以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
また、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。
また、本願においては、電界効果トランジスタをMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)または単にMOSと記載するが、ゲート絶縁膜として非酸化膜を除外するものではない。
(実施の形態1)
図1は本発明の一実施の形態の半導体装置(半導体パッケージ)SM1を有するDC−DCコンバータ、ここでは非絶縁型DC−DCコンバータ(DC−DCコンバータ)1の一例を示す回路図、図2は図1の非絶縁型DC−DCコンバータ1の基本動作波形図をそれぞれ示している。
この非絶縁型DC−DCコンバータ1は、例えばデスクトップ型のパーソナルコンピュータ、ノート型のパーソナルコンピュータ、サーバまたはゲーム機等のような電子機器の電源回路に用いられており、半導体装置SM1と、制御回路3と、入力コンデンサCinと、出力コンデンサCoutと、コイルLとを有している。なお、符号のVINは入力電源、GNDは基準電位(例えばグランド電位で0V)、Ioutは出力電流、Voutは出力電圧を示している。
半導体装置SM1は、駆動回路である2つのドライバ回路(駆動回路)DR1,DR2と、2つのパワーMOS・FET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor:以下、単にパワーMOSと略す)QH1,QL1とを有している。このドライバ回路DR1,DR2およびパワーMOS・FETQH1,QL1は、1つの同一のパッケージPA(半導体装置SM1を構成するパッケージPA)内に封止(収容)されている。
ドライバ回路(駆動回路)DR1,DR2は、上記制御回路3から供給されたパルス幅変調(Pulse Width Modulation:PWM)信号に応じて、それぞれパワーMOSQH1,QL1のゲート端子の電位を制御し、パワーMOSQH1,QL1の動作を制御する回路である。一方のドライバ回路DR1の出力は、パワーMOSQH1のゲート端子に電気的に接続されている。他方のドライバ回路DR2の出力は、パワーMOSQL1のゲート端子に電気的に接続されている。この2つのドライバ回路DR1,DR2は、同一の半導体チップ(ドライバ用半導体チップ)4Dに形成されている。なお、VDINはドライバ回路DR1,DR2の入力電源を示している。
上記パワーMOSQH1,QL1は、入力電源VINの高電位(第1の電源電位)供給用の端子(第1電源端子)ET1と、基準電位(第2の電源電位)GND供給用の端子(第2電源端子)ET2との間に直列に接続されている。すなわち、パワーMOSQH1は、そのソース・ドレイン経路が、入力電源VINの高電位供給用の端子ET1と出力ノード(出力端子)Nとの間に直列に接続され、パワーMOSQL1は、そのソース・ドレイン経路が出力ノードNと基準電位GND供給用の端子ET2との間に直列に接続されている。なお、符号のDp1はパワーMOSQH1の寄生ダイオード(内部ダイオード)、Dp2はパワーMOSQL1の寄生ダイオード(内部ダイオード)を示している。また、符合のDはパワーMOSQH1,QL1のドレイン、SはパワーMOSQH1,QL1のソースを示している。
パワーMOS(電界効果トランジスタ、パワートランジスタ)QH1は、ハイサイドスイッチ(高電位側:第1動作電圧;以下、単にハイサイドという)用の電界効果トランジスタであり、上記コイルLにエネルギーを蓄えるためのスイッチ機能を有している。コイルLは、非絶縁型DC−DCコンバータ1の出力(負荷LDの入力)に電力を供給する素子である。
このハイサイド用のパワーMOSQH1は、上記半導体チップ4Dとは別の半導体チップ(ハイサイド用半導体チップ)4PHに形成されている。また、このパワーMOS・FETQH1は、例えばnチャネル型の電界効果トランジスタにより形成されている。ここでは、この電界効果トランジスタのチャネルが半導体チップ4PHの厚さ方向に形成される。この場合、半導体チップ4PHの主面(半導体チップ4PHの厚さ方向に直交する面)に沿ってチャネルが形成される電界効果トランジスタに比べて単位面積あたりのチャネル幅を増加でき、オン抵抗を低減することができるので、素子の小型化を実現することができ、パッケージングを小型化することができる。
一方、パワーMOS(電界効果トランジスタ、パワートランジスタ)QL1は、ロウサイドスイッチ(低電位側:第2動作電圧;以下、単にロウサイドという)用の電界効果トランジスタであり、制御回路3からの周波数に同期してトランジスタの抵抗を低くして整流を行う機能を有している。すなわち、パワーMOSQL1は、非絶縁型DC−DCコンバータ1の整流用のトランジスタである。
このロウサイド用のパワーMOSQL1は、上記半導体チップ4D,4PHとは別の半導体チップ(ロウサイド用半導体チップ)4PLに形成されている。このパワーMOSQL1は、例えばnチャネル型のパワーMOSにより形成されており、上記パワーMOSQH1と同様にチャネルが半導体チップ4PLの厚さ方向に形成される。チャネルが半導体チップ4PLの厚さ方向に形成されるパワーMOSを使用している理由は、図2の非絶縁型DC−DCコンバータ1の基本動作波形に示すように、ロウサイド用のパワーMOSQL1は、そのオン時間(電圧を印加している間の時間)が、ハイサイド用のパワーMOSQH1のオン時間よりも長く、スイッチング損失よりもオン抵抗による損失が大きく見える。このため、チャネルが半導体チップ4PLの厚さ方向に形成される電界効果トランジスタを使用する方が、チャネルが半導体チップ4PLの主面に沿うように形成される電界効果トランジスタを使用する場合に比べて単位面積当たりのチャネル幅を増加できるからである。すなわち、ロウサイド用のパワーMOSQL1を、チャネルが半導体チップ4PLの厚さ方向に形成される電界効果トランジスタで形成することにより、オン抵抗を小さくできるので、非絶縁型DC−DCコンバータ1に流れる電流が増大しても電圧変換効率を向上させることができるからである。なお、図2において、Tonはハイサイド用のパワーMOSQH1のオン時のパルス幅、Tはパルス周期を示している。
なお、上記ハイサイド用のパワーMOSQH1は、DC−DCコンバータ(ここでは非絶縁型DC−DCコンバータ1)のハイサイドMOSFET(ハイサイド用のMOSFET)とみなすことができ、上記ロウサイド用のパワーMOSQL1は、DC−DCコンバータ(ここでは非絶縁型DC−DCコンバータ1)のロウサイドMOSFET(ロウサイド用のMOSFET)とみなすことができる。また、上記ドライバ回路DR1,DR2は、パワーMOSQH1,QL1のドライバ回路(駆動回路)とみなすことができる。
上記制御回路3は、パワーMOSQH1,QL1の動作を制御する回路であり、例えばPWM(Pulse Width Modulation)回路によって構成されている。このPWM回路は、指令信号と三角波の振幅とを比較してPWM信号(制御信号)を出力する。このPWM信号により、パワーMOSQH1,QL1(すなわち、非絶縁型DC−DCコンバータ1)の出力電圧(すなわち、パワーMOSQH1,QL1の電圧スイッチオンの幅(オン時間))が制御されるようになっている。
この制御回路3の出力は、ドライバ回路DR1,DR2の入力に電気的に接続されている。ドライバ回路DR1,DR2のそれぞれの出力は、それぞれパワーMOSQH1のゲート端子およびパワーMOSQL1のゲート端子に電気的に接続されている。
上記入力コンデンサCinは、入力電源VINから供給されたエネルギー(電荷)を一時的に蓄えて、その蓄えたエネルギーを非絶縁型DC−DCコンバータ1の主回路に供給する電源であり、入力電源VINに並列に電気的に接続されている。上記出力コンデンサCoutは、上記コイルLと負荷LDとを結ぶ出力配線と基準電位GND供給用の端子との間に電気的に接続されている。
非絶縁型DC−DCコンバータ1のパワーMOSQH1のソースと、パワーMOSQL1のドレインとを結ぶ配線には、出力用電源電位を外部に供給する上記出力ノードNが設けられている。この出力ノードNは、出力配線を介してコイルLと電気的に接続され、さらに出力配線を介して負荷LDと電気的に接続されている。この負荷LDには、例えばハードディスクドライブHDD、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、拡張カード(PCI CARD)、メモリ(DDRメモリ、DRAM(Dynamic RAM)、フラッシュメモリ等)、CPU(Central Processing Unit)等がある。
このような非絶縁型DC−DCコンバータ1では、パワーMOSQH1,QL1で同期を取りながら交互にオン/オフすることにより電源電圧の変換を行っている。すなわち、ハイサイド用のパワーMOSQH1がオンの時、端子ET1からパワーMOSQH1を通じて出力ノードNに電流(第1電流)I1が流れる。一方、ハイサイド用のパワーMOSQH1がオフの時、コイルLの逆起電圧により電流I2が流れる。この電流I2が流れている時にロウサイド用のパワーMOSQL1をオンすることで、電圧降下を少なくすることができる。
次に、図3は図1の半導体装置SM1の外観を形成するパッケージPAの主面側の全体平面図、図4は図3のパッケージPAの裏面側の全体平面図、図5は図3および図4のパッケージPAの側面図をそれぞれ示している。なお、符号Xは第1方向、符号Yは第1方向Xに直交する第2方向を示している。
本実施の形態では、上述のように、ドライバ回路(駆動回路)DR1,DR2が形成された半導体チップ4Dと、ハイサイドスイッチ用の電界効果トランジスタであるパワーMOSQH1が形成された半導体チップ4PHと、ロウサイドスイッチ用の電界効果トランジスタであるパワーMOSQL1が形成された半導体チップ4PLとを、1つの半導体パッケージに集約(パッケージング)して、1つの半導体装置SM1としている。こうすることで、非絶縁型DC−DCコンバータ1の小型化、薄型化が実現できることに加えて、配線寄生インダクタンスが小さくできることから高周波化、高効率化も実現することができる。
このように、本実施の形態の半導体装置SM1は、DC−DCコンバータ(ここでは非絶縁型DC−DCコンバータ1)を含む半導体装置である。換言すれば、半導体装置SM1は、DC−DCコンバータ(ここでは非絶縁型DC−DCコンバータ1)の少なくとも一部を構成する半導体装置であり、DC−DCコンバータ(ここでは非絶縁型DC−DCコンバータ1)の少なくとも一部を含んでいる。
本実施の形態の半導体装置SM1は、例えばQFN(Quad Flat Non-leaded package)型の面実装型のパッケージ(封止体、封止樹脂体、封止樹脂)PAを有している。すなわち、半導体装置SM1を構成するパッケージPAは、その外観が、互いに厚さ方向に沿って反対側に位置する主面(第1主面)および裏面(第2主面)と、これに交差する側面とで囲まれた薄板状とされている。パッケージPAの主面および裏面の平面形状は、例えば八角形状に形成されている。
パッケージPAの材料(封止樹脂部の材料)は、例えばエポキシ系の樹脂からなるが、低応力化を図る等の理由から、例えばフェノール系硬化剤、シリコーンゴムおよびフィラー等が添加されたビフェニール系の熱硬化性樹脂を用いても良い。
このパッケージPAの側面および裏面外周には、パッケージPAの外周に沿って複数のリード(外部端子)7Lが露出されている。ここでは、リード7LがパッケージPAの外方に大きく突出することなく形成されている。
また、パッケージPAの裏面には、例えば平面略矩形状の3つのダイパッド(第1、第2、第3チップ搭載部)7D1,7D2,7D3の裏面が露出されている。このうち、ダイパッド7D2の露出面積が最も大きく、次にダイパッド7D1の露出面積が大きい。最も小さいダイパッド7D3の1つの角に当たる部分には、位置決め用のテーパIM(インデックスマーク)が形成されている。
ただし、パッケージPAの構成はQFN構成に限定されるものではなく種々変更可能であり、例えばQFP(Quad Flat Package)構成やSOP(Small Out-line Package)構成等のような別のフラットパッケージ構成としても良い。QFP構成の場合は、複数のリード7Lが、パッケージPAの四辺(側面および裏面外周)から外方に大きく突出した状態で露出される。SOP構成の場合は、複数のリード7Lが、パッケージPAの二辺(側面および裏面外周)から外方に大きく突出した状態で露出される。
次に、図6は、図1の半導体装置SM1の平面透視図であり、パッケージPAの内部を透視して見せた全体平面図が示されている。図7〜図9は、半導体装置SM1の断面図(側面断面図)であり、図7は、図6のY1−Y1線の断面図に対応し、図8は、図6のX1−X1線の断面図に対応し、図9は、図6のX2−X2線の断面図に対応する。図10は、図6において、更に金属板8A,8Bを外した(透視した)状態の半導体装置SM1の平面透視図である。図11は、図10において、更に半導体チップ4D,4PH,4PLを外した(透視した)状態の半導体装置SM1の平面透視図である。図12は、図11において、メッキ層9を透視した状態の半導体装置SM1の平面透視図である。なお、図11および図12は平面図であるが、図面を見易くするために、図11においてはメッキ層9にハッチングを付し、図12においてはダイパッド7D1,7D2,7D3、リード配線7LBおよびリード7Lにハッチングを付してある。また、図13は、図6において、半導体チップ4PH,4PL,4D、金属板8A,8B、ボンディングワイヤWAおよびメッキ層9のみを示した平面透視図である。また、図14は、金属板8Aの平面図(上面図)であり、図15は、金属板8Bの平面図(上面図)である。なお、図13〜図15では、金属板8A,8Bの上面での段差を示す線を記載しているが、図6では、図面を見やすくするために、この金属板8A,8Bの上面での段差を示す線は記載していない。
パッケージPAの内部には、3つのダイパッド(タブ、チップ搭載部)7D1,7D2,7D3の一部と、そのダイパッド7D1〜7D3の各々の主面(上面)上に搭載された上記半導体チップ4PH,4PL,4Dと、2つの金属板(導体板)8A,8Bと、ボンディングワイヤ(以下、単にワイヤという)WAと、上記複数のリード7Lの一部と、リード配線(配線部)7LBとが封止されている。すなわち、ダイパッド7D1の一部、ダイパッド7D2の一部、ダイパッド7D3の一部、半導体チップ4PH,4PL,4D、金属板8A,8B、複数のワイヤWA、リード配線7LB、および複数のリード7Lの一部が、封止体PAで覆われて封止されている。
ダイパッド7D1〜7D3、上記リード7Lおよび上記リード配線7LBは、銅(Cu)または銅(Cu)合金のような金属(金属材料)を主材料として形成されている。
ダイパッド7D1〜7D3は、互いに所定の間隔を持って分離された状態で隣接して配置されている。ダイパッド7D1〜7D3は、その各々の中心が、パッケージPAの中心からずれて配置されている。このうち、ダイパッド7D2の全体面積が最も大きく、次にダイパッド7D1の全体面積が大きく、ダイパッド7D3の全体面積が最も小さい。ダイパッド7D1,7D2は、各々の長辺が互いに沿うように配置されている。ダイパッド7D3は、その一つの辺が、ダイパッド7D1の短辺に沿い、かつ、ダイパッド7D3の上記一つの辺に交差する他の一つの辺が、ダイパッド7D2の長辺に沿うように配置されている。ダイパッド7D1は、半導体チップ4PHを搭載するチップ搭載部(ハイサイド用チップ搭載部)であり、ダイパッド7D2は、半導体チップ4PLを搭載するチップ搭載部(ロウサイド用チップ搭載部)であり、ダイパッド7D3は、半導体チップ4Dを搭載するチップ搭載部(ドライバ用チップ搭載部)である。
このようなダイパッド7D1〜7D3の裏面(下面)の一部は、上記のようにパッケージPAの裏面から露出されており、半導体チップ4PH,4PL,4Dの動作時に発生した熱は、主に半導体チップ4PH,4PL,4Dの裏面(下面)からダイパッド7D1〜7D3を通じて外部に放熱される。このため、各ダイパッド7D1〜7D3は、そこに搭載される各半導体チップ4PH,4PL,4Dの面積よりも大きく形成されている。これにより、放熱性を向上させることができる。
このようなダイパッド7D1〜7D3、リード7Lおよびリード配線7LBの主面(上面)において、半導体チップ4D,4PH,4PLが接触される領域、ワイヤWAが接触される領域、金属板8A,8Bが接触される領域には、銀(Ag)などからなるメッキ層(めっき層)9が形成されている。なお、図11において、メッキ層9が形成された領域を、ハッチングを付して示してある。
メッキ層9は、ダイパッド7D1の主面(上面)において半導体チップ4PHが搭載される領域に形成されたメッキ層(ハイサイドチップ接続用メッキ層)9aを有している。メッキ層9は、更に、ダイパッド7D2の主面(上面)において半導体チップ4PLが搭載される領域に形成されたメッキ層(ロウサイドチップ接続用メッキ層)9bと、ダイパッド7D2の主面(上面)において金属板8Aが接合される領域に形成されたメッキ層(金属板接続用メッキ層)9cも有している。メッキ層9は、更に、ダイパッド7D3の主面(上面)において半導体チップ4Dが搭載される領域に形成されたメッキ層(ドライバチップ接続用メッキ層)9dも有している。メッキ層9は、更に、リード配線7LBの主面(上面)において金属板8Bの第2部分8B2が接合される領域に形成されたメッキ層(第2メッキ層)9e1と、リード配線7LBの主面(上面)において金属板8Bの第3部分8B3が接合される領域に形成されたメッキ層(第2メッキ層)9e2も有している。メッキ層9は、更に、リード7Lの主面(上面)においてワイヤWAが接続される領域に形成されたメッキ層9fも有している。すなわち、メッキ層9には、メッキ層9a,9b,9c,9d,9e1,9e2,9fがある。
詳細は後述するが、ダイパッド7D2の主面(上面)において、メッキ層(ロウサイドチップ接続用メッキ層)9bとメッキ層(金属板接続用メッキ層)9cとは、メッキ層9が形成されていない領域を間に介して、互いに離間している。また、リード配線7LBの主面(上面)において、メッキ層(第1メッキ層)9e1とメッキ層(第2メッキ層)9e2とは、メッキ層9が形成されていない領域を間に介して、互いに離間している。
ダイパッド7D1〜7D3、リード7Lおよびリード配線7LBは、金属材料により形成されているが、加工しやすい、熱伝導性が高い、および比較的安価であるという点で、銅(Cu)または銅(Cu)合金で形成されていることが好ましい。また、ダイパッド7D1〜7D3、リード7Lおよびリード配線7LBが同じ金属材料(好ましくは銅または銅合金)で形成されていれば、同じリードフレーム(後述のリードフレーム51に対応)を用いて半導体装置SM1を製造できるので、より好ましい。しかしながら、銅(Cu)または銅(Cu)合金は、半田濡れ性がよくないため、半田接合部にはメッキ層9を半田接続の前に形成しておくことが望ましい。ダイパッド7D1〜7D3およびリード配線7LBに形成されたメッキ層9は、ダイパッド7D1〜7D3におけるメッキ層9が形成されていない領域よりも、半田濡れ性が良好である。
ここで、半田を介して接続(接合)することを半田接続と称する。本実施の形態では、後述する接着層11a,11b,11cは半田により形成されているので、半導体チップ4PH,4PL,4Dはダイパッド7D1,7D2,7D3(メッキ層9a,9b,9d)にそれぞれ半田接続されている。また、後述するように、金属板8Aは半導体チップ4PHのパッド12S1,12S2とダイパッド7D2(メッキ層9c)とに半田接続され、金属板8Bは半導体チップ4PLのパッド15S1〜15S3とリード配線7LB(メッキ層9e1,9e2)とに半田接続されている。
メッキ層9としては、銀(Ag)めっき層、ニッケル−パラジウム(Ni−Pd)めっき層、金(Au)めっき層、またはニッケル(Ni)めっき層などを用いることができるが、半田濡れ性向上の観点からは、銀(Ag)めっき層または金(Au)めっき層が好ましく、低コスト化も考慮すると、銀(Ag)めっき層が最も好ましい。メッキ層9の厚みは、例えば2〜3μm程度である。
ダイパッド7D1〜7D3およびリード配線7LBの主面においてメッキ層9(9a,9b,9c,9d,9e1,9e2)を設けたことにより、ダイパッド7D1〜7D3およびリード配線7LBでは、半導体チップ4D,4PH,4PLおよび金属板8A,8Bとダイパッド7D1〜7D3およびリード配線7LBとを接続する半田の濡れ拡がりを抑制することができる。これにより、半導体チップ4D,4PH,4PLおよび金属板8A,8Bとダイパッド7D1〜7D3およびリード配線7LBとの接着性を向上させることができる。
また、リード7Lの主面においてワイヤWAが接触される領域にメッキ層9(9f)を設けたことにより、ワイヤWAとリード7Lとの圧着の安定性を向上させることができる。
また、このダイパッド7D1〜7D3、リード配線7LBおよびリード7Lの裏面側の一部は、その総厚が(他の部分に比べて)相対的に薄くなっている。このため、パッケージPAの封止材料(封止樹脂材料)がダイパッド7D1〜7D3、リード配線7LBおよびリード7Lの裏面側の薄い部分に入り込むようになっている。これにより、ダイパッド7D1〜7D3、リード配線7LBおよびリード7LとパッケージPAの封止材料(封止樹脂材料)との密着性を向上させることができるので、ダイパッド7D1〜7D3、リード配線7LBおよびリード7Lの剥離や変形不良を低減または防止することができる。特に最も面積が大きいダイパッド7D2の外周において、リード配線7LBとの対向部および2つのダイパッド7D1,7D3の対向部には凹凸状のパターンが形成されている。これにより、ダイパッド7D2とパッケージPAの封止材料との密着性を向上させることができるので、最も面積が大きいダイパッド7D2の剥離や変形不良を低減または防止することができる。
また、パッケージPAの裏面(下面)で、リード7Lの下面およびダイパッド7D1,7D2,7D3の下面が露出しているが、パッケージPAの裏面で露出するリード7Lの下面およびダイパッド7D1,7D2,7D3の下面上には、メッキ層10が形成されている。このメッキ層10は、パッケージPA形成後に形成されたメッキ層であり、好ましくは半田めっき層である。メッキ層10は、半導体装置SM1を後述の配線基板41などに実装する際に、パッケージPAの裏面で露出するリード7Lの下面およびダイパッド7D1,7D2,7D3の下面を、後述の配線基板41の配線42a〜42dに半田接続しやすいように設けられている。一方、上記メッキ層9は、パッケージPA形成前(半導体チップ4D,4PH,4PLのダイボンディング前)に形成されたメッキ層であり、ダイパッド7D1,7D2,7D3、リード配線7LBおよびリード7Lの上面に形成されており、パッケージPAで覆われている(すなわちパッケージPA内に封止されている)。メッキ層9については、後でより詳細に説明する。
ダイパッド(ハイサイド用チップ搭載部)7D1は、第1方向Xの長さが、第2方向Yの長さよりも長い平面矩形状に形成されている。ダイパッド7D1の互いに交差する二辺(パッケージPAの外周に沿った二辺)には、その二辺に沿って、上記複数のリード7Lのうちの複数のリード7L1が一体的に接続されている。すなわち、ダイパッド7D1と複数のリード7L1とは、一体的に形成されている。この複数のリード7L1には、上記端子ET1が電気的に接続され、上記高電位の入力電源VINが供給されるようになっている。
このダイパッド7D1の主面(上面)上には、上記パワートランジスタ用の半導体チップ(半導体チップ)4PHが、その主面(表面、上面)を上に向け、かつ、その裏面(下面)をダイパッド7D1に向けた状態で搭載されている。
半導体チップ4PHは、上記半導体チップ4Dよりも細長い平面長方形状に形成されており、半導体チップ4PHの長辺がダイパッド7D1の長手方向に沿うように配置されている。半導体チップ4PHの平面積は、半導体チップ4Dの平面積よりも大きい。また、半導体チップ4PHの長辺および短辺の総和は、上記半導体チップ4Dの長辺および短辺の総和よりも大きい。
この半導体チップ4PHの裏面の電極は、導電性の接着層(半田)11aを介してダイパッド7D1に接合され電気的に接続されている。この半導体チップ4PHの裏面の電極は、半導体チップ4PH内に形成された上記ハイサイド用のパワーMOSQH1のドレインDに電気的に接続されている。すなわち、半導体チップ4PHの裏面の電極は、上記ハイサイド用のパワーMOSQH1のドレイン電極に対応し、後述の裏面電極BEがこれに対応する。上記接着層11aおよび後述の接着層11b,11cは、半田により形成されており、例えば鉛(Pb)−錫(Sn)系の半田を用いることができる。
また、この半導体チップ4PHの主面(表面、上面)上には、ゲート電極用のボンディングパッド(以下、単にパッドという)12Gと、ソース電極用のパッド12S1,12S2,12S3,12S4とが配置されている。このうち、ゲート電極用のパッド12Gとソース電極用のパッド12S3,12S4とは、ワイヤWA接続用の電極(パッド電極、電極パッド)であり、ソース電極用のパッド12S1,12S2は、金属板8A接続用の電極(パッド電極、電極パッド)である。
半導体チップ4PHのゲート電極用のパッド12Gは、半導体チップ4PH内に形成された上記ハイサイド用のパワーMOSQH1のゲート電極に電気的に接続されている。すなわち、半導体チップ4PHのゲート電極用のパッド12Gは、上記ハイサイド用のパワーMOSQH1のゲート電極用パッド(ボンディングパッド)に対応する。このゲート電極用のパッド12Gは、半導体チップ4PHの長手方向の一端側(半導体チップ4Dに対向する側の端部)に配置されている。半導体チップ4PHは、上記ゲート電極用のパッド12Gが上記半導体チップ4D側を向いた状態で配置されている。ゲート電極用のパッド12Gは、ワイヤWA(単数または複数)を通じて、半導体チップ4Dの主面のパッド13Aと電気的に接続されている。ワイヤWAは、例えば金(Au)などの金属の細線によって形成されている。
半導体チップ4PHのソース電極用のパッド12S1,12S2,12S3,12S4は、半導体チップ4PH内に形成された上記ハイサイド用のパワーMOSQH1のソースSに電気的に接続されている。すなわち、半導体チップ4PHのソース電極用のパッド12S1,12S2,12S3,12S4は、上記ハイサイド用のパワーMOSQH1のソース電極用パッド(ボンディングパッド)に対応する。ソース電極用のパッド12S1,12S2は、上記ゲート電極用のパッド12Gやソース電極用のパッド12S3,12S4よりも大きく、半導体チップ4PHの長手方向(第1方向X)に沿って延在する長方形状に形成されている。一方、ソース電極用のパッド12S3,12S4は、上記ゲート電極用のパッド12Gが配置された半導体チップ4PHの長手方向の一端側(半導体チップ4Dに対向する側の端部)に配置されている。ソース電極用のパッド12S1,12S2,12S3,12S4同士は、半導体チップ4PHの最上層の保護膜(絶縁膜、後述の保護膜32に対応)によって分離されているが、後述のように、保護膜(半導体チップ4PHの最上層の保護膜)の下層では一体的に形成され電気的に接続されている。
半導体チップ4PHのソース電極用のパッド12S1,12S2(すなわち、上記ハイサイド用のパワーMOSQH1のソースS)は、金属板(ハイサイド用金属板)8Aを通じて、ダイパッド7D2と電気的に接続されている。これにより、半導体チップ4PHのソース電極用のパッド12S1,12S2とダイパッド7D2とをワイヤによって接続する場合に比べて、ハイサイド用のパワーMOSQH1のオン抵抗を低減できる。このため、パッケージ抵抗を低減でき、導通損失を低減できる。
なお、金属板8Aは、半導体チップ4PHのソース電極用のパッド12S1,12S2,12S3,12S4のうち、パッド12S1,12S2に導電性の接着層(半田)11bを介して接合されており、パッド12S3,12S4には接合(接着層11bで接合)されていない。しかしながら、上述のように、パッド12S1,12S2,12S3,12S4は、保護膜(半導体チップ4PHの最上層の保護膜)の下層では一体的に形成されて電気的に接続されているため、パッド12S3,12S4もパッド12S1,12S2を介して金属板8Aに電気的に接続され、更に金属板8Aを通じてダイパッド7D2と電気的に接続された状態となっている。
この金属板8Aは、例えば銅(Cu)、銅(Cu)合金、アルミニウム(Al)またはアルミニウム(Al)合金のような導電性および熱伝導性の高い金属(金属材料)によって形成されている。加工しやすい、熱伝導性が高い、および比較的安価であるという点で、金属板8Aが銅(Cu)または銅(Cu)合金で形成されていれば、より好ましい。このように、金(Au)で形成されるワイヤに代えて、金よりも安価な金属材料で形成される金属板8Aを用いることにより、半導体装置SM1のコストを低減できる。金属板8Aの第1方向Xおよび第2方向Yの寸法(幅)は、それぞれワイヤWAの直径よりも大きい。金属板8Aは、以下のような第1部分8A1と第2部分8A2と第3部分8A3とを一体的に有している。
第1部分(チップコンタクト部、ハイサイドチップコンタクト部)8A1は、導電性の接着層11bを介してソース電極用のパッド12S1,12S2と接合され電気的に接続された部分であり、例えば矩形状である。第1部分8A1は、図7および図9に示されるように、断面で見ると、半導体チップ4PHの主面に沿うように平坦に形成されている。
第2部分(搭載部コンタクト部、チップ搭載部コンタクト部)8A2は、導電性の接着層(半田)11cを介してダイパッド7D2(より具体的にはダイパッド7D2の上面に設けられたメッキ層9c)と接合され電気的に接続された部分である。第2部分8A2は、ダイパッド7D2の一部(メッキ層9cが形成されている領域)に平面的に重なっている。第2部分8A2は、図7に示されるように、断面で見ると、ダイパッド7D2の主面に沿うように平坦に形成されている。
第3部分(中間部)8A3は、第1部分8A1と第2部分8A2とをつなぐ(連結する)部分である。第3部分8A3は、第1部分8A1の長辺からその長辺に交差する第2方向Yに沿って延び、半導体チップ4PHの長辺を跨いで、ダイパッド7D2上の第2部分8A2まで延びている(延在している)。すなわち、第3部分8A3および第2部分8A2は、第1部分8A1とダイパッド7D2(メッキ層9c)とを接続するように、第1部分8A1の長辺側から第2方向Yに沿って延びるように設けられている。
また、第3部分8A3は、図7に示されるように、断面で見ると、半導体チップ4PHとダイパッド7D2との間で、半導体チップ4PHの主面から遠ざかるように第1部分8A1および第2部分8A2の高さよりも高くなっている。これにより、接着層11bの材料が半導体チップ4PHの側面側に漏れ難くすることができるので、接着層11bの材料による半導体チップ4PHの主面(ソースS)と裏面(ドレインD)との導通不良を低減できる。
なお、ここで言う高さは、ダイパッド7D1〜7D3の裏面を基準としてそこからパッケージPAの厚さ方向(半導体チップ4PHの主面に対して垂直に交差する方向)に向かって離れた位置までの距離を言う。また、上記接着層11b,11cは、上記接着層11aと同一材料(すなわち半田)で形成されている。
半導体チップ4PHおよび半導体チップ4PLは、平面矩形状であり、それぞれ、一組の長辺と、これに交差する一組の短辺とを有しているが、半導体チップ4PHと半導体チップ4PLとは、互いの長辺同士が対向しており、金属板8Aは、半導体チップ4PLに対向する半導体チップ4PHの長辺に交差するように配置されている。
この金属板8Aは、発熱源となる半導体チップ4PHの主面の一部を覆うように配置されている。これにより、半導体チップ4PHは、金属板8Aおよびダイパッド7D1によって挟み込まれている。すなわち、半導体チップ4PHで生じた熱は、半導体チップ4PHの裏面からダイパッド7D1を通じて放散される他に、半導体チップ4PHの主面から金属板8Aを通じて放散されるようになっている。この結果、半導体チップ4PHで発生した熱の放散性を向上させることができる。
ただし、金属板8Aの第1部分8A1の面積は、半導体チップ4PHの主面の面積またはソース電極用のパッド12S1,12S2の配置領域の総面積よりも小さい。そして、金属板8Aは、その第1部分8A1が半導体チップ4PHの主面内に収まり、半導体チップ4PHの外側に、はみ出さないように配置されている。金属板8Aの上記第1部分8A1の面積を、半導体チップ4PHの主面の面積またはソース電極用のパッド12S1,12S2の配置領域の面積よりも小さくすることにより、接着層11bの材料が半導体チップ4PHの側面側に漏れないようにすることができるので、接着層11bの材料による半導体チップ4PHの主面(ソースS)と裏面(ドレインD)との導通不良を低減できる。
また、半導体チップ4PHの四隅が金属板8Aによって覆われないようになっている。すなわち、半導体チップ4PHの四隅の真上には金属板8Aが配置されておらず、半導体チップ4PHの四隅は金属板8Aから露出されている。これにより、金属板8Aの接合後の外観検査において、金属板8Aと半導体チップ4PHとを接続する接着層11bの様子を半導体チップ4PHの4隅で観測することができる。この結果、半導体装置SM1の信頼性および歩留まりを向上させることができる。
また、半導体チップ4PHのソース電極用のパッド12S3(すなわち、上記ハイサイド用のパワーMOSQH1のソースS)は、ワイヤWA(単数または複数)を通じて、半導体チップ4Dの主面のパッド13Bと電気的に接続されている。すなわち、ワイヤWAの一端は、半導体チップ4PHのソース電極用のパッド12S3に接合され、ワイヤWAの他端は半導体チップ4Dのパッド13Bに接合されている。また、半導体チップ4PHのソース電極用のパッド12S4は、ワイヤWA(単数または複数)を通じて、複数のリード7Lのうちの、ダイパッド7D1,7D2,7D3に連結されていないリード7L5の1つと電気的に接続されている。
なお、半導体チップ4PHのソース電極用のパッド12S1,12S2には、金属板8Aが接合されており、ワイヤWAは接続されていない。しかしながら、上述のように、ソース電極用のパッド12S1,12S2,12S3,12S4は、保護膜(半導体チップ4PHの最上層の保護膜)の下層では一体的に形成されて電気的に接続されているため、パッド12S1,12S2もパッド12S3を介して、パッド12S3に接続されているワイヤWAに電気的に接続され、更にこのワイヤWAを通じて半導体チップ4Dのパッド13Bと電気的に接続された状態となっている。
ダイパッド(ロウサイド用チップ搭載部)7D2は、第1方向Xの長さが、第2方向Yの長さよりも長い平面矩形状に形成されている。ダイパッド7D2には、上記複数のリード7Lのうちの複数のリード7L2が一体的に接続されている。すなわち、ダイパッド7D2と複数のリード7L2とは、一体的に形成されている。この複数のリード7L2には、上記出力ノードNが電気的に接続される。
このダイパッド7D2の主面(上面)上には、上記パワートランジスタ用の半導体チップ4PLが、その主面(表面、上面)を上に向け、かつ、その裏面(下面)をダイパッド7D2に向けた状態で搭載されている。
半導体チップ4PLは、平面長方形状に形成されており、半導体チップ4PLの長辺がダイパッド7D2の長手方向に沿うように配置されている。半導体チップ4PLの平面積は、上記半導体チップ4PHおよび半導体チップ4Dの各々の平面積よりも大きい。また、半導体チップ4PLの長辺および短辺の各々は、上記半導体チップ4PHの長辺および短辺の各々よりも大きい。
この半導体チップ4PLの裏面の電極は、導電性の接着層11aを介してダイパッド7D2に接合され電気的に接続されている。この半導体チップ4PLの裏面の電極は、半導体チップ4PL内に形成された上記ロウサイド用のパワーMOSQL1のドレインDに電気的に接続されている。すなわち、半導体チップ4PLの裏面の電極は、上記ロウサイド用のパワーMOSQL1のドレイン電極に対応し、後述の裏面電極BEがこれに対応する。
また、この半導体チップ4PLの主面(表面、上面)上には、ゲート電極用のボンディングパッド(以下、単にパッドという)15Gと、ソース電極用のパッド15S1,15S2,15S3,15S4とが配置されている。このうち、ゲート電極用のパッド15Gとソース電極用のパッド15S4とは、ワイヤWA接続用の電極(パッド電極、電極パッド)であり、ソース電極用のパッド15S1,15S2,15S3は、金属板8B接続用の電極(パッド電極、電極パッド)である。
半導体チップ4PLのゲート電極用のパッド15Gは、半導体チップ4PL内に形成された上記ロウサイド用のパワーMOSQL1のゲート電極に電気的に接続されている。すなわち、半導体チップ4PLのゲート電極用のパッド15Gは、上記ロウサイド用のパワーMOSQL1のゲート電極用パッド(ボンディングパッド)に対応する。このゲート電極用のパッド15Gは、半導体チップ4PLの長手方向の一端側の角部近傍に配置されている。半導体チップ4PLは、上記ゲート電極用のパッド15Gが上記半導体チップ4D側を向いた状態で配置されている。ゲート電極用のパッド15Gは、ワイヤWA(単数または複数)を通じて、上記半導体チップ4Dの主面のパッド13Cと電気的に接続されている。
半導体チップ4PLのソース電極用のパッド15S1,15S2,15S3,15S4は、半導体チップ4PL内に形成された上記ロウサイド用のパワーMOSQL1のソースSに電気的に接続されている。すなわち、半導体チップ4PLのソース電極用のパッド15S1,15S2,15S3,15S4は、上記ロウサイド用のパワーMOSQL1のソース電極用パッド(ボンディングパッド)に対応する。ソース電極用のパッド15S1,15S2,15S3,は、上記ゲート電極用のパッド15Gやソース電極用のパッド15S4よりも大きく、半導体チップ4PLの長手方向(第1方向X)に沿って延在する長方形状に形成されている。一方、ソース電極用のパッド15S4は、上記ゲート電極用のパッド15Gが配置された半導体チップ4PLの長手方向の一端側の角部近傍に配置されている。ソース電極用のパッド15S1,15S2,15S3,15S4同士は、半導体チップ4PLの最上層の保護膜(絶縁膜、後述の保護膜32に対応)によって分離されているが、後述のように、保護膜(半導体チップ4PLの最上層の保護膜)の下層では一体的に形成され電気的に接続されている。
ソース電極用のパッド15S1,15S2,15S3(すなわち、上記ロウサイド用のパワーMOSQL1のソースS)は、金属板(ロウサイド用金属板)8Bを通じて、リード配線7LBと電気的に接続されている。これにより、ソース電極用のパッド15S1,15S2,15S3とリード配線7LBとをワイヤによって接続する場合に比べて、ロウサイド用のパワーMOSQL1のオン抵抗を低減できる。このため、パッケージ抵抗を低減でき、導通損失を低減できる。
なお、金属板8Bは、半導体チップ4PLのソース電極用のパッド15S1,15S2,15S3,15S4のうち、パッド15S1,15S2,15S3に導電性の接着層11bを介して接合されており、パッド15S4には接合(接着層11bで接合)されていない。しかしながら、上述のように、パッド15S1,15S2,15S3,15S4は、保護膜(半導体チップ4PLの最上層の保護膜)の下層では一体的に形成されて電気的に接続されているため、パッド15S4もパッド15S1,15S2,15S3を介して金属板8Bに電気的に接続され、更に金属板8Bを通じてリード配線7LBと電気的に接続された状態となっている。
この金属板8Bは、好ましくは上記金属板8Aと同じ材料(金属材料)で形成されており、例えば銅(Cu)、銅(Cu)合金、アルミニウム(Al)またはアルミニウム(Al)合金等のような導電性および熱伝導性の高い金属によって形成されている。上記金属板8Aと同様に金属板8Bも、加工しやすい、熱伝導性が高い、および比較的安価であるという点で、銅(Cu)または銅(Cu)合金で形成されていれば、より好ましい。このように、金(Au)で形成されるワイヤに代えて、金よりも安価な金属材料で形成される金属板8Bを用いることにより、半導体装置SM1のコストを低減できる。金属板8Bの第1方向Xおよび第2方向Yの寸法(幅)は、それぞれワイヤWAの直径よりも大きい。また、金属板8Bの平面積は、金属板8Aの平面積よりも大きい。金属板8Bは、以下のような第1部分8B1と、第2部分8B2と、第3部分8B3と、第4部分8B4と、第5部分8B5とを一体的に有している。
第1部分(チップコンタクト部、ロウサイドチップコンタクト部)8B1は、導電性の接着層11bを介してソース電極用のパッド15S1,15S2,15S3と接合され電気的に接続された部分であり、例えば矩形状である。第1部分8B1は、図7および図8に示されるように、断面で見ると、半導体チップ4PLの主面に沿うように平坦に形成されている。
第2部分(第1コンタクト部)8B2および第3部分(第2コンタクト部)8B3は、それぞれ、導電性の接着層11cを介してリード配線7LB(より具体的にはダイパッド7D2の上面に設けられたメッキ層9e1,9e2)と接合され電気的に接続された部分である。第2部分8B2および第3部分8B3は、それぞれ、リード配線7LBの一部(メッキ層9e1,9e2が形成されている領域)に平面的に重なっている。第2部分8B2および第3部分8B3は、図7および図8に示されるように、断面で見ると、リード配線7LBの主面に沿うように平坦に形成されている。
第4部分(第1中間部)8B4は、第1部分(ロウサイドチップコンタクト部)8B1と第2部分(第1コンタクト部)8B2とをつなぐ(連結する)部分であり、第5部分(第2中間部)8B5は、第1部分(ロウサイドチップコンタクト部)8B1と第3部分(第2コンタクト部)8B3とをつなぐ(連結する)部分である。第4部分8B4は、第1部分8B1の短辺からその短辺に交差する第1方向Xに沿って延び、半導体チップ4PLの短辺を跨いで、リード配線7LB上の第2部分8B2まで延びている(延在している)。第5部分8B5は、第1部分8B1の長辺からその長辺に交差する第2方向Yに沿って延び、半導体チップ4PLの長辺を跨いで、リード配線7LB上の第3部分8B3まで延びている(延在している)。
すなわち、第4部分8B4および第2部分8B2は、第1部分8B1とリード配線7LB(メッキ層9e1)とを接続するように、第1部分8B1の短辺側から第1方向Xに沿って延びるように設けられている。また、第5部分8B5および第3部分8B3は、第1部分8B1とリード配線7LB(メッキ層9e2)とを接続するように、第1部分8B1の長辺側から第2方向Yに沿って延びるように設けられている。
また、第4部分8B4および第5部分8B5は、図7および図8に示されるように、断面で見ると、半導体チップ4PLとリード配線7LBとの間で、半導体チップ4PLの主面から遠ざかるように第1部分8B1の高さよりも高くなっている。これにより、接着層11bの材料が半導体チップ4PLの側面側に漏れ難くすることができるので、接着層11bの材料による半導体チップ4PLの主面(ソースS)と裏面(ドレインD)との導通不良を低減できる。
この金属板8Bは、発熱源となる半導体チップ4PLの主面の一部を覆うように配置されている。これにより、半導体チップ4PLは、金属板8Bおよびダイパッド7D2によって挟み込まれている。すなわち、半導体チップ4PLで生じた熱は、半導体チップ4PLの裏面からダイパッド7D2を通じて放散される他に、半導体チップ4PLの主面から金属板8Bを通じて放散されるようになっている。この結果、半導体チップ4PLで発生した熱の放散性を向上させることができる。
ただし、金属板8Bの第1部分8B1の面積は、半導体チップ4PLの主面の面積またはソース電極用のパッド15S1,15S2,15S3の配置領域の総面積よりも小さい。そして、金属板8Bは、その第1部分8B1が半導体チップ4PLの主面内に収まり、半導体チップ4PLの外側に、はみ出さないように配置されている。これにより、接着層11bの材料が半導体チップ4PLの側面側に漏れないようにすることができるので、接着層11bの材料による半導体チップ4PLの主面(ソースS)と裏面(ドレインD)との導通不良を低減できる。
また、半導体チップ4PLの四隅が金属板8Bによって覆われないようになっている。すなわち、半導体チップ4PLの四隅の真上には金属板8Bが配置されておらず、半導体チップ4PLの四隅は金属板8Bから露出されている。これにより、金属板8Bの接合後の外観検査において、金属板8Bと半導体チップ4PLとを接続する接着層11bの様子を半導体チップ4PLの4隅で観測することができる。この結果、半導体装置SM1の信頼性および歩留まりを向上させることができる。
また、半導体チップ4PLのソース電極用のパッド15S4(すなわち、上記ロウサイド用のパワーMOSQL1のソースS)は、ワイヤWA(単数または複数)を通じて、上記半導体チップ4Dの主面のパッド13Dと電気的に接続されている。すなわち、ワイヤWAの一端は、半導体チップ4PLのソース電極用のパッド15S4に接合され、ワイヤWAの他端は半導体チップ4Dのパッド13Dに接合されている。
なお、半導体チップ4PLのソース電極用のパッド15S1,15S2,15S3,15S4のうち、パッド15S4にはワイヤWAが接続されているが、パッド15S1,15S2,15S3には金属板8Bが接続されており、ワイヤWAは接続されていない。しかしながら、上述のように、ソース電極用のパッド15S1,15S2,15S3,15S4は、保護膜(半導体チップ4PLの最上層の保護膜)の下層では一体的に形成されて電気的に接続されているため、パッド15S1,15S2,15S3もパッド15S4を介して、パッド15S4に接続されたワイヤWAに電気的に接続され、更にこのワイヤWAを通じて半導体チップ4Dのパッド13Dと電気的に接続された状態となっている。
上記リード配線7LBは、ダイパッド7D2の1つの角部の近傍に、ダイパッド7D2から離れた状態で隣接して配置されている。リード配線7LBの平面形状は、ダイパッド7D2の1つの角部を挟んで交差する短辺と長辺に沿って延びる平面L字状のパターンとされている。これにより、主回路の電流経路を短縮できるので、インダクタンスを低減できる。したがって、半導体装置SM1の電気的特性を向上させることができる。
また、リード配線7LBには、上記複数のリード7Lのうちの複数のリード7L3が一体的に接続されている。すなわち、リード配線7LBと複数のリード7L3とは、一体的に形成されている。この複数のリード7L3には、上記端子ET2が電気的に接続され、上記基準電位GNDが供給されるようになっている。従って、リード配線7LBおよびそれに一体的に接続された複数のリード7L3は、グランド電位供給用のグランド端子部とみなすことができる。
このように複数のリード7L3をリード配線7LBにまとめて接続したことにより、複数のリード7L3が分割されている場合よりも体積を増加させることができるので、配線抵抗を低減でき、基準電位GNDを強化することができる。このような構成は、ロウサイド用のパワーMOSQL1のソース側のオン抵抗の増大がスイッチング損失の増大に大きく影響を及ぼすことを考慮した構成である。すなわち、上記のような構成にすることにより、パワーMOSQL1のソース側のオン抵抗を低減できるので、パワーMOSQL1の導通損失を低減できる。したがって、非絶縁型DC−DCコンバータ1の電圧変換効率を向上させることができる。また、基準電位GNDを強化できるので、非絶縁型DC−DCコンバータ1の動作安定性を向上させることができる。
さらに、上記ダイパッド(ドライバ用チップ搭載部)7D3は、平面略矩形状に形成されている。このダイパッド7D3には、上記複数のリード7Lのうちの複数のリード7L4が一体的に接続されている。すなわち、ダイパッド7D3と複数のリード7L4とは、一体的に形成されている。このダイパッド7D3の主面(上面)上には、上記ドライバ回路DR1,DR2が形成された半導体チップ4Dが、その主面(表面、上面)を上に向け、かつ、その裏面(下面)をダイパッド7D3に向けた状態で搭載されている。
この半導体チップ4Dも平面矩形状に形成されている。3つの半導体チップ4PH,4PL,4Dは、その各々の中心が、パッケージPAの中心からずれて配置されている。半導体チップ4Dの主面に形成されたパッドのうち、半導体チップ4PH(パワーMOSQH1)とワイヤWAで接続されるパッド13A,13Bは、半導体チップ4Dの主面において、半導体チップ4PHと隣接する側の辺に沿って配置され、半導体チップ4PL(パワーMOSQL1)とワイヤWAで接続されるパッド13C,13Dは、半導体チップ4Dの主面において、半導体チップ4PLと隣接する側の辺に沿って配置されている。これにより、ワイヤWAの長さをさらに短くすることができるので、配線経路に生じる寄生のインダクタンスをさらに低減することができる。
また、半導体チップ4Dは、半導体チップ4Dと半導体チップ4PHとの距離が、半導体チップ4Dと半導体チップ4PLとの距離よりも短くなるように配置されている。そして、半導体チップ4Dと半導体チップ4PH(パワーMOSQH1のソース、ゲート)とを電気的に接続するワイヤWAの長さは、半導体チップ4Dと半導体チップ4PL(パワーMOSQL1のソース、ゲート)とを電気的に接続するワイヤWAよりも短く形成されている。これにより、半導体チップ4PHのスイッチング損失を低減することができる。
また、半導体チップ4Dの主面には、上記パッド13A〜13Dの他に、ドライバ回路DR1,DR2の各々の信号入力、または信号出力電極用のパッド13Eおよび基準電位GND電極用のパッド13Fが配置されている。このパッド13Eは、複数本のワイヤWAを通じて、複数のリード7Lのうちの、ダイパッド7D1,7D2,7D3とは接続されていないリード7L5と電気的に接続されている。また、パッド13Fは、複数本のワイヤWAを通じて、上記リード7L4(7L)と電気的に接続されている。
上記のような半導体チップ4D,4PH,4PLの平面積の違いは、以下の理由からである。すなわち、ドライバ回路DR1,DR2を有する半導体チップ4Dは、パワーMOSQH1,QL1のゲートを制御する制御回路であるため、パッケージ全体のサイズを考慮して、できるだけ外形サイズを小さくしたい。これに対し、パワーMOSQH1,QL1では、トランジスタ内に生じるオン抵抗をできるだけ低減したい。オン抵抗を低減するためには、単位トランジスタセル面積あたりのチャネル幅を広げることで実現できる。このため、半導体チップ4PH,4PLの外形サイズは、半導体チップ4Dの外形サイズよりも大きく形成されている。さらに、図2に示したように、ロウサイド用のパワーMOSQL1は、ハイサイド用のパワーMOSQH1よりもオン時間が長いため、パワーMOSQL1のオン抵抗は、パワーMOSQH1のオン抵抗よりもさらに低減する必要がある。このため、半導体チップ4PLの外形サイズは、半導体チップ4PHの外形サイズよりも大きく形成されている。
次に、上記パワーMOSQH1が形成された半導体チップ4PHおよび上記パワーMOSQL1が形成された半導体チップ4PLの構成について説明する。
図16は、半導体チップ4PHまたは半導体チップ4PLの要部断面図である。図17は、半導体チップ4PHまたは半導体チップ4PLの他の要部断面図であり、絶縁膜28よりも上層の構造が示されている。図18は、図17に金属板8A(半導体チップ4PLの場合は金属板8B)およびワイヤWAを付加して示した断面図である。なお、以下では、半導体チップ4PHの構成について図16〜図18を参照して説明するが、半導体チップ4PLの構成についても基本的には同じ説明を適用することができ、その場合、半導体チップ4PH、パワーMOSQH1、パッド12Gおよびパッド12S1〜12S4を、半導体チップ4PL、パワーMOSQL1、パッド15Gおよびパッド15S1〜15S4にそれぞれ読み替えればよい。
上記パワーMOSQH1は、半導体チップ4PHを構成する半導体基板(以下、単に基板という)21の主面に形成されている。図16に示されるように、基板21は、例えばヒ素(As)が導入されたn+型の単結晶シリコンなどからなる基板本体(半導体基板、半導体ウエハ)21aと、基板本体21aの主面上に形成された、例えばn−型のシリコン単結晶からなるエピタキシャル層(半導体層)21bとを有している。このため、基板21は、いわゆるエピタキシャルウエハである。このエピタキシャル層21bの主面には、例えば酸化シリコンなどからなるフィールド絶縁膜(素子分離領域)22が形成されている。このフィールド絶縁膜22とその下層のp型ウエルPWL1とに囲まれた活性領域に、パワーMOSQH1を構成する複数の単位トランジスタセルが形成されており、パワーMOSQH1は、これら複数の単位トランジスタセルが並列に接続されることで形成されている。各単位トランジスタセルは、例えばトレンチゲート構造のnチャネル型のパワーMOSで形成されている。
上記基板本体21aおよびエピタキシャル層21bは、上記単位トランジスタセルのドレイン領域としての機能を有している。基板21(半導体チップ4PH)の裏面には、ドレイン電極用の裏面電極(裏面ドレイン電極、ドレイン電極)BEが形成されている。この裏面電極BEは、例えば基板21の裏面から順にチタン(Ti)層、ニッケル(Ni)層および金(Au)層を積み重ねて形成されている。上記半導体装置SM1においては、半導体チップ4PHのこの裏面電極BEは、上記接着層11aを介して上記ダイパッド7D1(メッキ層9a)に接合されて電気的に接続される。一方、半導体チップ4PLの場合は、半導体チップ4PLの裏面電極BEは、上記接着層11aを介して上記ダイパッド7D2(メッキ層9b)に接合されて電気的に接続される。
また、エピタキシャル層21b中に形成されたp型の半導体領域23は、上記単位トランジスタセルのチャネル形成領域としての機能を有している。さらに、そのp型の半導体領域23の上部に形成されたn+型の半導体領域24は、上記単位トランジスタセルのソース領域としての機能を有している。従って、半導体領域24はソース用の半導体領域である。
また、基板21には、その主面から基板21の厚さ方向に延びる溝25が形成されている。溝25は、n+型の半導体領域24の上面からn+型の半導体領域24およびp型の半導体領域23を貫通し、その下層のエピタキシャル層21b中で終端するように形成されている。この溝25の底面および側面には、例えば酸化シリコンからなるゲート絶縁膜26が形成されている。また、溝25内には、上記ゲート絶縁膜26を介してゲート電極27が埋め込まれている。ゲート電極27は、例えばn型不純物(例えばリン)が添加された多結晶シリコン膜からなる。ゲート電極27は、上記単位トランジスタセルのゲート電極としての機能を有している。フィールド絶縁膜22上の一部にも、ゲート電極27と同一層の導電性膜からなるゲート引き出し用の配線部27aが形成されており、ゲート電極27とゲート引き出し用の配線部27aとは、一体的に形成されて互いに電気的に接続されている。なお、図16の断面図には示されない領域において、ゲート電極27とゲート引き出し用の配線部27aとは一体的に接続されている。ゲート引き出し用の配線部27aは、それを覆う絶縁膜28に形成されたコンタクトホール29aを通じてゲート配線30Gと電気的に接続されている。
一方、ソース配線30Sは、絶縁膜28に形成されたコンタクトホール29bを通じてソース用のn+型の半導体領域24と電気的に接続されている。また、上記ソース配線30Sは、p型の半導体領域23の上部であってn+型の半導体領域24の隣接間に形成されたp+型の半導体領域31に電気的に接続され、これを通じてチャネル形成用のp型の半導体領域23と電気的に接続されている。ゲート配線30Gおよびソース配線30Sは、コンタクトホール29a,29bが形成された絶縁膜28上にコンタクトホール29a,29bを埋めるように金属膜、例えばアルミニウム膜(またはアルミニウム合金膜)を形成し、この金属膜(アルミニウム膜またはアルミニウム合金膜)をパターニングすることにより形成することができる。このため、ゲート配線30Gおよびソース配線30Sは、アルミニウム膜またはアルミニウム合金膜などからなる。
ゲート配線30Gおよびソース配線30Sはポリイミド樹脂などからなる保護膜(絶縁膜)32により覆われている。この保護膜32は、半導体チップ4PHの最上層の膜(絶縁膜)である。
保護膜32の一部には、その下層のゲート配線30Gやソース配線30Sの一部が露出されるような開口部33が形成されており、この開口部33から露出するゲート配線30G部分がゲート電極用の上記パッド12Gであり、開口部33から露出するソース配線30S部分がソース電極用の上記パッド12S1,12S2,12S3,12S4である。上記のようにソース電極用のパッド12S1,12S2,12S3,12S4は、最上層では保護膜32によって分離されているが、ソース配線30Sを通じて互いに電気的に接続されている。
パッド12G,12S1,12S2,12S3,12S4の表面には(すなわち開口部33の底部で露出するゲート配線30G部分およびソース配線30S部分上には)、メッキ法などで金属層34が形成されている。金属層34は、ゲート配線30Gやソース配線30S上に形成された金属層34aと、その上に形成された金属層34bとの積層膜によって形成されている。下層の金属層34aは、例えばニッケル(Ni)からなり、主として下地のゲート配線30Gやソース配線30Sのアルミニウムの酸化を抑制または防止する機能を有している。また、その上層の金属層34bは、例えば金(Au)からなり、主として下地の金属層34aのニッケルの酸化を抑制または防止する機能を有している。
半導体装置SM1においては、図18に示されるように、半導体チップ4PHのパッド12S1,12S2に金属板8Aが接着層11bを介して接合され、半導体チップ4PHのパッド12G,12S4にワイヤWAが接続される。一方、半導体チップ4PLの場合は、半導体チップ4PLのパッド15S1,15S2,15S3に金属板8Bが接着層11bを介して接合され、半導体チップ4PLのパッド15GにワイヤWAが接続される。
パッド12G,12S1,12S2,12S3,12S4の表面に金属層34を形成したことにより、ゲート配線30Gやソース配線30Sのアルミニウムの表面の酸化を抑制または防止することができる。このため、パッド12S1,12S2に対する接着層11bの接着性を向上させることができるので、金属板8Aとパッド12S1,12S2との接着力を向上させることができる。また、金属板8Aとパッド12S1,12S2との接続部分での抵抗値の増大を回避することができる。
このようなハイサイド用のパワーMOSQH1の単位トランジスタの動作電流は、ドレイン用のエピタキシャル層21bとソース用のn+型の半導体領域24との間をゲート電極27の側面(すなわち、溝25の側面)に沿って基板21の厚さ方向に流れるようになっている。すなわち、チャネルが半導体チップ4PHの厚さ方向に沿って形成される。
このように、半導体チップ4PH,4PLは、トレンチ型ゲート構造を有する縦型のMOSFET(パワーMOSFET)が形成された半導体チップである。ここで、縦型のMOSFETとは、ソース・ドレイン間の電流が、半導体基板(基板21)の厚さ方向(半導体基板の主面に略垂直な方向)に流れるMOSFETに対応する。
次に、図19は上記非絶縁型DC−DCコンバータ1を構成する電子部品の実装例の要部平面図、図20は図19の非絶縁型DC−DCコンバータ1を矢印40で示す方向から見た側面図である。
配線基板41は、例えばプリント配線基板からなり、その主面には、パッケージPA,PF,PGおよびチップ部品CA,CB,CCが搭載されている。なお、図19では配線基板41の配線42a〜42dの様子が分かるようにパッケージPAを透かして示している。また、図19は、平面図であるが、図面を見易くするため、配線基板41の配線42a,42b,42c,42d,42eにハッチングを付してある。
パッケージPFには、上記制御回路3が形成され、パッケージPGには、上記負荷LDが形成されている。チップ部品CAには、上記コイルLが形成され、チップ部品CBには、上記入力コンデンサCinが形成され、チップ部品CCには、上記出力コンデンサCoutが形成されている。
入力電源VINの供給用の端子ET1は、配線基板41の配線42aを通じてパッケージPA(半導体装置SM1)のリード7L1およびダイパッド7D1に電気的に接続されている。基準電位GNDの供給用の端子ET2は、配線基板41の配線42bを通じてパッケージPA(半導体装置SM1)のリード7L3に電気的に接続されている。配線42a,42b間には、チップ部品CB(入力コンデンサCin)が電気的に接続されている。
パッケージPA(半導体装置SM1)のリード7L5には、配線基板41の配線42cを通じてパッケージPF(制御回路3)のリード(端子)43が電気的に接続されている。パッケージPA(半導体装置SM1)の出力用の端子であるリード7L2およびダイパッド7D2は、配線基板41の配線42dを通じてチップ部品CA(コイルL)の一端に電気的に接続されている。チップ部品CA(コイルL)の他端は、配線基板41の配線42eに電気的に接続されている。
この配線42eには、パッケージPG(負荷LD)の入力用のリード(端子)が電気的に接続されている。パッケージPG(負荷LD)の基準電位用のリード(端子)は、上記配線42bに電気的に接続されている。また、配線42b,42e間には、上記チップ部品CC(出力コンデンサCout)が電気的に接続されている。
また、半導体装置SM1は配線基板41に半田実装される、すなわち、半導体装置SM1の裏面(下面)で露出するリード7Lおよびダイパッド7D1,7D2は、配線基板41の配線42a〜42dに半田を介して接合されて電気的に接続される。半導体装置SM1を配線基板41に半田実装する際の半田リフロー時に、半導体装置SM1内の接着層11a,11b,11cを構成する半田が溶融しないように、半導体装置SM1内の接着層11a,11b,11cを構成する半田の融点を、半導体装置SM1を配線基板41に半田実装する際の半田リフロー温度よりも高くしておくことが好ましい。例えば、上記接着層11a,11b,11cを高融点半田(例えば融点320℃程度)により構成し、半導体装置SM1を配線基板41に半田実装する際の半田リフロー温度を260℃程度とすればよい。これにより、配線基板41に実装した後の半導体装置SM1の信頼性を、より向上させることができる。
次に、本実施の形態の半導体装置SM1の製造方法の一例について説明する。
図21は、本実施の形態の半導体装置SM1の製造工程の一例を示す製造プロセスフロー図(工程フロー図)である。図22および図23は、本実施の形態の半導体装置の製造に用いられるリードフレーム51の平面図(上面図)である。図24は、図23のY2−Y2線の断面図であり、図23のY2−Y2線の位置は、上記図6のY1−Y1線の位置に対応するものである。また、図22および図23は、リードフレーム51の同じ領域が示されているが、図22はメッキ層9形成前の段階のリードフレーム51が示され、図23はメッキ層9形成後の段階のリードフレーム51が示されている。なお、図23は平面図であるが、図面を見易くするために、図23においてはメッキ層9にハッチングを付してある。また、図22および図23には、リードフレーム51のうち、一つのパッケージPA(半導体装置SM1)に対応する領域(そこから1つの半導体装置SM1が製造される領域)が示されている。実際には、リードフレーム51は、図22および図23に示される構造を単位構造として、この単位構造が複数連結された(繰り返された)多連のリードフレームである。
半導体装置SM1(パッケージPA)を製造するには、まず、リードフレーム51および半導体チップ4PH,4PL,4Dを準備する(図21のステップS1)。
リードフレーム51は、金属材料により形成されているが、加工しやすい、熱伝導性が高い、および比較的安価であるという点で、銅または銅合金で形成することが好ましい。リードフレーム51は、例えば次のようにして準備することができる。
すなわち、まず、銅または銅合金からなる金属板をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを用いて加工することにより、図22に示されるように、半導体装置SM1を構成するのに必要なダイパッド7D1〜7D3、リード7Lおよびリード配線7LBを一体的に有するリードフレーム51を作製する。ダイパッド7D1〜7D3、リード7Lおよびリード配線7LBは、リードフレーム51のフレーム枠(図示せず)などに連結されて保持されている。それから、図23および図24に示されるように、リードフレーム51のダイパッド7D1〜7D3、リード7Lおよびリード配線7LBの上面に、上記メッキ層9を形成する。この際、リードフレーム51において、メッキ層9を形成しない領域をレジスト膜で覆ってからめっき処理(好ましくは電解めっき処理)を施すことで、リードフレーム51のダイパッド7D1〜7D3、リード7Lおよびリード配線7LBの上面に上記メッキ層9、すなわち上記メッキ層9a,9b,9c,9d,9e1,9e2,9fを形成する。また、レジスト膜の代わりにゴムマスクなどを用いてメッキ層9を形成することもできる。なお、メッキ層9形成の際にレジスト膜を用いれば、メッキ層9のパターン精度を、より高めることができる。ダイパッド7D1〜7D3、リード7Lおよびリード配線7LBの上面において、上記メッキ層9a,9b,9c,9d,9e1,9e2,9fがどの領域に形成されるかは、上述の通りであるので、ここではその説明は省略する。このようにして、メッキ層9(9a,9b,9c,9d,9e1,9e2,9f)が形成されたリードフレーム51が準備される。
また、半導体チップ4PH,4PL,4Dは、それぞれ、半導体ウエハ(半導体基板)に必要な半導体素子などを形成してから、ダイシングなどにより半導体ウエハを各半導体チップに分離することなどにより、準備することができる。なお、半導体チップ4D,4PH,4PLは、それぞれ別々の半導体ウエハを用いて形成される。
ステップS1において、先にリードフレーム51を準備してから半導体チップ4PH,4PL,4Dを準備しても、先に半導体チップ4PH,4PL,4Dを準備してからリードフレーム51を準備しても、あるいは、リードフレーム51と半導体チップ4PH,4PL,4Dとを同時に準備してもよい。
ステップS1でリードフレーム51および半導体チップ4PH,4PL,4Dを準備した後、リードフレーム51のダイパッド7D1,7D2,7D3上に、半導体チップ4PH,4PL,4Dをダイボンディングする(図21のステップS2)。図25および図26は、それぞれステップS2のダイボンディング工程を行なった段階の平面図(図25)および断面図(図26)であり、上記図23および図24に対応する平面図および断面図が示されている。
ステップS2のダイボンディング工程では、ダイパッド7D1の上面のメッキ層9a上、ダイパッド7D2の上面のメッキ層9b上、およびダイパッド7D3の上面のメッキ層9d上に、それぞれ半田ペースト11を配置(塗布、供給)してから、ダイパッド7D1,7D2,7D3の上面のメッキ層9a,9b,9d上に、半田ペースト11を介して半導体チップ4PH,4PL,4Dを搭載(配置)する。すなわち、ダイパッド7D1の上面のメッキ層9a上、ダイパッド7D2の上面のメッキ層9b上、およびダイパッド7D3の上面のメッキ層9d上に、それぞれ半田ペースト11を介して半導体チップ4PH,4PL,4Dを搭載する。なお、半導体チップ4PH,4PL,4Dは、その主面(ボンディングパッド形成側の主面)を上に向け、かつ、その裏面をダイパッド7D1,7D2,7D3に対向させた状態で、半田ペースト11を介してダイパッド7D1,7D2,7D3の上面のメッキ層9a,9b,9d上に搭載される。半田ペースト11の粘着性により、半導体チップ4PH,4PL,4Dは、ダイパッド7D1,7D2,7D3(メッキ層9a,9b,9d)に仮接着(仮固定)される。半田ペースト11は、例えば鉛(Pb)−錫(Sn)系の半田(例えば鉛−錫−銀−銅合金などからなる半田)を主材料として形成されている。
ステップS2のダイボンディング工程の後、半田ペースト11を介して半導体チップ4PH,4PL上に金属板8A,8Bを搭載(配置)する(図21のステップS3)。図27および図28は、それぞれステップS3の金属板8A,8B搭載工程を行なった段階の平面図(図27)および断面図(図28)であり、上記図23および図24に対応する平面図および断面図が示されている。
ステップS3の金属板8A,8B搭載工程では、まず、半導体チップ4PHのソース電極用のパッド12S1,12S2上、半導体チップ4PLのソース電極用のパッド15S1,15S2,15S3上、ダイパッド7D2の上面のメッキ層9c上、およびリード配線7LBの上面のメッキ層9e1,9e2上に、それぞれ半田ペースト11を配置(塗布、供給)する。それから、金属板8A,8Bと半導体チップ4PH,4PLとの平面位置を合わせ、半導体チップ4PH,4PL上に、半田ペースト11を介して金属板8A,8Bを搭載(配置)する。半田ペースト11の粘着性により、金属板8Aは、半導体チップ4PHおよびダイパッド7D2(メッキ層9c)に仮接着(仮固定)され、金属板8Bは、半導体チップ4PLおよびリード配線7LB(メッキ層9e1,9e2)に仮接着(仮固定)される。
ステップS3の金属板8A,8B搭載工程の後、半田リフロー処理(熱処理)を行う(図21のステップS4)。図29は、ステップS4の半田リフロー処理を行なった段階の断面図であり、上記図24に対応する断面図が示されている。
ステップS4の半田リフロー処理により、半田ペースト11が溶融、固化(再固化)され、上記接着層11a,11b,11cとなる。すなわち、ステップS2のダイボンディング工程において半導体チップ4PH,4PL,4Dの裏面とダイパッド7D1,7D2,7D3の上面のメッキ層9a,9b,9dとの間に介在させた半田ペースト11が、ステップS4の半田リフロー処理で溶融、固化(再固化)して、上記接着層11aとなる。また、ステップS3の金属板8A,8B搭載工程において、金属板8Aと半導体チップ4PHのソース電極用のパッド12S1,12S2との間、および金属板8Bと半導体チップ4PLのソース電極用のパッド15S1,15S2,15S3との間に介在させた半田ペースト11が、ステップS4の半田リフロー処理で溶融、固化(再固化)して、上記接着層11bとなる。また、ステップS3の金属板8A,8B搭載工程において、金属板8Aとダイパッド7D2の上面のメッキ層9cとの間、および金属板8Bとリード配線7LBの上面のメッキ層9e1,9e2との間に介在させた半田ペースト11が、ステップS4の半田リフロー処理で溶融、固化(再固化)して、上記接着層11cとなる。ステップS4の半田リフローの温度は、例えば340〜350℃程度とすることができる。また、半田ペースト11を構成する半田の融点は、例えば320℃程度とすることができる。
ステップS4の半田リフロー処理により、半導体チップ4PH,4PL,4Dがダイパッド7D1〜7D3に固着(接合)されるとともに、金属板8A,8Bが、半導体チップ4PH,4PL、ダイパッド7D2およびリード配線7LBに固着(接合)される。ここで、金属板8Aの第1部分8A1の裏面(下面)が、接着層11bを介して半導体チップ4PHの主面のソース電極用のパッド12S1,12S2に接合(接着)され、金属板8Aの第2部分8A2の裏面(下面)が、接着層11cを介してダイパッド7D2(メッキ層9c)に接合(接着)される。また、金属板8Bの第1部分8B1の裏面(下面)が、接着層11bを介して半導体チップ4PLの主面のソース電極用のパッド15S1,15S2,15S3に接合(接着)され、金属板8Bの第2部分8B2および第3部分8B3の裏面(下面)が、接着層11cを介してリード配線7LB(メッキ層9e1,9e2)に接合(接着)される。
ステップS4の半田リフロー処理の後、洗浄処理を施す(図21のステップS5)。ステップS5の洗浄処理では、例えば、ステップS4の半田リフロー処理で生じたフラックスをアルコール溶液等に浸漬することで除去した後、プラズマ洗浄処理を施すことで半導体チップ4Dのボンディングパッドやリードフレーム51のリード7Lにおけるメッキ層9fの金属面を表出させる。
ステップS5の洗浄工程の後、ワイヤボンディング工程を行なう(図21のステップS6)。図30は、ステップS6のワイヤボンディング工程を行なった段階の平面図であり、上記図23に対応する平面図が示されている。
ステップS6のワイヤボンディング工程では、半導体チップ4PH,4PL,4Dのパッド間や、半導体チップ4PH,4Dのパッドとリード7L上のメッキ層9fとの間を、ワイヤWAで電気的に接続する。この際、上述のように、半導体チップ4PHのパッド12Gと半導体チップ4Dのパッド13Aとの間がワイヤWAで接続され、半導体チップ4PHのパッド12S3と半導体チップ4Dのパッド13Bとの間がワイヤWAで接続される。また、半導体チップ4PLのパッド15Gと半導体チップ4Dのパッド13Cとの間がワイヤWAで接続され、半導体チップ4PLのパッド15S4と半導体チップ4Dのパッド13Dとの間がワイヤWAで接続される。また、半導体チップ4Dの上記パッド13E,13Fとリード7L上のメッキ層9fとの間がワイヤWAで接続され、半導体チップ4PHのパッド12S4とリード7L上のメッキ層9fとの間がワイヤWAで接続される。
ステップS6のワイヤボンディング工程の後、モールド工程(樹脂封止工程、例えばトランスファモールド工程)を行って、半導体チップ4D,4PH,4PLおよび金属板8A,8Bを、パッケージPAを構成する樹脂で封止する(図21のステップS7)。図31は、ステップS7のモールド工程を行なった段階の断面図であり、上記図24に対応する断面図が示されている。
ステップS7のモールド工程の後、パッケージPAから露出するリードフレーム51(リード7Lおよびダイパッド7D1〜7D3)の表面に、メッキ層(半田めっき層)10を形成する(図21のステップS8)。
ステップS8のめっき処理の後、パッケージPAから突出するリードフレーム51(リード7L)を切断、除去する(図21のステップS9)。図32は、ステップS9の切断工程を行なった段階の断面図であり、上記図24に対応する断面図が示されている。この図32は、上記図7に相当する。
このようにして、半導体装置SM1が製造される。
次に、本実施の形態の半導体装置SM1において、ダイパッド7D1〜7D3、リード7Lおよびリード配線7LBの主面(上面)に形成したメッキ層9について、より詳細に説明する。
本実施の形態の半導体装置SM1においては、上記図11などに示されるように、ダイパッド7D1〜7D3、リード7Lおよびリード配線7LBの主面(上面)には、部分的にメッキ層9が形成されている。
このうち、リード7Lの上面に形成されたメッキ層9(すなわちメッキ層9f)は、ワイヤWAとリード7Lとの接続(圧着)の安定性を向上させるために設けられたものである。このため、半導体装置SM1が有する複数のリード7Lのうち、ワイヤWAが接続されるリード7Lの上面(ワイヤWAが接続される領域)にメッキ層9fが形成され、ワイヤWAが接続されないリード7Lの上面にはメッキ層9は形成されていない。
ダイパッド7D1の上面に形成されたメッキ層9(すなわちメッキ層9a)は、その上に搭載する半導体チップ4PHとダイパッド7D1との接着層(半田)11aによる接合の安定性を向上させたり、半導体チップ4PHとダイパッド7D1とを接合する接着層(半田)11aの濡れ拡がりをメッキ層9a内に抑制するために設けられたものである。このため、ダイパッド7D1の上面のうち、半導体チップ4PHが搭載される領域にメッキ層9aが形成され、半導体チップ4PHの平面寸法よりもダイパッド7D1の上面のメッキ層9aの平面寸法が若干大きく、ダイパッド7D1の上面のメッキ層9aは、その上に搭載された半導体チップ4PHを平面的に内包している。例えば、ダイパッド7D1の上面において、半導体チップ4PHの裏面の四辺からそれぞれ100μm程度外側に広げた領域までメッキ層9aが形成されている。これにより、ダイパッド7D1上への半導体チップ4PHの接合信頼性をより向上させることができる。
リード配線7LBの上面に形成されたメッキ層9(すなわちメッキ層9e1,9e2)は、金属板8B(の第2部分8B2および第3部分8B3)とリード配線7LBとの接着層(半田)11cによる接合の安定性を向上させたり、金属板8B(の第2部分8B2および第3部分8B3)とリード配線7LBとを接合する接着層(半田)11cの濡れ拡がりをメッキ層9e1,9e2内に抑制するために設けられたものである。このため、リード配線7LBの上面のうち、金属板8Bの第2部分8B2が接着層(半田)11cを介して接合される領域と、金属板8Bの第3部分8B3が接着層(半田)11cを介して接合される領域とに、それぞれメッキ層9e1,9e2が形成され、リード配線7LBの上面の他の領域にはメッキ層9は形成されていない。
ここで、リード配線7LBの上面に形成されたメッキ層9には、金属板8Bの第2部分8B2が接着層(半田)11cを介して接合される領域に形成されたメッキ層9e1と、金属板8Bの第3部分8B3が接着層(半田)11cを介して接合される領域に形成されたメッキ層9e2とがある。金属板8Bの第2部分8B2が接合されるリード配線7LBの上面のメッキ層9e1と、金属板8Bの第3部分8B3が接合されるリード配線7LBの上面のメッキ層9e2とは、リード配線7LBの上面においてメッキ層9が形成されていない領域を間に介して、互いに離間している。金属板8Bの第2部分8B2の平面寸法よりもリード配線7LBの上面のメッキ層9e1の平面寸法が若干大きく、リード配線7LBの上面のメッキ層9e1は、そこに接合された金属板8Bの第2部分8B2を平面的に内包している。また、金属板8Bの第3部分8B3の平面寸法よりもリード配線7LBの上面のメッキ層9e2の平面寸法が若干大きく、リード配線7LBの上面のメッキ層9e2は、そこに接合された金属板8Bの第3部分8B3を平面的に内包している。
また、ダイパッド7D2の上面において、半導体チップ4PLが搭載される領域と、金属板8Aの第2部分8A2が接着層(半田)11cを介して接合される領域とに、それぞれメッキ層9(すなわちメッキ層9b,9c)が形成されており、ダイパッド7D2の上面の他の領域にはメッキ層9は形成されていない。ここで、ダイパッド7D2の上面に形成されたメッキ層9には、半導体チップ4PLが接着層(半田)11aを介して接合(搭載)される領域に形成されたメッキ層9bと、金属板8Aの第2部分8A2が接着層(半田)11cを介して接合される領域に形成されたメッキ層9cとがある。金属板8Aの第2部分8A2が接合されるダイパッド7D2の上面のメッキ層9cと、半導体チップ4PLが搭載(接合)されるダイパッド7D2の上面のメッキ層9bとは、ダイパッド7D2の上面においてメッキ層9が形成されていない領域を間に介して、互いに離間している。
ダイパッド7D2の上面に形成されたメッキ層9bは、その上に搭載する半導体チップ4PLとダイパッド7D2との接着層(半田)11aによる接合の安定性を向上させたり、半導体チップ4PLとダイパッド7D2とを接合する接着層(半田)11aの濡れ拡がりをメッキ層9b内に抑制するために設けられたものである。このため、ダイパッド7D2の上面のうち、半導体チップ4PLが搭載される領域にメッキ層9bが形成され、半導体チップ4PLの平面寸法よりもダイパッド7D2の上面のメッキ層9bの平面寸法が若干大きく、ダイパッド7D2の上面のメッキ層9bは、その上に搭載された半導体チップ4PLを平面的に内包している。例えば、ダイパッド7D2の上面において、半導体チップ4PLの裏面の四辺からそれぞれ100μm程度外側に広げた領域までメッキ層9bが形成されている。これにより、ダイパッド7D2上への半導体チップ4PLの接合信頼性をより向上させることができる。
また、ダイパッド7D2の上面に形成されたメッキ層9cは、金属板8A(の第2部分8A2)とダイパッド7D2との接着層(半田)11cによる接合の安定性を向上させたり、金属板8A(の第2部分8A2)とダイパッド7D2とを接合する接着層(半田)11cの濡れ拡がりをメッキ層9c内に抑制するために設けられたものである。金属板8Aの第2部分8A2の平面寸法よりもダイパッド7D2の上面のメッキ層9cの平面寸法が若干大きく、ダイパッド7D2の上面のメッキ層9cは、そこに接合された金属板8Aの第2部分8A2を平面的に内包している。
本実施の形態では、ダイパッド7D2の上面(主面)において、半導体チップ4PLを搭載するメッキ層9bと、金属板8A(の第2部分8A2)を接合するメッキ層9cとを、それぞれ独立に設けて、互いに分離している。
ダイパッド7D3の上面に形成されたメッキ層9(すなわちメッキ層9d)は、その上に搭載する半導体チップ4Dとダイパッド7D3との接着層(半田)11aによる接合の安定性を向上させたり、半導体チップ4Dとダイパッド7D3とを接合する接着層(半田)11aの濡れ拡がりをメッキ層9d内に抑制するために設けられたものである。このため、ダイパッド7D3の上面のうち、半導体チップ4Dが搭載される領域にメッキ層9dが形成され、半導体チップ4Dの平面寸法よりもダイパッド7D3の上面のメッキ層9dの平面寸法が若干大きく、ダイパッド7D3の上面のメッキ層9dは、その上に搭載された半導体チップ4Dを平面的に内包している。例えば、ダイパッド7D3の上面において、半導体チップ4Dの裏面の四辺からそれぞれ100μm程度外側に広げた領域までメッキ層9dが形成されている。これにより、ダイパッド7D3上への半導体チップ4Dの接合信頼性をより向上させることができる。
図33および図34は、本発明者が検討した比較例の半導体装置の断面図(図33)および平面透視図(図34)であり、それぞれ本実施の形態の上記図7および図11に対応するものである。なお、図34は平面図であるが、図面を見易くするために、上記図11と同様に図34においても、メッキ層109にハッチングを付してある。
図33および図34の比較例の半導体装置では、本実施の形態のメッキ層9に相当するメッキ層109を形成しているが、本実施の形態とは異なり、ダイパッド7D2の上面において、半導体チップ4PLを搭載する領域のメッキ層109と金属板8Aを接合する領域のメッキ層109とをつなげて、1つの大面積パターンのメッキ層109を形成している。また、本実施の形態とは異なり、リード配線7LBの上面において、金属板8Bの第2部分8B2を接合する領域のメッキ層109と金属板8Bの第3部分8B3を接合する領域のメッキ層109とをつなげて1つのパターンのメッキ層109を形成している。この場合、図33および図34に示されるように、ダイパッド7D2の上面の同じメッキ層109において、半導体チップ4PLを半田111で接合し、かつ金属板8Aを半田111で接合することになる。この比較例の場合、次のような問題があることが、本発明者の検討により分かった。
すなわち、ダイパッド7D2の上面の同じメッキ層109に、半導体チップ4PLと金属板8Aとをそれぞれ半田111で接合する場合、半田リフロー工程(上記ステップS4に対応する工程)において、半導体チップ4PLをダイパッド7D2に接合する半田111と、金属板8Aをダイパッド7D2に接合する半田111とが、ダイパッド7D2上の同じメッキ層109上を濡れ拡がってつながり、相互に行き来する可能性がある。このため、半導体チップ4PLをダイパッド7D2に接合する半田111の厚みが薄くなったり、逆に金属板8Aをダイパッド7D2に接合する半田111の厚みが薄くなったり、あるいは金属板8Aをダイパッド7D2に接合する半田111の移動に伴い金属板8Aが移動してしまう可能性がある。
半導体チップ4PLをダイパッド7D2に接合する半田111の厚みが薄くなると、半導体チップ4PLの接合強度が低下したり、半導体チップ4PLが傾いてしまう可能性がある。また、金属板8Aをダイパッド7D2に接合する半田111の厚みが薄くなると、金属板8Aの接合強度が低下する可能性が有る。また、半田111の厚みが薄いと、熱ストレスの歪に対して弱くなる。また、金属板8Aが移動してしまうと、半導体チップ4PHにおいて、不必要な部分に金属板8Aが接触してしまい、ショート不良などを生じさせてしまう可能性がある。これらは、半導体装置の信頼性を低下させる。
特に、ダイパッド7D2における金属板8A接合部と、半導体チップ4PL搭載部とはかなり近接しているため、図33および図34の比較例のように、共通のメッキ層109に金属板8Aと半導体チップ4PLとを半田接続した場合、半田リフロー工程(上記ステップS4の半田リフローに対応する工程)において、半導体チップ4PLを接合する半田111と、金属板8Aを接合する半田111とがつながって相互に行き来しやすい。半田111の行き来を抑制するために、ダイパッド7D2上の共通のメッキ層109に金属板8Aと半導体チップ4PLとを半田接続する点は変えずに、ダイパッド7D2の上面における金属板8A接合部と半導体チップ4PL搭載部との間の距離を離そうとすると、半導体装置の大型化(平面寸法の増大)を招いてしまう。
それに対して、本実施の形態では、ダイパッド7D2の上面において、メッキ層9bとメッキ層9cとをつなげることなく、それぞれ独立して設けている。すなわち、ダイパッド7D2の上面において、金属板8A(の第2部分8A2)が接合されるメッキ層9cと、半導体チップ4PLが搭載(接合)されるメッキ層9bとは、ダイパッド7D2の上面においてメッキ層9が形成されていない領域を間に介して、分離(離間)されている。
このため、半導体チップ4PLをダイパッド7D2に接合する接着層(半田)11aは、メッキ層9b上を濡れ拡がることはできるが、濡れ拡がりはメッキ層9bの領域内に制限され、メッキ層9b上の領域の外部にまで濡れ拡がることはできない。従って、半導体チップ4PLをダイパッド7D2に接合する接着層(半田)11aは、金属板8A(の第2部分8A2)が接合されるメッキ層9c上には、移動できない。同様に、金属板8A(の第2部分8A2)をダイパッド7D2に接合する接着層(半田)11cは、メッキ層9c上を濡れ拡がることはできるが、濡れ拡がりはメッキ層9cの領域内に制限され、メッキ層9c上の領域の外部にまで濡れ拡がることはできない。従って、金属板8A(の第2部分8A2)をダイパッド7D2に接合する接着層(半田)11cは、半導体チップ4PLが接合されるメッキ層9b上には、移動できない。
このため、半導体チップ4PLをダイパッド7D2(メッキ層9b)に接合する接着層(半田)11aの厚みは、半導体チップ4PLのダイボンディング前にダイパッド7D2のメッキ層9b上に付与する半田量(メッキ層9b上への上記半田ペースト11の供給量)によって規定され、半導体チップ4PLをダイパッド7D2(メッキ層9b)に接合する接着層(半田)11aの厚みが変動するのを抑制または防止することができる。従って、半導体チップ4PLをダイパッド7D2(メッキ層9b)に接合する接着層(半田)11aの厚みが薄くなるのを防止できる。同様に、金属板8A(の第2部分8A2)をダイパッド7D2(メッキ層9c)に接合する接着層(半田)11cの厚みは、金属板8Aの接合前にダイパッド7D2のメッキ層9c上に付与する半田量(メッキ層9c上への上記半田ペースト11の供給量)によって規定され、金属板8A(の第2部分8A2)をダイパッド7D2(メッキ層9c)に接合する接着層(半田)11cの厚みが変動するのを抑制または防止することができる。従って、金属板8A(の第2部分8A2)をダイパッド7D2(メッキ層9c)に接合する接着層(半田)11cの厚みが薄くなるのを防止できる。これにより、半導体チップ4PLの接合強度を向上させることができ、半導体チップ4PLが傾くのを防止でき、金属板8A(の第2部分8A2)の接合強度を向上させることができる。また、接着層11a,11cの厚みが薄くなるのを防止できるので、熱ストレスの歪に対する耐久性を向上させることができる。また、金属板8Aが移動してしまうのを抑制または防止することができ、ショート不良を防止できる。従って、半導体装置SM1およびそれを用いたDC−DCコンバータ(ここでは非絶縁型DC−DCコンバータ1)の信頼性を向上させることができる。
なお、上述のように、メッキ層9bとメッキ層9cによって半田の濡れ広がりが制限されるため、半導体装置SM1においては、ダイパッド7D2の上面において、メッキ層9bとメッキ層9cとの間のメッキ層9が形成されていない領域上には、接着層(半田)11cは配置されていない状態となっている。
また、図11に示されるメッキ層9bとメッキ層9cとの間の間隔(距離)W1は、100μm以上(すなわちW1≧100μm)が好ましい。これにより、上記ステップS4の半田リフロー工程において、半導体チップ4PLをダイパッド7D2(メッキ層9b)に接合する接着層(半田)11aと、金属板8Aをダイパッド7D2(メッキ層9c)に接合する接着層(半田)11cとがつながって相互に行き来するのを、的確に防止することができるようになる。
また、図11に示されるメッキ層9bとメッキ層9cとの間の間隔(距離)W1は、1mm以下(すなわちW1≦1mm)が好ましい。これにより、半導体装置SM1の大型化(大面積化)を抑制できるとともに、抵抗増大を抑制できる。
また、本実施の形態では、リード配線7LBの上面において、メッキ層9e1とメッキ層9e2とをつなげることなく、それぞれ独立して設けている。すなわち、リード配線7LBの上面において、金属板8Bの第2部分8B2が接合されるメッキ層9e1と、金属板8Bの第3部分8B3が接合されるメッキ層9e2とは、リード配線7LBの上面においてメッキ層9が形成されていない領域を間に介して、分離(離間)されている。
このため、金属板8Bの第2部分8B2をリード配線7LBに接合する接着層(半田)11cは、メッキ層9e1上を濡れ拡がることはできるが、濡れ拡がりはメッキ層9e1の領域内に制限され、メッキ層9e1上の領域の外部にまで濡れ拡がることはできない。従って、金属板8Bの第2部分8B2をリード配線7LBに接合する接着層(半田)11cは、金属板8Bの第3部分8B3が接合されるメッキ層9e2上には、移動できない。同様に、金属板8Bの第3部分8B3をリード配線7LBに接合する接着層(半田)11cは、メッキ層9e2上を濡れ拡がることはできるが、濡れ拡がりはメッキ層9e2の領域内に制限され、メッキ層9e2上の領域の外部にまで濡れ拡がることはできない。従って、金属板8Bの第3部分8B3をリード配線7LBに接合する接着層(半田)11cは、金属板8Bの第2部分8B2が接合されるメッキ層9e1上には、移動できない。
このため、金属板8Bの第2部分8B2をリード配線7LB(メッキ層9e1)に接合する接着層(半田)11cの厚みは、金属板8Bの接合前にリード配線7LBのメッキ層9e1上に付与する半田量(メッキ層9e1上への上記半田ペースト11の供給量)によって規定され、金属板8Bの第2部分8B2をリード配線7LB(メッキ層9e1)に接合する接着層(半田)11cの厚みが変動するのを抑制または防止することができる。従って、金属板8Bの第2部分8B2をリード配線7LB(メッキ層9e1)に接合する接着層(半田)11cの厚みが薄くなるのを防止できる。同様に、金属板8Bの第3部分8B3をリード配線7LB(メッキ層9e2)に接合する接着層(半田)11cの厚みは、金属板8Bの接合前にリード配線7LBのメッキ層9e2上に付与する半田量(メッキ層9e2上への上記半田ペースト11の供給量)によって規定され、金属板8Bの第3部分8B3をリード配線7LB(メッキ層9e2)に接合する接着層(半田)11cの厚みが変動するのを抑制または防止することができる。従って、金属板8Bの第3部分8B3をリード配線7LB(メッキ層9e2)に接合する接着層(半田)11cの厚みが薄くなるのを防止できる。これにより、金属板8B(の第2部分8B2および第3部分8B3)の接合強度を向上させることができ、また、接着層11cの厚みが薄くなるのを防止できるので、熱ストレスの歪に対する耐久性を向上させることができる。また、金属板8Bが移動してしまうのを抑制または防止することができ、ショート不良を防止できる。従って、半導体装置SM1およびそれを用いたDC−DCコンバータ(ここでは非絶縁型DC−DCコンバータ1)の信頼性を向上させることができる。
次に、本実施の形態で用いた金属板8A,8Bの形状について、更に詳細に説明する。
図35は、半導体装置SM1において、半導体チップ4PHに金属板8Aが接合された状態を示す平面図(上面図)である。上記図6において、半導体チップ4PHおよび金属板8Aのみを抜き出して拡大して示し、他の部材の図示を省略したものが、図35に相当する。また、図36は、半導体装置SM1において、半導体チップ4PLに金属板8Bが接合された状態を示す平面図(上面図)である。上記図6において、半導体チップ4PLおよび金属板8Bのみを抜き出して拡大して示し、他の部材の図示を省略したものが、図36に相当する。
金属板8Aは、上述のように、半導体チップ4PHの表面(上面)に設けられたソース電極用のパッド12S1,12S2に接続(半田接続)された第1部分(ハイサイドチップコンタクト部)8A1と、ダイパッド7D2上に設けられたメッキ層9cに接続(半田接続)された第2部分(搭載部コンタクト部)8A2と、両者を繋ぐ第3部分(中間部)8A3とから構成されている。第3部分(中間部)8A3は、半導体チップ4PHの周縁部と接触しないように半導体チップ4PHから遠ざかるように離間された形状を有している。
金属板8Aの第1部分8A1の下面(半導体チップ4PHのソース電極用のパッド12S1,12S2の接合される領域)と、金属板8Aの第2部分8A2の下面(ダイパッド7D2上のメッキ層9cに接合される領域)には、メッキ層(図示せず)が形成されていればより好ましく、このメッキ層として好ましい材料(金属材料)は、メッキ層9に関して好ましい材料(金属材料)として例示したものと同様である。金属板8Aの第1部分8A1の下面と第2部分8A2の下面とにメッキ層(好ましくは銀メッキ層)を設けることにより、金属板8Aと半導体チップ4PHのパッド12S1,12S2およびダイパッド7D2(メッキ層9c)との接合強度を高めることができる。
金属板8Aの第3部分(中間部)8A3には、開口部(第1開口部)61が形成されている。金属板8Aの第3部分(中間部)8A3において、開口部61は、第1部分8A1側から第2部分8A2側に(すなわち第2方向Yに沿って)延在するように形成されており、好ましくは、第1方向Xの寸法よりも第2方向Yの寸法の方が大きい長方形状の平面形状を有している。金属板8Aにおいて、開口部61は、少なくとも1つ形成されるが、複数(ここでは2つ)形成されていればより好ましい。
開口部61を設けたことにより、金属板8Aが熱応力によって変形し易くなるので、金属板8Aと半導体チップ4PHとの接合部(接着層11b)や金属板8Aとダイパッド7D2との接合部(接着層11c)への負担を低減させることができる。すなわち、応力・歪みを低下させることができるので、半導体装置SM1の信頼性を、より向上させることができる。
本実施の形態においては、図35に示されるように、半導体チップ4PHに金属板8Aが接合された状態(上記ステップS4の半田リフロー工程以降)で、金属板8Aに設けた開口部61が、半導体チップ4PHの表面(上面)に設けられたソース電極用のパッド12S1,12S2の一部と平面的に重なっている。すなわち、半導体チップ4PHの上方から見て、金属板8Aの開口部61から、半導体チップ4PHのソース電極用のパッド12S1,12S2の一部が露出された状態となっている。図35の場合は、金属板8Aの開口部61は、半導体チップ4PHのソース電極用のパッド12S1の一部と平面的に重なっており、半導体チップ4PHの上方から見て、金属板8Aの開口部61から半導体チップ4PHのソース電極用のパッド12S1の一部が露出された状態となっている。換言すれば、平面的に見て、金属板8Aの開口部61は、半導体チップ4PHの長辺(半導体チップ4PLに対向する側の長辺)を横切って、半導体チップ4PHのソース電極用のパッド(ここではパッド12S1)に達するまで延在している。
このようにするためには、金属板8Aの第3部分(中間部)8A3に形成した開口部61が、金属板8Aの第1部分8A1の一部にも入っている(延長されている)ようにすればよい。すなわち、金属板8Aの第1部分8A1の一部にも開口部61が延長されている(形成されている)ように、金属板8Aの第3部分8A3から第1部分8A1の一部にかけて開口部61を形成し、第1部分8A1に開口部61の一方の端部が位置するようにすればよい。これにより、金属板8Aの第1部分8A1が半導体チップ4PHのソース電極用のパッド12S1,12S2に接合されるとともに、金属板8Aの開口部61から半導体チップ4PHのソース電極用のパッド12S1,12S2の一部(ここではパッド12S1の一部)を露出させることができる。
本実施の形態では、半導体チップ4PHに金属板8Aが接合された状態で、半導体チップ4PHの上方から見て、金属板8Aの開口部61から、半導体チップ4PHのソース電極用のパッド12S1,12S2の一部が露出された状態となっている。このため、上記ステップS7のモールド(樹脂封止)工程を行なう前(好ましくは上記ステップS4の半田リフロー工程後で上記ステップS6のワイヤボンディング工程前)に、金属板8Aの第1部分8A1と半導体チップ4PHのソース電極用のパッド12S1,12S2とを接合する接着層11bの状態や量を、金属板8Aの開口部61から外観検査により観察することができる。すなわち、接着層11bが過剰となっていないか(接着層11bがパッド12S1,12S2上の領域よりも外部に溢れていないか)を、金属板8Aの開口部61から観察(確認)することができる。金属板8Aの開口部61からの観察により、接着層11bが過剰となっていると判断された場合には、半導体チップ4PHの上面のソース電極用パッド12S1,12S2と半導体チップ4PHの側面(この側面はドレイン電位となっている)とが導電性の接着層11bを介してショートする可能性があるため、選別、除去すればよく、以降の工程には、接着層11bの状態や量が良好と判断されたものだけを送ることができる。これにより、半導体装置SM1の信頼性をより向上させることができ、また、組み立ての最終工程まで半導体装置SM1を製造しなくとも短絡等の不良の発生を見つけることができるため、半導体装置SM1の製造コストを低減でき、半導体装置SM1の製造歩留まりを向上させることができる。
金属板8Aの開口部61と半導体チップ4PHのソース電極用のパッド12S1,12S2(ここではパッド12S1)との重なり領域の第2方向Yの長さL1(すなわち、半導体チップ4PHの上方から見て、金属板8Aの開口部61から露出されるソース電極用のパッド12S1,12S2の第2方向Yの長さL1)は、好ましくは100〜200μm程度である(図35参照)。これにより、接着層11bが過剰となっていないかを、金属板8Aの開口部61から容易に観察(確認)できるようになる。
また、金属板8Bは、上述のように、半導体チップ4PLの上面に設けられたソース電極用のパッド15S1,15S2,15S3に接続(半田接続)された第1部分(ロウサイドチップコンタクト部)8B1と、リード配線(グランド端子部)7LB上に設けられたメッキ層(第1メッキ層)9e1に接続(半田接続)された第2部分(第1コンタクト部)8B2と、両者を繋ぐ第4部分(第1中間部)8B4とを有している。第4部分(第1中間部)8B4は、半導体チップ4PLの周縁部と接触しないように半導体チップ4PLから遠ざかるように離間された形状を有している。金属板8Bは、更に、リード配線(グランド端子部)7LB上に設けられたメッキ層(第2メッキ層)9e2に接続(半田接続)された第3部分(第2コンタクト部)8B3と、第1部分8B1および第3部分8B3間を繋ぐ第5部分(第2中間部)8B5とを有している。第5部分(第2中間部)8B5は、半導体チップ4PLの周縁部と接触しないように半導体チップ4PLから遠ざかるように離間された形状を有している。これら第1〜第5部分8B1〜8B5により金属板8Bが構成されている。
金属板8Aの場合と同様に、金属板8Bの第1部分8B1の下面(半導体チップ4PLのソース電極用のパッド15S1〜15S3に接合される領域)と、第2部分8B2および第3部分8B3の下面(リード配線7LB上のメッキ層9e1,9e2に接合される領域)とには、メッキ層(図示せず)が形成されていればより好ましい。このメッキ層として好ましい材料(金属材料)は、メッキ層9に関して好ましい材料(金属材料)として例示したものと同様である。これにより、金属板8Bと半導体チップ4PLのパッド15S1〜15S3およびリード配線7LB(メッキ層9e1,9e2)との接合強度を高めることができる。
金属板8Bの第4部分(中間部)8B4には、開口部(第2開口部)61aが形成され、金属板8Bの第5部分(中間部)8B5には、開口部(第2開口部)61bが形成されている。金属板8Bの第4部分(中間部)8B4において、開口部61aは、第1部分8B1側から第2部分8B2側に(すなわち第1方向Xに沿って)延在するように形成されており、好ましくは、第2方向Yの寸法よりも第1方向Xの寸法の方が大きい長方形状の平面形状を有している。また、金属板8Bの第5部分(中間部)8B5において、開口部61bは、第1部分8B1側から第3部分8B3側に(すなわち第2方向Yに沿って)延在するように形成されており、好ましくは、第1方向Xの寸法よりも第2方向Yの寸法の方が大きい長方形状の平面形状を有している。金属板8Bにおいて、開口部61a,61bは、少なくとも1つ形成されるが、複数(ここでは開口部61aが1つと開口部61bが3つ)形成されていればより好ましい。
上記金属板8Aの場合と同様、開口部61a,61bを設けたことにより、金属板8Bが熱応力によって変形し易くなるので、金属板8Bと半導体チップ4PLとの接合部(接着層11b)や金属板8Bとリード配線7LBとの接合部(接着層11c)への負担を低減させることができる。すなわち、応力・歪みを低下させることができるので、半導体装置SM1の信頼性を、より向上させることができる。
本実施の形態においては、図36に示されるように、半導体チップ4PLに金属板8Bが接合された状態(上記ステップS4の半田リフロー工程以降)で、金属板8Bに設けた開口部61a,61bが、半導体チップ4PLの上面に設けられたソース電極用のパッド15S1,15S2,15S3の一部と平面的に重なっている。すなわち、半導体チップ4PLの上方から見て、金属板8Bの開口部61a,61bから、半導体チップ4PLのソース電極用のパッド15S1,15S2,15S3の一部が露出された状態となっている。図36の場合は、金属板8Bの開口部61aは、半導体チップ4PLのソース電極用のパッド15S2の一部と平面的に重なっており、半導体チップ4PLの上方から見て、金属板8Bの開口部61aから半導体チップ4PLのソース電極用のパッド15S2の一部が露出された状態となっている。また、図36の場合は、金属板8Bの開口部61bは、半導体チップ4PLのソース電極用のパッド15S3の一部と平面的に重なっており、半導体チップ4PLの上方から見て、金属板8Bの開口部61bから半導体チップ4PLのソース電極用のパッド15S3の一部が露出された状態となっている。換言すれば、平面的に見て、金属板8Bの開口部61aは、半導体チップ4PLの短辺(リード配線7LBに対向する側の短辺)を横切って、半導体チップ4PLのソース電極用のパッド(ここではパッド15S2)に達するまで延在している。また、金属板8Bの開口部61bは、半導体チップ4PLの長辺(リード配線7LBに対向する側の長辺)を横切って、半導体チップ4PLのソース電極用のパッド(ここではパッド15S3)に達するまで延在している。
このようにするためには、金属板8Bの第4部分(第1中間部)8B4に形成した開口部61aが、金属板8Bの第1部分8B1の一部にも入っている(延長されている)ようにすればよい。すなわち、金属板8Bの第1部分8B1の一部にも開口部61aが延長されている(形成されている)ように、金属板8Bの第4部分8B4から第1部分8B1の一部にかけて開口部61aを形成し、第1部分8B1に開口部61aの一方の端部が位置するようにすればよい。同様に、金属板8Bの第5部分(第2中間部)8B5に形成した開口部61bが、金属板8Bの第1部分8B1の一部にも入っている(延長されている)ようにすればよい。すなわち、金属板8Bの第1部分8B1の一部にも開口部61bが延長されている(形成されている)ように、金属板8Bの第5部分8B5から第1部分8B1の一部にかけて開口部61bを形成し、第1部分8B1に開口部61bの一方の端部が位置するようにすればよい。これにより、金属板8Bの第1部分8B1が半導体チップ4PLのソース電極用のパッド15S1,15S2,15S3に接合されるとともに、金属板8Bの開口部61a,61bから半導体チップ4PLのソース電極用のパッド15S1,15S2,15S3の一部(ここではパッド15S2の一部とパッド15S3の一部)を露出させることができる。
本実施の形態では、半導体チップ4PLに金属板8Bが接合された状態で、半導体チップ4PLの上方から見て、金属板8Bの開口部61a,61bから、半導体チップ4PLのソース電極用のパッド15S1,15S2,15S3の一部が露出された状態となっている。このため、上記ステップS7のモールド(樹脂封止)工程を行なう前(好ましくは上記ステップS4の半田リフロー工程後で上記ステップS6のワイヤボンディング工程前)に、金属板8Bの第1部分8B1と半導体チップ4PLのソース電極用のパッド15S1,15S2,15S3とを接合する接着層11bの状態や量を、金属板8Bの開口部61a,61bから外観検査により観察することができる。すなわち、接着層11bが過剰となっていないか(接着層11bがパッド15S1,15S2,15S3上の領域よりも外部に溢れていないか)を、金属板8Bの開口部61a,61bから観察(確認)することができる。この外観検査は、上記金属板8Aの開口部61から接着層11bを観察する外観検査と同時に行なうことができる。金属板8Bの開口部61a,61bからの観察により、接着層11bが過剰となっていると判断された場合には、半導体チップ4PLの上面のソース電極用のパッド15S1〜15S3と半導体チップ4PLの側面(この側面はドレイン電位となっている)とが導電性の接着層11bを介してショートする可能性があるため、選別、除去すればよく、以降の工程には、接着層11bの状態や量が良好と判断されたものだけを送ることができる。これにより、半導体装置SM1の信頼性をより向上させることができ、また、組み立ての最終工程まで半導体装置SM1を製造しなくとも短絡等の不良の発生を見つけることができるため、半導体装置SM1の製造コストを低減でき、半導体装置SM1の製造歩留まりを向上させることができる。
金属板8Bの開口部61aと半導体チップ4PLのソース電極用のパッド15S1〜15S3との重なり領域の第1方向Xの長さL2と、金属板8Bの開口部61bと半導体チップ4PLのソース電極用のパッド15S1〜15S3との重なり領域の第2方向Yの長さL3とは、好ましくはそれぞれ100〜200μm程度である(図36参照)。これにより、接着層11bが過剰となっていないかを、金属板8Bの開口部61a,61bから容易に観察(確認)できるようになる。
図37は、金属板8Aの変形例の平面図であり、図38は、金属板8Bの変形例の平面図であり、それぞれ上記図14および図15に対応するものである。図39は、図37および図38の変形例の金属板8A,8Bを用いた場合の半導体装置SM1の平面透視図であり、上記図6に対応するものである。図40は、半導体装置SM1において、半導体チップ4PHに図37の金属板8Aが接合された状態を示す平面図(上面図)であり、上記図35に対応するものである。図41は、半導体装置SM1において、半導体チップ4PLに図38の金属板8Bが接合された状態を示す平面図(上面図)であり、上記図36に対応するものである。
図37に示される変形例の金属板8Aでは、上記開口部61の代わりに、第2部分8A2および第3部分8A3にスリット(切り込み、分割溝)71を設けている。すなわち、金属板8Aにおいて、上記開口部61を金属板8Aの第2部分8A2を完全に横切るまで伸ばすことで、開口部61の代わりにスリット71を形成している。これにより、金属板8Aの第2部分8A2および第3部分8A3をスリット71によって複数の部分に分割して、平面櫛の歯状としている。
同様に、図38に示される変形例の金属板8Bでは、上記開口部61aの代わりに、第2部分8B2および第4部分8B4にスリット(切り込み、分割溝)71aを設け、上記開口部61bの代わりに、第3部分8B3および第5部分8B3にスリット(切り込み、分割溝)71bを設けている。すなわち、金属板8Bにおいて、上記開口部61aを金属板8Bの第2部分8B2を完全に横切るまで伸ばすことで、開口部61aの代わりにスリット71aを形成し、上記開口部61bを金属板8Bの第3部分8B3を完全に横切るまで伸ばすことで、開口部61bの代わりにスリット71bを形成している。これにより、金属板8Bの第2部分8B2および第4部分8B4をスリット71aによって複数の部分に分割して平面櫛の歯状とし、金属板8Bの第3部分8B3および第5部分8B5をスリット71bによって複数の部分に分割して平面櫛の歯状としている。
ここで、開口部61,61a,61bは、図14および図15に示されるように、周囲を金属板8A,8Bを構成する金属板で囲まれているが、スリット71,71a,71bは、図37および図38に示されるように、一方の端部が金属板8A,8Bを構成する金属板で囲まれずに開放されたものである。
金属板8A,8Bにスリット71,71a,71bを設けたことにより、金属板8A,8Bが熱応力によって変形し易くなるので、金属板8A,8Bと半導体チップ4PH,4PLとの接合部(接着層11b)や金属板8A,8Bとダイパッド7D2またはリード配線7LBとの接合部(接着層11c)への負担を低減させることができる。すなわち、応力・歪みを低下させることができるので、半導体装置SM1の信頼性を、より向上させることができる。
また、図40に示されるように、半導体チップ4PHに金属板8Aが接合された状態で、金属板8Aに設けたスリット71が、半導体チップ4PHの表面(上面)に設けられたソース電極用のパッド12S1,12S2の一部と平面的に重なっている。すなわち、半導体チップ4PHの上方から見て、金属板8Aのスリット71から、半導体チップ4PHのソース電極用のパッド12S1,12S2の一部(ここではパッド12S1の一部)が露出された状態となっている。換言すれば、平面的に見て、金属板8Aのスリット71は、半導体チップ4PHの長辺(半導体チップ4PLに対向する側の長辺)を横切って、半導体チップ4PHのソース電極用のパッド(ここではパッド12S1)に達するまで延在している。
このようにするためには、金属板8Aに形成したスリット71が、金属板8Aの第1部分8A1の一部にも入っている(延長されている)ようにすればよい。すなわち、金属板8Aの第1部分8A1の一部にもスリット71が延長されている(形成されている)ように、金属板8Aの第2部分8A2および第3部分8A3から第1部分8A1の一部にかけてスリット71を形成し、第1部分8A1にスリット71の端部が位置するようにすればよい。
金属板8Bについても同様であり、図41に示されるように、半導体チップ4PLに金属板8Bが接合された状態で、金属板8Bに設けたスリット71a,71bが、半導体チップ4PLの表面(上面)に設けられたソース電極用のパッド15S1〜15S3の一部と平面的に重なっている。すなわち、半導体チップ4PLの上方から見て、金属板8Bのスリット71a,71bから、半導体チップ4PLのソース電極用のパッド15S1〜15S3の一部が露出された状態となっている。換言すれば、平面的に見て、金属板8Bのスリット71aは、半導体チップ4PLの短辺(リード配線7LBに対向する側の短辺)を横切って、半導体チップ4PLのソース電極用のパッド(ここではパッド15S2)に達するまで延在している。また、金属板8Bのスリット71bは、半導体チップ4PLの長辺(リード配線7LBに対向する側の長辺)を横切って、半導体チップ4PLのソース電極用のパッド(ここではパッド15S3)に達するまで延在している。
このようにするためには、金属板8Bに形成したスリット71a,71bが、金属板8Bの第1部分8B1の一部にも入っている(延長されている)ようにすればよい。すなわち、金属板8Bの第1部分8B1の一部にもスリット71aが延長されている(形成されている)ように、金属板8Bの第2部分8B2および第4部分8B4から第1部分8B1の一部にかけてスリット71aを形成し、第1部分8B1にスリット71aの端部が位置するようにすればよい。また、金属板8Bの第1部分8B1の一部にもスリット71bが延長されている(形成されている)ように、金属板8Bの第3部分8B3および第5部分8B5から第1部分8B1の一部にかけてスリット71bを形成し、第1部分8B1にスリット71bの端部が位置するようにすればよい。
これにより、上記開口部61,61a,61bの場合に説明したように、スリットの場合でも、上記ステップS7のモールド工程を行なう前に、金属板8A,8Bの第1部分8A1,8B1と半導体チップ4PH,4PLのソース電極用のパッド12S1,12S2,15S1〜15S3とを接合する接着層11bの状態や量を、金属板8A,8Bのスリット71,71a,71bから外観検査により観察することができる。この外観検査は、好ましくは、上記ステップS4の半田リフロー工程後で上記ステップS6のワイヤボンディング工程前に行なわれる。この外観検査により、接着層11bが過剰となっていると判断された場合には、上述のようにショート不良の可能性があるため、選別、除去し、以降の工程には、接着層11bの状態や量が良好と判断されたものだけを送るようにすることができる。これにより、半導体装置SM1の信頼性をより向上させることができ、また、組み立ての最終工程まで半導体装置SM1を製造しなくとも短絡等の不良の発生を見つけることができるため、半導体装置SM1の製造コストを低減でき、半導体装置SM1の製造歩留まりを向上させることができる。
更に、本発明者の検討によれば、半導体チップ4PH,4PLのソース電極用パッドとダイパッド7D2及びリード配線7LBとを金属板8A,8Bを介して接続した場合、ステップS4の半田リフローにおいて、ダイパッド7D2及びリード配線7LBと金属板8A,8Bを接合する半田(接着層11cを構成する半田)が金属板8A,8Bの下面(裏面)を伝って半導体チップ4PH,4PLまで移動する可能性があることが分かった。半田(接着層11cを構成する半田)が金属板8A,8Bの下面を伝って半導体チップ4PH,4PLまで移動し、半導体チップ4PH,4PLの側面(この側面はドレイン電位となっている)に付着してしまうと、半導体チップ4PH,4PLに形成されたパワーMOSQH1,QL1のソース−ドレイン間のショートを招く可能性がある。このような現象は、ダイパッド7D2と金属板8Aとを接合する半田やリード配線7LBと金属板8Bとを接合する半田(すなわち接着層11cを構成する半田)の量が過剰な場合に生じ得る。
本実施の形態では、上述のようにメッキ層9bとメッキ層9cとを離間させたことやメッキ層9e1とメッキ層9e2とを離間させたことにより、メッキ層9bとメッキ層9cとの間やメッキ層9e1とメッキ層9e2との間での半田の行き来を防止できるので、ダイパッド7D2と金属板8Aとを接合する半田やリード配線7LBと金属板8Bとを接合する半田(すなわち接着層11cを構成する半田)の量が過剰になるのを防止できる。このため、接着層11cを構成する半田が金属板8Aの下面を伝って半導体チップ4PHに移動するのを抑制または防止することができる。従って、接着層11cを構成する半田が金属板8A,8Bの下面を伝って半導体チップ4PH,4PLまで移動するのを抑制することができる。
しかしながら、半導体装置SM1の更なる信頼性の向上のためには、接着層11cを構成する半田が金属板8A,8Bの下面を伝って半導体チップ4PH,4PLまで移動していないかを、外観検査により確認できるようにすることが望ましい。このため、金属板8A,8Bに開口部61,61a,61bまたはスリット71,71a,71bを設けることで、接着層11cを構成する半田が金属板8A,8Bの下面を伝って半導体チップ4PH,4PLまで移動していないかを、上記外観検査の際に、金属板8A,8Bの開口部61,61a,61bまたはスリット71,71a,71bから確認(観察)することができる。これにより、半導体装置SM1の信頼性を更に向上させることができ、また、組み立ての最終工程まで半導体装置SM1を製造しなくとも短絡等の不良の発生を更に的確に見つけることができるため、半導体装置SM1の製造コストを更に低減でき、半導体装置SM1の製造歩留まりを更に向上させることができる。
また、上記では、金属板8A,8Bに開口部61,61a,61bを設ける場合と、スリット71,71a,71bを設ける場合について説明したが、金属板8A,8Bにスリット71,71a,71bを設けた場合に比べて、金属板8A,8Bに開口部61,61a,61bを設けた場合の方が、次のような利点を得られる。
すなわち、図37〜図41のように金属板8Aにスリット71を設けた場合には、ダイパッド7D2(メッキ層9c)に接合される金属板8Aの第2部分8A2がスリット71によって複数の部分に分割される。このため、ダイパッド7D2のメッキ層9c上への半田ペースト11の塗布状態によっては、金属板8Aの第2部分8A2の複数に分割された部分同士で、半田(接着層11c)の量が少ないものと多いものとが生じる可能性があり、これは、金属板8Aとダイパッド7D2との接合強度向上には不利に働く。金属板8Aの第2部分8A2の複数に分割された部分同士で、半田(接着層11c)の量が少ないものと多いものとが混在すると、熱ストレスによる歪が集中しやすく、半導体装置の信頼性が低下する可能性がある。金属板8Bにスリット71a,71bを設けた場合も同様である。
それに対して、図6、図13、図14および図35のように金属板8Aにスリット71ではなく開口部61を設けた場合には、ダイパッド7D2(メッキ層9c)に接合される金属板8Aの第2部分8A2は、複数の部分に分割されず、一体的な部分で構成される。このため、ダイパッド7D2のメッキ層9c上への半田ペースト11の塗布状態にムラがあったとしても、ステップS4の半田リフロー処理で金属板8Aの第2部分8A2の下面全体が半田で濡れ、金属板8Aの第2部分8A2の下面全体がダイパッド7D2(メッキ層9c)に接着層11c(半田)を介して安定して接合される。これにより、金属板8Aとダイパッド7D2との接合強度を向上させることができ、また、熱ストレスによる歪に対する耐性を向上させることができる。従って、半導体装置SM1の信頼性を、より向上させることができる。金属板8Bの場合も同様である。すなわち、図6、図13、図15および図36のように金属板8Bにスリット71aではなく開口部61aを設けた場合には、リード配線7LB(メッキ層9e1)に接合される金属板8Bの第2部分8B2は、複数の部分に分割されず、一体的な部分で構成される。同様に、金属板8Bにスリット71bではなく開口部61bを設けた場合には、リード配線7LB(メッキ層9e2)に接合される金属板8Bの第3部分8B3は、複数の部分に分割されず、一体的な部分で構成される。このため、リード配線7LBのメッキ層9e1,9e2上への半田ペースト11の塗布状態にムラがあったとしても、ステップS4の半田リフロー処理で金属板8Bの第2部分8B2の下面全体と第3部分8B3の下面全体とが半田で濡れ、リード配線7LB(メッキ層9e1,9e2)に接着層11c(半田)を介して安定して接合される。これにより、金属板8Bとリード配線7LBとの接合強度を向上させることができ、熱ストレスによる歪に対する耐性を向上させることができるので、半導体装置SM1の信頼性を、より向上させることができる。
図42は、金属板8Aの他の変形例の平面図であり、図43は、金属板8Bの他の変形例の平面図であり、それぞれ上記図14および図15に対応するものである。図44は、図42および図43の変形例の金属板8A,8Bを用いた場合の半導体装置SM1の断面図であり、上記図7に対応するものである。なお、図44には、金属板8A,8Bの突起81を通る断面が示されている。
図42および図43の変形例の金属板8A,8Bでは、金属板8Aの第1部分8A1の下面(半導体チップ4PHに対向する面)と金属板8Bの第1部分8B1の下面(半導体チップ4PLに対向する面)とに、それぞれ突起(突起部、突出部、凸部)81が形成されている。金属板8Aの第1部分8A1の下面と金属板8Bの第1部分8B1の下面に突起81を設けることにより、接着層11bの厚さを強制的に確保することができる。これにより、金属板8A,8B(第1部分8A1,8B1)と半導体チップ4PH,4PLとの対向面間の接着層11bを厚くすることができ、接着層11bの厚さを、金属板8A,8B(第1部分8A1,8B1)と半導体チップ4PH,4PLとの対向面内において均一にすることができる。このため、金属板8A,8Bが半導体チップ4PH,4PLの主面に対して傾くのを抑制または防止でき、また、金属板8A,8Bと半導体チップ4PH,4PLとの接合力をより向上させることができる。
突起81は、金属板8Aの第1部分8A1の下面と金属板8Bの第1部分8B1の下面とに、それぞれ2個以上配置することが好ましく、また、金属板8A,8Bのそれぞれにおいて、突起81の高さは同じであることが好ましく、これにより、金属板8A,8Bが半導体チップ4PH,4PLの主面に対して傾かないようにすることができる。
また、上記図37〜図41における金属板8A,8Bにおいて、突起81を設けることもでき、また、後述の実施の形態2における金属板8A,8Bにおいて、突起81を設けることもできる。
(実施の形態2)
図45は、本実施の形態の半導体装置SM1の平面透視図であり、上記実施の形態1の図6に対応するものである。図46は、図45の半導体装置SM1に用いられている金属板8Aの平面図(上面図)であり、図47は、図45の半導体装置SM1に用いられている金属板8Bの平面図(上面図)であり、それぞれ上記実施の形態1の図14および図15に対応するものである。図48は、図45の半導体装置SM1において、半導体チップ4PHに図46の金属板8Aが接合された状態を示す平面図(上面図)であり、上記図35に対応するものである。図49は、図45の半導体装置SM1において、半導体チップ4PLに図47の金属板8Bが接合された状態を示す平面図(上面図)であり、上記図36に対応するものである。
図45〜図49と図6、図14、図15、図35および図36とを比べると分かるように、図45に示される本実施の形態の半導体装置SM1は、金属板8A,8Bの形状が、上記実施の形態1の半導体装置SM1と以下の点で異なっている。それ以外は、本実施の形態は、上記実施の形態1とほぼ同様であるので、相違点についてのみ説明する。
本実施の形態では、図45、図46および図48に示されるように、金属板8Aにおける開口部61の長さ(Y方向の寸法)が、上記実施の形態1(図14)の金属板8Aの場合に比べて、短くなっている。すなわち、上記実施の形態1では、図14などに示されるように、金属板8Aの開口部61の一方の端部(第2部分8A2に近い側の端部)が、金属板8Aの第2部分8A2に到達していたのに対して、本実施の形態では、図45などに示されるように、金属板8Aの開口部61の一方の端部(第2部分8A2に近い側の端部)が、金属板8Aの第2部分8A2に到達せずに、金属板8Aの第3部分8A3の途中に位置している。本実施の形態では、金属板8Aの開口部61の長さ(Y方向の寸法)を短くしたことで、金属板8Aの強度を高めることができる。
但し、本実施の形態では、図48に示されるように、平面的に見て、金属板8Aの開口部61は、半導体チップ4PHの長辺(半導体チップ4PLに対向する側の長辺)を横切って、金属板8Aの第3部分8A3の途中まで延在している。このため、上記実施の形態1と同様、本実施の形態においても、平面的に見て、半導体チップ4PHの長辺(半導体チップ4PLに対向する側の長辺)が、金属板8Aの開口部61を横切っている。そして、金属板8Aにおける開口部61の他方の端部(第1部分8A1に近い側の端部)の位置は、上記実施の形態1(図14参照)と本実施の形態2(図46参照)とで同じである。
このため、上記実施の形態1と同様、本実施の形態においても、図48に示されるように、半導体チップ4PHに金属板8Aが接合された状態(上記ステップS4の半田リフロー工程以降)で、金属板8Aに設けた開口部61が、半導体チップ4PHの表面(上面)に設けられたソース電極用のパッド12S1,12S2の一部と平面的に重なっている。すなわち、半導体チップ4PHの上方から見て、金属板8Aの開口部61から、半導体チップ4PHのソース電極用のパッド12S1,12S2の一部が露出された状態となっている。
従って、上記実施の形態1と同様、本実施の形態の場合も、上記ステップS7のモールド工程を行なう前(好ましくは上記ステップS4の半田リフロー工程後で上記ステップS6のワイヤボンディング工程前)に、金属板8Aの第1部分8A1と半導体チップ4PHのソース電極用のパッド12S1,12S2とを接合する接着層11bの状態や量を、金属板8Aの開口部61から外観検査により観察することができる。これにより、半導体装置SM1の信頼性をより向上させることができ、また、組み立ての最終工程まで半導体装置SM1を製造しなくとも短絡等の不良の発生を見つけることができるため、半導体装置SM1の製造コストを低減でき、半導体装置SM1の製造歩留まりを向上させることができる。
金属板8Bの開口部61a,61bについてもほぼ同様である。すなわち、本実施の形態では、図45、図47および図49に示されるように、金属板8Bにおける開口部61aの長さ(X方向の寸法)および開口部61bの長さ(Y方向の寸法)が、上記実施の形態1(図15)の金属板8Bの場合に比べて、短くなっている。
すなわち、上記実施の形態1では、図15などに示されるように、金属板8Bの開口部61aの一方の端部(第2部分8B2に近い側の端部)が、金属板8Bの第2部分8B2に到達し、金属板8Bの開口部61bの一方の端部(第3部分8B3に近い側の端部)が、金属板8Bの第3部分8B3に到達していた。それに対して、本実施の形態では、図47などに示されるように、金属板8Bの開口部61aの一方の端部(第2部分8B2に近い側の端部)が、金属板8Bの第2部分8B2に到達せずに、金属板8Bの第4部分8B4の途中に位置しており、また、金属板8Bの開口部61bの一方の端部(第3部分8B3に近い側の端部)が、金属板8Bの第3部分8B3に到達せずに、金属板8Bの第5部分8B5の途中に位置している。本実施の形態では、金属板8Bの開口部61a,61bの長さを短くしたことで、金属板8Bの強度を高めることができる。
但し、本実施の形態では、図49に示されるように、平面的に見て、金属板8Bの開口部61aは、半導体チップ4PLの短辺(リード配線7LBに対向する側の短辺)を横切って、金属板8Bの第4部分8B4の途中まで延在しており、また、金属板8Bの開口部61bは、半導体チップ4PLの長辺(リード配線7LBに対向する側の長辺)を横切って、金属板8Bの第5部分8B5の途中まで延在している。このため、上記実施の形態1と同様、本実施の形態においても、平面的に見て、半導体チップ4PLの短辺(リード配線7LBに対向する側の短辺)が金属板8Bの開口部61aを横切り、半導体チップ4PLの長辺(リード配線7LBに対向する側の長辺)が金属板8Bの開口部61bを横切っている。そして、金属板8Bにおける開口部61a,61bの他方の端部(第1部分8B1に近い側の端部)の位置は、上記実施の形態1(図15参照)と本実施の形態2(図47参照)とで同じである。
このため、上記実施の形態1と同様、本実施の形態においても、図49に示されるように、半導体チップ4PLに金属板8Bが接合された状態(上記ステップS4の半田リフロー工程以降)で、金属板8Bに設けた開口部61a,61bが、半導体チップ4PLの上面に設けられたソース電極用のパッド15S1,15S2,15S3の一部と平面的に重なっている。すなわち、半導体チップ4PLの上方から見て、金属板8Bの開口部61a,61bから、半導体チップ4PLのソース電極用のパッド15S1,15S2,15S3の一部が露出された状態となっている。
従って、上記実施の形態1と同様、本実施の形態の場合も、上記ステップS7のモールド工程を行なう前(好ましくは上記ステップS4の半田リフロー工程後で上記ステップS6のワイヤボンディング工程前)に、金属板8Bの第1部分8B1と半導体チップ4PLのソース電極用のパッド15S1〜15S3とを接合する接着層11bの状態や量を、金属板8Bの開口部61a,61bから外観検査により観察することができる。これにより、半導体装置SM1の信頼性をより向上させることができ、また、組み立ての最終工程まで半導体装置SM1を製造しなくとも短絡等の不良の発生を見つけることができるため、半導体装置SM1の製造コストを低減でき、半導体装置SM1の製造歩留まりを向上させることができる。
また、本実施の形態では、図45、図46および図48に示されるように、金属板8Aの第2部分8A2の幅(X方向の寸法)を、金属板8Aの第1部分8A1および第3部分8A3の幅(X方向の寸法)よりも小さくしている。また、本実施の形態では、図45、図47および図49に示されるように、金属板8Bにおいて、第2部分8B2の幅(Y方向の寸法)を第4部分8B4の幅(Y方向の寸法)よりも小さくし、第3部分8B3の幅(X方向の寸法)を第5部分8B5の幅(X方向の寸法)よりも小さくしている。これにより、ダイパッド7D2のメッキ層9c上、リード配線7LBのメッキ層9e1上、およびリード配線7LBのメッキ層9e2上に塗布する上記半田ペースト11の塗布面積を縮小することができる。
また、本実施の形態では、図45、図47および図49に示されるように、金属板8Bにおいて、第3部分8B3に隣接する領域の第5部分8B5に開口部91を設けている。金属板8Bの開口部61a,61bの長さを短くした代わりに、金属板8Bに開口部91を設けることで、金属板8Bの強度向上と、熱応力による金属板8Bの変形のし易さとのバランスをとることができる。開口部91は、不要であれば、その形成を省略することもできる。
また、上記図42〜図44の変形例と同様に、図45〜図49に示される本実施の形態でも、金属板8Aの第1部分8A1の下面(半導体チップ4PHに対向する面)と金属板8Bの第1部分8B1の下面(半導体チップ4PLに対向する面)とに、上記図42および図43の変形例の金属板8A,8Bにおける突起81と同様の突起81が、例えば2つずつ形成されている。突起81の高さ(金属板8Aの第1部分8A1の下面または金属板8Bの第1部分8B1の下面からの高さ)は、例えば0.05mm程度とすることができる。金属板8A,8Bの突起81を通る断面図については、上記図44と同様であるので、ここではその図示は省略する。本実施の形態においても、金属板8A,8Bに突起81を設けた効果は、上記図42〜図44の変形例の金属板8A,8Bの場合と同様であり、金属板8A,8Bに突起81を設けることで、接着層11bの厚さの確保と、接着層11bの厚さの均一化を、より的確に実現できる。
また、上記実施の形態1の上記図6などでは、半導体チップ4PHのパッド12S3,12S4,12Gおよび半導体チップ4PLのパッド15S4,15Gのそれぞれに、ワイヤWAが複数本(ここでは2本)接続された場合を示しているが、それらの各パッドに接続するワイヤWAの数を、それぞれ1本とすることもできる。図45の半導体装置SM1には、半導体チップ4PHのパッド12S3,12S4,12Gおよび半導体チップ4PLのパッド15S4,15Gのそれぞれに接続するワイヤWAの数を1本とした場合が示されている。このようにすることで、ワイヤWAの総数を減らして、半導体装置のコストを低減できる。
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。