特許 7178252 薄型表面実装ダイを有し内部ボンドワイヤのない薄型パワー半導体デバイスパッケージ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-16

(45)【発行日】2022-11-25

(54)【発明の名称】薄型表面実装ダイを有し内部ボンドワイヤのない薄型パワー半導体デバイスパッケージ

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/48 20060101AFI20221117BHJP

   H01L 25/07 20060101ALI20221117BHJP

   H01L 25/18 20060101ALI20221117BHJP

【ＦＩ】

H01L23/48 P

H01L23/48 G

H01L25/04 C

【請求項の数】 19

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2018236055

(22)【出願日】2018-12-18

(65)【公開番号】P2019134160

(43)【公開日】2019-08-08

【審査請求日】2019-04-10

(31)【優先権主張番号】15/845,155

(32)【優先日】2017-12-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】514037697

【氏名又は名称】リテルヒューズ・インク

(74)【代理人】

【識別番号】100071010

【弁理士】

【氏名又は名称】山崎 行造

(74)【代理人】

【識別番号】100118647

【弁理士】

【氏名又は名称】赤松 利昭

(74)【代理人】

【識別番号】100123892

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 忠雄

(72)【発明者】

【氏名】ゾマー、ネイサン

【審査官】豊島 洋介

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－３０２９５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２１９２６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－１６６９８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５５－６２０５２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平８－１６２５８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ２３／４８

Ｈ０１Ｌ２５／００－２５／０７

Ｈ０１Ｌ２５／１０－２５／１１

Ｈ０１Ｌ２５／１６－２５／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ダイボンドパッド部とリード部とを有する第１のリードであって、前記第１のリードのリード部は平面に配置された面を有することを特徴とする、第１のリードと、
ダイボンドパッド部とリード部とを有する第２のリードであって、前記第２のリードのリード部は前記平面に配置された面を有し、前記第１のリードの前記ダイボンドパッド部は、前記第２のリードの方向に曲がって延びる第１の先端部を有し、前記第２のリードの前記ダイボンドパッド部は、前記第１のリードの方向に曲がって延びる第２の先端部を有し、前記第１のリードの前記第１の先端部を除いた長さは、前記第２のリードの前記第２の先端部を除いた長さとは異なることを特徴とする、第２のリードと、
リード部を有する第３のリードであって、前記第３のリードのリード部は前記平面に配置された面を有し、前記第３のリードのリード部は前記第１のリードの前記リード部と前記第２のリードの前記リード部との間に配置されていることを特徴とする、第３のリードと、
前面及び裏面を有する第１の半導体デバイスダイであって、ゲートパッド及びソースパッドは前記前面に配置され、前記第１の半導体デバイスダイの前記ゲートパッドは前記第１のリードの前記ダイボンドパッド部に接合され、前記第１の半導体デバイスダイの前記ソースパッドは前記第２のリードのダイボンドパッド部に接合され、前記第１の半導体デバイスダイの前記裏面は前記第３のリードと電気的に結合されたドレイン電極であることを特徴とする、第１の半導体デバイスダイと、
前面及び裏面を有する第２の半導体デバイスダイであって、ゲートパッド及びソースパッドは前記前面に配置され、前記第２の半導体デバイスダイの前記ゲートパッドは前記第１のリードの前記ダイボンドパッド部に接合され、前記第２の半導体デバイスダイの前記ソースパッドは、前記第２のリードの前記ダイボンドパッド部に接合され、前記第１の半導体デバイスダイと前記第２の半導体デバイスダイとは前記第１の半導体デバイスダイの前記前面と前記第２の半導体デバイスダイの前記前面とが、その間に配置された前記第１のリードと前記第２のリードのダイボンドパッド部とに相互に向かい合うよう接合され、前記第２の半導体デバイスダイの前記裏面は前記第３のリードと電気的に結合されたドレイン電極であることを特徴とする、第２の半導体デバイスダイと、
封止材であって、前記第１のリードの前記ダイボンドパッド部、前記第２のリードの前記ダイボンドパッド部、前記第１の半導体デバイスダイと前記第２の半導体デバイスダイ、及び前記封止材がパッケージ化された半導体デバイスの本体部の一部をともに形成し、前記第１のリードのリード部、前記第２のリードのリード部、及び前記第３のリードのリード部が前記本体部から互いに平行に延びていることを特徴とする、封止材と、
を具備し、
前記第３のリードは、
第１のタイン部であって、前記第１のタイン部は前記第１の半導体デバイスダイの前記裏面に接合されたダイアタッチ面を有することを特徴とする、第１のタイン部と、
第２のタイン部であって、前記第２のタイン部は前記第２の半導体デバイスダイの前記裏面に接合されたダイアタッチ面を有し、前記第１の半導体デバイスダイ及び前記第２の半導体デバイスダイの両方は前記第１のタイン部と前記第２のタイン部との間に配置されることを特徴とする、第２のタイン部と、
をさらに具備し、
前記第３のリードのリード部と前記第１のタイン部と前記第２のタイン部とでフォーク形アセンブリを形成することを特徴とするパッケージ化された半導体デバイス。

【請求項2】

前記第１のタイン部は全て金属で構成され、前記第２のタイン部は全て金属で構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のパッケージ化された半導体デバイス。

【請求項3】

前記第３のリードに接合されたダイ裏面コンタクト部材であって、前記ダイ裏面コンタクト部材は前記第２の半導体デバイスダイの前記裏面に接合されたダイアタッチ面を有し、前記第３のリードはダイボンドパッド部を有し、前記第３のリードの前記ダイボンドパッド部のダイアタッチ面は前記第１の半導体デバイスダイの前記裏面に接合され、前記第１の半導体デバイスダイ及び前記第２の半導体デバイスダイの両方は前記ダイ裏面コンタクト部材と前記第３のリードのダイボンドパッド部との間に配置されることを特徴とする、ダイ裏面コンタクト部材、
をさらに具備することを特徴とする、請求項１に記載のパッケージ化された半導体デバイス。

【請求項4】

前記第３のリードは全て金属で構成され、前記ダイ裏面コンタクト部材は全て金属で構成されていることを特徴とする、請求項３に記載のパッケージ化された半導体デバイス。

【請求項5】

前記第３のリードに接合された第１のダイ裏面コンタクト部材であって、前記第１のダイ裏面コンタクト部材は前記第１の半導体デバイスダイの前記裏面に接合されたダイアタッチ面を有することを特徴とする、第１のダイ裏面コンタクト部材と、
前記第３のリードに接合された第２のダイ裏面コンタクト部材であって、前記第２のダイ裏面コンタクト部材は前記第１の半導体デバイスダイの前記裏面に接合されたダイアタッチ面を有し、前記第１の半導体デバイスダイ及び前記第２の半導体デバイスダイの両方は前記第１のダイ裏面コンタクト部材と前記第２のダイ裏面コンタクト部材との間に配置されることを特徴とする、第２のダイ裏面コンタクト部材と、
を具備する請求項１に記載のパッケージ化された半導体デバイス。

【請求項6】

前記第１のダイ裏面コンタクト部材は全て金属で構成され、前記第２のダイ裏面コンタクト部材は全て金属で構成され、前記第３のリードは全て金属で構成されていることを特徴とする、請求項５に記載のパッケージ化された半導体デバイス。

【請求項7】

前記パッケージ化された半導体デバイスはボンドワイヤを具備しないことを特徴とする、請求項１に記載のパッケージ化された半導体デバイス。

【請求項8】

前記第１のリードは均一の厚さを有し、前記第２のリードは同じ均一の厚さを有し、前記第３のリードの前記リード部も同じ均一の厚さを有し、前記均一の厚さは前記平面に対して垂直方向の厚さであり、前記均一の厚さは１ミリメートル以下であることを特徴とする、請求項１に記載のパッケージ化された半導体デバイス。

【請求項9】

前記第１のリードは第１の打ち抜かれた単一のシート金属であり、前記第２のリードは第２の打ち抜かれた単一のシート金属であることを特徴とする、請求項１に記載のパッケージ化された半導体デバイス。

【請求項10】

ダイボンドパッド部とリード部とを有する第１のリードであって、前記第１のリードのリード部は第１の平面に配置された面を有することを特徴とする、第１のリードと、
ダイボンドパッド部とリード部とを有する第２のリードであって、前記第２のリードのリード部は前記第１の平面に配置された面を有し、前記第１のリードの前記ダイボンドパッド部は、前記第２のリードの方向に曲がって延びる第１の先端部を有し、前記第２のリードの前記ダイボンドパッド部は、前記第１のリードの方向に曲がって延びる第２の先端部を有し、前記第１のリードの前記第１の先端部を除いた長さは、前記第２のリードの前記第２の先端部を除いた長さとは異なることを特徴とする、第２のリードと、
前面及び裏面を有する第１の半導体デバイスダイであって、ゲートパッド及びソースパッドは前記前面に配置され、前記第１の半導体デバイスダイの前記ゲートパッドは前記第１のリードの前記ダイボンドパッド部に接合され、前記第１の半導体デバイスダイの前記ソースパッドは前記第２のリードの前記ダイボンドパッド部に接合されていることを特徴とする、第１の半導体デバイスダイと、
前面及び裏面を有する第２の半導体デバイスダイであって、ゲートパッド及びソースパッドは前記前面に配置され、前記第２の半導体デバイスダイの前記ゲートパッドは前記第１のリードの前記ダイボンドパッド部に接合され、前記第２の半導体デバイスダイの前記ソースパッドは、前記第２のリードの前記ダイボンドパッド部に接合され、前記第１の半導体デバイスダイと前記第２の半導体デバイスダイとは前記第１の半導体デバイスダイの前記前面と前記第２の半導体デバイスダイの前記前面とが、その間に配置された前記第１のリードと前記第２のリードのダイボンドパッド部とに相互に向かい合うよう接合されていることを特徴とする、第２の半導体デバイスダイと、
ダイボンドパッド部及びリード部を有する第３のリードであって、前記第３のリードの前記リード部は前記第１の平面に配置された面を有し、前記第３のリードのダイボンドパッド部は、第２の平面に配置された面を有し、前記第３のリードの前記ダイボンドパッド部の前記面は前記第１の半導体デバイスダイの前記裏面と電気的に接触していることを特徴とする第３のリードと、
ダイ裏面コンタクト部材であって、前記ダイ裏面コンタクト部材は第３の平面に配置された面を有し、前記ダイ裏面コンタクト部材の前記面は第２の半導体デバイスダイの前記裏面と電気的に接触し、前記ダイ裏面コンタクト部材は前記第３のリードと電気的に結合し、前記第３のリードと前記ダイ裏面コンタクト部材とでフォーク形アセンブリを形成し、前記第１の平面と前記第２の平面と前記第３の平面とは平行な平面であり、前記第１の半導体デバイスダイ及び前記第２の半導体デバイスダイは両方とも全て前記第２の平面と前記第３の平面との間に配置され、前記第１の平面は前記第２の平面と前記第３の平面との間に配置されることを特徴とする、ダイ裏面コンタクト部材と、
前記第３のリードの前記ダイボンドパッド部、前記ダイ裏面コンタクト部材、前記第１の半導体デバイスダイ、前記第２の半導体デバイスダイ、及び封止材が一緒になってパッケージ化された半導体デバイスの本体部の一部を形成するように、前記第３のリードの前記ダイボンドパッド部及び前記ダイ裏面コンタクト部材の両方に接触する前記封止材であって、前記第１のリードの前記リード部、前記第２のリードの前記リード部、及び前記第３のリードの前記リード部は前記本体部から互いに平行に延びていることを特徴とする、封止材と、
を具備するパッケージ化された半導体デバイス。

【請求項11】

前記ダイ裏面コンタクト部材は単一の金属片であり、前記ダイ裏面コンタクト部材は前記第３のリードに接合されていることを特徴とする、請求項１０に記載のパッケージ化された半導体デバイス。

【請求項12】

前記第３のリードの前記ダイボンドパッド部の前記面は前記第１の半導体デバイスダイの前記裏面に接合されていることを特徴とする、請求項１０に記載のパッケージ化された半導体デバイス。

【請求項13】

前記第１の半導体デバイスダイは前記第１のリードの前記ダイボンドパッド部及び前記第２のリードの前記ダイボンドパッド部の両方にはんだ付けされ、前記第２の半導体デバイスダイは前記第１のリードの前記ダイボンドパッド部及び前記第２のリードの前記ダイボンドパッド部の両方にはんだ付けされていることを特徴とする、請求項１０に記載のパッケージ化された半導体デバイス。

【請求項14】

前記パッケージ化された半導体デバイスは３本だけのリードを有することを特徴とする、請求項１０に記載のパッケージ化された半導体デバイス。

【請求項15】

前記パッケージ化された半導体デバイスはボンドワイヤを具備しないことを特徴とする、請求項１０に記載のパッケージ化された半導体デバイス。

【請求項16】

前記第１のリードの前記ダイボンドパッド部は均一の厚さを有し、前記均一の厚さは前記第１の平面、前記第２の平面、及び前記第３の平面に対して垂直方向の厚さであり、前記均一の厚さは１ミリメートル以下であり、前記第１のリードの前記リード部も同じ均一の厚さを有することを特徴とする、請求項１０に記載のパッケージ化された半導体デバイス。

【請求項17】

パッケージ化された半導体デバイスを製造する方法であって、前記パッケージ化された半導体デバイスは本体部、第１のリード、第２のリード、及び第３のリードを具備し、前記第１のリードは、ダイボンドパッド部とリード部とを具備し、前記第１のリードの前記ダイボンドパッド部は、前記第２のリードの方向に曲がって延びる第１の先端部を有し、前記第２のリードは、ダイボンドパッド部とリード部とを具備し、前記第２のリードの前記ダイボンドパッド部は、前記第１のリードの方向に曲がって延びる第２の先端部を有し、前記第１のリードの前記第１の先端部を除いた長さは、前記第２のリードの前記第２の先端部を除いた長さとは異なることを特徴とし、前記第３のリードは、リード部と第１のタイン部と第２のタイン部とを有し、前記第３のリードのリード部と前記第１のタイン部と前記第２のタイン部とでフォーク形アセンブリを形成し、前記第３のリードのリード部は前記第１のリードの前記リード部と前記第２のリードの前記リード部との間に配置されていることを特徴とし、前記方法は、
（ａ）第１の半導体デバイスダイのゲートパッドが前記第１のリードに接合され、前記第１の半導体デバイスダイのソースパッドが前記第２のリードに接合されるように、前記第１の半導体デバイスダイの前面を前記第１のリード及び前記第２のリードに接合するステップと、
（ｂ）第２の半導体デバイスダイのゲートパッドが前記第１のリードに接合され、前記第２の半導体デバイスダイのソースパッドが前記第２のリードに接合されるように、前記第２の半導体デバイスダイの前面を前記第１のリード及び前記第２のリードに接合するステップであって、（ａ）及び（ｂ）の接合するステップは、前記第１の半導体デバイスダイ及び前記第２の半導体デバイスダイの前面が互いに向かい合い、前記第１のリードの一部と前記第２のリードの一部とをその間に配置して行われることを特徴とする、ステップと、
（ｃ）前記第１のタイン部を前記第１の半導体デバイスダイの裏面のドレイン電極に接合するステップと、
（ｄ）前記第２のタイン部を前記第２の半導体デバイスダイの裏面のドレイン電極に接合するステップと、
（ｅ）前記第１の半導体デバイスダイ及び前記第２の半導体デバイスダイ及び封止材が一緒になって前記パッケージ化された半導体デバイスの前記本体部の一部を形成するように前記封止材を供給するステップであって、前記第１のリード、前記第２のリード、及び前記第３のリードが前記本体部から互いに平行に延びるように、（ｅ）のステップにおいて前記封止材が供給されることを特徴とする、ステップと、
を具備することを特徴とする、パッケージ化された半導体デバイスを製造する方法。

【請求項18】

前記第１のリード及び前記第２のリードは（ａ）及び（ｂ）の接合するステップの時の第１のリードフレームの一部であり、前記第３のリードは（ｃ）及び（ｄ）の結合するステップの時の第２のリードフレームであることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

（ｄ）のステップはダイ裏面コンタクト部材を前記第３のリードの一部及び前記第２の半導体デバイスダイの裏面のドレイン電極に接合するステップを有し、前記ダイ裏面コンタクト部材は全て金属で構成されていることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一般に、パワー半導体パッケージング及びそれに関連する構造及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ディスクリートパワー絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）及び電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）デバイス用の３本足リード半導体デバイスパッケージとして、ＴＯ－２２０、ＴＯ－２４０、ＴＯ－２４７パッケージを含むいくつかの既知の３本足リード半導体デバイスパッケージがある。一般的な「ＴＯ」タイプのパッケージでは、半導体ダイの裏面がパッケージのヒートシンクにはんだ付けされる。ヒートシンクは、一般に、リードの延長部分となる、銅のスラグ、タブ、又はプレートである。半導体ダイの上面は、通常、金属ボンドワイヤを介して金属リードに接続される。そして、アセンブリのダイ部分は、一定量の封止材でオーバーモールドされ、パッケージの本体部を形成する。３本のリードは、互いに平行に本体部から延びている。これらのパッケージは一般的なものであり、意図した環境で良好に動作する。

【発明の概要】

【0003】

ＴＯ－２４７パッケージのような標準的な「ＴＯ」タイプの半導体デバイスパッケージは多くの環境で良好に動作すると考えられるが、改善する余地がある。特定の電力スイッチング環境では、非常に大きな電流の短いパルスのみを伝導するスイッチを有することが望ましい。そのようなパルスの１つとして、例えば、１マイクロセカンドから２００マイクロセカンドの持続時間を有するものとすることができる。このようなパルスによりスイッチに流れる電流は、１０００アンペアから８０００アンペアになることがあり。これを実現するには、スイッチの相互コンダクタンス利得が高くなければならない。スイッチがＩＧＢＴデバイスである場合、高い相互コンダクタンスであるということは、（５ボルトの範囲内の）小さなゲート電圧がゲートに印加されると、（５０００アンペアの範囲内の）大きな電流がスイッチに流れることを意味する。向かい合った２つ半導体デバイスダイをパッケージに設けることができる。電流はわずかな時間しか流れないので、パッケージ内で放散された総エネルギーは、デバイスを過熱させることなく、２つの半導体ダイ自体により吸収することができる。したがって、パッケージ内に、厚みのある金属製のダイ取り付けプラグ又はダイ取り付けタブを必要としない。結果として、比較的薄いプロファイルを有する「ＴＯ」スタイルのパッケージが取り付けられるが、パッケージはただ１つではなく２つのＩＧＢＴダイを含む。

【0004】

新規なパッケージ半導体デバイスを開示する。新規なパッケージ半導体デバイスは、薄型及び２つの対面実装半導体デバイスダイを有し、内部ボンドワイヤを有しない。新規なパッケージ半導体デバイスは、本体部と、第１のリードと、第２のリードと、第３のリードと、第１の半導体デバイスダイと、第２の半導体デバイスダイとを含む。第１リード、第２のリード、及び第３のリードは、本体部から互いに平行に延びている。第１の半導体デバイスダイは、ＩＧＢＴ又はＭＯＳＦＥＴとすることができ、前面及び裏面を有する。ゲートパッド及びソースパッドは、第１の半導体デバイスダイの前面に配置される。第１の半導体デバイスのダイの裏面はドレイン電極である。第２の半導体デバイスダイは、第１の半導体デバイスダイと同じである。第２の半導体デバイスダイは、前面及び裏面を有する。ゲートパッド及びソースパッドは、第２の半導体デバイスダイの前面に配置される。第２の半導体デバイスのダイの裏面はドレイン電極である。

【0005】

２つの半導体デバイスダイがＩＧＢＴである場合、制御リードは通常ベースリードと呼ばれ、他の上面リードは通常エミッタリードと呼ばれ、裏面電極は一般にコレクタ電極と呼ばれる。２つの半導体デバイスダイがＭＯＳＦＥＴである場合、制御リードは通常ゲートリードと呼ばれ、他の上面リードは通常ソースリードと呼ばれ、裏面電極は通常ドレイン電極と呼ばれる。ここで説明している新規なパッケージ半導体デバイスはどのようなタイプの半導体デバイスも含むことができるので、本明細書では「ゲート」、「ソース」及び「ドレイン」という用語を使用する。この文脈における用語「ゲート」は、ＭＯＳＦＥＴダイのゲート、又はＩＧＢＴダイのベースを指すことができることを理解すべきである。この文脈における「ソース」という用語は、ＭＯＳＦＥＴダイのソース又はＩＧＢＴダイのエミッタのいずれかを指すことができることを理解すべきである。この文脈における用語「ドレイン」は、ＭＯＳＦＥＴダイのドレイン、又はＩＧＢＴダイのコレクタのいずれかを指すことができることを理解すべきである。

【0006】

第１のリードは、ダイボンドパッド部とリード部とを有する。第１のリード全体（ダイボンドパッド部及びリード部を含む）は、１ミリメートル未満の均一な厚さを有する。同様に、第２のリードは、ダイボンドパッド部とリード部とを有する。第２のリード全体（ダイボンドパッド部及びリード部を含む）は、１ミリメートル未満の同一の均一な厚さを有する。この均一な厚さは、一般的なリードの厚さであり、一般的なＴＯ－２４７パッケージ内の一般的な厚いダイアタッチスラグ又はダイアタッチタブの厚さよりも薄い。

【0007】

ゲートパッドが第１のリードのダイボンドパッド部に接合され、ソースパッドが第２のリードのダイボンドパッド部に接合されるように、第１の半導体デバイスダイの前面は、第１リード及び第２のリードに接合される。ゲートパッドが第１のリードのダイボンドパッド部に接合され、ソースパッドが第２のリードのダイボンドパッド部に接合されるように、第２の半導体デバイスダイの前面は、第１リード及び第２のリードに接合される。このように、第１の半導体デバイスダイ及び第２の半導体デバイスダイは、第１のリード及び第２のリードのダイボンドパッド部を挟んで第１の半導体デバイスダイ及び第２の半導体デバイスダイの表面が向き合うように貼り合わされる。

【0008】

第１の半導体デバイスダイの裏面のドレイン電極は、第３のリードのリード部と電気的に結合されている。第２の半導体デバイスダイの裏面のドレイン電極は、第３のリードのリード部と電気的に結合されている。第１のリードのダイボンドパッド部及び第２のリードのダイボンドパッド部、第１の半導体デバイスダイ及び第２の半導体デバイスダイ、及び絶縁封止材が一緒になってパッケージ化された半導体デバイスの本体部の一部を形成するような、適量の絶縁封止材が供給される。

【0009】

第１の半導体デバイスダイ及び第２の半導体デバイスダイの裏面のドレイン電極を第３のリードのリード部と電気的に結合することを可能にする方法は複数ある。１つの例では、第３のリードは、フォーク形状を有し、リード部と、第１のタイン部と、第２のタイン部とを含む。第１の半導体デバイスダイの裏側ドレイン電極面は、第１のタイン部の内側ダイアタッチ面に接合される。第２の半導体デバイスダイの裏面ドレイン電極面は、第２のタイン部の内側のダイアタッチ面に接合される。第１２の半導体デバイスダイ及び第２の半導体デバイスダイは、両方とも第３のリードの第１のタイン部と第２のタイン部との間にすべて配置されるように接合される。

【0010】

別の例では、第３のリードは、リード成形／打ち抜き操作で曲げられたシート金属の打ち抜き加工されたピースである。第３のリードのダイボンドパッド部は、ダイ取り付け面が第３のリードの細長いリード部に対して垂直方向に変位するように曲げられている。第１の半導体デバイスダイの裏面ドレイン電極面は、第３のリードのダイボンドパッド部のダイ取付面に接合される。第２の半導体デバイスダイの裏面ドレイン電極は、ダイ裏面コンタクト部材によって第３のリードのリード部に電気的に結合される。１つの例では、ダイ裏面コンタクト部材は、シートメタルの折り曲げ片である。ダイ裏面コンタクト部材の平面状のダイ取付面は、第１の半導体デバイスダイの裏面に接合されている。ダイ裏面コンタクト部材の脚部は、第３リードのリード部に接合されている。

【0011】

別の例では、２つのダイ裏面コンタクト部材が用いられる。第１のダイ裏面コンタクト部材は、第１の半導体デバイスダイの裏面に接合される平面状のダイ取付面を有する。第１のダイ裏面コンタクト部材は、第３のリードのリード部に接合された脚部を有する。第２のダイ裏面コンタクト部材は、第２の半導体デバイスダイの裏面に接合される平面状のダイ取付面を有する。第２のダイ裏面コンタクト部材は、第３のリードのリード部に接合された脚部を有する。第１の半導体デバイスダイ及び第２の半導体デバイスダイの両方は、第１のダイ裏面コンタクト部材と第２のダイ裏面コンタクト部材との間にすべて配置される。

【0012】

さらなる詳細及び実施形態及び方法は、以下の詳細な説明に記載される。この概要は、発明の技術的範囲を定めることを目的としたものではない。本発明の技術的範囲は、請求項によって定められる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

添付の図面において、同様の構成要素は同様の符号で示されており、添付の図面は本発明の実施形態を示している。

【0014】

【図1】パッケージ化された半導体デバイスの第１の実施形態の斜視図である。

【0015】

【図2】第１の実施形態における第１の半導体デバイスダイの上面図である。

【0016】

【図3】図２の第１の半導体デバイスダイの側面図である。

【0017】

【図4】第２の実施形態における第２の半導体デバイスダイの上面図である。

【0018】

【図5】図４の第２の半導体デバイスダイの側面図である。

【0019】

【図6】第１の実施形態の第１リード及び第２リードの上面図である。

【0020】

【図7】第１のダイ及び第２のダイが第１のリード及び第２のリードにどのように接合されるかを示す上面図である。

【0021】

【図8】第１のダイ及び第２のダイが第１のリード及び第２のリードにどのように接合されるかを示す断面図である。

【0022】

【図9】第１の実施形態におけるフォーク形ドレインリードアセンブリの側面図である。

【0023】

【図10】図９のフォーク形ドレインリードアセンブリの上面図である。

【0024】

【図11】２箇所のはんだが、図８のアセンブリにどのように使用されるかを示す断面図である。

【0025】

【図12】図１１のアセンブリを挿入することができるような広い開口を作るために拡げることができる図９のフォーク形ドレインリードアセンブリを示す側面図である。

【0026】

【図13】図１１の拡げたフォーク形ドレインリードアセンブリに挿入された図１１のアセンブリを示す断面図である。

【0027】

【図14】フォーク形ドレインリードアセンブリの内側の平坦な接合面とはんだとが良好に接着するように、フォーク形ドレインリードアセンブリがどのように閉じられるかを示す側面図である。

【0028】

【図15】図１４のはんだ付け構造のトップダウン図である。

【0029】

【図16】カプセル化ステップを行った後の構造を示す上面図である。

【0030】

【図17】図１６のカプセル化された構造の側面図である。

【0031】

【図18】第１実施形態の平面を示す断面図である。

【0032】

【図19】パッケージ化された半導体デバイスの第２の実施形態による第３のリードの上面図である。

【0033】

【図20】図１９の第３のリードの側面図である。

【0034】

【図21】Ｇ／Ｓアセンブリの側面図である。

【0035】

【図22】図２２のＧ／Ｓアセンブリの上面図である。

【0036】

【図23】ダイ裏面コンタクト部材の上面図である。

【0037】

【図24】図２３のダイ裏面コンタクト部材の側面図である。

【0038】

【図25】ダイ裏面コンタクト部材がＧ／Ｓダイアセンブリにはんだ付けされた後の構造の側面図である。

【0039】

【図26】図２５の構造の上面図である。

【0040】

【図27】本体部を形成するための封止材が射出成形された後に、図２５に示されている構造を示す上面図である。

【0041】

【図28】図２７の構造の側面図である。

【0042】

【図29】パッケージ化された半導体デバイスの第３の実施形態で使用されるトップダイ裏面コンタクト部材の上面図である。

【0043】

【図30】図２９のトップダイ裏面コンタクト部材の側面図である。

【0044】

【図31】第２の半導体デバイスダイが取り付けられた後の図２９のトップダイ裏面コンタクト部材を示す上面図である。

【0045】

【図32】図３１の構造の側面図である。

【0046】

【図33】第１の半導体デバイスダイが取り付けられた後のボトムダイ裏面コンタクト部材の側面図である。

【0047】

【図34】トップダイ裏面コンタクト部材のフレームの上面図である。

【0048】

【図35】第１のリード、第２のリード及び第３のリードのリードフレームの上面図である。

【0049】

【図36】リードフレームを上下から挟む２つのフレームの裏面コンタクト部材を示す上面図である。

【0050】

【図37】図３６のアセンブリの側面図である。

【0051】

【図38】カプセル化ステップを行った結果を示す上面図である。

【0052】

【図39】図３８の構造の側面図である。

【0053】

【図40】パッケージ化された半導体デバイスの第３の実施形態の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0054】

ここで、本発明のいくつかの実施形態を詳細に参照し、その例を添付の図面に示す。以下の説明では、「上」「下」「縦」「側」「前」「後」「トップ」及び「ボトム」などの用語は、本明細書では、説明されている構造の異なる部分が実際には３次元空間内でどのような相対的方向にも向いているかを示すのに用いられており、説明されている全体的構造は三次元空間中でどのように向いていてもよい。

【0055】

図１は、第１の実施形態及び第１の組立方法によるパッケージ化された半導体デバイス１の斜視図である。パッケージ化された半導体デバイス１は、本体部２と、第１のリード３と、第２のリード４と、第３のリード５とを含む。３つのリード３，４，５は、図示のように本体部２から互いに平行に延びている。パッケージ化された新規な半導体デバイス１を製造する１つの方法を、一連の図１及び図２に関連させて以下に説明する。

【0056】

図２は、第１の半導体デバイスダイ６の上面図である。第１の半導体デバイスダイ６は、前面７及び裏面８を有する。前面７には、ゲートパッド９及びソースパッド１０が配置される。これらは、デバイスのゲート及びソース電極である。ダイの裏面８全体がデバイスのドレイン電極である。ダイ６の裏側は単一の平面内に延びている。この例では、第１の半導体デバイスダイは、個別絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）である。

【0057】

図３は、第１の半導体デバイスダイ６の側面図である。

【0058】

図４は、第２の半導体デバイスダイ１１の上面図である。第２の半導体デバイスダイ１１は、前面１２及び裏面１３を有する。前面１２には、ゲートパッド１４及びソースパッド１５が配置されている。これらはデバイスのゲート及びソース電極である。ダイの裏面１３全体がデバイスのドレイン電極である。ダイ１１の裏側は単一の平面内に延びている。この例では、第２の半導体デバイスダイは、第１の半導体デバイスダイ６と同じＩＧＢＴダイである。

【0059】

図５は、第２の半導体デバイスダイ１１の側面図である。

【0060】

図６は、第１のリード３及び第２のリード４の上面図である。第１のリード３は、ダイボンドパッド部１６とリード部１７とを有する。第２のリード４は、ダイボンドパッド部１８とリード部１９とを有する。第１のリード及び第２のリードの各々は、シートメタルのリードフレームから打ち抜き加工された単一の金属片である。

【0061】

図７は、第１のダイ６及び第２のダイ１１が第１のリード３及び第２のリード４にどのように接合されているかを示す上面図である。

【0062】

図８は、第１のダイ６及び第２のダイ１１が第１のリード３及び第２のリード４にどのように接合されるかを示す断面図である。図８は、図７のラインＡ－Ａ’に沿って切断した断面図である。第１のダイ６のゲートパッドは、第１のリード３のダイボンドパッド部１６の底部にはんだ２０によって接着される。第１のダイ６のソースパッドは、はんだ２１によって第２のリード４のダイボンドパッド部１８の底部に接着される。第２のダイ１１のゲートパッドは、第１のリード３のダイボンドパッド部１６の上部にはんだ２２によって接着されている。第２のリード１１のソースパッドは、第２のリード４のダイボンドパッド部１８の上部にはんだ２３によって接着されている。

【0063】

図９は、フォーク形ドレインリードアセンブリ２４の側面図である。フォーク形状ドレインリードアセンブリ２４は、第３のリード５と、ダイ裏面コンタクト部材２５とを含む。第３のリード５は、第３のリード５が屈曲部を有することを除いて、第１のリード３及び第２のリード４がリードフレームから打ち抜かれるのと同じ方法でリードフレームから打ち抜かれる。第３のリードのダイボンドパッド部２６は、上向きの平坦な接合面を有する。この平坦な接合面は、第３のリードのリード部２７の上面の平面とは異なる平面にある。ダイ裏面コンタクト部材２５は、同様に、屈曲部を有する。ダイ裏面コンタクト部材２５のダイボンドパッド部２８は、平坦な接合面を有する。この平坦な接合面は、第３のリードのリード部２７の上面の平面とは異なる平面にある。ダイ裏面コンタクト部材２５は、下方に延びて第３のリード５と接触する脚部２９を有する。ダイ裏面コンタクト部材２５は、図示のように第３のリード５に永久的に接合されている。ダイ裏側コンタクト部材２５は、例えば、第３のリード５にスポット溶接することもできる。

【0064】

ダイボンドパッド部２６は、フォーク形状の組立体２４の第１のタインであり、ダイの裏面のコンタクト部材２５は、フォーク形状の組立体２４の第２のタインである。第３のリード５及び部材２５がここでは一緒に組み立てられた２つの異なる部品として記載されているが、フォーク形アセンブリ全体が第３のリードであるとみなすことができる。したがって、第３のリードはフォーク形状を有することができ、第３のリードは、２つのタインを有する単一の金属片とすることができ、或いは、第３のリードは、互いに接合された複数の断片を含むことができる。

【0065】

図１０は、フォーク形ドレインリードアセンブリ２４の上面図である。

【0066】

図１１は、２箇所のはんだ３０及び３１が図８のアセンブリにどのように使用されるかを示す断面図である。はんだ３０及び３１ははんだペースト又ははんだプリフォームとして塗布することができる。

【0067】

図１２は、図１１のアセンブリを挿入することができるような広い開口を作るために拡げることができるフォーク形ドレインリードアセンブリ２４を示す側面図である。

【0068】

図１３は、図１２のフォーク形ドレインリードアセンブリ２４に挿入された図１１のアセンブリを示す断面図である。図１３の断面は、図１５のラインＢ－Ｂ’に沿って切断した断面図である。

【0069】

図１４は、フォーク形ドレインリードアセンブリ２４の内側の平坦な接合面とはんだ３０及び３１とが良好に接着するように、フォーク形ドレインリードアセンブリ２４がどのように閉じられるかを示す側面図である。組み立て工程のこの時点で、３つのリード線３～５のリード部は、互いに平行に延びている。３本のリード３～５のリード部の上面は、すべて同一平面内に配置されている。１つの例では、第１のリード及び第２のリードは第１のリードフレームの一部であり、第３のリードは第２のリードフレームの一部である。２つのリードフレームは、組み立て工程のこの時点でブリッジ部材によって一時的に一緒に保持される。構成部品が図１４に示す位置にあるとき、はんだ３０，３１が溶融する。第１のダイ６の裏面は、第３のリード５の内側の平坦な接合面にはんだ付けされている。第２のダイ１１の裏面は、ダイ裏面コンタクト部材２５の内側の平坦な接合面にはんだ付けされている。

【0070】

図１５は、図１４のはんだ付け構造の上面図である。

【0071】

図１６は、組み立て工程の後のステップを示す上面図である。絶縁封止材３２が、図１５のアセンブリの本体部の上に射出成形される。

【0072】

図１７は、カプセル化されたアセンブリを示す側面図である。射出成形後、封止材３２は、図１に示す形状を有する。ダイ裏面コンタクト部材２５の上面は、ダイ裏面コンタクト部材２５の金属が本体部２の外面の一部を形成するように露出したままである。同様に、ダイボンドパッド部２６の金属が本体部２の外面の一部を形成するように、第３のリード５のダイボンドパッド部２６の底面は、露出したままである。

【0073】

図１８は、第１の平面３３、第２の平面３４、第３の平面３５、及び第４の平面３６を示す断面図である。第１リード３、第２のリード４、及び第３のリード５の平坦な上面はすべて、第１の平面３３に配置されている。ダイボンドパッド部２６のダイ取付面は、第２の平面３４に配置されている。ダイ裏面コンタクト部材２５のダイ取付面は、第３の平面３５に配置されている。第１の平面３３、第２の平面３４、及び第３の平面３５は互いに平行である。第１の平面は、第２の平面と第３の平面との間に配置される。第１のリード３全体は、均一な厚さ３７を有する。第１のリード部及び第２のリード部もまた、この同じ均一な厚さを有する。ここで説明する特定の例では、均一な厚さは１ミリメートル未満である。

【0074】

図１９～図２８は、第２の実施形態及び第２の組み立て方法を示す一連の図面である。この実施形態及び組み立て方法では、フォーク形ドレインリードアセンブリは存在しない。この方法は、第３のリード５から開始する。第３のリード５は、第１の実施形態で使用されているのと同じ形状及び形態である。図１９は、上方から見た第３のリード５を示している。図２０は、第３のリード５を側面から見た図である。はんだ３８が、第３のリード５のダイボンドパッド部２６の上向きのダイ取り付け面に配置される。このはんだ３８は、ペースト又はプリフォームとして用いることができる。図８のアセンブリは、第１の実施形態に関連して上述したように作られる。次いで、図８のアセンブリは、図２１に示すようにはんだ３８の上に置かれる。図２２は、得られたアセンブリの上面図である。アセンブリはこの時点では加熱されず、ダイ裏面コンタクト部材２５がアセンブリ上に置かれる。図２３は、ダイ裏面コンタクト部材２５の上面図である。図２４は、ダイ裏面コンタクト部材２５の側面図である。このダイ裏面コンタクト部材２５は、ダイ裏面コンタクト部材２５の下向きのダイ取付面と第２のダイ１１の裏面上向き面との間にはんだ３９が配置されるように、図２２のアセンブリに上方から置かれる。もう１つのはんだは、図２５に示すように、ダイ裏面コンタクト部材２５の脚部２９の底と第３のリード５の上面との間に、配置される。図２６は、得られたアセンブリの上面図である。組み立て工程のこの時点で、３つのリード３～５は、全てが互いに平行に延びるように配置される。一般的には、リード及びダイ裏面コンタクト部材は、リードフレームの一部である。リードフレームはブリッジ部材によって保持される。次いで、アセンブリは、はんだ３９及び４０が液化するようにオーブン内で加熱される。このようにして、ダイ裏面コンタクト部材２５は、第２のダイ１１の裏面及び第３のリード５にはんだ付けされる。図８の初期アセンブリを形成するために用いられるはんだは、図８の構造がはんだ接合された後、はんだ接合材料の融点が上昇するような適切な共晶はんだとすることができる。この融点の上昇により、図２５及び図２６の第２の加熱ステップにおいて、はんだ３９，４０が溶融するときに、図８の初期アセンブリのはんだ接合部は溶融しない。図２５の構造がはんだ接合されるとパッケージ化された半導体デバイス１の本体部２を形成するために、封止材３２が射出成形される。完成したパッケージ化された半導体デバイス１は、図２に示される形態を有する。図１に示すように、完成したパッケージ化された半導体デバイス１は、図１に示すように形成される。図２７は、完成したパッケージ化された半導体デバイス１の側面図である。封止材の表面の下の構造は、破線で示されている。図２８は、完成したパッケージ化された半導体デバイス１の側面図である。

【0075】

図２９～４０は、第３の実施形態及び第３の組み立て方法を示す一連の図面である。この第３の実施形態及び組み立て方法では、第１の半導体デバイスダイ及び第２の半導体デバイスダイは最初に第１及び第２のリードにはんだ付けされないで、このサブアセンブリは第３のリードに取り付けられる。この第３の実施形態では、２つのダイ裏面コンタクト部材がある。第１の半導体デバイスダイは、ボトムダイ裏面コンタクト部材に取り付けられる。第２の半導体デバイスダイは、トップダイ裏面コンタクト部材に取り付けられる。それぞれの半導体デバイスダイが既に取り付けられている２つのダイ裏面コンタクト部材は、次いで、上面及び底面からの主要なリードに押しつけられる。得られた構造体を一緒にはんだ付けすることにより、この一対の上部及び下部のダイの裏面コンタクト部材の脚部分が第３のリードに接合される。次いで、得られた構造体をカプセル化して、パッケージ化された完成した半導体デバイスのインスタンスが形成される。

【0076】

図２９は、トップダイ裏面コンタクト部材４１の上面図である。トップダイ裏面コンタクト部材４１は、中央ダイボンドパッド部４２と、２つのフット部材４３，４４とを有する。トップダイ裏面コンタクト部材４１は、平面ダイ取り付け面を有する。図３０は、トップダイ裏面コンタクト部材４１の側面図である。第１のはんだ付け工程では、第２の半導体デバイスダイ１１の裏面ドレイン電極面が、トップダイ裏面コンタクト部材４１の平面状のダイ取付面に取り付けられる。１つの例では、ダイ１１は、軟質はんだ４５を使用して取り付けられる。図３１は、得られたアセンブリの上面図である。トップダイ裏面コンタクト部材４１の下の第２のダイ１１の輪郭が破線で示されている。図３２は、得られたアセンブリの側面図である。

【0077】

さらに、ボトムダイ裏面コンタクト部材４６がある。ボトムダイ裏面コンタクト部材４６は、トップダイ裏面コンタクト部材と同じ形状である。ボトムダイ裏面コンタクト部材４６は、中央ダイボンドパッド部４７と、２つのフット部材４８，４９とを有する。第１のはんだ付け工程では、第１の半導体デバイスダイ６の裏面ドレイン電極面が、図３３に示すように、ボトムダイ裏面コンタクト部材４６の平面状のダイ取付面に取り付けられる。１つの例では、ダイ６は、軟質はんだ５０を使用して取り付けられる。

【0078】

単一のトップダイ裏面コンタクト部材４１が図３２に描かれているが、トップダイ裏面コンタクト部材４１は実際にはより大きなフレームの一部である。このフレームは、金属の細いフィンガーによって互いに接続された多数の同一のトップダイ裏面コンタクト部材を含む。個々のトップダイ裏面コンタクト部材は、一回のスタンピング／切断工程でこれらのフィンガーを切断することによって、フレームから小分けすることができる。同様に、単一のボトムダイ裏面コンタクト部材４６が図に描かれているが、ボトムダイ裏面コンタクト部材４６は、より大きなフレームの一部である。このフレームは、一回のスタンピング／切断工程でフレームから小分けすることができる多数の同一のボトムダイ裏面コンタクト部材を含む。個々の半導体デバイスダイは、これらのフレームの、対応するダイ裏面コンタクト部材の平面状のダイ取付面に取り付けられる。

【0079】

図３４は、ダイ裏面コンタクト部材のような１つのフレーム５１の上面図である。６つの第２の半導体デバイスダイがこのフレームの底面にはんだ付けされる。これらのフレームに半導体デバイスダイを取り付けることが、第１のはんだ付け工程である。

【0080】

これらの２つのダイ裏面コンタクト部材のサブアセンブリに加えて、第３の実施形態はリードフレーム５２を含む。このリードフレーム５２の各別個の部分は、第１のリード（ゲートリード）と第２のリード（ソースリード）だけでなく、さらに、この別個の部分は第３のリード（ドレインリード）をも含む。第１及び第２の実施の形態で用いた第３のリードとは異なり、第３の実施の形態で用いた第３のリードは、ダイ取付面がリードのリード部の平面に対して垂直方向に変位するよう曲げられていない。実際には、この第３の実施形態で使用される第３のリードは、第１及び第２のリードと一緒に、単に平坦な薄板金属片から打ち抜かれる。図３５は、リードフレーム５２の上面図である。

【0081】

組み立て方法の次のステップにおいて、トップダイ裏面コンタクト部材のフレームが、上からリードフレーム５２に配置される。トップフレームアセンブリの各ソースパッドと対応する各ソースリードのダイボンドパッド部との間に、はんだが配置される。トップフレームアセンブリの各ゲートパッドと対応するゲートリードのダイボンドパッド部との間に、はんだが配置される。各トップフレームアセンブリの脚部４３と対応する第３のリードの上面との間に、はんだが配置される。トップダイ裏面コンタクト部材４１を考慮して、これらのはんだは、図３７において参照番号５３，５４，５５により示されている。

【0082】

ボトムダイ裏面コンタクト部材のフレームもまた、底部からリードフレーム５２にされる。ボトムフレームアセンブリの各ソースパッドと対応する各ソースリードのダイボンドパッド部との間に、はんだが配置される。ボトムフレームアセンブリの各ゲートパッドと対応するゲートリードのダイボンドパッド部との間に、はんだが配置される。各ボトムダイ裏面コンタクト部材の脚部４８と対応する第３のリードの底面との間に、はんだが配置される。ボトムダイ裏面コンタクト部材を考慮して、これらのはんだは、図３７において参照番号５６，５７，５８により示されている。

【0083】

図３６は、リードフレーム５２を上下から挟む、２つのフレームのダイ裏面コンタクト部材を示す上面図である。図３７は、アセンブリの側面図を示す図である。２つのフレームのダイ裏面コンタクト部材は、クランプによってこの位置に保持することができる。クランプ５９の１つの例を図３７に示す。構造体がこの位置にあるとき、アセンブリは加熱されてはんだ５３～５８を液化する。このようにして、トップダイ裏面コンタクト部材アセンブリは、上部からリードフレーム５２にはんだ付けされ、ボトムダイ裏面コンタクト部材アセンブリは、底部からリードフレーム５２にはんだ付けされる。これは、第２のはんだ付け工程と呼ばれる。第２のはんだ付け工程の後、クランプが取り外される。トリミング工程では、トップダイ裏面コンタクト部材及びボトムダイ裏面コンタクト部材のフレームの不要部分が切り取られて除去される。リードフレーム５２はそのまま残される。次に、標準的な射出成形カプセル化工程でリードフレーム５２を使用して、本体部のアレイを形成する。結果として得られた構造体は、その後、トリミング工程において複数の同一のパッケージ化された半導体デバイスに小分けされる。図３８は、得られたパッケージ化された半導体デバイス６０の１つの上面図である。これは、ダイ裏面コンタクト部材４１，４６を含む特定のデバイスである。参照番号３２は、このデバイス６０の本体部の封止材を特定する。図３９は、完成したパッケージ化された半導体デバイス６０の側面図である。図４０は、完成したパッケージ化された半導体デバイス６０の斜視図である。３つのリード３～５は、本体部６１から延在している。トップダイ裏面コンタクト部材４１の外側金属面は、封止材料によって覆われておらず、パッケージ化されたデバイス６０の外側面を形成する。図４０の斜視図では見ることができないが、ボトムダイ裏面コンタクト部材４６の金属面も、封止材料によって覆われておらず、パッケージ化されたデバイス６０の外側面を形成する。

【0084】

本発明は、開示目的のために特定の実施形態に関連して記載したが、本発明はそれに限定されない。したがって、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱することなく、実施形態に記載された特徴の様々な修正、改変、及び組み合わせを実施することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】

【図34】

【図35】

【図36】

【図37】

【図38】

【図39】

【図40】