特許 7474213 半導体装置

(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】2024-04-16

(45)【発行日】2024-04-24

(54)【発明の名称】半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/50 20060101AFI20240417BHJP

【ＦＩ】

H01L23/50 U

H01L23/50 H

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021042330

(22)【出願日】2021-03-16

(65)【公開番号】P2022142230

(43)【公開日】2022-09-30

【審査請求日】2023-02-02

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317011920

【氏名又は名称】東芝デバイス＆ストレージ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004026

【氏名又は名称】弁理士法人ｉＸ

(72)【発明者】

【氏名】田靡 京

【審査官】高橋 優斗

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－１２３６１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１１６４９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１６３９６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１６９４８５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－０７７２１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－００７３６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０６７５９９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ２１／５２

Ｈ０１Ｌ２１／５８

Ｈ０１Ｌ２３／２８－２３／３１

Ｈ０１Ｌ２３／４８

Ｈ０１Ｌ２３／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ダイパッドと、前記ダイパッドから延びる端子と、前記ダイパッドの上面に設けられた溝とを有するフレームと、
前記ダイパッドの前記上面における前記溝に重ならない領域に配置された半導体素子と、
前記半導体素子を覆うとともに、前記溝内に設けられた樹脂部材と、を備え、
前記溝は、底面と、前記底面に設けられた第１凹凸とを有し、
前記溝は、第１方向に延びる第１溝部と、前記第１方向と直交する第２方向における幅が前記第１溝部よりも広く、前記第１方向において前記第１溝部に連続する第２溝部とを有し、
前記第２溝部の底面に前記第１凹凸が設けられ、
前記第２溝部の深さは、前記第１溝部の深さよりも深い半導体装置。

【請求項2】

前記第１溝部と前記第２溝部との境界に、第２凹凸が設けられている請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

前記第２溝部は、前記第１溝部の前記第１方向の端に位置する請求項１または２に記載の半導体装置。

【請求項4】

前記第２溝部は、前記第１溝部の前記第１方向における中央部に位置する請求項１～３のいずれか１つに記載の半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

実施形態は、半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

フレームに溝を形成することで封止樹脂との密着性の向上を図る半導体装置がある。しかしながら、樹脂の種類と製品デザインとの組み合わせによっては、フレームと樹脂との密着性が不十分となり、半導体装置を車載等に用いる際の品質担保に影響し得る。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第２５９３９１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

実施形態は、フレームと樹脂部材との密着性を向上させることができる半導体装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態によれば、半導体装置は、ダイパッドと、前記ダイパッドから延びる端子と、前記ダイパッドの上面に設けられた溝とを有するフレームと、前記ダイパッドの前記上面における前記溝に重ならない領域に配置された半導体素子と、前記半導体素子を覆うとともに、前記溝内に設けられた樹脂部材と、を備える。前記溝は、底面と、前記底面に設けられた第１凹凸とを有する。前記溝は、第１方向に延びる第１溝部と、前記第１方向と直交する第２方向における幅が前記第１溝部よりも広く、前記第１方向において前記第１溝部に連続する第２溝部とを有する。前記第２溝部の底面に前記第１凹凸が設けられ、前記第２溝部の深さは、前記第１溝部の深さよりも深い。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】実施形態の半導体装置の模式上面図である。

【図2】図２（ａ）は第１実施形態の溝の模式上面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＡ－Ａ線に沿った断面図であり、図２（ｃ）は図２（ａ）におけるＢ－Ｂ線に沿った断面図である。

【図3】第１実施形態による溝の形成方法を示す模式図である。

【図4】第１実施形態による溝の形成方法を示す模式図である。

【図5】第１実施形態による溝の形成方法を示す模式図である。

【図6】図６（ａ）は第２実施形態の溝の模式上面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）におけるＣ－Ｃ線に沿った断面図であり、図６（ｃ）は図６（ａ）におけるＤ－Ｄ線に沿った断面図である。

【図7】第２実施形態による溝の形成方法を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、図面を参照し、実施形態について説明する。なお、各図面中、同じ構成には同じ符号を付している。

【0008】

図１は、実施形態の半導体装置１の模式上面図である。

【0009】

半導体装置１は、フレーム１０と、半導体素子３０と、樹脂部材４０とを備える。なお、図１では、内部構造の説明をわかりやすくするために、樹脂部材４０は外形線のみを２点鎖線で表している。

【0010】

フレーム１０は、ダイパッド２０と、ダイパッド２０の外側に延びる第１～第３端子１１～１３とを有する。フレーム１０は、金属材料からなり、例えばＣｕからなる。

【0011】

ダイパッド２０の平面形状は、例えば、第１方向Ｘに延びる１対の辺部２１、２２と、第１方向Ｘに直交する第２方向Ｙに延びる１対の辺部２３、２４を含む４つの辺部２１～２４を有する四角形状である。

【0012】

複数の第１端子１１が、ダイパッド２０の１つの辺部２３から突出している。第１端子１１は、ダイパッド２０と一体に設けられている。

【0013】

第２端子１２及び第３端子１３は、ダイパッド２０における第１端子１１が設けられた辺部２３の反対側の辺部２４に対向するように位置し、第１端子１１と反対方向に突出している。第２端子１２及び第３端子１３は、ダイパッド２０から分離している。複数の第２端子１２は一体に設けられている。第２端子１２と第３端子１３は互いに分離している。

【0014】

フレーム１０は、複数のフレームが一体につながったリードフレームから切り出される。第２方向Ｙに隣接するフレーム同士は連結部１４、１５によって連結され、連結部１４、１５を切断することで、フレーム１０は第２方向Ｙにおいて他のフレームと分離される。フレーム１０における第１方向Ｘに延びる辺部２１、２２にはそれぞれ、切断後の連結部１４、１５の一部が突出して残っている。

【0015】

また、複数のフレームは第１～第３端子１１～１３を介して第１方向Ｘに連結され、第１～第３端子１１～１３を切断することで、フレーム１０は第１方向Ｘにおいて他のフレームと分離される。

【0016】

ダイパッド２０の上面に溝５０が設けられている。例えば、第１方向Ｘに延びる２本の溝５０が、第２方向Ｙに互いに離間して位置する。溝５０は、ダイパッド２０の４つの辺部２１～２４のうち、第１方向Ｘに沿って延びる辺部２１、２２の近傍に設けられている。例えば、溝５０の一端は辺部２３に達し、他端は辺部２４に達する。

【0017】

半導体素子３０は、ダイパッド２０の上面２０ａにおける溝５０に重ならない領域に配置されている。第２方向Ｙにおいて２つの溝５０の間に半導体素子３０が位置する。半導体素子３０は、例えばはんだなどの接合部材により、ダイパッド２０の上面２０ａに接合される。半導体素子３０の上面に素子電極が形成され、素子電極は例えばＣｕなどの金属板により、端子１２、１３と電気的に接続される。なお、素子電極と端子１２、１３は、金属ワイヤにより接続してもよい。

【0018】

樹脂部材４０は、少なくとも、ダイパッド２０の上面２０ａ及び半導体素子３０を覆う。樹脂部材４０は、ダイパッド２０の上面２０ａに設けられた溝５０内に設けられる。また、例えば、第１～第３端子１１～１３の一部は樹脂部材４０に覆われ、第１～第３端子１１～１３の他の一部は樹脂部材４０から露出している。

【0019】

例えば、連結部１４、１５の先端側の部分は、樹脂部材４０の側面よりもわずかに突出する。連結部１４、１５の端面以外の面（上面、下面、及び側面）の大部分は樹脂部材４０に覆われ、連結部１４、１５の端面は樹脂部材４０から露出する。

【0020】

次に、溝５０について詳細に説明する。

【0021】

［第１実施形態］
図２（ａ）は第１実施形態の溝５０の模式上面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＡ－Ａ線に沿った断面図であり、図２（ｃ）は図２（ａ）におけるＢ－Ｂ線に沿った断面図である。図２（ｂ）及び（ｃ）においても、図１と同様に樹脂部材４０を２点鎖線で表す。

【0022】

溝５０は、第１溝部５１と第２溝部５２とを有する。第１溝部５１は第１方向Ｘに延び、後述するように、その第１溝部５１の一部を金型で押しつぶすことで第２溝部５２が形成される。

【0023】

第２溝部５２は、第１溝部５１よりも幅（第２方向Ｙの幅）が広く、第１方向Ｘにおいて第１溝部５１に連続する。第２溝部５２の深さは、第１溝部５１の深さよりも深い。第２溝部５２の底面５２ａに第１凹凸６１が設けられている。第１凹凸６１は、凹部６１ａと、凸部６１ｂ、６１ｃとを含む。第１溝部５１と第２溝部５２との第１方向Ｘにおける境界に、第２凹凸６２が設けられている。第２凹凸６２は、凸部６２ａと、凹部６２ｂ、６２ｃとを含む。

【0024】

例えば、第２溝部５２は、第１溝部５１の第１方向Ｘにおける少なくとも一方の端、好ましくは両端に位置する。したがって、図１においてフレーム１０の四角形状のダイパッド２０の四隅に第２溝部５２が位置する。また、第２溝部５２は、第１溝部５１の第１方向Ｘにおける中央部に位置させてもよい。

【0025】

次に、図３（ａ）～図５（ｂ）を参照して、第１実施形態による溝５０の形成方法について説明する。

【0026】

まず、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、ダイパッド２０の上面２０ａに例えば金型を押し当てて第１溝部５１を形成する。図３（ａ）は図２（ａ）と同部位の上面図であり、図３（ｂ）は図２（ｂ）と同部位の断面図である。

【0027】

例えば、第１溝部５１は、ダイパッド２０の上面２０ａと鈍角を形成する傾斜面を有する断面Ｖ字状に形成される。または、第１溝部５１は、ダイパッド２０の上面２０ａと直角な側面を有する断面凹形状に形成してもよい。第１溝部５１は、平坦な底面５１ａを有する。また、第１溝部５１は、エッチングにより形成してもよい。

【0028】

図４（ａ）は図３（ａ）に続く工程を表す上面図であり、図４（ｂ）は図３（ｂ）に続く工程を表す断面図である。第１溝部５１を形成した後、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、金型１０１を第１溝部５１の一部の上に重ねる。

【0029】

図５（ａ）は図４（ｂ）に続く工程を表す断面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）に続く工程を表す断面図である。

【0030】

そして、図５（ａ）に示すように、金型１０１をダイパッド２０の上面２０ａに押し当て、第１溝部５１の周辺の上面２０ａを下方に押し込む。これにともない、第１溝部５１は、断面形状を変形させて、潰れ始める。

【0031】

図５（ｂ）に示すように、金型１０１によってさらにダイパッド２０の上面２０ａを押し込み、第１溝部５１をさらに押し潰す。これにより、図２（ａ）～（ｃ）に示すように、第２溝部５２が形成される。ダイパッド２０において金型１０１に押し当てられた面が第２溝部５２の底面５２ａになり、その底面５２ａに第１凹凸６１が形成される。単なる平面を押し潰すのではなく、第１溝部５１を押し潰すことで、第２溝部５２の底面５２ａに第１凹凸６１を形成することができる。

【0032】

また、図２（ｃ）に示すように、第２溝部５２が第１溝部５１よりも深くなるように、上記金型１０１による押し潰しが行われ、第１溝部５１と第２溝部５２との境界に第２凹凸６２が形成される。

【0033】

なお、第１溝部５１の形状や金型１０１の形状によっては、第２溝部５２の深さを、第１溝部５１と同じ深さ又は第１溝部５１よりも浅くしても、第１溝部５１と第２溝部５２との境界に凹凸を形成することが可能である。第２溝部５２が第１溝部５１よりも深くなるようにすることで、第１溝部５１と第２溝部５２との境界に確実に凹凸を形成することができる。

【0034】

本実施形態によれば、第１凹凸６１及び第２凹凸６２によるアンカー効果により、フレーム１０と樹脂部材４０との密着性が向上し、樹脂部材４０のフレーム１０からの剥離を抑制できる。これにより、樹脂部材４０とフレーム１０との隙間に水分が浸入することによる特性不良を防ぐことができ、例えば、車載用途のデバイスに求められる品質を担保することができる。

【0035】

樹脂部材４０のフレーム１０からの剥離を効果的に抑制するためには、第２溝部５２はダイパッド２０の四隅に配置することが望ましい。また、フレーム１０は樹脂部材４０を形成した後に切断され、連結部１４、１５の近傍に局所的に応力がかかりやすい。そのため、第２溝部５２を、連結部１４、１５の近傍（例えば連結部１４、１５に対向する位置）に配置することも、樹脂部材４０の剥離抑制に効果的である。

【0036】

また、半導体素子３０をダイパッド２０の上面２０ａにはんだで接合する場合には、第１凹凸６１及び第２凹凸６２は、はんだの上面２０ａからの流出を防ぐ機能も担う。

【0037】

［第２実施形態］
図６（ａ）は第２実施形態の溝５０の模式上面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）におけるＣ－Ｃ線に沿った断面図であり、図６（ｃ）は図６（ａ）におけるＤ－Ｄ線に沿った断面図である。図６（ｂ）及び（ｃ）においても、図１と同様に樹脂部材４０を２点鎖線で表す。

【0038】

第２実施形態においても溝５０は、第１溝部５１と第２溝部５２とを有する。第２溝部５２は、第１溝部５１よりも幅（第２方向Ｙの幅）が広く、第１方向Ｘにおいて第１溝部５１に連続する。第２溝部５２の深さは、第１溝部５１の深さよりも深い。第２溝部５２の底面５２ａに第１凹凸６３が設けられている。第１凹凸６３は、凹部６３ａと、凸部６３ｂ、６３ｃとを含む。第１溝部５１と第２溝部５２との第１方向Ｘにおける境界に、第２凹凸６４が設けられている。第２凹凸６４は、凸部６４ａと、凹部６４ｂ、６４ｃとを含む。

【0039】

第２実施形態においても、第１実施形態と同様、先ず、第１溝部５１を形成した後、その第１溝部５１の一部を金型で押しつぶすことで第２溝部５２が形成される。

【0040】

図７（ａ）は、図６（ｂ）と同部位の断面図である。第１溝部５１を形成した後、図７（ａ）に示すように、金型１０２を第１溝部５１の一部の上に重ねる。金型１０２は、先端面１０２ａと、先端面１０２ａと鈍角を形成して傾斜した側面１０２ｂとを有する。

【0041】

図７（ｂ）は図７（ａ）に続く工程を表す断面図であり、図７（ｃ）は図７（ｂ）に続く工程を表す断面図である。

【0042】

そして、図７（ｂ）に示すように、金型１０２の先端面１０２ａをダイパッド２０の上面２０ａに押し当て、第１溝部５１の周辺の上面２０ａを下方に押し込む。これにともない、第１溝部５１は、断面形状を変形させて、潰れ始める。

【0043】

図７（ｃ）に示すように、金型１０２によってさらにダイパッド２０の上面２０ａを押し込み、第１溝部５１をさらに押し潰す。これにより、図６（ａ）～（ｃ）に示すように、第２溝部５２が形成される。ダイパッド２０において金型１０２の先端面１０２ａに押し当てられた面が第２溝部５２の底面５２ａになり、その底面５２ａに第１凹凸６３が形成される。単なる平面を押し潰すのではなく、第１溝部５１を押し潰すことで、第２溝部５２の底面５２ａに第１凹凸６３を形成することができる。

【0044】

ダイパッド２０において金型１０２の傾斜した側面１０２ｂに押し当てられた面は、第２溝部５２の側面となる。第２溝部５２の側面は、金型１０２の側面１０２ｂの形状に合わせて、底面５２ａに対して傾斜した側面となる。

【0045】

また、図６（ｃ）に示すように、第２溝部５２が第１溝部５１よりも深くなるように、上記金型１０２による押し潰しが行われ、第１溝部５１と第２溝部５２との境界に第２凹凸６４が形成される。

【0046】

第２実施形態においても、第１凹凸６３及び第２凹凸６４によるアンカー効果により、フレーム１０と樹脂部材４０との密着性が向上し、樹脂部材４０のフレーム１０からの剥離を抑制できる。

【0047】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0048】

１…半導体装置、１０…フレーム、２０…ダイパッド、３０…半導体素子、４０…樹脂部材、５０…溝、５１…第１溝部、５２…第２溝部、６１,６３…第１凹凸、６２,６４…第２凹凸、１０１,１０２…金型

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】