図，第8B図，第8C図は、レジンチップキャリアのリ
ード配線とストリップライン長の関係を示す平面図、 第９図，第10図及び第11図は、レジンチップキャリアの
リード成形例を示す側面図、 第12図は、本実施例の応用例を示すモジュール実装の断
面図、 第13図は、リード形状と切断形状の応用を示す平面図、 第14図は、モジュールの平面図、 第15図は、ペレット付近の断面図、 第16A図は、Siバイポーラ用セラミックチップキャリア
の平面図、 第16B図は、第16A図の（ニ）−（ニ）線で切った切断面
を示す図、 第17A図は、GaAs-FET用セラミックチップキャリアの平
面図、 第17B図は、第17A図の（ホ）一（ホ）線で切った断面
図、 第18A図は、MOS-FET用パッケージの平面図、 第18B図は、第18A図の（ヘ）−（ヘ）線で切った断面
図、 第19図は、モジュールに実装した状態のSiバイポーラ用
セラミックチップキャリアの断面図、 第20図は、モジュールに実装した状態のGaAs-FET用セラ
ミックチップキャリアの断面図である。 図中、１……モジュール（電子装置）、80……レジンチ
ップキャリア（半導体装置）、82……ドレインリード、
83……ゲートリード、84……ソースリード、85……ヒー
トシンク、90……ヒートシンク吊りリード、94……モー
ルドレジン、100……レジンチップキャリア用リードフ
レーム。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−234046（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−91458（ＪＰ，Ａ) 実開 昭54−135870（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−188149（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 23/34 - 23/473

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】半導体チップが金属製のヒートシンクに搭
    載され、該半導体チップ上に設けられている電極パッド
    と各リードとがボンディングワイヤで電気的に接続さ
    れ、各リードの一部、該半導体チップ及びボンディング
    ワイヤが封止樹脂により覆われている半導体装置におい
    て、 前記ヒートシンク側の封止樹脂に段部が設けられて、前
    記ヒートシンクの側面を覆う凸状部を有し、前記ヒート
    シンクの先端部が前記凸状部から露出し、前記リードの
    他部が封止樹脂外にて前記ヒートシンク側に成形されて
    いることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項２】前記半導体装置は、高周波電力増幅用電界
    効果トランジスタであることを特徴とする請求項１に記
    載の半導体装置。
  3. 【請求項３】前記金属製のヒートシンクは、その凸状部
    厚さが、半導体装置等の電子装置を実装する実装基板の
    厚さと同等もしくは少し厚い構造となっていることを特
    徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
  4. 【請求項４】前記電界効果トランジスタのゲート，ソー
    ス，ドレインに対応する各リードの内、少なくとも何れ
    かのリードが複数に分割されていることを特徴とする請
    求項２又は請求項３に記載の半導体装置。
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