专利名称：半导体装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及具有散热用的散热片的半导体装置及其制造方法。
背景技术：
作为以往的一实施例，如下所述地公知有使两片框架连结的构造及其制造方法。图8㈧是对配置有引线的一侧的框架进行说明的俯视图。框架61例如对由铜类材料(铜或铜合金)等制成的薄板进行冲压加工或蚀刻加工而成形。在框架的长度方向 (纸面X轴向)上，虚线所示的搭载部62配置3个。而且，在框架61上，在该3个搭载部 62的周围配置有4个通孔63。如图所示，搭载部62主要由配置在其中央区域的开口部64、 配置在开口部64周围的多条引线65、以及支承多条引线65的连接杆66构成。图8(B)是对配置有散热片的一侧的框架进行说明的俯视图。框架67例如对铜类材料(铜或铜合金)等导热性好的材料进行冲压加工而成形。在框架67中形成有三个散热片68。另外，悬垂引线69从散热片68的4个角部延伸，并与框架67成为一体，由此，散热片68被框架67支承。而且，在悬垂引线69的前端即与前述的通孔63(参照图8(A))对应的位置，配置有4个连结部70。在连结部70上分别形成有向通孔63插入的突出部71。 此外，虚线72所示的区域是与框架61的搭载部62对应的区域。图8(C)是对框架61、67连结的状态进行说明的剖视图。在框架67 (参照图8 (B)) 中，散热片68较厚地形成且悬垂引线69及连结部70较薄地形成。而且，形成在连结部70 上的突出部71被插入框架61的通孔63 (参照图8(A))，并实施铆接加工(如力加工)， 由此，框架61、67以机械方式被连结。如图所示，散热片68与框架61的开口部64对应地配置。此外，虽然未图示，但在散热片68上表面固定有半导体芯片，半导体芯片和引线65 以通过金属细线电连接的状态进行树脂模制(例如，参照专利文献1)。专利文献1 日本特开2006-66622号公报(第5-7页、第1-4图)如前所述，框架67预先由厚的散热片68、比散热片68薄的悬垂引线69及连结部 70构成，因此，该框架67不具有通用性。另一方面，以相同厚度构成的框架能够根据其用途通过冲压加工或蚀刻加工等成形为各种形状的框架，具有通用性。其结果是，与以相同厚度构成的框架相比，框架67存在框架价格变高的问题。此外，对于框架67而言，根据在连结部70上预先形成比框架61的通孔63的长度长的突出部71的构造，框架价格也变高。另外，散热片68是相同厚度的长方体形状，各个面成为平坦面。通常，在提高散热性的树脂封装中，散热片68的体积相对于树脂封装的体积比例也变高，而且，散热片68成为从树脂封装背面露出的构造。由此，构成树脂封装的树脂量减少，树脂封装的树脂和散热片68之间的密接性弱，存在散热片68容易从树脂封装脱落的问题。另外，在引线只从封装的一侧面侧导出的构造中，引线的内引线部的布线区域配置在其导出区域附近的情况较多。该情况下，内引线部的配置区域偏向一侧，将半导体芯片和引线电连接的金属细线的连接方向被限定。由此，固定在散热片上的半导体芯片的种类被限定，从而存在成为不具有通用性的引线用框架的问题。另一方面，为了在前述的引线用框架上固定各种电极图案的半导体元件，需要使金属细线彼此立体交叉地连接，金属细线的环顶变高，产生难以应对封装的薄型化的新问题。
发明内容
本发明是鉴于前述各情况而研发的，在本发明的半导体装置中，具有散热片；固定在所述散热片的表面的半导体元件；与所述散热片连结并与所述半导体元件电连接的引线；以至少使所述散热片的背面的一部分露出的方式覆盖所述半导体元件的树脂封装， 所述半导体装置的特征在于，所述散热片具有与至少配置有所述引线的框架连结的台阶区域，在所述台阶区域中，所述树脂封装覆盖至所述散热片的背面侧。另外，在本发明的半导体装置的制造方法中，其特征在于，具有以下工序准备散热片，对所述散热片的一部分进行冲压加工以在所述散热片上形成台阶区域后，对所述台阶区域的一部分进行冲压加工以在所述台阶区域形成凹部及突出部的工序；准备配置有引线的框架，在设置于所述框架的通孔中插入所述散热片的突出部，对从所述通孔露出的区域的所述突出部进行铆接加工，以使所述框架和所述散热片连结的工序；在所述散热片上表面固定半导体元件，使所述半导体元件和所述引线电连接后，在所述散热片的背面侧，以覆盖所述台阶区域而使其他区域露出的方式形成树脂封装。在本发明中，在散热片上形成有台阶区域，树脂封装的树脂绕到台阶区域的背面侧，由此，实现散热片难以从树脂封装脱落的构造。另外，在本发明中，在散热片的台阶区域的背面侧配置有凹部，由此，进一步实现散热片难以从树脂封装脱落的构造。另外，在本发明中，设置台阶区域，使散热片侧突出，由于不对引线侧的框架实施弯折加工，因此可以提高引线的机械强度。另外，在本发明中，与通孔的形成区域重叠地形成凹部，通孔的长度变短，由此，也能够减薄散热片的厚度，从而能够实现树脂封装的薄型化。另外，在本发明中，引线的内引线部的配置区域增大，由此，金属线的连接方向的自由度增大，从而可以实现框架的通用性。另外，在本发明中，对散热片实施冲压加工来形成连结区域用的台阶区域，由此， 能够实现散热片难以从树脂封装脱落的构造。另外，在本发明中，准备相同厚度的框架，从该框架加工出散热片，由此，框架价格降低。
图I(A)是说明本发明的实施方式的半导体装置的立体图，图I(B)是剖视图。图2(A)是说明本发明的实施方式的半导体装置的俯视图，图2(B)是剖视图，图 2(C)是剖视图。图3(A)是说明本发明的实施方式的半导体装置的俯视图，图3(B)是剖视图，图 3(C)是剖视图。图4(A)是说明本发明的实施方式的半导体装置的制造方法的俯视图，图4(B)是俯视图。
图5(A)是说明本发明的实施方式的半导体装置的制造方法的剖视图，图5(B)是剖视图，图5(C)是剖视图，图5(D)是剖视图。图6(A)是说明本发明的实施方式的半导体装置的制造方法的剖视图，图6(B)是剖视图，图6(C)是剖视图，图6(D)是剖视图。图7(A)是说明本发明的实施方式的半导体装置的制造方法的俯视图，图7(B)是剖视图。图8(A)是说明以往的实施方式的半导体装置所使用的框架的俯视图，图8(B)是俯视图，图8(C)是剖视图。附图标记说明
1半导体装置
2树脂封装
4引线
4A内引线部
9散热片
11半导体元件
13台阶区域
15凹部
24突出部
29通孔
33凹部
41框架
42搭载部
47连结区域
48框架
具体实施例方式以下，对本发明的第一实施方式的半导体装置进行说明。图KA)是说明半导体装置的立体图。图I(B)是图I(A)所示的半导体装置的A-A线方向的剖视图。图2(A)是说明半导体装置所使用的散热片的俯视图。图2(B)是图2(A)所示的散热片的B-B线方向的剖视图。图2(C)是图2(A)所示的散热片的C-C线方向的剖视图。图3(A)是说明半导体装置所使用的引线构造的俯视图。图3(B)及(C)是图3(A)所示的引线构造的D-D线方向的剖视图。首先，如图1㈧所示，从半导体装置1的树脂封装2的一侧面3导出多条引线4。 另一方面，在树脂封装2的宽度方向的侧面5、6，配置有螺旋紧固用的U形孔7。此外，虽然未图示，但引线4被弯折加工成例如鸥翼形状。其次，如图1⑶所示，散热片9从树脂封装2的背面8露出，在散热片9上，通过例如Ag膏、焊锡等接合材料10固定有半导体元件11。半导体元件11和引线4的内引线部通过金属线12电连接。作为金属线12使用例如金线、铜线等。详细情况后述，但如砂状的阴影所示，在散热片9的长度方向的两端部附近，通过例如冲压加工而形成台阶区域13、14。而且，利用台阶区域13、14，树脂封装2的树脂绕到(廻>9 tr )散热片9的背面侧，由此得到锚定效应。并且，绕到散热片9的背面侧的树脂也埋设在形成于散热片9背面侧的凹部15、16内，由此，锚定效应增强。通过该构造，实现散热片9从树脂封装2露出的面积增大、散热性提高且散热片9难以从树脂封装2脱落的构造。而且，通过对散热片9实施冲压加工，圆形标记17、18所示的台阶区域13、14的侧面成为剪切面，圆形标记19、20所示的台阶区域13、14的侧面成为断裂面。通过该构造，在圆形标记17 20所示的侧面形成凹凸，树脂封装2的树脂容易与散热片9紧贴，前述的防脱落效果增大。其次，如图2 (A)所示，散热片9对例如以厚度约1000 μ m的铜为主材料的框架实施冲裁加工或冲压加工而成形。框架使用热传导率高的材料，既能够以狗-附为主材料，也可以是其他的金属材料。而且，虚线21所示的区域是半导体元件11 (参照图1(B))的固定区域，被配置在引线4的内引线部的开口区域的下方。另外，散热片9的4个角部及其附近即砂状的阴影区域是台阶区域13、14、22、23， 台阶区域13、14、22、23作为与配置有引线4的框架41(参照图4(A))连结的连结区域使用。 台阶区域13、14、22、23是从散热片9的背面侧向表面侧进行冲压加工而相对于散热片9表面突出地形成。而且，在台阶区域13、14、22、23中，配置有被插入配置在框架41上的连结用通孔四 32 (参照图3 (A))中的突出部M 27。其次，如图2(B)所示，在台阶区域13、22中，从散热片9的背面侧(箭头方向)实施冲压加工，形成凹部15、28。而且，凹部15J8上方的框架被挤出，从而在散热片9的表面侧形成突出部对、25。而且，凹部15、28的深度方向的长度L2被调节，突出部M、25的长度Ll变得比引线4侧的框架41的通孔四 32的长度L4(参照图3(B))长。此外，在台阶区域14、23中也形成与前述构造同样的凹部及突出部沈、27。其次，如图2(C)所示，为了使形成有散热片9的框架48(参照图4(B))的价格便宜，散热片9通过对相同厚度的框架进行冲压加工等而形成。而且，台阶区域13、14从散热片9的背面侧进行冲压加工，相对于散热片9表面仅突出长度L3，作为与配置有引线4的框架41连结的连结区域使用。通过该构造，虽然详情情况使用图3进行说明，但由于引线4 的内引线部以平板状态配置在台阶区域13、14的内侧，由此，不用进行弯折加工，从而可以提高引线4的内引线部的机械强度。此外，台阶区域22、23也构成与前述的台阶区域13、14 相同的构造。其次，如图3(A)所示，配置有引线4的框架41(参照图4(A))和单点划线所示的散热片9，在台阶区域13、14、22、23上表面被连结，多条引线4的内引线部与散热片9的表面分离地配置。而且，虚线21所示的区域成为半导体元件11(参照图1(B))的固定区域， 多条引线4的内引线部的前端配置在该固定区域的周围。如图所示，多条引线4的内引线部的一部分4A、4B被引至与引线4导出的一侧边相对的一侧边侧而配置。通过该构造，金属线12的连接区域增大，金属线12的连接方向的自由度增大，金属线12彼此的立体交叉的连接被抑制。其次，在散热片9的台阶区域13、14、22、23上的框架41上配置有连结用的通孔 29 32。如图所示，突出部M 27及通孔四 32对应每个搭载部而配置，并配置在搭载部的4个角部附近，从而实现框架41和散热片9的稳定的连结状态。
其次，如图3(B)所示，通孔四、30的长度L4与框架41的厚度相同，该通孔四、30 的孔径比突出部M、25的直径稍大。而且，连结时从通孔四、30露出的突出部M、25的前端侧被铆接加工。突出部对、25的前端侧被压塌，突出部M、25成为不从通孔四、30脱落的构造，两者以机械方式被连结。另一方面，如图3(C)所示，也可以是凹部33、34从框架41的表面侧相对于框架41 的通孔^A、30A的形成区域重叠地形成的构造。凹部33、34例如是圆柱形状，其直径比通孔^A、30A的孔径大。具体地，只要具有收纳被铆接加工的突出部24A、25A的前端区域的区域即可。而且，通孔^A、30A的长度L5比框架41的厚度方向的长度(通孔四、30的长度L4)短，也比突出部24A、25A的长度短。通过该构造，能够使散热片9的厚度变薄，在谋求树脂封装2的薄型化时，也能够使用该连结构造。此外，凹部33、34的深度方向的长度L6 能够在可以维持散热片9和框架41连结时的机械强度的范围进行任意的设计变更。另外， 通孔^A、30A的孔径与前述的通孔四、30的孔径相同。此外，在本实施方式中，对引线4从树脂封装2的一侧边3侧导出的构造进行了说明，但不限于此。例如，也可以是引线4从树脂封装2的长度方向的两侧面导出的构造。另外，还可以是引线4从树脂封装2的四个侧面导出的构造。除此以外，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够进行各种变更。其次，对本发明的第二实施方式的半导体装置的制造方法进行说明。图4(A)及 (B)是说明框架的俯视图。图5(A) (D)是说明散热片的连结工序的剖视图。图6(A) (D)是说明散热片的连结工序的剖视图。图7(A)是说明管芯接合工序及引线接合工序的俯视图。图7(B)是说明树脂模制工序的剖视图。此外，在本实施方式中，为说明图1 图3 所示构造的制造方法，对于相同的构成部件标注相同的附图标记，另外，适当参照图1 图 3。如图4㈧所示，准备例如以铜为主材料且厚度为250 350 μ m左右的框架41。 作为框架41，也可以使用以!^e-Ni为主材料的框架，也可以由其他的金属材料制成。在该框架41上，如虚线所示，形成有多个搭载部42。框架41的长度方向(纸面X轴方向)利用狭缝43以一定间隔划分。而且，在被狭缝43划分的框架41的1个区间中，例如，在其宽度方向(纸面Y轴方向)上形成有两个搭载部42。另外，在框架41的长度方向上，在其上下端部区域中以一定间隔设置有定位孔44，用于各工序中的定位。搭载部42主要由多条引线4、支承引线4的悬垂引线45、支承多条引线4的连接杆46、以及与散热片9连结的4个连结区域47构成。而且，悬垂引线45及连接杆46与框架41成为一体，由此，引线4被框架41支承。此外，在本实施方式中，在框架41上不构成岛部，而是构成半导体元件直接安装在散热片9上的构造。其次，如图4(B)所示，准备例如以铜为主材料且厚度为IOOOym左右的框架48。 作为框架48也可以是以!^e-Ni为主材料的框架，也可以是由热传导率高的金属材料制成。 在框架48中，虚线49所示的区域与框架41的虚线所示的搭载部42对应，在该区域内配置散热片9。框架48的长度方向(纸面X轴方向)利用狭缝50以一定间隔划分，在框架48 的上下端部区域以一定间隔设置定位孔51。而且，在被狭缝50划分的框架48的1个区间中，例如，在其宽度方向(纸面Y轴方向)上配置两个散热片9，这些散热片9经由悬垂区域 52被框架48支承。
其次，在图5㈧ (D)中，关于图3(B)所示的构造，对框架41及散热片9的加工及其连结方法进行说明。此外，在图5(A) (D)中，示出了 4个连结区域47中的一个连结区域的剖视图，在其他的连结区域47中也实施同样的加工。首先，如图5 (A)所示，切断框架48的悬垂区域52 (参照图4 (B))，使散热片9从框架48脱离。如前所述，由于框架48以相同厚度形成，因此，散热片9是相同厚度的板状体。 另一方面，为提高引线4的机械强度，框架41不弯折加工而以平板状态被处理。其次，如图5(B)所示，在散热片9上，从其背面侧(箭头侧)实施冲压加工，由此， 散热片9的台阶区域13向其表面侧被挤出例如250 μ m左右。另一方面，在配置有引线4 的框架41中，从其表面侧(箭头侧)在连结区域47实施冲压加工，由此，通孔四的形成区域被冲裁。具体地，通孔四的孔径成为700 μ m左右。其次，如图5(C)所示，在散热片9的台阶区域13中，从其背面侧(箭头侧)实施冲压加工，由此，在台阶区域13的背面形成凹部15。而且，通过该冲压加工，在凹部15上方的台阶区域13的表面形成突出部M。具体地，凹部15成为直径为750 μ m左右且深度为 600 μ m左右的形状，突出部M成为直径为650 μ m左右且在散热片9的表面侧突出500 μ m 左右的形状。其次，如图5 (D)所示，在框架41的通孔四中插入散热片9的突出部M，使框架41 和散热片41重合后，对从通孔四导出的突出部M的前端侧进行铆接加工。通过该加工， 突出部M的前端侧变形为宽度比通孔四的开口宽度宽，从而形成散热片9不从框架41脱落的构造，两者以机械方式被连结。其次，在图6㈧ (D)中，关于图3(C)所示的构造，对框架41和散热片9的加工及其连结方法进行说明。此外，在图6(A) (D)中，示出了 4个连结区域47中的一个连结区域的剖视图，在其他连结区域47中也实施同样的加工。首先，图6㈧及⑶所示的加工作业与使用图5(A)及⑶说明的加工作业相同， 参照其说明。其次，如图6 (C)所示，在框架41中，从其表面侧(箭头侧)对通孔四的形成区域实施冲压加工。此时，以比通孔四大的直径进行冲压加工，在框架41上，形成凹部33及与凹部33连续的通孔^A。具体地，在从框架41的背面侧开始150 μ m左右的区域中，形成有孔径700 μ m左右的通孔^A，在从框架41的表面侧开始200 μ m左右的区域中，形成有直径900 μ m左右的凹部33。通过该构造，即使突出部24A比突出部M短的情况下，由于突出部24A从通孔29A露出，所以也能够使散热片9的厚度薄。具体地，突出部24A成为直径 650 μ m左右且在散热片9的表面侧突出250 μ m左右的形状。其次，如图6(D)所示，使框架41和散热片9重合后，对从通孔29A导出的突出部 24A的前端侧进行铆接加工，由此，两者以机械方式被连结。此时，突出部24A的被铆接加工的部分成为被收纳在凹部33的形成区域内的构造。其次，如图7(A)所示，首先，将连结有散热片9的框架41配置在管芯接合装置的载置台(未图示)上。接着，对应每个搭载部，在虚线21所示的散热片9的固定区域上表面固定半导体元件11。而且，作为接合材料，使用焊锡或Ag等导电性膏等导电性接合材料或环氧树脂等绝缘性接合材料。其次，将固定有半导体元件11的框架41配置在引线接合装置的载置台(未图示)上。接着，通过金属线12电连接半导体元件11的电极焊盘和引线4的内引线部。如图所示，根据内引线部的一部分4A、4B的配置，引线4的内引线部被配置在半导体元件11的整个外周，向金属线12的内引线部侧连接的连接区域增大。而且，由于金属线12的连接方向的自由度变高，故在散热片9上可以固定各种电极焊盘配置的半导体元件11。也就是说，不需要根据固定在散热片9上的半导体元件11来变更引线4的图案，从而可以实现通用性好的引线用框架41。另外，金属线12彼此不会立体交叉，故能够使引线顶端的高度变低，从而能够实现树脂封装的薄型化。此外，作为金属线12而使用例如金线、铜线等。其次，如图7(B)所示，在树脂密封模具(未图示)内，对应每个搭载部而配置连结有散热片9的框架41。接着，从树脂密封模具的浇口部向模腔内注入树脂，通过树脂填充模腔内部，从而形成树脂封装2。而且，树脂封装2在通过传递模塑形成的情况下，使用热固性树脂，通过注射成型来形成的情况下，使用热塑性树脂。在构成树脂封装2的树脂内，也可以混入用于提高热传导率的二氧化硅等填料。最后，使树脂封装2对应每个搭载部从框架41脱离，例如，冲裁连接杆46 (参照图 4(A))时，将引线4的外引线部弯折加工成鸥翼形状，从而完成半导体装置1。此外，在本实施方式中，对于如下情况进行了说明，即散热片9从框架48脱离后， 对散热片9实施冲压加工，使框架41和散热片9连结，但不限于此。例如，也可以在散热片 9被框架48支承的状态下，对散热片9实施冲压加工，使框架41、48彼此连结。该情况下， 通过利用设置在前述的框架41、48上的狭缝43、50和定位孔44、51，能够位置精度高地进行连结作业。除此以外，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够进行各种变更。
权利要求
1.一种半导体装置，具有散热片；固定在所述散热片的表面的半导体元件；与所述散热片连结并与所述半导体元件电连接的引线；以至少使所述散热片的背面的一部分露出的方式覆盖所述半导体元件的树脂封装，所述半导体装置的特征在于，所述散热片具有与至少配置有所述引线的框架连结的台阶区域，在所述台阶区域中， 所述树脂封装覆盖至所述散热片的背面侧。
2.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，在所述散热片的台阶区域，从所述散热片的背面侧形成有第一凹部，所述树脂封装埋设所述第一凹部。
3.如权利要求2所述的半导体装置，其特征在于，在所述框架上配置有用于与所述散热片连结的通孔，在所述散热片的台阶区域的表面侧，在所述第一凹部上方形成有比所述通孔的长度长的突出部，从所述通孔露出的区域的所述突出部被铆接加工。
4.如权利要求2所述的半导体装置，其特征在于，在所述框架上配置有用于与所述散热片连结的通孔，在所述散热片的台阶区域的表面侧，在所述第一凹部上方形成有比所述通孔的长度长的突出部，在所述框架的通孔的形成区域，从所述框架的表面侧形成有宽度比所述通孔的孔径宽且与所述通孔连续的第二凹部，在所述第二凹部露出的区域的所述突出部被铆接加工。
5.如权利要求2 4中任一项所述的半导体装置，其特征在于，所述引线的外引线部仅从所述树脂封装的一侧边导出，所述引线的内引线部配置到与所述一侧边相对的其他侧边侧的所述半导体元件周围。
6.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，具有以下工序准备散热片，对所述散热片的一部分进行冲压加工以在所述散热片上形成台阶区域后，对所述台阶区域的一部分进行冲压加工，以在所述台阶区域形成凹部及突出部的工序；准备配置有引线的框架，在设置于所述框架的通孔中插入所述散热片的突出部，对从所述通孔露出的区域的所述突出部进行铆接加工，以使所述框架和所述散热片连结的工序；在所述散热片上表面固定半导体元件，使所述半导体元件和所述引线电连接后，在所述散热片的背面侧，以覆盖所述台阶区域而使其他区域露出的方式形成树脂封装。
7.如权利要求6所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，准备以相同厚度构成的框架，对所述相同厚度的框架至少进行冲裁加工及冲压加工，来成形所述散热片。
全文摘要
本发明提供一种半导体装置及其制造方法。在以往的半导体装置中，存在如下问题形成散热片的框架价格高且散热片容易从树脂封装脱落的问题。在本发明的半导体装置中，通过对相同厚度的框架进行冲压加工等而形成散热片(9)，从而能够抑制框架价格。而且，散热片(9)的台阶区域(13、14)作为与引线(4)侧的框架连结的连结区域而被加工，由此，树脂封装(2)的树脂绕到台阶区域(13、14)的背面，散热片(9)变得难以从树脂封装(2)脱落。另外，在散热片(9)的台阶区域(13、14)中，配置有凹部(15、16)，由此，进一步实现散热片(9)难以脱落的构造。
文档编号H01L23/367GK102347291SQ20111021467
公开日2012年2月8日 申请日期2011年7月29日 优先权日2010年7月30日
发明者都丸贤一 申请人:安森美半导体贸易公司