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)
本実施の形態では、例えばDC−DCコンバータに用いる半導体装置に本発明を適用した場合の一例について説明する。
<DC−DCコンバータの回路構成について>
本発明の一実施の形態の半導体装置について、図面を参照して説明する。
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、2つのドライバ回路(駆動回路)DR1,DR2と、制御回路CTC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、2つのパワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor:以下、単にパワーMOSと略す)QH1,QL1を有している。このパワーMOSFETQH1,QL1は、1つの半導体装置SM1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CTC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。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、半導体チップ(ハイサイド用半導体チップ)CPHに形成されている。また、このパワーMOSQH1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CPHの厚さ方向に形成される。この場合、半導体チップCPHの主面(半導体チップCPH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、半導体装置SM1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CTC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CPHとは別の半導体チップ(ロウサイド用半導体チップ)CPL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CPLの厚さ方向に形成される。チャネルが半導体チップCPL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CPL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CPL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CPL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。
上記制御回路CTC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CTC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。
<半導体装置の構造について>
図3および図4は、本実施の形態の半導体装置SM1の斜視図であり、図5は、半導体装置SM1の上面図(平面図)であり、図6は半導体装置SM1の下面図(底面図、裏面図、平面図)であり、図7〜図12は半導体装置SM1の断面図(側面断面図)であり、図13〜図16は、半導体装置SM1の平面透視図である。このうち、図3は、半導体装置SM1を斜め上方から見た場合の斜視図に対応し、図4は、半導体装置SM1を斜め下方から見た場合の斜視図に対応する。また、図13のA1−A1線の断面が図7にほぼ対応し、図13のA2−A2線の断面が図8にほぼ対応し、図13のB1−B1線の断面が図9にほぼ対応し、図13のB2−B2線の断面が図10にほぼ対応し、図13のB3−B3線の断面が図11にほぼ対応し、図13のB4−B4線の断面が図12にほぼ対応する。また、図13は、半導体装置SM1において、封止樹脂部MRを透視した状態が示され、図14は、図13において、更にゲート端子TGLおよびソース端子TSLを外した(透視した)状態が示され、図15は、図14において、更に半導体チップCPLを外した(透視した)状態が示され、図16は、図15において、更にゲート端子TGHおよびソース・ドレイン端子TSDを外した(透視した)状態が示されている。なお、理解を簡単にするために、図13〜図16では、封止樹脂部MRの外形を二点鎖線で示してある。また、平面図に示される符号Xは第1方向、符号Yは第1方向Xに直交(交差)する第2方向を示している。以下では、第1方向XをX方向と呼び、第2方向YをY方向と呼ぶ場合もある。
本実施の形態の半導体装置(半導体パッケージ)SM1は、樹脂封止形の半導体パッケージである。すなわち、半導体装置SM1は、樹脂封止型半導体パッケージ形態の半導体装置である。
また、本実施の形態では、上述のように、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CPH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CPL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(小面積化)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。
半導体装置SM1の具体的な構造を、図3〜図16を参照して説明する。
図3〜図16に示される本実施の形態の半導体装置SM1は、半導体チップCPH,CPLと、導電体によって形成されたリード端子部であるドレイン端子TDH、ゲート端子TGL,TGH、ソース端子TSLおよびソース・ドレイン端子TSDと、これらを封止する封止樹脂部(封止部、封止樹脂)MRとを備えている。
封止樹脂部MRは、例えば熱硬化性樹脂材料などの樹脂材料などからなり、フィラーなどを含むこともできる。例えば、フィラーを含むエポキシ樹脂などを用いて封止樹脂部MRを形成することができる。封止樹脂部MRにより、半導体チップCPH,CPL、ゲート端子TGL,TGH、ソース端子TSL、ドレイン端子TDHおよびソース・ドレイン端子TSDが封止され、保護される。
封止樹脂部MRは、互いに反対側に位置する2つの主面MRa,MRbを有しており、封止樹脂部MRの主面MRaが封止樹脂部MRの上面(表面)となり(図5参照)、封止樹脂部MRの主面MRbが封止樹脂部MRの裏面(底面、下面)となっている。封止樹脂部MRの主面MRb、すなわち半導体装置SM1の裏面(底面、下面)が(図6参照)、半導体装置SM1の実装面である。
封止樹脂部MRの平面形状は矩形(長方形)であり、平面的に見ると(すなわち封止樹脂部MRの主面MRbに平行な平面で見ると)、図5および図6に示されるように、第1方向Xに平行でかつ互いに対向する辺SD1,SD3と、第1方向Xに直交する第2方向Yに平行でかつ互いに対向する辺SD2,SD4とを有している。
半導体チップCPL,CPHは、例えば、単結晶シリコンなどからなる半導体基板(半導体ウエハ)に種々の半導体素子または半導体集積回路を形成した後、必要に応じて半導体基板の裏面研削を行ってから、ダイシングなどにより半導体基板を各半導体チップCPL,CPHに分離したものである。半導体チップCPLおよび半導体チップCPHは、平面矩形状である。半導体チップCPL,CPHは、封止樹脂部MR内に封止されており、封止樹脂部MRから露出されない。
半導体チップ(第1半導体チップ)CPHは、互いに反対側に位置する2つの主面である表面(半導体素子形成側の主面)および裏面(表面とは反対側の主面)を有しており、半導体チップCPHの表面に形成されたソースパッド電極(表面電極)PDSHおよびゲートパッド電極(表面電極)PDGHと、半導体チップCPHの裏面の全面に形成された裏面ドレイン電極(裏面電極)BEHとを有している(図7等参照)。なお、半導体チップCPHのソースパッド電極PDSHおよびゲートパッド電極PDGHを形成した側の主面を、半導体チップCPHの表面と呼び、半導体チップCPHの裏面ドレイン電極BEH側の主面を、半導体チップCPHの裏面と呼ぶものとする。半導体チップCPHの裏面(裏面ドレイン電極BEH)がドレイン端子TDHに対向し、半導体チップCPHの表面はゲート端子TGHおよびソース・ドレイン端子TSDに対向している。
半導体チップCPHの裏面の裏面ドレイン電極BEHは、半導体チップCPH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CPHの裏面ドレイン電極BEHは、上記ハイサイド用のパワーMOSQH1のドレイン電極に対応する。
半導体チップCPHの表面のゲートパッド電極(ゲート用電極)PDGHは、半導体チップCPH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CPHのゲートパッド電極PDGH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、パッド電極)に対応する。
半導体チップCPHの表面のソースパッド電極(ソース用電極)PDSHは、半導体チップCPH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CPHのソースパッド電極PDSH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、パッド電極)に対応する。
半導体チップ(第2半導体チップ)CPLの構成は、半導体チップCPHの構成とほぼ同様である。すなわち、半導体チップCPLは、互いに反対側に位置する2つの主面である表面(半導体素子形成側の主面)および裏面(表面とは反対側の主面)を有しており、半導体チップCPLの表面に形成されたソースパッド電極(表面電極)PDSLおよびゲートパッド電極(表面電極)PDGLと、半導体チップCPLの裏面の全面に形成された裏面ドレイン電極(裏面電極)BELとを有している(図7等参照)。なお、半導体チップCPLのソースパッド電極PDSLおよびゲートパッド電極PDGLを形成した側の主面を、半導体チップCPLの表面と呼び、半導体チップCPLの裏面ドレイン電極BEL側の主面を、半導体チップCPLの裏面と呼ぶものとする。半導体チップCPLの裏面(裏面ドレイン電極BEL)がソース・ドレイン端子TSDに対向し、半導体チップCPLの表面はソース端子TSLおよびゲート端子TGLに対向している。
半導体チップCPLの裏面の裏面ドレイン電極BELは、半導体チップCPL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CPLの裏面ドレイン電極BELは、上記ロウサイド用のパワーMOSQL1のドレイン電極に対応する。
半導体チップCPLの表面のゲートパッド電極(ゲート用電極)PDGLは、半導体チップCPL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CPLのゲートパッド電極PDGL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、パッド電極)に対応する。
半導体チップCPLの表面のソースパッド電極(ソース用電極)PDSLは、半導体チップCPL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CPLのソースパッド電極PDSL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、パッド電極)に対応する。
ドレイン端子(ドレイン用端子、ドレイン接続用導体部、チップ搭載部)TDH、ゲート端子(ゲート用端子、ゲート接続用導体部、リード端子部)TGL,TGH、ソース端子(ソース用端子、ソース接続用導体部、リード端子部)TSLおよびソース・ドレイン端子(ソース及びドレイン用端子、ソース及びドレイン接続用導体部、リード端子部)TSDは、導電体からなり、好ましくは、銅(Cu)または銅合金等の金属材料からなる。
図7〜図12からも分かるように、半導体チップCPHは、半導体チップCPHの下側に位置するドレイン端子TDHと、半導体チップCPHの上側に位置するゲート端子TGHおよびソース・ドレイン端子TSDとの間に、半導体チップCPHの表面側が上方(ゲート端子TGHおよびソース・ドレイン端子TSD側)を向くように配置されている。半導体チップCPLは、半導体チップCPLの下側に位置するソース・ドレイン端子TSDと、半導体チップCPLの上側に位置するゲート端子TGLおよびソース端子TSLとの間に、半導体チップCPLの表面側が上方(ゲート端子TGLおよびソース端子TSL側)を向くように配置されている。すなわち、ドレイン端子TDH上に半導体チップCPHが配置され、半導体チップCPH上にゲート端子TGHおよびソース・ドレイン端子TSDが配置され、ソース・ドレイン端子TSD上に半導体チップCPLが配置され、半導体チップCPL上にゲート端子TGLおよびソース端子TSLが配置されているのである。
そして、半田SLDを介して、ドレイン端子TDH(の上面)が半導体チップCPHの裏面ドレイン電極BEHと接合(接着、接続)されて電気的に接続されている。また、半田SLDを介して、ゲート端子TGH(の下面)が半導体チップCPHの表面のゲートパッド電極PDGHと接合(接着、接続)されて電気的に接続され、ソース・ドレイン端子TSD(の下面)が半導体チップCPHの表面のソースパッド電極PDSHと接合(接着、接続)されて電気的に接続されている。また、半田SLDを介して、ソース・ドレイン端子TSD(の上面)が半導体チップCPLの裏面ドレイン電極BELと接合(接着、接続)されて電気的に接続されている。また、半田SLDを介して、ゲート端子TGL(の下面)が半導体チップCPLの表面のゲートパッド電極PDGLと接合(接着、接続)されて電気的に接続され、ソース端子TSL(の下面)が半導体チップCPLの表面のソースパッド電極PDSLと接合(接着、接続)されて電気的に接続されている。このため、ソース・ドレイン端子TSDは、半導体チップCPHのソースパッド電極PDSHに半田SLDを介して電気的に接続されるとともに、半導体チップCPLの裏面ドレイン電極BELにも半田SLDを介して電気的に接続されている。
半導体チップCPHは、ドレイン端子TDH上に半田SLDを介して搭載(ダイボディング)されているため、ドレイン端子TDHは、チップ搭載部(ダイパッド部)とみなすことができる。また、ゲート端子TGL,TGH、ソース端子TSL、およびソース・ドレイン端子TSDは、封止樹脂部MR内の半導体チップCPH,CPLの各電極を封止樹脂部MRの外部に導出するよう機能するため、リード端子部(リード端子、リード部)とみなすことができる。また、半導体チップCPLは、ソース・ドレイン端子TSD上に半田SLDを介して搭載(ダイボディング)されているため、ソース・ドレイン端子TSDは、チップ搭載部とリード端子部(リード端子、リード部)とを兼ねたものとみなすこともできる。
ドレイン端子TDHは、折り曲げられておらず(折り曲げ加工されておらず)、平坦である。ドレイン端子TDHの下面(主面)TDHaは、封止樹脂部MRの主面MRbから露出されている。ここで、ドレイン端子TDHは、互いに反対側に位置する2つの主面を有しており、半導体チップCPHが搭載されている側(すなわち半導体チップCPHの裏面に対向する側)の主面をドレイン端子TDHの上面と呼び、この上面とは反対側の主面を下面TDHaと呼ぶものとする。
辺SD2,SD4に対応する封止樹脂部MRの側面からドレイン端子TDHの一部(すなわち後述のステップS11でリードフレームLF1から切り離された側の端部)が若干突出しているが、それ以外の部分のドレイン端子TDHの側面は、封止樹脂部MRに覆われて封止されている。また、ドレイン端子TDHの上面の一部は、半導体チップCPHの裏面ドレイン電極BEHに半田SLDを介して接合され、ドレイン端子TDHの上面の他の部分は、封止樹脂部MRに覆われて封止されている。また、図6〜図8および図12に示されるように、ドレイン端子TDHには、半導体チップCPHの直下以外の領域において、ドレイン端子TDHの上面から下面TDHaに貫通する開口部(孔部、貫通孔)OP1が設けられており、この開口部OP1内を封止樹脂部MRで満たすことで、ドレイン端子TDHを封止樹脂部MRから抜け難くしている。
リード端子であるゲート端子TGH、ソース・ドレイン端子TSD、ゲート端子TGLおよびソース端子TSLのそれぞれの一部(アウタリード部)は、封止樹脂部MRの側面から外方に突出して、封止樹脂部MRの外部で折り曲げられている。すなわち、ゲート端子TGH、ソース・ドレイン端子TSD、ゲート端子TGLおよびソース端子TSLのそれぞれは、封止樹脂部MR内に位置する部分は平坦であるが、封止樹脂部MRの側面から突出する部分(封止樹脂部MRの外部に位置する部分、すなわちアウタリード部)で折り曲げ加工されているのである(図9、図12等参照)。
なお、ゲート端子TGH、ソース・ドレイン端子TSD、ゲート端子TGLおよびソース端子TSLの各々において、封止樹脂部MRの外部に位置する部分をアウタリード部と呼び、封止樹脂部MRの内部に位置する部分をインナリード部と呼ぶものとする。ゲート端子TGH、ソース・ドレイン端子TSD、ゲート端子TGLおよびソース端子TSLの各々において、インナリード部とアウタリード部とは一体的に形成されている。半導体チップCPHのソースパッド電極PDSHと半導体チップCPLの裏面ドレイン電極BELとの両者に半田SLDで接合されているのはソース・ドレイン端子TSDのインナリード部であり、半導体チップCPHのゲートパッド電極PDGHに半田SLDで接合されているのはゲート端子TGHのインナリード部である。また、半導体チップCPLのソースパッド電極PDSLに半田SLDで接合されているのはソース端子TSLのインナリード部であり、半導体チップCPLのゲートパッド電極PDGLに半田SLDで接合されているのはゲート端子TGLのインナリード部である。
折り曲げによって形成されたゲート端子TGHのアウタリード部の下面TGHbと、ソース・ドレイン端子TSDのアウタリード部の下面TSDbと(図12参照)、ゲート端子TGLのアウタリード部の下面TGLbと、ソース端子TSLのアウタリード部の下面TSLbとは(図9参照)、封止樹脂部MRの主面MRbで露出されたドレイン端子TDHの下面TDHaと実質的に同一平面上に形成されている。これら同一平面上にある、ゲート端子TGHのアウタリード部の下面TGHb、ソース・ドレイン端子TSDのアウタリード部の下面TSDb、ゲート端子TGLのアウタリード部の下面TGLb、ソース端子TSLのアウタリード部の下面TSLbおよびドレイン端子TDHの下面TDHaが、半導体装置SM1の外部接続用の端子(外部端子)となる。このため、半導体装置SM1は、面実装が可能であり、半導体装置SM1の裏面(封止樹脂部MRの主面MRb)が半導体装置SM1の実装面となる。
また、半導体装置SM1においては、ソース・ドレイン端子TSDは、下側の半導体チップCPHのソースパッド電極PDSHと、上側の半導体チップCPLの裏面ドレイン電極BELとの両方に、半田SLDを介して接合されて電気的に接続されている。このため、下側の半導体チップCPHのソースパッド電極PDSHと、上側の半導体チップCPLの裏面ドレイン電極BELとが、半田SLDおよびソース・ドレイン端子TSDを介して電気的に接続された状態となっている。従って、ソース・ドレイン端子TSDは、下側の半導体チップCPHのソース端子と、上側の半導体チップCPLのドレイン端子を兼ねることになる。これにより、上記パワーMOSQH1のソースと上記パワーMOSQL1のドレインとが電気的に接続され、下側の半導体チップCPHに形成された上記パワーMOSQH1と、上側の半導体チップCPLに形成された上記パワーMOSQL1とを直列に接続することができる。
半導体装置SM1において、封止樹脂部MR内の端子および半導体チップを層構造とみなすと、最下層である第1層にドレイン端子TDHが配置され、その上の第2層に半導体チップCPHが配置され、その上の第3層にゲート端子TGHとソース・ドレイン端子TSDとが配置され、その上の第4層に半導体チップCPLが配置され、その上の第5層にゲート端子TGLとソース端子TSLとが配置された構造となっている。第5層に配置されたゲート端子TGLとソース端子TSLとは、同層(同じ高さ位置)に配置されているが(図9参照)、平面的に重ならないように分離して形成されており、間に介在する封止樹脂部MRによって電気的に絶縁されている。また、第3層に配置されたゲート端子TGHとソース・ドレイン端子TSDとは、同層(同じ高さ位置)に配置されているが、平面的に重ならないように分離して形成されており、間に介在する封止樹脂部MRによって電気的に絶縁されている(図12参照)。
なお、本願において、「平面的に見る」と言うときは、ドレイン端子TDHの下面に平行な平面(これは、封止樹脂部MRの主面MRbに平行な平面でもあり、半導体チップCPH,CPLの表面や裏面に略平行な平面にも対応する)で見る場合を意味する。
ドレイン端子TDH上に半導体チップCPHが半田SLDを介して搭載(配置)されており、半導体チップCPHはドレイン端子TDHに平面的に内包されている。半導体チップCPH上に半田SLDを介してゲート端子TGHとソース・ドレイン端子TSDとが搭載(配置)されており、ゲート端子TGHの一部とソース・ドレイン端子TSDの一部とが半導体チップCPHに平面的に重なっている。具体的には、ゲート端子TGHの一部が半導体チップCPHのゲートパッド電極PDGHと平面的に重なっており、この重なり領域において、ゲート端子TGHと半導体チップCPHのゲートパッド電極PDGHとが半田SLDで接合されている。また、ソース・ドレイン端子TSDの一部が半導体チップCPHのソースパッド電極PDSHと平面的に重なっており、この重なり領域において、ソース・ドレイン端子TSDと半導体チップCPHのソースパッド電極PDSHとが半田SLDで接合されている。
ソース・ドレイン端子TSD上に半導体チップCPLが半田SLDを介して搭載(配置)されており、半導体チップCPLはソース・ドレイン端子TSDに平面的に内包され、ゲート端子TGHは、半導体チップCPLに平面的に重なっていない(図7等参照)。ゲート端子TGHは半導体チップCPLと平面的に重なっていないため、ゲート端子TGHは半導体チップCPL(特に裏面ドレイン電極BEL)に接しておらず、半導体チップCPLの裏面ドレイン電極BELは、ソース・ドレイン端子TSDと半田SLDを介して電気的に接続するが、ゲート端子TGHとは電気的に接続していない状態となっている。
半導体チップCPL上に半田SLDを介してゲート端子TGLとソース端子TSLとが搭載(配置)されており、ゲート端子TGLの一部とソース端子TSLの一部とが半導体チップCPLに平面的に重なっている(図9等参照)。具体的には、ゲート端子TGLの一部が半導体チップCPLのゲートパッド電極PDGLと平面的に重なっており、この重なり領域において、ゲート端子TGLと半導体チップCPLのゲートパッド電極PDGLとが半田SLDで接合されている。また、ソース端子TSLの一部が半導体チップCPLのソースパッド電極PDSLと平面的に重なっており、この重なり領域において、ソース端子TSLと半導体チップCPLのソースパッド電極PDSLとが半田SLDで接合されている。
ゲート端子TGLは、封止樹脂部MRの辺SD1に対応する側面から、封止樹脂部MR外部に導出されて折り曲げ加工されている。ゲート端子TGHは、封止樹脂部MRの辺SD3に対応する側面から、封止樹脂部MR外部に導出されて折り曲げ加工されている。ソース端子TSLは、封止樹脂部MRの辺SD1に対応する側面と辺SD3に対応する側面とから、封止樹脂部MR外部に導出されて折り曲げ加工されている。ソース・ドレイン端子TSDは、封止樹脂部MRの辺SD1に対応する側面と辺SD3に対応する側面とから、封止樹脂部MR外部に導出されて折り曲げ加工されている。また、ソース端子TSLは、封止樹脂部MRの辺SD1に対応する側面では、ゲート端子TGLのアウタリード部を挟むように2箇所で封止樹脂部MR外部に導出されて折り曲げ加工されている。また、ソース・ドレイン端子TSDは、封止樹脂部MRの辺SD3に対応する側面では、ゲート端子TGHのアウタリード部を挟むように2箇所で封止樹脂部MR外部に導出されて折り曲げ加工されている。
なお、ゲート端子TGLとソース端子TSLとは、封止樹脂部MRの側面において、同じ高さ位置から封止樹脂部MRの外部に導出されている。また、ゲート端子TGHとソース・ドレイン端子TSDとは、封止樹脂部MRの側面において、同じ高さ位置から封止樹脂部MRの外部に導出されている。しかしながら、封止樹脂部MRの側面において、ゲート端子TGLおよびソース端子TSLは、ゲート端子TGHおよびソース・ドレイン端子TSDとは、異なる高さ位置で封止樹脂部MRの外部に導出されている。すなわち、封止樹脂部MRの側面において、ゲート端子TGLおよびソース端子TSLが封止樹脂部MRの外部に導出された高さ位置よりも低い位置で、ゲート端子TGHおよびソース・ドレイン端子TSDが封止樹脂部MRの外部に導出されているのである。そして、ゲート端子TGHおよびソース・ドレイン端子TSDが封止樹脂部MRの外部に導出される高さ位置よりも低い位置に、ドレイン端子TDHは位置している。
また、封止樹脂部MRの内部において、同層(同じ高さ位置)のゲート端子TGLとソース端子TSLとは平面的に重なっておらず、同層(同じ高さ位置)のゲート端子TGHとソース・ドレイン端子TSDとは平面的に重なっていない。これは、封止樹脂部MRの内部において、同層のゲート端子TGLとソース端子TSLとを電気的に分離し、同層のゲート端子TGHとソース・ドレイン端子TSDとを電気的に分離するためである。
また、封止樹脂部MRの内部において、ソース端子TSLおよびゲート端子TGLは、一部が下層のソース・ドレイン端子TSDと平面的に重なっている。これは、半導体チップCPLの裏面ドレイン電極BELの全面をソース・ドレイン端子TSDに半田SLDで接合するために、半導体チップCPLがソース・ドレイン端子TSDに平面的に内包されるように配置し、この半導体チップCPLのソースパッド電極PDSLに平面的に重なるようにソース端子TSLを配置し、半導体チップCPLのゲートパッド電極PDGLに平面的に重なるようにゲート端子TGLを配置するためである。このため、封止樹脂部MRの内部において、ソース端子TSLおよびゲート端子TGLは、間に半導体チップCPLを挟んで、ソース・ドレイン端子TSDと対向する(すなわち平面的に重なる)ことになる。
一方、封止樹脂部MRの外部においては、ソース端子TSLとゲート端子TGLとソース・ドレイン端子TSDとゲート端子TGHとは、互いに平面的に重なっていない(図6等参照)。封止樹脂部MRの外部で、ソース端子TSLとゲート端子TGLとソース・ドレイン端子TSDとゲート端子TGHとが平面的に重ならないようにすることで、封止樹脂部MRの外部において端子間の短絡を防止しやすくなる。また、後述のステップS8のモールド工程で封止樹脂部MRを形成しやすくなる。
本実施の形態の半導体装置SM1は、半導体チップCPLと半導体チップCPHとを上下に積み重ねて配置しているため、本実施の形態とは異なり、半導体チップCPHと半導体チップCPLとを横に並べて配置してパッケージ化した場合に比べて、本実施の形態の半導体装置SM1の平面積を縮小することができる。このため、半導体装置SM1を実装する実装基板における実装面積(半導体装置SM1を実装するのに要する面積)を小さくすることができ、半導体装置SM1を用いた電子装置(非絶縁型DC−DCコンバータ1)の小型化(小面積化)を図ることができる。また、本実施の形態の半導体装置SM1では、半導体チップCPLと半導体チップCPHとを上下に積み重ねて、半導体チップCPLの裏面ドレイン電極BELと半導体チップCPHのソースパッド電極PDSHとを、半導体チップCPLと半導体チップCPHとの間に介在するソース・ドレイン端子TSDを介して電気的に接続している。このため、半導体装置SM1内の配線寄生インダクタンスを小さくすることができるので、半導体装置SM1およびそれを用いた電子装置(非絶縁型DC−DCコンバータ1)の性能を向上させることができ、高周波化や高効率化も図ることができる。従って、半導体装置SM1の特性を向上させることができる。
このように、本実施の形態の半導体装置SM1では、2つの半導体チップCPH,CPLを上下に積層しているが、半導体チップCPHのゲートパッド電極PDGH上に半導体チップCPLが重ならない(平面的に重ならない)ようにして、半導体チップCPLと半導体チップCPHとを上下に配置している。すなわち、半導体チップCPHのゲートパッド電極PDGHの直上には半導体チップCPLが位置しないようにしている(図7等参照)。これにより、半導体チップCPHのゲートパッド電極PDGHに平面的に重なるが半導体チップCPLには平面的に重ならないように、ゲート端子TGHを配置させることができるため、半導体チップCPL(特に裏面ドレイン電極BEL)に接しないように、半導体チップCPHのゲートパッド電極PDGH上にゲート端子TGHを配置することができる。このため、ゲート端子TGHを、半導体チップCPHのゲートパッド電極PDGHに電気的に接続させるが、半導体チップCPLの裏面ドレイン電極BELとは電気的に接続させないようにすることができる。
このように、半導体チップCPHのゲートパッド電極PDGH上に半導体チップCPLが重なっていない(すなわち半導体チップCPHのゲートパッド電極PDGHの直上に半導体チップCPLが存在しない)ようにするが、そのために、半導体チップCPHと半導体チップCPLとは、互いの中心をずらして配置している(図7、図8等参照)。
また、半導体チップCPHのゲートパッド電極PDGH上に半導体チップCPLが重なっていないようにするが、半導体チップCPLと半導体チップCPHとは、一部が平面的に重なっていることが好ましい。これにより、ゲート端子TGHを半導体チップCPLの裏面ドレイン電極BELに電気的に接続することなく半導体チップCPHのゲートパッド電極PDGHに電気的に接続させることができるとともに、半導体チップCPHと半導体チップCPLの重なりの分、半導体装置SM1の平面積を縮小させることができる。また、半導体チップCPLの裏面ドレイン電極BELと半導体チップCPHのソースパッド電極PDSHとを、両者に上下に挟まれたソース・ドレイン端子TSDによって最短経路で電気的に接続することができるため、半導体装置SM1内の配線寄生インダクタンスをより低減することができ、半導体装置SM1およびそれを用いた電子装置(非絶縁型DC−DCコンバータ1)の高性能化、例えば高周波化や高効率化に有利となる。
また、ロウサイド用のパワーMOSQL1が形成された半導体チップCPLとハイサイド用のパワーMOSQH1が形成された半導体チップCPHとを、同じサイズ(寸法)とすることが好ましい。半導体チップCPLと半導体チップCPHとを同じサイズとすることで、小さな半導体チップ上に大きな半導体チップを配置する構成とはならず、半導体装置SM1はパッケージ構造上のバランスが良くなり、半導体装置SM1の組立工程(製造工程)が行いやすくなる。
また、半導体チップCPLと半導体チップCPHとを、同じサイズ(寸法)とするだけでなく、半導体チップCPHにおけるソースパッド電極PDSHおよびゲートパッド電極PDGHの形状および配置が、半導体チップCPLにおけるソースパッド電極PDSLおよびゲートパッド電極PDGLの形状および配置と同じであることが、より好ましい。すなわち、同じ構成の半導体チップを半導体チップCPLと半導体チップCPHとして使用することがより好ましい。これにより、共通の半導体チップを半導体チップCPLと半導体チップCPHとの両方に使用することができるため、半導体装置SM1のコストを低減することができる。また、回路構成上、ハイサイド用のパワーMOSQH1よりもロウサイド用のパワーMOSQL1の方が流れる電流が大きいため、ロウサイド用のパワーMOSQL1が形成された半導体チップCPLに最適なサイズの半導体チップを準備し、この半導体チップを半導体チップCPLだけでなく、半導体チップCPHにも使用することがより好ましい。
また、半導体チップCPLと半導体チップCPHとを同じサイズとした場合には、半導体チップCPHのゲートパッド電極PDGH上に半導体チップCPLが重ならないようにするには、平面的に見て、半導体チップCPHと半導体チップCPLとを、互いの中心をずらして配置すればよい。これにより、半導体チップCPHのゲートパッド電極PDGH上に半導体チップCPLが重ならないようにすることができるため、ゲート端子TGHを、半導体チップCPHのゲートパッド電極PDGHに電気的に接続させるとともに、半導体チップCPLの裏面ドレイン電極BELとは電気的に接続しないようにすることができる(図7等参照)。
また、同じチップサイズでかつソースパッド電極およびゲートパッド電極の形状および配置が同じである半導体チップCPLと半導体チップCPHとを、互いの中心をずらして上下に配置させる場合には、図14と図16とを比べると分かるように、半導体チップCPLの配置は、半導体チップCPHを180°回転させた配置に対応していることが好ましい。すなわち、半導体チップCPLの向きを、半導体チップCPHを180°回転(具体的には半導体チップCPHの表面または裏面に平行な平面上で180°回転)させた向きと同じにすることが好ましい。換言すれば、同じ構成の2つの半導体チップを半導体チップCPLと半導体チップCPHに使用して互いの中心をずらして上下に配置させるが、2つの半導体チップの向きを同じにするのではなく、一方を半導体チップCPHとして配置し、他方を180°回転させた向きで半導体チップCPLとして配置させるのである。そして、半導体チップCPHと半導体チップCPLとを互いに180°回転した向きとするが、半導体チップCPHと半導体チップCPLとの中心が一致した状態に比べて、半導体チップCPHのゲートパッド電極PDGHと半導体チップCPLのゲートパッド電極PDGLとが互いに遠ざかるように、半導体チップCPLと半導体チップCPHとをずらしている。このようにすることで、半導体チップCPLと半導体チップCPHとのずれ量が小さくとも(すなわち半導体チップCPL,CPHの重なり面積が大きくとも)、半導体チップCPHのゲートパッド電極PDGH上に半導体チップCPLが重ならないようにすることができるため、半導体装置SM1の平面積を、より縮小させることができる。
また、ドレイン端子TDHの厚みT1は、ゲート端子TGHの厚みT2、ソース・ドレイン端子TSDの厚みT3、ゲート端子TGLの厚みT4およびソース端子TSLの厚みT5よりも厚いことが好ましい(すなわちT1>T2,T3,T4,T5)。その理由は次の通りである。なお、各厚みT1〜T5は、図7および図8に示してある。
すなわち、半導体チップCPH,CPLの発熱は、主としてドレイン端子TDH、ゲート端子TGH、ソース・ドレイン端子TSD、ゲート端子TGLおよびソース端子TSLから、半導体装置SM1の外部(例えば半導体装置SM1を実装する実装基板)に放熱されるが、このうち、封止樹脂部MRの主面MRbで露出するドレイン端子TDHからの放熱の寄与が最も大きい。このため、ドレイン端子TDHの厚みT1を厚くすることで、半導体装置SM1の放熱特性を向上させる(すなわち半導体装置SM1を低熱抵抗化する)ことができる。
一方、ゲート端子TGH、ソース・ドレイン端子TSD、ゲート端子TGLおよびソース端子TSLは、封止樹脂部MRの外部で折り曲げ加工されているが、厚みT2,T3,T4,T5が厚すぎると成形性が低下し、折り曲げ加工がしにくくなる。また、ドレイン端子TDH、ゲート端子TGH、ソース・ドレイン端子TSD、ゲート端子TGLおよびソース端子TSLの全てを厚くすると、半導体装置の大型化(厚みの増大)も招いてしまう。
このため、ゲート端子TGH、ソース・ドレイン端子TSD、ゲート端子TGLおよびソース端子TSLの各厚みT2,T3,T4,T5をドレイン端子TDHの厚みT1よりも薄くすることで、ゲート端子TGH、ソース・ドレイン端子TSD、ゲート端子TGLおよびソース端子TSLを成形し易く(折り曲げ加工し易く)することができる。ドレイン端子TDHは、平坦で折り曲げ加工されていないため、ゲート端子TGH、ソース・ドレイン端子TSD、ゲート端子TGLおよびソース端子TSLよりも厚くとも、加工上の問題は生じない。このように、ドレイン端子TDHを、ゲート端子TGH、ソース・ドレイン端子TSD、ゲート端子TGLおよびソース端子TSLよりも厚くすることで、半導体装置SM1の放熱性の向上と、端子の加工のしやすさとを両立することができる。また、半導体装置SM1を小型化(薄型化)することもできる。
また、半導体装置SM1の製造用のリードフレーム(後述のリードフレームLF1,LF2,LF3に対応)の加工の容易性を考慮すると、ゲート端子TGHの厚みT2とソース・ドレイン端子TSDの厚みT3とは同じ(すなわちT2=T3)であることが好ましく、また、ゲート端子TGLの厚みT4とソース端子TSLの厚みT5とは同じ(T4=T5)であることが好ましい。そして、ドレイン端子TDHの厚みT1は、後述のリードフレームLF1の厚みと同じであり、ゲート端子TGHおよびソース・ドレイン端子TSDの各厚みT2,T3は、後述のリードフレームLF2の厚みと同じであり、ゲート端子TGLおよびソース端子TSLの各厚みT4,T5は、後述のリードフレームLF3の厚みと同じである。このため、上述の理由により、後述のリードフレームLF1の厚みを、後述のリードフレームLF2,LF3の各厚みよりも厚くすることが好ましい。
各端子の厚みT1〜T5の一例を挙げれば、ドレイン端子TDHの厚みT1(すなわち後述のリードフレームLF1の厚み)を例えば0.4mm程度とし、ゲート端子TGH、ソース・ドレイン端子TSD、ゲート端子TGLおよびソース端子TSLの各厚みT2,T3,T4,T5(すなわち後述のリードフレームLF2,LF3の各厚み)を例えば0.2mm程度とすることができる。
また、封止樹脂部MRの内部において、ソース端子TSLは、ゲート端子TGHおよびソース・ドレイン端子TSDとは異なる層(異なる高さ位置)に配置されているため、ソース端子TSLを半導体チップCPHのゲートパッド電極PDGHに平面的に重なるように設けることも可能であるが、ソース端子TSLは、半導体チップCPHのゲートパッド電極PDGHと平面的に重なっていないことが好ましい(図7および図13等参照)。これにより、後述のステップS7の半田リフロー処理によりゲート端子TGHを半導体チップCPHのゲートパッド電極PDGHに半田SLDで接合した後で、後述のステップS8のモールド工程で封止樹脂部MRを形成する前の段階まで、ソース端子TSLが邪魔になることなく、ゲート端子TGHと半導体チップCPHのゲートパッド電極PDGHとの半田SLDを介した接合状態を観察(外観検査)することができる。また、ソース端子TSLが邪魔になることなく、ソース・ドレイン端子TSDと半導体チップCPHのソースパッド電極PDSHとの半田SLDを介した接合状態を観察(外観検査)することもできる。このため、半導体装置SM1の信頼性を向上させることができる。
また、この観察(外観検査)を行いやすくするために、図13〜図15に示されるように、半導体チップCPHのゲートパッド電極PDGHおよびソースパッド電極PDSHの各一部が、ゲート端子TGH、ソース・ドレイン端子TSD、ソース端子TSLおよびゲート端子TGLのいずれとも平面的に重なっていない状態となっていることが、より好ましい。すなわち、半導体チップCPHのゲートパッド電極PDGHは、一部(大部分)がゲート端子TGHと平面的に重なっているが、他の一部は、ゲート端子TGH、ソース・ドレイン端子TSD、ソース端子TSLおよびゲート端子TGLのいずれとも平面的に重なっていないことが、より好ましい。また、半導体チップCPHのソースパッド電極PDSHは、一部(大部分)がソース・ドレイン端子TSDと平面的に重なっているが、他の一部は、ゲート端子TGH、ソース・ドレイン端子TSD、ソース端子TSLおよびゲート端子TGLのいずれとも平面的に重なっていないことが、より好ましい。
また、封止樹脂部MRの外部におけるソース・ドレイン端子TSDのアウタリード部の幅W1,W2およびソース端子TSLのアウタリード部の幅W3,W4は、封止樹脂部MRの外部におけるゲート端子TGHのアウタリード部の幅W5およびゲート端子TGLのアウタリード部の幅W6よりも広いことが好ましい(すなわちW1,W2,W3,W4>W5,W6)。なお、各幅W1〜6は、図5に示してある。これにより、半導体装置SM1に内蔵されたロウサイド用のパワーMOSQL1およびハイサイド用のパワーMOSQH1のオン抵抗を低減することができ、また、半導体装置SM1の放熱特性を向上させる(すなわち半導体装置SM1を低熱抵抗化する)ことができる。
<半導体チップの構成について>
本実施の形態の半導体装置SM1で用いられている半導体チップCPH,CPLの構成例について説明する。
本実施の形態で用いられている半導体チップCPH,CPLは、パワーMOSFETチップ(パワーMOSFETが形成された半導体チップ)であり、具体的には縦型の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。半導体チップCPH,CPLに、縦型のMOSFETが形成された半導体チップを用いるのは、ドレイン端子TDHとソース・ドレイン端子TSD及びゲート端子TGHとの間に半導体チップCPHを挟み、ソース・ドレイン端子TSDとソース端子TSL及びゲート端子TGLとの間に半導体チップCPLを挟んで、半導体チップCPH(パワーMOSQH1)と半導体チップCPL(パワーMOSQL1)を直列に接続するためでもある。
半導体チップCPH,CPLの構成例について図17を参照して説明する。図17は、半導体チップCPH,CPLの構造の一例を示す要部断面図である。上記パワーMOSQH1は、半導体チップCPH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おり、上記パワーMOSQL1は、半導体チップCPLを構成する基板21の主面に形成されている。
図17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。
図17に示される半導体チップが半導体チップCPHの場合は、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、上記パワー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、上記パワー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。また、図17に示される半導体チップが半導体チップCPLの場合は、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、上記パワーMOSQL1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、上記パワーMOSQL1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MOSFET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。
図17に示される半導体チップが半導体チップCPHの場合は、基板21(半導体チップCPH)の裏面には、上記裏面ドレイン電極BEHが形成され、図17に示される半導体チップが半導体チップCPLの場合は、基板21(半導体チップCPL)の裏面には、上記裏面ドレイン電極BELが形成されている。裏面ドレイン電極BEH,BEL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。
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17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CPH,CPL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が形成されている。半導体チップCPHの場合、開口部33から露出するゲート配線30G部分が上記ゲートパッド電極PDGHであり、開口部33から露出するソース配線30S部分が上記ソースパッド電極PDSHである。また、半導体チップCPLの場合、開口部33から露出するゲート配線30G部分が上記ゲートパッド電極PDGLであり、開口部33から露出するソース配線30S部分が上記ソースパッド電極PDSLである。
ソースパッド電極PDSH,PDSLおよびゲートパッド電極PDGH,PDGL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を形成する場合もある。この金属層34は、例えば、下から順に形成された銅(Cu)膜とニッケル(Ni)膜と金(Au)膜との積層膜や、あるいは、下から順に形成されたチタン(Ti)膜とニッケル(Ni)膜と金(Au)膜との積層膜などからなる。
このような構成の半導体チップCPH,CPLにおいては、上記パワーMOSQH1,QL1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CPH,CPLの厚さ方向に沿って形成される。
<半導体装置の製造工程について>
図18は、本実施の形態の半導体装置SM1の製造工程(組立工程)を示す製造プロセスフロー図である。図19は、本実施の形態の半導体装置SM1の製造工程(組立工程)に用いられるリードフレームLF1の全体平面図であり、図20はリードフレームLF1の要部平面図である。図21は、本実施の形態の半導体装置SM1の製造工程(組立工程)に用いられるリードフレームLF2の全体平面図であり、図22はリードフレームLF2の要部平面図である。図23は、本実施の形態の半導体装置SM1の製造工程(組立工程)に用いられるリードフレームLF3の全体平面図であり、図24はリードフレームLF3の要部平面図である。図20、図22および図24は、平面図であるが、図面を見やすくするために(リードフレームLF1,LF2,LF3の形状を分かりやすくするために)、リードフレームLF1,LF2,LF3にハッチングを付してある。また、図25は、本実施の形態の半導体装置SM1の製造工程(組立工程)に用いられる組立治具41の全体平面図(上面図)であり、図26は組立治具41の要部平面図(部分拡大平面図)であり、図27〜図31は組立治具41の要部断面図である。図26は、平面図であるが、図面を見やすくするために(支持面SF1a,SF1b,SF1cおよびピン42のレイアウトを分かりやすくするために)、支持面SF1a,SF1b,SF1cおよびピン42にそれぞれハッチングを付してある。また、図32〜図72は、本実施の形態の半導体装置SM1の製造工程中の平面図(全体平面図または要部平面図)または断面図(要部断面図)である。
半導体装置SM1を製造するには、まず、半導体チップCPH,CPLと図19〜図24に示されるリードフレーム(フレーム)LF1,LF2,LF3を用意する(図18のステップS1)。
本実施の形態では、1つの半導体装置SM1を製造するのに2つの半導体チップCPH,CPLと3つのリードフレームLF1,LF2,LF3とを用いる。上述したように、半導体チップCPHは、その表面にソースパッド電極PDSHおよびゲートパッド電極PDGHを有し、その裏面の全面に裏面ドレイン電極BEHを有しており、半導体チップCPLは、その表面にソースパッド電極PDSLおよびゲートパッド電極PDGLを有し、その裏面の全面に裏面ドレイン電極BELを有している。
各リードフレームLF1,LF2,LF3は、そこから1つの半導体装置SM1が形成される単位領域(以下単位領域UT1と称する)が複数(繰り返し)配列した多連のリードフレーム(多数個取りのリードフレーム)である。図19、図21および図23には、各リードフレームLF1,LF2,LF3において、そこから1つの半導体装置SM1が形成される領域である単位領域UT1が一方向(ここではY方向)に複数配列した場合が示されている。ここでは、一例として、6つの単位領域UT1が連結されて各リードフレームLF1,LF2,LF3が構成される場合が示されているが、単位領域UT1の繰り返しの数は、6つに限定されない。また、他の形態として、各リードフレームLF1,LF2,LF3において、行列状(アレイ状)に単位領域UT1を配列させることもできる。
なお、図19、図21および図23のリードフレームLF1,LF2,LF3において、Y方向に繰り返される単位領域UT1のうちの一つである単位領域UT1aの拡大図(すなわち図19、図21および図23の点線で囲まれた領域の拡大図)が、図20、図22および図24にそれぞれ示されている。
図19および図20に示されるリードフレーム(第1フレーム)LF1は、各単位領域UT1のそれぞれにおいて、ドレイン端子(チップ搭載部)TDHを一体的に有している。また、図21および図22に示されるリードフレーム(第2フレーム)LF2は、各単位領域UT1のそれぞれにおいて、ソース・ドレイン端子(第1リード端子部)TSDとゲート端子(第1リード端子部)TGHとを一体的に有している。また、図23および図24に示されるリードフレーム(第3フレーム)LF3は、各単位領域UT1のそれぞれにおいて、ソース端子(第2リード端子部)TSLとゲート端子(第2リード端子部)TGLとを一体的に有している。なお、各リードフレームLF1,LF2,LF3においては、ドレイン端子TDH、ソース・ドレイン端子TSD、ゲート端子TGH、ソース端子TSLおよびゲート端子TGLは、それぞれ平坦であり、折り曲げ加工されていない。このうち、ドレイン端子TDHは、半導体装置SM1が完成するまで平坦なままである。一方、ソース・ドレイン端子TSD、ゲート端子TGH、ソース端子TSLおよびゲート端子TGLは、後述のステップS12の折り曲げ加工工程を行う直前までは平坦なままであるが、後述のステップS12の折り曲げ加工工程で折り曲げられる。
図20に示されるように、ドレイン端子TDHは、リードフレームLF1のフレーム枠LF1aに一体的に連結(接続)されている。また、図22に示されるように、ソース・ドレイン端子TSDおよびゲート端子TGHは、リードフレームLF2のフレーム枠LF2aに一体的に連結(接続)されている。また、図24に示されるように、ソース端子TSLおよびゲート端子TGLは、リードフレームLF3のフレーム枠LF3aに一体的に連結(接続)されている。また、図22に示されるように、リードフレームLF2において、ゲート端子TGHは、後で形成される封止樹脂部MRの外部となるアウタリード部において、タイバーTB1によってソース・ドレイン端子TSDと連結されている。また、図24に示されるように、リードフレームLF3において、ゲート端子TGLは、後で形成される封止樹脂部MRの外部となるアウタリード部において、タイバーTB2によってソース端子TSLと連結されている。
リードフレームLF1,LF2,LF3は、導電体材料からなり、好ましくは、銅(Cu)または銅合金などの金属材料からなる。例えば、金属板(銅板など)を成形(プレス加工)またはエッチングなどにより所定の形状に加工することにより、各リードフレームLF1,LF2,LF3を作製することができる。
また、リードフレームLF1の厚み(上記ドレイン端子TDHの厚みT1と同じ)は、リードフレームLF2の厚み(上記ゲート端子TGHの厚みT2および上記ソース・ドレイン端子TSDの厚みT3と同じ)およびリードフレームLF3の厚み(上記ゲート端子TGLの厚みT4およびソース端子TSLの厚みT5と同じ)よりも厚いことが好ましく、その理由は厚みT1〜T5の関係の説明で述べた通りである。
また、図20、図22および図24を参照すると分かるように、各リードフレームLF1,LF2,LF3には、種々の開口部OPが設けられている。この開口部OPには、上記開口部OP1以外にも、例えば、封止樹脂部MR形成後にリードフレームLF1,LF2,LF3を切断し易くするために切断予定位置に設けたものや、リードフレームLF1,LF2,LF3を搬送しやすくするために設けたもの、あるいはリードフレームLF1,LF2,LF3の位置決めのために設けたもの(開口部OP2に対応)などがある。
半導体チップCPH,CPLおよびリードフレームLF1,LF2,LF3が用意された後、リードフレームLF1を組立治具(支持台、載置台、ステージ、台、台座、治具)41上に配置(載置、搭載)する(図18のステップS2)。
図25の平面図(上面図)には、リードフレームLF1を配置していない状態の組立治具41全体が示されており、図26の要部平面図(部分拡大平面図)には、図25の点線で囲まれた領域(単位領域RG1aに対応)の拡大図が示してあり、図27〜図30には、図25の組立治具41の断面図が示されている。図26のC1−C1線の断面が図27にほぼ対応し、図26のC2−C2線の断面が図28にほぼ対応し、図26のC3−C3線の断面が図29にほぼ対応し、図26のC4−C4線の断面が図30にほぼ対応し、図26のC5−C5線の断面が図31にほぼ対応する。また、図32は、ステップS2でリードフレームLF1を組立治具41上に配置した状態を示す全体平面図(上面図)であり、図33は、図32の部分拡大平面図(要部平面図)であり、図32の点線で囲まれた領域(単位領域UT1a,RG1aに対応)の拡大図が示してある。また、図34は図33のC1−C1線の断面図であり、図35は図33のC2−C2線の断面図であり、図36は図33のC3−C3線の断面図であり、図37は図33のC4−C4線の断面図であり、図38は図33のC5−C5線の断面図である。なお、図33は平面図であるが、図面を見やすくする(各要素のレイアウトを分かりやすくする)ために、組立治具41の上面における支持面SF1b,SF1cおよびピン42とリードフレームLF1とにハッチングを付してある。
図25〜図31に示される組立治具41は、後述のステップS7の処理温度が約300〜400℃の半田リフロー処理に対して、熱変形が発生しない耐熱性を有する材料から構成されていることが好ましい。代表的な材料としては、カーボン材が挙げられる。但し、カーボン材は加工と取り扱いが困難な面も有るので、SUS材(ステンレス鋼)でも代用できる。また、組立治具41は、その上面(図25および図26に図示されている側の主面)にリードフレームLF1,LF2,LF3を積み重ねて配置可能に構成されており、移動可能(持ち運び可能)である。
組立治具41は、そこにリードフレームLF1,LF2,LF3の各単位領域UT1が配置される単位領域(以下単位領域RG1と称する)が複数(繰り返し)配列した構成を有している。組立治具41における単位領域RG1の配列の仕方は、各リードフレームLF1,LF2,LF3における単位領域UT1の配列の仕方と同じである。すなわち、図19、図21および図23に示されるように、各リードフレームLF1,LF2,LF3において単位領域UT1がY方向に複数配列する場合には、図25に示されるように、組立治具41において単位領域RG1がY方向に複数配列している。各リードフレームLF1,LF2,LF3における単位領域UT1の配列の数と、組立治具41における単位領域RG1の配列の数とは同じであるが、6つ(図19、図21、図23および図25の場合)に限定されない。なお、図25の組立治具41において、Y方向に繰り返される単位領域RG1のうちの一つである単位領域RG1aの拡大図(すなわち図25の点線で囲まれた領域の拡大図)が、図26に示されている。
ここで、リードフレームLF1は、互いに反対側に位置する2つの主面を有しており、後で半導体チップCPHが搭載される側の主面(すなわち後述の組立体WKを形成したときにリードフレームLF2と対向する側の主面)をリードフレームLF1の上面と呼び、この上面とは反対側の主面(すなわち後述のステップS2,S8で組立治具41や金型MD2に対向する側の主面)をリードフレームLF1の下面と呼ぶものとする。また、リードフレームLF2は、互いに反対側に位置する2つの主面を有しており、後で半導体チップCPLが搭載される側の主面(すなわち後述の組立体WKを形成したときにリードフレームLF3と対向する側の主面)をリードフレームLF2の上面と呼び、この上面とは反対側の主面(すなわち後述の組立体WKを形成したときにリードフレームLF1と対向する側の主面)をリードフレームLF2の下面と呼ぶものとする。また、リードフレームLF3は、互いに反対側に位置する2つの主面を有しており、後述の組立体WKを形成したときにリードフレームLF2(半導体チップCPL)と対向する側の主面をリードフレームLF3の下面と呼び、この下面とは反対側の主面をリードフレームLF3の上面と呼ぶものとする。
また、リードフレームLF1のドレイン端子TDHにおいて、リードフレームLF1の上面に対応する主面をドレイン端子TDHの上面と呼び、リードフレームLF1の下面に対応する主面をドレイン端子TDHの下面と呼ぶものとする。このドレイン端子TDHの下面は、後で形成される封止樹脂部MRから露出する上記下面TDHaとなる。また、リードフレームLF2のソース・ドレイン端子TSDおよびゲート端子TGHにおいて、リードフレームLF2の上面に対応する主面をソース・ドレイン端子TSDの上面およびゲート端子TGHの上面と呼び、リードフレームLF2の下面に対応する主面をソース・ドレイン端子TSDの下面およびゲート端子TGHの下面と呼ぶものとする。また、リードフレームLF3のゲート端子TGLおよびソース端子TSLにおいて、リードフレームLF3の上面に対応する主面をゲート端子TGLの上面およびソース端子TSLの上面と呼び、リードフレームLF3の下面に対応する主面をゲート端子TGLの下面およびソース端子TSLの下面と呼ぶものとする。
図25〜図31に示される組立治具41は、その上面において、リードフレームLF1を配置(支持)するための支持面(第1支持面)SF1aと、この支持面SF1aよりも上方に突出しかつリードフレームLF2を支持(配置)するための支持面(第2支持面)SF1bと、この支持面SF1a,SF1bよりも上方に突出しかつリードフレームLF3を支持(配置)するための支持面(第3支持面)SF1cとを有している。すなわち、組立治具41の上面において、支持面SF1aよりも支持面SF1bが高く、支持面SF1bよりも支持面SF1cが更に高くなっている。これは、組立治具41の上面において、高さが異なる凸状の2種類(2段)の段差部(台部、凸部、突出部)43,44を設け、低い方(下段)の段差部43の上面を支持面SF1bとし、高い方(上段)の段差部44の上面を支持面SF1cとすることで実現できる。組立治具41において、支持面SF1b同士の高さは同じである。また、組立治具41において、支持面SF1c同士の高さは同じである。
また、組立治具41の上面には、リードフレームLF1,LF2,LF3の平面的な位置を位置決めするための突起部である位置決め用のピン(第1突起部、突出部、凸部、柱状部)42も設けられている。ピン42は、組立治具41の上面において、上方に向かって局所的に突出した部分(突起部)であり、リードフレームLF1,LF2,LF3の開口部OP2に挿入可能な形状を有しており、開口部OP2が円形であれば、ピン42は円柱状が好ましい。
ステップS2においては、図32〜図38に示されるように、リードフレームLF1を組立治具41の上面上に配置するが、この際、図33および図37からも分かるように、リードフレームLF1に設けられている位置決め用の開口部(孔、貫通孔)OP2に、組立治具41のピン42が挿入されるように、リードフレームLF1を組立治具41の上面上に配置する。
また、このステップS2において、リードフレームLF1は、リードフレームLF1の上面(後で半導体チップCPHが搭載される側の主面)が上方を向き、リードフレームLF1の下面が組立治具41に対向するように、組立治具41の上面上に配置される。
なお、図33などからも分かるように、組立治具41の上面において、ステップS2でリードフレームLF1が配置されたときにリードフレームLF1と平面的に重なる領域は支持面SF1aとしておき、リードフレームLF1と平面的に重ならない領域に支持面SF1b,SF1bが配置されるように、リードフレームLF1,LF2,LF3の平面形状と支持面SF1a,SF1b,SF1cの平面配置(レイアウト)を設計している。また、組立治具41の上面において、支持面SF1cは、後述のステップS4でリードフレームLF2を配置したときにリードフレームLF1,LF2のいずれとも平面的に重ならない領域に配置されるように、リードフレームLF1,LF2,LF3の平面形状と支持面SF1a,SF1b,SF1cの平面配置(レイアウト)を設計している。
このため、ステップS2では、支持面SF1b,SF1cが邪魔になることなく、リードフレームLF1を組立治具41の支持面SF1a上に配置することができ、また、後述のステップS4では、支持面SF1cが邪魔になることなく、リードフレームLF2の少なくとも一部が支持面SF1b上に位置して支持されるように、組立治具41上にリードフレームLF2を配置することができる。また、後述のステップS6では、リードフレームLF3の少なくとも一部が支持面SF1c上に位置して支持されるように、組立治具41上にリードフレームLF3を配置することができる。
従って、ステップS2で組立治具41上に配置されたリードフレームLF1は、リードフレームLF1の下面が支持面SF1aに接するように支持面SF1a上に配置された状態となり、支持面SF1aによってリードフレームLF1が支持される。リードフレームLF1の下面(特にドレイン端子TDHの下面)が組立治具41の支持面SF1aに接するように配置されることで、リードフレームLF1の下面の高さ位置が規定されて、組立治具41の支持面SF1aと同じになる。
次に、図39〜図42に示されるように、リードフレームLF1の各単位領域UT1のドレイン端子TDHの上面上に半田(半田材)SLDaを配置(供給)してから、この半田SLDaが配置された各ドレイン端子TDHの上面上に半導体チップCPHを配置(搭載)する(図18のステップS3)。
図39はステップS3(半導体チップCPHの配置工程)を行った段階の全体平面図(上面図)であり、上記図25および図32と同じ領域が示され、図40は、ステップS3(半導体チップCPHの配置工程)を行った段階の要部平面図(部分拡大平面図)であり、上記図26および図33と同じ領域が示されている。また、図41は、図40の点線で囲んだ領域(すなわちドレイン端子TDHおよびその周辺領域)45の部分拡大平面図である。なお、図41は、図40の領域45を時計回りに90°回転させたものが示され、また、組立治具41については図示を省略してある。また、図42は、図41のC6−C6線の断面図であるが、図面を見易くするために、図42の断面図では、リードフレームLF1の開口部OP1については図示を省略してある。
ステップS3で使用する半田SLDaとしては、半田ペーストを用いることもできるが、半田ペレット(半田箔)を使用すれば、より好ましい。半田SLDaとして半田ペレットを用いれば、ドレイン端子TDH上への半田SLDaの供給量を均一に制御しやすいため、ドレイン端子TDHと半導体チップCPHとを接続する上記半田SLDの厚みのばらつきを低減することができる。半田SLDaとして半田ペレットを用いる場合には、リードフレームLF1のドレイン端子TDHの上面上に、フラックス(フラックス材)を塗布してから半田ペレットを配置し、その半田ペレット上に更にフラックス(フラックス材)を塗布してから、その上に半導体チップCPHを搭載することが好ましい。
ステップS3により、半導体チップCPHは、半田SLDaを介してリードフレームLF1のドレイン端子TDHの上面上に配置(搭載)されることになる。なお、ステップS3において、半導体チップCPHは、裏面ドレイン電極BEHがリードフレームLF1のドレイン端子TDHに対向するように、搭載される。半田SLDaが半田ペーストである場合には、半田ペーストの粘着性(接着性)により、また、半田SLDaが半田ペレットである場合には、フラックスの粘着性(接着性)により、半導体チップCPHが仮固定される。
また、本実施の形態では、半導体チップCPHをリードフレームLF1のドレイン端子TDH上に搭載する前に、半導体チップCPHの表面のソースパッド電極PDSHおよびゲートパッド電極PDGH上に、予め半田(半田材、半田層)SLDbを供給(形成)しておく。具体的には、リードフレームLF1のドレイン端子TDH上に搭載する前の半導体チップCPHに対して、ソースパッド電極PDSHおよびゲートパッド電極PDGH上にフラックス(フラックス材)を塗布してから半田ペレットを配置し、その半田ペレット上に更にフラックス(フラックス材)を塗布し、ヒートブロック(図示せず)などを用いて半導体チップCPHを加熱することで、フラックスと半田ペレットを溶融、固化させる。これにより、半導体チップCPHのソースパッド電極PDSHおよびゲートパッド電極PDGH上に予め半田層(ここでは半田SLDb)が形成された状態とし、この状態の半導体チップCPHを、リードフレームLF1のドレイン端子TDH上に搭載するのである。半田ペレットを用いて半導体チップCPHのソースパッド電極PDSHおよびゲートパッド電極PDGH上に半田層(ここでは半田SLDb)を形成してから、この半導体チップCPHをリードフレームLF1のドレイン端子TDH上に搭載することで、半導体チップCPHのソースパッド電極PDSHおよびゲートパッド電極PDGH上の半田SLDbの量を均一に制御しやすくなる。このため、半導体チップCPHのソースパッド電極PDSHおよびゲートパッド電極PDGHとソース・ドレイン端子TSDおよびゲート端子TGHとを接続する上記半田SLDの厚みのばらつきを低減することができる。
また、他の形態として、半導体チップCPHの表面のソースパッド電極PDSHおよびゲートパッド電極PDGH上に予め半田SLDbを供給せずに、この半導体チップCPHをリードフレームLF1のドレイン端子TDH上に搭載してから、この半導体チップCPHの表面のソースパッド電極PDSHおよびゲートパッド電極PDGH上に半田SLDbを供給(配置)することもできる。この場合には、半田SLDbとして、例えば半田ペーストなどを用いることができる。
次に、図43〜図51に示されるように、リードフレームLF1が配置されている組立治具41上に、リードフレームLF2を配置(載置、搭載)する(図18のステップS4)。
図43は、ステップS4(リードフレームLF2の配置工程)を行った段階の全体平面図(上面図)であり、上記図25、図32および図39と同じ領域が示され、図44は、ステップS4(リードフレームLF2の配置工程)を行った段階の要部平面図(部分拡大平面図)であり、上記図26、図33および図40と同じ領域が示されている。また、図45は図44のC1−C1線の断面図であり、図46は図44のC2−C2線の断面図であり、図47は図44のC3−C3線の断面図であり、図48は図44のC4−C4線の断面図であり、図49は図44のC5−C5線の断面図である。また、図50は、ステップS4(リードフレームLF2の配置工程)を行った段階の要部平面図(部分拡大平面図)であり、上記図41と同じ領域(上記領域45に相当する領域)が示されている。また、図51は、図50のC6−C6線の断面図であるが、図面を見易くするために、図51の断面図では、リードフレームLF1の開口部OP1については図示を省略してある。なお、図44は平面図であるが、図面を見やすくする(各要素のレイアウトを分かりやすくする)ために、組立治具41の上面における支持面SF1b,SF1cおよびピン42とリードフレームLF2とにハッチングを付してある。
ステップS4では、リードフレームLF2に設けられている位置決め用の開口部(孔、貫通孔)OP2に、組立治具41のピン42が挿入されるように、リードフレームLF2を組立治具41の上面上に配置する。組立治具41とリードフレームLF1とリードフレームLF2との相対的な位置関係(平面的な位置関係)は、組立治具41のピン42とリードフレームLF1の開口部OP2とリードフレームLF2の開口部OP2とによって、規定(位置決め)される。
これにより、半導体チップCPHのソースパッド電極PDSH上にリードフレームLF2のソース・ドレイン端子TSDが配置され、かつ半導体チップCPHのゲートパッド電極PDGH上にリードフレームLF2のゲート端子TGHが配置されるように、リードフレームLF1および半導体チップCPH上にリードフレームLF2が配置される。すなわち、半導体チップCPHのソースパッド電極PDSH上にリードフレームLF2のソース・ドレイン端子TSDが半田SLDbを介して配置され、かつ半導体チップCPHのゲートパッド電極PDGH上にリードフレームLF2のゲート端子TGHが半田SLDbを介して配置される。
また、ステップS4で組立治具41上にリードフレームLF2を配置する工程の前に、リードフレームLF2のソース・ドレイン端子TSDおよびゲート端子TGHの下面(すなわち半導体チップCPHのソースパッド電極PDSHおよびゲートパッド電極PDGHに対向する側の面)にフラックス(フラックス材)を塗布しておき、その後でステップS4のリードフレームLF2の配置工程を行えば、より好ましい。
次に、図52〜図55に示されるように、リードフレームLF2の各単位領域UT1のソース・ドレイン端子TSDの上面上に半田(半田材)SLDcを配置(供給)してから、この半田SLDcが配置されたソース・ドレイン端子TSDの上面上に半導体チップCPLを配置(搭載)する(図18のステップS5)。
図52はステップS5(半導体チップCPLの配置工程)を行った段階の全体平面図(上面図)であり、上記図25、図32、図39および図43と同じ領域が示され、図53は、ステップS5(半導体チップCPLの配置工程)を行った段階の要部平面図(部分拡大平面図)であり、上記図26、図33、図40および図44と同じ領域が示されている。また、図54は、図53の点線で囲んだ領域(すなわちドレイン端子TDHおよびその周辺領域)45の部分拡大平面図である。なお、図54は、図53の領域45を時計回りに90°回転させたものが示され、また、組立治具41については図示を省略してある。また、図55は、図54のC6−C6線の断面図であるが、図面を見易くするために、図55の断面図では、リードフレームLF1の開口部OP1については図示を省略してある。
ステップS5で使用する半田SLDcとして、半田ペーストを用いることもできるが、半田ペレット(半田箔)を使用すれば、より好ましい。半田SLDcとして半田ペレットを用いれば、ソース・ドレイン端子TSDの上面上への半田SLDcの供給量を均一に制御しやすいため、ソース・ドレイン端子TSDと半導体チップCPLとを接続する上記半田SLDの厚みのばらつきを低減することができる。半田SLDcとして半田ペレットを用いる場合には、リードフレームLF2のソース・ドレイン端子TSDの上面上に、フラックス(フラックス材)を塗布してから半田ペレットを配置し、その半田ペレット上に更にフラックス(フラックス材)を塗布してから、その上に半導体チップCPLを搭載することが好ましい。
ステップS5により、半導体チップCPLは、半田SLDcを介してリードフレームLF2のソース・ドレイン端子TSDの上面上に配置(搭載)されることになる。なお、ステップS5において、半導体チップCPLは、裏面ドレイン電極BELがリードフレームLF2のソース・ドレイン端子TSDの上面に対向するように、搭載される。ここで、リードフレームLF2のソース・ドレイン端子TSDの上面は、半導体チップCPHに対向する側とは反対側の主面である。半田SLDcが半田ペーストである場合には、半田ペーストの粘着性(接着性)により、また、半田SLDcが半田ペレットである場合には、フラックスの粘着性(接着性)により、半導体チップCPLが仮固定される。
図41、図42、図50、図51、図54および図55からも分かるように、リードフレームLF2のソース・ドレイン端子TSDは、半導体チップCPHのゲートパッド電極PDGHに平面的に重ならないように配置し、このリードフレームLF2のソース・ドレイン端子TSD上に半導体チップCPLを配置している。このため、半導体チップCPLは、半導体チップCPHと平面的に見てずれた位置に配置される。このため、半導体チップCPLの裏面ドレイン電極BELは、リードフレームLF2のゲート端子TGHとは接触しない。
また、本実施の形態では、半導体チップCPLをリードフレームLF2のソース・ドレイン端子TSD上に搭載する前に、半導体チップCPLの表面のソースパッド電極PDSLおよびゲートパッド電極PDGL上に、予め半田(半田材、半田層)SLDdを供給(形成)しておく。具体的には、リードフレームLF2のソース・ドレイン端子TSD上に搭載する前の半導体チップCPLに対して、ソースパッド電極PDSLおよびゲートパッド電極PDGL上にフラックス(フラックス材)を塗布してから半田ペレットを配置し、その半田ペレット上に更にフラックスを塗布し、ヒートブロック(図示せず)などを用いて半導体チップCPLを加熱することで、フラックスと半田ペレットを溶融、固化させる。これにより、半導体チップCPLのソースパッド電極PDSLおよびゲートパッド電極PDGL上に予め半田層(ここでは半田SLDd)が形成された状態とし、この状態の半導体チップCPLを、リードフレームLF2のソース・ドレイン端子TSDの上面上に搭載するのである。半田ペレットを用いて半導体チップCPLのソースパッド電極PDSLおよびゲートパッド電極PDGL上に半田層(ここでは半田SLDd)を形成してから、この半導体チップCPLをリードフレームLF2のソース・ドレイン端子TSDに搭載することで、半導体チップCPLのソースパッド電極PDSLおよびゲートパッド電極PDGL上の半田SLDdの量を均一に制御しやすくなる。このため、半導体チップCPLのソースパッド電極PDSLおよびゲートパッド電極PDGLとソース端子TSLおよびゲート端子TGLとを接続する上記半田SLDの厚みのばらつきを低減することができる。
また、他の形態として、半導体チップCPLの表面のソースパッド電極PDSLおよびゲートパッド電極PDGL上に予め半田SLDdを供給せずに、この半導体チップCPLをリードフレームLF2のソース・ドレイン端子TSD上に搭載してから、この半導体チップCPLの表面のソースパッド電極PDSLおよびゲートパッド電極PDGL上に半田SLDdを供給(配置)することもできる。この場合には、半田SLDdとして、例えば半田ペーストなどを用いることができる。
次に、図56〜図66に示されるように、リードフレームLF1,LF2が配置されている組立治具41上に、リードフレームLF3を配置(載置、搭載)する(図18のステップS6)。
図56は、ステップS6(リードフレームLF3の配置工程)を行った段階の全体平面図(上面図)であり、上記図25、図32、図39および図43と同じ領域が示され、図57は、ステップS6(リードフレームLF3の配置工程)を行った段階の要部平面図(部分拡大平面図)であり、上記図26、図33、図40および図44と同じ領域が示されている。また、図58は図57のC1−C1線の断面図であり、図59は図57のC2−C2線の断面図であり、図60は図57のC3−C3線の断面図であり、図61は図57のC4−C4線の断面図であり、図62は図57のC5−C5線の断面図であり、図63は図57のC7−C7線の断面図であり、図64は図57のC8−C8線の断面図である。また、図65は、図57の点線で囲んだ領域(すなわちドレイン端子TDHおよびその周辺領域)45の部分拡大平面図である。なお、図65は、図57の領域45を時計回りに90°回転させたものが示され、また、組立治具41については図示を省略してある。また、図66は、図65のC6−C6線の断面図であるが、図面を見易くするために、図66の断面図では、リードフレームLF1の開口部OP1については図示を省略してある。また、図57は平面図であるが、図面を見やすくする(各要素のレイアウトを分かりやすくする)ために、組立治具41の上面における支持面SF1b,SF1cおよびピン42とリードフレームLF3とにハッチングを付してある。
ステップS6では、リードフレームLF3に設けられている位置決め用の開口部(孔、貫通孔)OP2に、組立治具41のピン42が挿入されるように、リードフレームLF3を組立治具41の上面上に配置する。組立治具41とリードフレームLF1とリードフレームLF2とリードフレームLF3との相対的な位置関係(平面的な位置関係)は、組立治具41のピン42とリードフレームLF1の開口部OP2とリードフレームLF2の開口部OP2とリードフレームLF3の開口部OP2とによって、規定(位置決め)される。
これにより、半導体チップCPLのソースパッド電極PDSL上にリードフレームLF3のソース端子TSLが配置され、かつ半導体チップCPLのゲートパッド電極PDGL上にリードフレームLF3のゲート端子TGLが配置されるように、リードフレームLF1,LF2および半導体チップCPH,CPL上にリードフレームLF3が配置される。すなわち、半導体チップCPLのソースパッド電極PDSL上にリードフレームLF3のソース端子TSLが半田SLDdを介して配置され、かつ半導体チップCPLのゲートパッド電極PDGL上にリードフレームLF3のゲート端子TGLが半田SLDdを介して配置される。
また、ステップS6で組立治具41上にリードフレームLF3を配置する工程の前に、リードフレームLF3のソース端子TSLおよびゲート端子TGLの下面(すなわち半導体チップCPLのソースパッド電極PDSLおよびゲートパッド電極PDGLに対向する側の面)にフラックス(フラックス材)を塗布しておけば、その後でステップS6のリードフレームLF3の配置工程を行えば、より好ましい。
次に、半田リフロー処理(熱処理、半田リフロー用の熱処理)を行う(図18のステップS7)。図67は、ステップS7(半田リフロー処理)を行った段階の要部断面図であり、上記図66と同じ断面領域(すなわちC6−C6線の断面)が示されている。
ステップS7の半田リフロー処理は、組立治具41からリードフレームLF1,LF2,LF3を取り外すことなく、上記図56〜図66に示されるようにリードフレームLF1,LF2,LF3が組立治具41上に配置され、かつリードフレームLF1,LF2,LF3間に半導体チップCPH,CPLが挟まれた状態のままで行う。すなわち、組立治具41上に配置されたリードフレームLF1,LF2,LF3とそれらの間に挟まれた半導体チップCPH,CPLとを、組立治具41ごと(組立治具41と一緒に)リフロー炉に通して熱処理することで、ステップS7の半田リフロー処理を行うことができる。ステップS9の半田リフロー処理により、上記半田SLDa,SLDb,SLDc,SLDdが溶融、固化(再固化)して、上記半田SLDとなる。
このステップS7の半田リフロー処理、すなわち半田リフロー用の熱処理を行うことで、図67に示されるように、半導体チップCPHの裏面ドレイン電極BEHとリードフレームLF1のドレイン端子TDHとが、半田SLD(半田SLDaが溶融・固化したもの)を介して接合されて電気的に接続される。また、半導体チップCPHのソースパッド電極PDSHとリードフレームLF2のソース・ドレイン端子TSDとが、半田SLD(半田SLDbが溶融・固化したもの)を介して接合されて電気的に接続され、半導体チップCPHのゲートパッド電極PDGHとリードフレームLF2のゲート端子TGHとが、半田SLD(半田SLDbが溶融・固化したもの)を介して接合されて電気的に接続される。また、半導体チップCPLの裏面ドレイン電極BELとリードフレームLF2のソース・ドレイン端子TSDとが、半田SLD(半田SLDcが溶融・固化したもの)を介して接合されて電気的に接続される。また、半導体チップCPLのソースパッド電極PDSLとリードフレームLF3のソース端子TSLとが、半田SLD(半田SLDdが溶融・固化したもの)を介して接合されて電気的に接続され、半導体チップCPLのゲートパッド電極PDGLとリードフレームLF3のゲート端子TGLとが、半田SLD(半田SLDdが溶融・固化したもの)を介して接合されて電気的に接続される。これにより、リードフレームLF1,LF2,LF3およびそれらの間に半田接続された半導体チップCPH,CPLからなる組立体(ワーク)WKが得られる。なお、ステップS7の半田リフロー処理を行って半田SLDを形成した段階(図67と同じ工程段階)の平面図は、上記図56、図57および図65と同じであるので、ここではその図示を省略する。
ステップS7の半田リフロー処理の後は、図68に示されるように、組立体WKを組立治具41から取り外すことができる。図68は、ステップS7の半田リフロー処理後に、組立体WKを組立治具41から取り外した段階の要部断面図であり、上記図66および図67と同じ断面領域(すなわちC6−C6線の断面)が示されている。ステップS7の半田リフロー処理の後は、組立体WKにおいて、リードフレームLF1,LF2,LF3および半導体チップCPH,CPLは半田SLDで固定されているので、組立体WKを組立治具41から取り外しても、リードフレームLF1とリードフレームLF2とリードフレームLF3と半導体チップCPHと半導体チップCPLとの相対的な位置関係がずれるのを防止できる。
次に、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、図69〜図72に示されるように、封止樹脂部MRを形成し、半導体チップCPH,CPLを封止樹脂部MRによって封止する(図18のステップS8)。
図69はステップS8(封止樹脂部MR形成工程)を行った段階の全体平面図(上面図)であり、上記図25、図32、図39、図43、図52および図56と同じ領域が示され、図70は、ステップS8(封止樹脂部MR形成工程)を行った段階の要部平面図(部分拡大平面図)であり、上記図26、図33、図40、図44、図53および図57と同じ領域が示されている。また、図71は、ステップS8(封止樹脂部MR形成工程)を行った段階の要部平面図(部分拡大平面図)であり、上記図41、図50、図54および図65と同じ領域(上記領域45に相当する領域)が示されている。また、図72は、図71のC6−C6線の断面図であるが、図面を見易くするために、図72の断面図では、リードフレームLF1の開口部OP1については図示を省略してある。
このステップS8のモールド工程について、図73〜図93を参照して説明する。
ステップS8のモールド工程は、モールド用の金型MD1,MD2を用いて行う。このうち、金型MD1が上金型であり、金型MD2が下金型である。図73は、金型(下金型)MD2の全体平面図(上面図)であり、図74は金型MD2の要部平面図(部分拡大平面図)であり、図75〜図79は金型MD2の要部断面図である。図74の要部平面図(部分拡大平面図)には、図73の点線で囲まれた領域(単位領域RG2aに対応)の拡大図が示してある。また、図74のD1−D1線の断面が図75にほぼ対応し、図74のD2−D2線の断面が図76にほぼ対応し、図74のD3−D3線の断面が図77にほぼ対応し、図74のD4−D4線の断面が図78にほぼ対応し、図74のD5−D5線の断面が図79にほぼ対応する。なお、図74は平面図であるが、図面を見やすくする(各要素のレイアウトを分かりやすくする)ために、金型MD2の上面における支持面SF2b,SF2cおよびピン42に斜線のハッチングを付し、また、キャビティCAVが形成される領域(すなわちキャビティCAVの底面となる領域)にドットのハッチングを付してある。また、D1−D1線の位置は上記C1−C1線の位置に対応し、D2−D2線の位置は上記C2−C2線の位置に対応し、D3−D3線の位置は上記C3−C3線の位置に対応し、D4−D4線の位置は上記C4−C4線の位置に対応し、D5−D5線の位置は上記C5−C5線の位置に対応している。
図86〜図93に示される金型MD1と図73〜図93に示される金型MD2は、ステップS8の処理温度が約180℃前後のモールド工程に対して、耐久性(耐熱性)を有する材料から構成される。例えば、焼入れ焼戻し鋼にハードクロム等のめっき処理が施されたものなどが好ましい。なお、金型MD1,MD2を構成する材料は、前述の組立治具41を構成する材料(カーボン材もしくはSUS材)とは異なっている。組立治具41は、モールド工程の約180℃前後の処理温度よりも高い処理温度が約300〜400℃の半田リフロー処理で使用されるものであり、組立治具41の熱による変形は、リードフレームLF1,LF2,LF3とそれらの間に挟まれた半導体チップCPH,CPLとの組立精度(組付精度)の低下に繋がってしまう。そのため、組立治具41に金型MD1,MD2と同材料(焼入れ焼戻し鋼にハードクロム等のめっき処理が施されたもの)を用いると半田リフローの熱による熱変形が発生してしまうため、組立治具41には、金型MD1,MD2を構成する材料よりも、耐熱性がさらに高い材料(カーボン材もしくはSUS材)を採用している。なお、金型MD2は、その上面(図73および図74に図示されている側の主面)に組立体WKを配置可能に構成されている。
金型MD2は、そこに組立体WKの上記各単位領域UT1がそれぞれ配置される単位領域(以下単位領域RG2と称する)が複数(繰り返し)配列した構成を有している。金型MD2における単位領域RG2の配列の仕方は、各リードフレームLF1,LF2,LF3における単位領域UT1の配列の仕方と同じである。すなわち、図19、図21および図23に示されるように、各リードフレームLF1,LF2,LF3において単位領域UT1がY方向に複数配列する場合には、図73に示されるように、金型MD2において単位領域RG2がY方向に複数配列している。各リードフレームLF1,LF2,LF3における単位領域UT1の配列の数と、金型MD2における単位領域RG2の配列の数とは同じであるが、6つ(図19、図21、図23および図73の場合)に限定されない。なお、図73には、金型MD2の全体平面図(上面図)が示されており、図73の金型MD2において、Y方向に繰り返される単位領域RG2のうちの一つである単位領域RG2aの拡大図(すなわち図73の点線で囲まれた領域の拡大図)が、図74に示されている。
図73〜図79に示される金型MD2は、その上面に組立体WK(リードフレームLF1,LF2,LF3)を配置可能とされている。このため、金型MD2は、その上面において、組立体WKにおけるリードフレームLF1を配置(支持)するための支持面(第1面)SF2aと、この支持面SF2aよりも上方に突出しかつリードフレームLF2を配置(支持)するための支持面(第2面)SF2bと、この支持面SF2a,SF2bよりも上方に突出しかつリードフレームLF3を配置(支持)するための支持面(第3面)SF2cとを有している。すなわち、金型MD2の上面において、支持面SF2aよりも支持面SF2bが高く、支持面SF2bよりも支持面SF2cが更に高くなっている。これは、金型MD2の上面において、高さが異なる凸状の2種類(2段)の段差部(台部、凸部、突出部)53,54を設け、低い方(下段)の段差部53の上面を支持面SF2bとし、高い方(上段)の段差部54の上面を支持面SF2cとすることで実現できる。金型MD2において、支持面SF2b同士の高さは同じである。また、金型MD2において、支持面SF2c同士の高さは同じである。また、金型MD2の上面において、組立体WKを配置したときにリードフレームLF1,LF2,LF3の上記開口部OP2が位置する場所に、組立体WKの平面的な位置を位置決めするための位置決め用のピン(ピン部、凸部、突起部)52を設けることもできる。ピン52が無くとも組立体WKの位置決めに問題が無ければ、金型MD2のピン52は、その形成を省略することもできる。
本実施の形態では、金型MD2における支持面SF2aを基準とした支持面SF2bの高さ(突出量)H3と、上記組立治具41における支持面SF1aを基準とした支持面SF1bの高さ(突出量)H1とが同じである(H3=H1)。また、金型MD2における支持面SF2aを基準とした支持面SF2cの高さ(突出量)H4と、上記組立体41における支持面SF1aを基準とした支持面SF1bの高さ(突出量)H2とが同じである(H4=H2)。
ステップS8のモールド工程においては、図80〜図85に示されるように、組立体WKを金型MD2上に配置する。
図80は、組立体WKを金型MD2上に配置した状態を示す要部平面図(部分拡大平面図)であり、上記図70および図74と同じ領域が示されている。また、図81は図80のD1−D1線の断面図であり、図82は図80のD2−D2線の断面図であり、図83は図80のD3−D3線の断面図であり、図84は図80のD4−D4線の断面図であり、図85は図80のD5−D5線の断面図である。なお、図80は平面図であるが、図面を見やすくする(各要素のレイアウトを分かりやすくする)ために、金型MD2の上面における支持面SF2b,SF2cおよびピン52にハッチングを付してある。
組立体WKを金型MD2上に配置する際には、組立体WKのリードフレームLF1が金型MD2側(すなわち下側)となり、組立体WKのリードフレームLF3が金型MD1側(すなわち上側)となるように、組立体WKを金型MD2上に配置する。この際、図80および図85からも分かるように、組立体WKのリードフレームLF1,LF2,LF3に設けられている位置決め用の開口部OP2に、金型MD2の上面に設けられている位置決め用のピン52が挿入されるように、組立体WKを金型MD2の上面上に配置することができる。
金型MD2の上面において、ステップS8のモールド工程で組立体WKが配置されたときにリードフレームLF1と平面的に重なる領域は支持面SF2aとしておく。そして、リードフレームLF1と平面的に重ならない領域に支持面SF2b,SF2bが配置され、そのうちの支持面SF2cはリードフレームLF1,LF2のいずれとも平面的に重ならない領域に配置されるように、リードフレームLF1,LF2,LF3の平面形状と金型MD2の支持面SF2a,SF2b,SF2cの平面配置を設計している。このため、ステップS8のモールド工程では、支持面SF2b,SF2cが邪魔になることなく、リードフレームLF1,LF2,LF3を有する組立体WKを金型MD2上に配置することができる。
金型MD2上に配置された組立体WKのリードフレームLF1は、リードフレームLF1の下面が支持面SF2aに接するように支持面SF2a上に配置された状態となり、支持面SF2aによってリードフレームLF1が支持される。組立体WKにおけるリードフレームLF1の下面(特にドレイン端子TDHの下面)が金型MD2の支持面SF2aに接するように配置されることで、リードフレームLF1の下面の高さ位置が規定されて、金型MD2の支持面SF2aと同じになる。
金型MD2上に組立体WKを配置した後、金型MD1を金型MD2側に移動(下降)させて、組立体WKを金型MD1,MD2で上下から挟んでクランプ(固定)する。
図86〜図90は、ステップS8のモールド工程において、組立体WKをモールド用の金型MD1,MD2で挟んで固定(クランプ)した状態を示す要部断面図である。なお、図86は、上記図74および図80のD1−D1線に対応する位置の断面(すなわち上記図75および図81に対応する断面)が示されている。また、図87は、上記図74および図80のD2−D2線に対応する位置の断面(すなわち上記図76および図82に対応する断面)が示されている。また、図88は、上記図74および図80のD3−D3線に対応する位置の断面(すなわち上記図77および図83に対応する断面)が示されている。また、図89は、上記図74および図80のD4−D4線に対応する位置の断面(すなわち上記図78および図84に対応する断面)が示されている。また、図90は、上記図74および図80のD5−D5線に対応する位置の断面(すなわち上記図79および図85に対応する断面)が示されている。
金型MD1,MD2をクランプすると、組立体WKが金型MD1,MD2に固定され、リードフレームLF1,LF2,LF3に挟まれていた半導体チップCPH,CPLが、金型MD1(の下面)と金型MD2(の上面)とにより形成されるキャビティCAV内に配置された状態となる。すなわち、半導体チップCPH,CPLが、金型MD1の下面と金型MD2の上面とにより形成されるキャビティCAV内に配置されるように、リードフレームLF1,LF2,LF3を金型MD1,MD2で挟んでクランプ(固定)するのである。
図86〜図90に示されるように金型M1,MD2で組立体WKを固定してクランプした後、図91〜図93に示されるように、金型MD1,MD2のキャビティCAV内に封止樹脂部MR形成用の材料である封止樹脂材料を注入(導入、充填)し、注入した封止樹脂材料を硬化して封止樹脂部MRを形成する。
図91〜図93は、ステップS8のモールド工程において、金型MD1,MD2のキャビティCAV内に封止樹脂材料を注入して封止樹脂部MRを形成した状態を示す要部断面図である。なお、図91には、上記図87と同じ断面領域(すなわちD2−D2線の断面)が示され、図92には、上記図89と同じ断面領域(すなわちD4−D4線の断面)が示され、図93には、上記図90と同じ断面領域(すなわちD5−D5線の断面)が示されている。
封止樹脂部MRを形成するための封止樹脂材料は、例えば熱硬化性樹脂材料などの樹脂材料などからなり、フィラーなどを含むこともでき、例えば、フィラーを含むエポキシ樹脂などを用いることができる。封止樹脂材料が熱硬化性樹脂材料からなる場合は、金型MD1,MD2によって形成されるキャビティCAV内への封止樹脂材料の注入後、金型MD1,MD2の温度を所定の温度に加熱することで、封止樹脂材料を加熱して硬化する(硬化した封止樹脂部MRとする)ことができる。また、この封止樹脂材料の硬化時の温度が、上記半田SLDの融点未満となるように樹脂設計されていることが好ましい。これにより、封止樹脂材料の硬化中に半田SLDが溶融するのを防止できる。このようにして、封止樹脂部MRが形成される。
次に、封止樹脂部MRが形成された組立体WK(すなわち組立体WKa)を金型MD1,MD2から離型してから、封止樹脂部MRのバリなどを除去する(図18のステップS9)。これにより、上記図69〜図72に示されるような組立体(ワーク)WKaが得られる。組立体WKaは、組立体WKに封止樹脂部MRを形成したものである。
ステップS8のモールド工程では、リードフレームLF1のドレイン端子TDHの下面が金型MD2の支持面SF1aに接触した状態で封止樹脂部MRが形成されるため、リードフレームLF1のドレイン端子TDHの下面と金型MD2の上面との間に隙間がほとんど生じない。従って、ドレイン端子TDHの下面上には封止樹脂部MRがほとんど形成されない。このため、組立体WKaにおいて、リードフレームLF1のドレイン端子TDHの下面(上記下面TDHaに対応)は、封止樹脂部MRの裏面(上記主面MRbに対応)から露出した状態となる。また、ドレイン端子TDHの下面上に封止樹脂部MRの樹脂バリが多少形成されたとしても、ステップS8のモールド工程後のバリ取り工程で除去することができる。
次に、必要に応じてめっき処理を行って、組立体WKaにおいて、リードフレームLF1,LF2,LF3の封止樹脂部MRから露出する部分上にめっき層(図示せず)を形成する(図18のステップS10)。例えば鉛フリー半田のような半田めっき処理などを行うことができる。
次に、リードフレームLF1,LF2,LF3を所定の位置で切断する(図18のステップS11)。すなわち、まず、リードフレームLF2において上記タイバーTB1を切断してゲート端子TGHとソース・ドレイン端子TSDとを分離し、また、リードフレームLF3において上記タイバーTB2を切断してゲート端子TGLとソース端子TSLとを分離する。それから、ドレイン端子TDH、ソース・ドレイン端子TSD、ゲート端子TGH、ソース端子TSLおよびゲート端子TGLをリードフレームLF1,LF2,LF3(の上記フレーム枠LF1a,LF2a,LF3a)から分離する(切り離す)のである。
図94は、ステップS10(リードフレームLF1,LF2,LF3の切断工程)を行った段階の要部平面図であり、上記図71に対応する領域が示されている。図94には、ドレイン端子TDH、ソース・ドレイン端子TSD、ゲート端子TGH、ソース端子TSLおよびゲート端子TGLをリードフレームLF1,LF2,LF3から切り離した状態が示されている。ステップS10でリードフレームLF1,LF2,LF3を切断した段階では、ドレイン端子TDH、ソース・ドレイン端子TSD、ゲート端子TGH、ソース端子TSLおよびゲート端子TGLは、それぞれ平坦である。そして、ソース・ドレイン端子TSD、ゲート端子TGH、ソース端子TSLおよびゲート端子TGLの各アウタリード部は、封止樹脂部MRの側面から側方に突出している。
次に、封止樹脂部MR(の側面)から外方(側方)に突出するソース・ドレイン端子TSDのアウタリード部、ゲート端子TGHのアウタリード部、ソース端子TSLのアウタリード部およびゲート端子TGLのアウタリード部を折り曲げ加工する(図18のステップS12)。これにより、上記図3〜図16に示される本実施の形態の半導体装置SM1が製造される。
<半導体装置の実装について>
図95および図96は、本実施の形態の半導体装置SM1を実装基板(配線基板)PCBに実装した状態を示す要部断面図である。図95は、上記図9に対応する断面が示され、図96は、上記図12に対応する断面が示されている。
図95および図96に示されるように、実装基板(配線基板)PCB上に半導体装置SM1が実装される。実装基板PCBへの半導体装置SM1の実装工程は、例えば次のようにして行うことができる。すなわち、実装基板PCBの端子TE1,TE2,TE3,TE4,TE5上に半田ペースト(後で半田SLD2となる)などを印刷法などで供給してから、実装基板PCB上に半導体装置SM1を搭載する。この際、半導体装置SM1のドレイン端子TDH(の下面TDHa)が実装基板PCBの端子TE1に対向し、ゲート端子TGH、ソース・ドレイン端子TSD、ゲート端子TGLおよびソース端子TSLの各アウタリード部(の下面)が、実装基板PCBの端子TE2〜TE5にそれぞれ対向するように、半導体装置SM1を搭載する。その後、半田リフロー処理(熱処理)を行う。これにより、封止樹脂部MRの主面MRbで露出するドレイン端子TDH(の下面TDHa)が、実装基板PCBの端子TE1と半田SLD2を介して接合され、電気的に接続される。また、ゲート端子TGHのアウタリード部(の下面TGHb)が、実装基板PCBの端子TE2と半田SLD2を介して接合され、電気的に接続される。また、ソース・ドレイン端子TSDのアウタリード部(の下面TSDb)が、実装基板PCBの端子TE3と半田SLD2を介して接合され、電気的に接続される。また、ゲート端子TGLのアウタリード部(の下面TGLb)が、実装基板PCBの端子TE4と半田SLD2を介して接合され、電気的に接続される。また、ソース端子TSLのアウタリード部(の下面TSLb)が、実装基板PCBの端子TE5と半田SLD2を介して接合され、電気的に接続される。半導体装置SM1の裏面(すなわち封止樹脂部MRの主面MRb)側が実装基板PCBへの実装面となる。
<モールド工程について>
上記ステップS8のモールド工程(すなわち封止樹脂部MRの形成工程)について、更に詳細に説明する。
本実施の形態の半導体装置SM1においては、上記ドレイン端子TDHの上記下面TDHaを封止樹脂部MRから露出させている。これを実現可能とするために、ステップS8のモールド工程においては、図86〜図90に示されるように組立体WKを金型MD1,MD2でクランプした際に、リードフレームLF1のドレイン端子TDHの下面(半導体チップCPHを搭載した側とは反対側の主面)が金型MD2の上面(のうちの支持面SF2a)に接触するようにし、この状態でキャビティCAV内に樹脂材料を導入して封止樹脂部MRを形成している。
また、ステップS8のモールド工程においては、組立体WKにおけるリードフレームLF1は、封止樹脂部MRの内部に位置すべきドレイン端子TDHがキャビティCAV内に(ドレイン端子TDHの下面が金型MD2の上面に接するように)配置され、封止樹脂部MRの外部に位置すべき部分がキャビティCAV外に位置して金型MD1(の下面)と金型MD2(の支持面SF2a)とで挟まれるようにしている。また、組立体WK1におけるリードフレームLF2のソース・ドレイン端子TSDとゲート端子TGHは、封止樹脂部MRの内部に位置すべき部分(インナリード部)がキャビティCAV内に(金型MD1,MD2と接しないように)配置され、封止樹脂部MRの外部に位置すべき部分(アウタリード部)が金型MD1(の下面)と金型MD2(の支持面SF2b)とで挟まれるようにしている。また、組立体WKにおけるリードフレームLF3のソース端子TSLとゲート端子TGLは、封止樹脂部MRの内部に位置すべき部分(半導体チップCPLに対向する部分、インナリード部)がキャビティCAV内に(金型MD1,MD2と接しないように)配置され、封止樹脂部MRの外部に位置すべき部分(アウタリード部)が金型MD1(の下面)と金型MD2(の支持面SF2c)とで挟まれるようにしている。これにより、半導体チップCPH,CPLが封止樹脂部MRで封止されるとともに、ドレイン端子TDH、ソース・ドレイン端子TSD、ゲート端子TGH,TGLおよびソース端子TSLの各一部が封止樹脂部MRに封止され、他部が封止樹脂部MRから露出される構造を得ることができる。
組立体WKにおいて、ソース・ドレイン端子TSDのアウタリード部とゲート端子TGHのアウタリード部とゲート端子TGLのアウタリード部とソース端子TSLのアウタリード部とは、互いに平面的に重なっておらず、また、リードフレームLF1とも平面的に重なっていない。このため、組立体WKを金型MD1,MD2でクランプする際には、キャビティCAVに隣接する位置において、ソース・ドレイン端子TSDのアウタリード部とゲート端子TGHのアウタリード部とを金型MD2の支持面SF2b上に配置し、かつゲート端子TGLのアウタリード部とソース端子TSLのアウタリード部とを金型MD2の支持面SF2c上に配置することができる。そして、それらアウタリード部を金型MD1の下面と金型MD2の支持面SF2b,SF2cとで上下に挟んでクランプすることができる。
ここで、組立体WKは、複数(ここでは3つ)のリードフレームLF1,LF2,LF3を有しており、リードフレームLF1,LF2,LF3におけるドレイン端子TDH、ソース・ドレイン端子TSD、ゲート端子TGH,TGLおよびソース端子TSLは、それぞれ平坦である。ステップS8のモールド工程では、これら複数(ここでは3つ)のリードフレームLF1,LF2,LF3を金型MD1と金型MD2とで挟んでクランプ(固定)する必要があるが、各リードフレームLF1,LF2,LF3の高さ位置は、互いに異なっている。
なお、組立体WKにおける高さまたは高さ位置を言うときは、リードフレームLF1のドレイン端子TDHの下面を基準とし、そこから略垂直な方向の高さまたは高さ位置を指すものとする。また、金型MD2における高さまたは高さ位置を言うときは、支持面SF2aを基準とし、そこから略垂直な方向の高さまたは高さ位置を指すものとする。また、組立治具41における高さまたは高さ位置を言うときは、支持面SF1aを基準とし、そこから略垂直な方向の高さまたは高さ位置を指すものとする。
このため、金型MD1,MD2において、リードフレームLF1(特にドレイン端子TDH)を上下に挟む部分と、リードフレームLF2(特にソース・ドレイン端子TSDおよびゲート端子TGHの各アウタリード部)を上下に挟む部分と、リードフレームLF3(特にゲート端子TGLおよびソース端子TSLの各アウタリード部)を上下に挟む部分とで、高さ位置を変える必要がある。
そこで、下金型である金型MD2の上面において、組立体WKが金型MD2上に配置されたときにリードフレームLF1と平面的に重なる領域を予め平坦な支持面SF2aとしておき、ステップS8のモールド工程では、金型MD2の支持面SF2a上にリードフレームLF1が配置されるようにする。
金型MD1,MD2で組立体WKをクランプした際には、リードフレームLF1のドレイン端子TDHの下面全体が金型MD2の支持面SF2aに接することが好ましいため、金型MD2の支持面SF2aのうち、少なくとも、ドレイン端子TDHが配置される領域(すなわちドレイン端子TDHと平面的に重なる領域)は平坦である必要がある。このため、金型MD2の支持面SF2aのうち、キャビティCAVの底面を形成する部分は平坦とすることが好ましい。
一方、金型MD2の支持面SF2aのうちのキャビティCAV外となる部分は、リードフレームLF1の配置(平坦な配置)の邪魔にならなければ、全てが平坦でなくともよい。例えば、金型MD2の支持面SF2aのうちのキャビティCAV外となる部分において、部分的に窪み(凹部)を設けることもでき、また、リードフレームLF1と平面的に重ならない領域に上記ピン52などを設けることもできる。このような場合であっても、金型MD1の支持面SF2aにリードフレームLF1の下面が接した状態となり、金型MD2の支持面SF2aに、リードフレームLF1が傾斜することなく配置され得る。
ステップS8のモールド工程では、リードフレームLF1は、キャビティCAVに隣接する領域において、金型MD1の下面と金型MD2の支持面SF2aとによって上下に挟まれてクランプ(固定)される。
一方、組立体WKにおいて、リードフレームLF2はリードフレームLF1よりも高い位置にある。このため、下金型である金型MD2の上面において、リードフレームLF2をクランプする領域(すなわち金型MD1,MD2でリードフレームLF2を上下に挟む領域)、特にソース・ドレイン端子TSDおよびゲート端子TGHの各アウタリード部が配置される領域を、上記支持面SF2aよりも高い位置にある平坦な支持面SF2bと予めしておく。このため、ステップS8のモールド工程では、金型MD2の支持面SF2bにリードフレームLF2の一部の下面が接するように、組立体WKが金型MD2上に配置され、リードフレームLF2は金型MD2の支持面SF2bによって支持(保持)されることになり、金型MD2における支持面SF2bと支持面SF2aとの高さの差の分だけ、リードフレームLF2の下面がリードフレームLF1の下面よりも高くなる。金型MD2の支持面SF2bは、リードフレームLF2をリードフレームLF1よりも高くし、かつリードフレームLF2(特にソース・ドレイン端子TSDおよびゲート端子TGHの各アウタリード部)をクランプするために設けられている。このため、ステップS8のモールド工程において、リードフレームLF2(特にソース・ドレイン端子TSDおよびゲート端子TGHの各アウタリード部)は、キャビティCAVに隣接する領域において、金型MD1の下面と金型MD2の支持面SF2bとによって上下に挟まれてクランプ(固定)される。従って、金型MD2の上面において、キャビティCAVに隣接する位置に支持面SF2bが設けられている。
また、組立体WKにおいて、リードフレームLF3はリードフレームLF2よりも更に高い位置にある。このため、下金型である金型MD2の上面において、リードフレームLF3をクランプする領域(すなわち金型MD1,MD2でリードフレームLF3を上下に挟む領域)、特にゲート端子TGLおよびソース端子TSLの各アウタリード部が配置される領域を、上記支持面SF2a,SF2bよりも更に高い位置にある平坦な支持面SF2cと予めしておく。このため、ステップS8のモールド工程では、金型MD2の支持面SF2cにリードフレームLF3の一部の下面が接するように、組立体WKが金型MD2上に配置され、リードフレームLF3は金型MD2の支持面SF2cによって支持(保持)されることになり、金型MD2における支持面SF2cと支持面SF2bとの高さの差の分だけ、リードフレームLF3の下面がリードフレームLF2の下面よりも高くなる。金型MD2の支持面SF2cは、リードフレームLF3をリードフレームLF1,LF2よりも高くし、かつリードフレームLF3(特にゲート端子TGLおよびソース端子TSLの各アウタリード部)をクランプするために設けられている。このため、ステップS8のモールド工程において、リードフレームLF3(特にゲート端子TGLおよびソース端子TSLの各アウタリード部)は、キャビティCAVに隣接する領域において、金型MD1の下面と金型MD2の支持面SF2cとによって上下に挟まれてクランプ(固定)される。従って、金型MD2の上面において、キャビティCAVに隣接する位置に支持面SF2cが設けられている。
このように、金型MD2の上面において、支持面SF2aよりも支持面SF2bが高く、支持面SF2bよりも支持面SF2cが更に高くなっているが、これは、金型MD2の上面において、キャビティCAVに隣接する位置に凸状の2段の段差部(高さが異なる段差部)53,54を設け、低い方(下段)の段差部53の上面を支持面SF2bとし、高い方(上段)の段差部54の上面を支持面SF2cとすることで実現できる。この場合、キャビティCAVの側面の一部が、段差部53,54の側面(キャビティCAVに隣接する側面)で構成される。これにより、キャビティCAVに隣接する位置に支持面SF2b,SF2cを配置することができる。そして、この支持面SF2b上にリードフレームLF2のソース・ドレイン端子TSDおよびゲート端子TGHの各アウタリード部を配置し、かつ、この支持面SFc上にリードフレームLF3のゲート端子TGLおよびソース端子TSLの各アウタリード部を配置することができ、これらアウタリード部を金型MD1,MD2でクランプすることができる。
上金型である金型MD1の下面は、下金型である金型MD2の上面に応じた形状となっている。すなわち、組立体WKを金型MD1,MD2でクランプした際に、金型MD1の下面において、金型MD2の支持面SF2bに対向してリードフレームLF2をクランプする部分は、金型MD2の支持面SF2aに対向してリードフレームLF1をクランプする部分よりも高い位置にある。また、金型MD1の下面において、金型MD2の支持面SF2cに対向してリードフレームLF3をクランプする部分は、金型MD2の支持面SF2bに対向してリードフレームLF2をクランプする部分よりも高い位置にある。
このように、金型MD1,MD2でリードフレームLF1を上下に挟む部分(SF1a)を低くし、金型MD1,MD2でリードフレームLF2を上下に挟む部分(SF1b)をそれよりも高くし、金型MD1,MD2でリードフレームLF3を上下に挟む部分(SF1c)を更に高くすることで、リードフレームLF1,LF2,LF3間に半導体チップCPH,CPLを挟んだ構造の組立体WKに対して、封止樹脂部MRを形成できる。
<組立体WKの作製工程について>
次に、上記組立体WKの作製工程について更に詳細に説明する。
上述のように、ステップS1〜S7までを行って組立体WKを作製するが、この際に、上記組立治具41を用いている。この組立治具41は、ステップS7の半田リフロー処理を行って半田SLDで固定された組立体WKが完成するまで、リードフレームLF1,LF2,LF3を支持(保持)するとともに、リードフレームLF1,LF2,LF3の相対的な位置関係を固定または位置決めする機能も有している。
すなわち、リードフレームLF1,LF2,LF3の平面的な位置は、リードフレームLF1,LF2,LF3の各開口部OP2と組立治具41のピン42によって規定される。一方、リードフレームLF1,LF2,LF3の上下の位置(高さ位置)は、組立治具41の支持面SF1a,SF1b,SF1cによって規定される。
すなわち、ステップS2でリードフレームLF1を組立治具41上に配置したときには、リードフレームLF1は、支持面SF1a上に配置され、支持面SF1b,SF1cとは平面的に重ならない。このため、リードフレームLF1の下面(特にドレイン端子TDHの下面)が組立治具41の支持面SF1aに接して配置されることになり、リードフレームLF1(特にドレイン端子TDH)の下面の高さ位置が規定されて、組立治具41の支持面SF1aと同じ高さになる。
また、ステップS4でリードフレームLF2を組立治具41上に配置したときには、リードフレームLF2の一部(特にソース・ドレイン端子TSDおよびゲート端子TGHの各アウタリード部)が支持面SF1b上に位置して支持面SF1bに接するため、この支持面SF1bによってリードフレームLF2が支持される。このため、リードフレームLF2(特にソース・ドレイン端子TSDおよびゲート端子TGHの各アウタリード部)の下面の高さ位置が規定されて、組立治具41の支持面SF1bと同じ高さになる。
また、ステップS6でリードフレームLF3を組立治具41上に配置したときには、リードフレームLF3の一部(特にゲート端子TGLおよびソース端子TSLの各アウタリード部)が支持面SF1c上に位置して支持面SF1cに接するため、この支持面SF1cによってリードフレームLF3が支持される。このため、リードフレームLF3(特にゲート端子TGLおよびソース端子TSLの各アウタリード部)の下面の高さ位置が規定されて、組立治具41の支持面SF1cと同じ高さになる。
このようにリードフレームLF1,LF2,LF3が組立治具41上に配置されて平面的な位置と上下の高さ位置が規定された状態で、ステップS7の半田リフロー工程を行う。すなわち、ステップS7の半田リフロー工程は、リードフレームLF1,LF2,LF3を組立治具41に載せた状態のままで行う。このため、ステップS7の半田リフロー処理によって形成された組立体WKにおいては、リードフレームLF1,LF2,LF3が組立治具41上に配置されて平面的な位置と上下の高さ位置が規定された状態のままで、半田SLDa,SLDb,SLDc,SLDdが溶融・固化して、固化した状態の半田SLDが形成される。従って、リードフレームLF1,LF2,LF3の相対位置は、ステップS7の半田リフロー処理の前、ステップS7の半田リフロー処理の熱処理中、およびステップS7の半田リフロー処理の後で維持される。
特に、ステップS7の半田リフロー工程において半田SLDa,SLDb,SLDc,SLDdが溶融した段階でも、リードフレームLF2の一部(特にソース・ドレイン端子TSDおよびゲート端子TGHの各アウタリード部)の下面が支持面SF1bに接して支持され、リードフレームLF3の一部(特にゲート端子TGLおよびソース端子TSLの各アウタリード部)の下面が支持面SF1cに接して支持される。また、半田SLDa,SLDb,SLDc,SLDdが溶融した段階でも、リードフレームLF1(特にドレイン端子TDH)の下面は、支持面SF1aに接して支持されている。このため、半田SLDa,SLDb,SLDc,SLDdが固化して半田SLDとなった段階では、リードフレームLF2(特にソース・ドレイン端子TSDおよびゲート端子TGHの各アウタリード部)の高さ位置は支持面SF1bと同じになり、リードフレームLF3(特にゲート端子TGLおよびソース端子TSLの各アウタリード部)の下面の高さ位置は支持面SF1cと同じになる。また、半田SLDa,SLDb,SLDc,SLDdが固化して半田SLDとなった段階では、リードフレームLF1(特にドレイン端子TDH)の下面の高さ位置は、支持面SF1aと同じになる。従って、組立体WKにおけるリードフレームLF1,LF2,LF3の上下の高さ位置は、組立治具41の支持面SF1a,SF1b,SF1cの高さを維持したものとなる。
すなわち、組立体WKにおけるリードフレームLF1(特にドレイン端子TDH)の下面からリードフレームLF2(特にソース・ドレイン端子TSDおよびゲート端子TGHの各アウタリード部)の下面までの高さH5(図68に図示してある)は、組立治具41における支持面SF1aから支持面SF1bまでの高さH1と同じになる(すなわちH5=H1)。また、組立体WKにおけるリードフレームLF1(特にドレイン端子TDH)の下面からリードフレームLF3(特にゲート端子TGLおよびソース端子TSLの各アウタリード部)の下面までの高さH6(図68に図示してある)は、組立治具41における支持面SF1aから支持面SF1cまでの高さH2と同じになる(すなわちH6=H2)。
ここで、本実施の形態で解決し得る課題について説明する。図97および図98は、課題を説明するための説明図である。
図97には、半導体チップCPLおよびリードフレームLF3を省略し、上記ステップS1〜S4を行ってから、上記ステップS5,S6を行うことなくステップS7の半田リフロー処理を行って組立体WK2を作製した場合の断面図が示されている。図97に示される組立体WK2は、半導体チップCPLとリードフレームLF3とリードフレームLF2の上面側の半田SLDとが無いこと以外は、上記組立体WKと同様の構成を有している。なお、図97は、模式的な断面図であり、理解を簡単にするために、各リードフレームLF1,LF2を平板のように示しているが、実際には各リードフレームLF1,LF2は上記図19〜図22のような構造を有している。また、図97では、理解を簡単にするために、半導体チップCPHについては裏面ドレイン電極BEH、ソースパッド電極PDSHおよびゲートパッド電極PDGHについては図示を省略している。
組立体WK2をモールド用の下金型および上金型でクランプして封止樹脂部MRを形成するためには、組立体WK2におけるリードフレームLF1とリードフレームLF2とを、異なる高さ位置でクランプする必要がある。下金型および上金型によるリードフレームLF1とリードフレームLF2とのクランプ位置(高さ位置)は、組立体WK2におけるリードフレームLF1とリードフレームLF2との間の間隔T31の設計値を基準にして決められている。このため、組立体WK2を作製した段階で、組立体WK2におけるリードフレームLF1とリードフレームLF2との間の間隔T31が設計値通りの寸法であれば、組立体WK2に対して封止樹脂部MRを形成する際に問題は生じないが、この間隔T31が設計値と異なる場合には、その組立体WK2をモールド用の下金型および上金型でクランプした際に、次のような問題が生じる可能性がある。
すなわち、組立体WK2におけるリードフレームLF1とリードフレームLF2との間の間隔T31が設計値よりも小さすぎると、モールド用の下金型および上金型で組立体WK2をクランプした際に、矢印(方向)61aで示す方向の力、すなわち半導体チップCPHからリードフレームLF1,LF2を引き剥がす方向の力がリードフレームLF1,LF2に働いてしまう。これは、リードフレームLF1と半導体チップCPHとの間の半田接続(半田SLDによる接続)と、リードフレームLF2と半導体チップCPHとの間の半田接続(半田SLDによる接続)とを弱める(劣化させる、剥離させる)ように作用するため、リードフレームLF1,LF2と半導体チップCPHとの間の半田接続の信頼性を低下させ、製造された半導体装置の信頼性を低下させる可能性がある。
一方、組立体WK2におけるリードフレームLF1とリードフレームLF2との間の間隔T31が設計値よりも大きすぎると、モールド用の下金型および上金型で組立体WK2をクランプした際に、金型とリードフレームとの間に隙間が生じてしまい、金型のキャビティ内に樹脂材料を注入して封止樹脂部MRを形成した際に、この隙間に樹脂が流れ込んで樹脂漏れが生じてしまう可能性がある。これは、半導体装置の製造歩留まりを低下させる。
図98には、上記ステップS1〜S7を行って組立体WKを作製した場合の断面図が示されている。なお、図98は、模式的な断面図であり、理解を簡単にするために、各リードフレームLF1,LF2,LF3を平板のように示しているが、実際には各リードフレームLF1,LF2,LF3は上記図19〜図24のような構造を有している。また、図98では、理解を簡単にするために、半導体チップCPH,CPLについては裏面ドレイン電極BEH,BEL、ソースパッド電極PDSH,PDSLおよびゲートパッド電極PDGH,PDGLについては図示を省略している。
半導体チップCPH,CPLをリードフレームLF1,LF2,LF3で挟んだ構造の組立体WKの場合も、上記組立体WK2で説明したのと同じ問題が生じ得る。
すなわち、組立体WKをモールド用の下金型および上金型でクランプして封止樹脂部MRを形成するためには、組立体WKにおけるリードフレームLF1とリードフレームLF2とリードフレームLF3とを、異なる高さ位置でクランプする必要がある。下金型および上金型によるリードフレームLF1とリードフレームLF2とリードフレームLF3とのクランプ位置(高さ位置)は、組立体WKにおけるリードフレームLF1,LF2間の間隔T31およびリードフレームLF2,LF3間の間隔T32の設計値を基準にして決められている。このため、組立体WKを作製した段階で、組立体WKにおけるリードフレームLF1,LF2間の間隔T31およびリードフレームLF2,LF3間の間隔T32が設計値通りの寸法であれば、組立体WKに対して封止樹脂部MRを形成する際に問題は生じないが、この間隔T31,T32が設計値と異なる場合には、その組立体WKをモールド用の下金型および上金型でクランプした際に、次のような問題が生じる可能性がある。
すなわち、組立体WKにおけるリードフレームLF1,LF2間の間隔T31やリードフレームLF2,LF3間の間隔T32が設計値よりも小さすぎると、モールド用の下金型および上金型で組立体WKをクランプした際に、半導体チップCPHや半導体チップCPLからリードフレームLF1,LF2,LF3を引き剥がす方向の力がリードフレームLF1,LF2,LF3に働いてしまう。これは、リードフレームLF1,LF2,LF3と半導体チップCPH,CPLとの間の半田接続(半田SLDによる接続)の信頼性を低下させ、製造された半導体装置の信頼性を低下させる可能性がある。
一方、組立体WKにおけるリードフレームLF1,LF2間の間隔T31やリードフレームLF2,LF3間の間隔T32が設計値よりも大きすぎると、モールド用の下金型および上金型で組立体WKをクランプした際に、金型とリードフレームとの間に隙間が生じてしまい、金型のキャビティ内に樹脂材料を注入して封止樹脂部MRを形成した際に、この隙間に樹脂が流れ込んで樹脂漏れが生じてしまう可能性がある。これは、半導体装置の製造歩留まりを低下させる。
このため、半田接続の信頼性を向上して製造された半導体装置の信頼性を向上させ、かつモールド工程時の樹脂漏れを防止して半導体装置の製造歩留まりを向上させるためには、組立体WK,WK2におけるリードフレームLF1,LF2間の間隔T31やリードフレームLF2,LF3間の間隔T32を所定の値に制御して、モールド工程時に上記問題が生じないようにすることが重要である。
しかしながら、本実施の形態とは異なり、組立治具41に支持面SF1b,SF1cが設けられていない場合には、リードフレームLF2,LF3は支持面SF1b,SF1cで支持されないため、ステップS7の半田リフロー工程において半田SLDa,SLDb,SLDc,SLDdが溶融した段階で、リードフレームLF2,LF3が自身の荷重によって沈み込み、その状態で半田が固化して半田SLDが形成されることになる。この場合、リードフレームLF2,LF3の沈み込み量は、組立体WK(WK2)毎に変動するため、半導体チップCPH,CPL(の各電極)とリードフレームLF1,LF2,LF3(の各端子)とを接合する各半田SLDの厚みが組立体組立体WK(WK2)ごとに変動して(ばらついて)しまう。これは、組立体WK(WK2)におけるリードフレームLF1,LF2間の間隔T31やリードフレームLF2,LF3間の間隔T32の変動(ばらつき)を招いてしまう。
そこで、本実施の形態では、組立治具41に支持面SF1aだけでなく支持面SF1b,SF1cも設け、組立治具41における支持面SF1a,SF1b,SF1cのレイアウト(配置位置)と高さを工夫し、この組立治具41上にリードフレームLF1,LF2,LF3が配置された状態で、ステップS7の半田リフロー処理を行っている。
すなわち、本実施の形態では、主要な特徴の一つとして、組立治具41における支持面SF1aを基準とした支持面SF1bの高さH1(上記図29および図30に図示している)を、金型MD2における支持面SF2aを基準とした支持面SF2bの高さH3(上記図77および図78に図示している)と同じにしてある(すなわちH1=H3)。また、組立治具41における支持面SF1aを基準とした支持面SF1cの高さH2(上記図27、図29および図31に図示している)を、金型MD2における支持面SF2aを基準とした支持面SF2cの高さH4(上記図75、図77および図79に図示している)と同じにしてある(すなわちH2=H4)。
本実施の形態では、リードフレームLF1を組立治具41における支持面SF1aに配置し、リードフレームLF2を組立治具41における支持面SF1bで支持し、かつリードフレームLF3を組立治具41における支持面SF1cで支持した状態で、ステップS7の半田リフロー処理を行う。このため、作製された組立体WKにおいては、リードフレームLF1の下面からリードフレームLF2の下面までの高さH5(高さH5は上記図68、図97および図98に図示してある)を、組立治具41における支持面SF1aから支持面SF1bまでの高さH1(高さH1は図27、図29および図30に図示してある)と同じにすることができる。また、組立体WKにおいて、リードフレームLF1の下面からリードフレームLF3の下面までの高さH6(高さH6は上記図68、図97および図98に図示してある)を、組立治具41における支持面SF1aから支持面SF1cまでの高さH2(高さH2は図27、図29および図31に図示してある)と同じにすることができる。そして、上述のように、組立治具41の支持面SF1b,SF1cの高さH1,H2を金型MD2の支持面SF2b,SF2cの高さH3,H4とそれぞれ同じ(すなわちH1=H3、H2=H4)とすれば、金型MD2上に組立体WKを配置したときに、組立体WKのリードフレームLF1,LF2,LF3の各下面の高さ位置を、金型MD2の支持面SF2a,SF2b,SF2cの高さ位置とそれぞれ一致させることができる。このため、組立体WKを金型MD1,MD2でクランプしても、上記図97や図98を参照して説明した問題が生じるのを抑制または防止することができる。すなわち、半導体チップCPHや半導体チップCPLからリードフレームLF1,LF2,LF3を引き剥がす方向の力がリードフレームLF1,LF2,LF3に作用するのを抑制または防止でき、また、金型MD2の支持面SF2b,SF2cとリードフレームLF2,LF3の下面との間に隙間が生じるのを抑制または防止できる。従って、半田SLDによる接続(半田接続)の信頼性を向上させて、製造された半導体装置SM1の信頼性を向上させることができ、また、ステップS8のモールド工程での樹脂漏れを防止して、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。
なお、本願において、組立治具41における支持面SF1b,SF1cの高さH1,H2を金型MD2における支持面SF2b,SF2cの高さH3,H4とそれぞれ同じ(すなわちH1=H3、H2=H4)にするが、ここで言う「同じ」とは、完全に一致することが最も望ましいのであるが、完全一致に限定されず、加工精度上生じざるを得ない程度の差異は許容されるものとする。なお、本願発明者が検討した結果、具体的には、組立治具41における支持面SF1bの高さH1と金型MD2における支持面SF2bの高さH3との差(高さH1と高さH3との差の絶対値、|H1−H3|)は、50μmまでは許容できる(すなわち|H1−H3|≦50μmとすることが必須である)が、10μm以下とすることが好ましい(すなわち、|H1−H3|≦10μmとすることが好ましい)。また、組立治具41における支持面SF1cの高さH2と金型MD2における支持面SF2cの高さH4との差(高さH2と高さH4との差の絶対値、|H2−H4|)は、50μmまでは許容できる(すなわち|H2−H4|≦50μmとすることが必須である)が、10μm以下とすることが好ましい(すなわち、|H2−H4|≦10μmとすることが好ましい)。これにより、支持面SF1b,SF1cの高さH1,H2を支持面SF2b,SF2cの高さH3,H4と同じ(H1=H3、H2=H4)にしたことによる上述の効果を享受できる。
更に、本実施の形態では、組立体41における支持面SF1b,SF1cの高さH1,H2を金型MD2における支持面SF2b,SF2cの高さH3,H4とそれぞれ同じ(H1=H3、H2=H4)にするだけでなく、主要な特徴の他の一つとして、組立体41における支持面SF1b,SF1cのレイアウトと、金型MD2における支持面SF2a,SF2b,SF2cのレイアウトとを工夫している。すなわち、組立治具41における支持面SF1bの配置位置および形状を金型MD2における支持面SF2bの配置位置および形状と同じにし、組立治具41における支持面SF1cの配置位置および形状を金型MD2における支持面SF2cの配置位置および形状と同じにしている。換言すれば、組立治具41の上面が金型MD2の上面と基本的に同じ構造になるように、組立治具41を設計しているのである。このようにする理由は、次の通りである。
組立体WKを作製すると、リードフレームLF2における組立治具41の支持面SF1b上に配置されて支持されていた部分の高さは、支持面SF1bの高さH1と同じになり、リードフレームLF2における組立治具41の支持面SF1c上に配置されて支持されていた部分の高さは、支持面SF1cの高さH2と同じになる。しかしながら、リードフレームLF2,LF3の傾斜、変形あるいは撓みなどにより、リードフレームLF2,LF3において組立治具41の支持面SF1b,SF1cで支持されていなかった部分の高さは、支持面SF1b,SF1cの高さH1,H2からずれる可能性がある。
支持面SF1b,SF1cの高さH1,H2を支持面SF2b,SF2cの高さH3,H4と同じにすることで、リードフレームLF2,LF3における組立治具41の支持面SF1b,SF1c上に配置されて支持されていた部分の高さは、金型MD2の支持面SF2b,SF2cの高さH3,H4と一致させることができる。しかしながら、本実施の形態とは異なり、組立治具41における支持面SF1b,SF1cの位置が、金型MD2における支持面SF2b,SF2cの位置とずれていると、リードフレームLF2,LF3における組立治具41の支持面SF1b,SF1c上に配置されて支持されていた部分と、金型MD1の下面と金型MD2の支持面SF2b,SF2cとで挟まれてクランプされる部分とが異なることになる。この場合、リードフレームLF2,LF3における金型MD1の下面と金型MD2の支持面SF2b,SF2cとで挟まれてクランプされる部分の高さは、上述のリードフレームLF1,LF2,LF3の傾斜、変形あるいは撓みなどに起因して、金型MD2の支持面SF2b,SF2cの高さH3,H4とずれてしまう可能性があり、上記図97や図98を参照して説明した問題が発生してしまう可能性がある。
それに対して、本実施の形態では、組立治具41における支持面SF1b,SF1cの配置位置および形状を金型MD2における支持面SF2b,SF2cの配置位置および形状とそれぞれ同じにしている。このため、リードフレームLF2,LF3における組立治具41の支持面SF1b,SF1c上に配置されて支持されていた部分と、金型MD1の下面と金型MD2の支持面SF2b,SF2cとで挟まれてクランプされる部分とを同じ(同じ位置)にすることができる。従って、リードフレームLF2,LF3における金型MD1の下面と金型MD2の支持面SF2b,SF2cとで挟まれてクランプされる部分の高さを、金型MD2の支持面SF2b,SF2cの高さH3,H4と一致させることができる。これにより、上記図97や図98を参照して説明した問題を、的確に防止することができるようになり、半田SLDによる接続(半田接続)の信頼性を更に向上させて、製造された半導体装置SM1の信頼性をより的確に向上させることができ、また、ステップS8のモールド工程での樹脂漏れを更に的確に防止して、半導体装置SM1の製造歩留まりをより的確に向上させることができる。
また、組立治具41の上面が金型MD2の上面と基本的に同じ構造になるように、組立治具41を設計し、組立治具41における支持面SF1b,SF1cの配置位置および形状と金型MD2における支持面SF2b,SF2cの配置位置および形状とを同じにすることが最も好ましい。しかしながら、組立治具41における支持面SF1b,SF1cの配置位置および形状と金型MD2における支持面SF2b,SF2cの配置位置および形状とが全く同じでなくとも、以下の条件を満たすように支持面SF1b,SF1cの配置位置および形状を設計すれば、本実施の形態の効果を得ることが可能である。
すなわち、金型MD2においては、リードフレームLF1のドレイン端子TDHを配置する領域が支持面SF1aとなるため、キャビティCAVの底面は支持面SF2aによって形成される。そして、キャビティCAVに隣接する位置に支持面SF2bが配置される。これは、このキャビティCAVに隣接する支持面SF2b上にリードフレームLF2の一部、より特定的にはソース・ドレイン端子TSDおよびゲート端子TGHの各アウタリード部を配置して、これを金型MD2の支持面SF2bと金型MD1とで挟んだ状態で、金型MD1,MD2によって形成されるキャビティCAV内に樹脂材料を注入して封止樹脂部MRを形成する必要があるためである。また、キャビティCAVに隣接する位置に支持面SF2cも配置される。これは、このキャビティCAVに隣接する支持面SF2c上にリードフレームLF3の一部、より特定的にはゲート端子TGLおよびソース端子TSLの各アウタリード部を配置して、これを金型MD2の支持面SF2cと金型MD1とで挟んだ状態で、金型MD1,MD2によって形成されるキャビティCAV内に樹脂材料を注入して封止樹脂部MRを形成する必要があるためである。
一方、組立治具41においては、第1フレームのドレイン端子TDHを配置する領域を支持面SF1aとする。そして、リードフレームLF2におけるステップS8で金型M2の支持面SF2bと金型MD1とで挟まれる部分(より特定的にはソース・ドレイン端子TSDおよびゲート端子TGHの各アウタリード部)が、ステップS4〜S7で組立治具41の支持面SF1b上に配置されるように、組立治具41における支持面SF1bの配置位置および形状(レイアウト)を設計する。すなわち、リードフレームLF2におけるステップS8で金型M2の支持面SF2bと金型MD1とで挟まれる部分(より特定的にはソース・ドレイン端子TSDおよびゲート端子TGHの各アウタリード部)が、ステップS4〜S7で組立治具41の支持面SF1b上に配置されるのであれば、組立治具41の支持面SF1bのレイアウトを金型MD2における支持面SF2bのレイアウトと異ならせることが許容される。また、リードフレームLF3におけるステップS8で金型M2の支持面SF2cと金型MD1とで挟まれる部分(より特定的にはゲート端子TGLおよびソース端子TSLの各アウタリード部)が、ステップS4〜S7で組立治具41の支持面SF1c上に配置されるように、組立治具41における支持面SF1cの配置位置および形状(レイアウト)を設計する。すなわち、リードフレームLF3におけるステップS8で金型M2の支持面SF2cと金型MD1とで挟まれる部分(より特定的にはゲート端子TGLおよびソース端子TSLの各アウタリード部)が、ステップS4〜S7で組立治具41の支持面SF1c上に配置されるのであれば、組立治具41の支持面SF1cのレイアウトを金型MD2における支持面SF2cのレイアウトと異ならせることが許容される。そして、組立治具41における支持面SF1b,SF1cの高さH1,H2を金型MD2における支持面SF2b,SF2cの高さH3,H4とそれぞれ同じ(すなわちH1=H3、H2=H4)にすることが必要であるが、完全一致に限定されず、上述した程度異なる(すなわちH1とH3との差およびH2とH4との差をそれぞれ50μm以下とすることが必須であり、10μm以下とすればより好ましい)ことは許容される。
このような場合であっても、ステップS1〜S7によって作製された組立体WKにおいて、ステップS8でキャビティCAVに隣接する位置の金型MD2の支持面SF2b,SF2cと金型MD1とで挟まれてクランプされる部分(各端子のアウタリード部)の高さを、金型MD2の支持面SF2b,SF2cの高さH3,H4とほぼ一致させることができる。これにより、上記図97や図98を参照して説明した問題を防止することができるようになり、半田SLDによる接続(半田接続)の信頼性を向上させて、製造された半導体装置SM1の信頼性を向上させることができ、また、ステップS8のモールド工程での樹脂漏れを防止して、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、上述のように、組立治具41の位置決め用のピン42にリードフレームLF1,LF2,LF3の開口部OP2が挿入されるように、組立治具41上にリードフレームLF1,LF2,LF3を配置している。各リードフレームLF1,LF2,LF3において、この開口部OP2は、上記図19、図21および図23に示されるように、各リードフレームLF1,LF2,LF3の長手方向であるY方向の中央付近に配置することが好ましい。開口部OP2は、各リードフレームLF1,LF2,LF3の平面的な位置を位置決めするために設けられているため、リードフレームLF1,LF2,LF3の端部付近に配置した場合に比べて、長手方向であるY方向の中央付近に配置することで、各リードフレームLF1,LF2,LF3の全体的な位置を精度良く位置決めできるようになる。また、上記図19、図21および図23に示されるように、各リードフレームLF1,LF2,LF3が複数の単位領域UT1が配列した多連のリードフレームである場合には、各リードフレームLF1,LF2,LF3において、長手方向であるY方向の中央付近に位置する単位領域UT1aに開口部OP2を設ければよく、それ以外の単位領域UT1には開口部OP2を設けなくとも良い。
また、リードフレームLF1,LF2,LF3は、ステップS7の半田リフロー処理の加熱中に長手方向(Y方向)に伸びる可能性がある。しかしながら、各リードフレームLF1,LF2,LF3において、長手方向であるY方向の中央付近にのみ開口部OP2を設ければ、ステップS7の半田リフロー処理の加熱中にリードフレームLF1,LF2,LF3が長手方向(Y方向)に伸びたとしても、その伸びはピン42によって制限されない。これにより、リードフレームLF1,LF2,LF3が反るのを防止でき、リードフレームLF1,LF2,LF3間の平行度を向上させることができる。
また、組立治具41に設けるピン42の数と、これが挿入される各リードフレームLF1,LF2,LF3の開口部OP2の数とは同じである。そして、組立治具41に設けるピン42の数(すなわち各リードフレームLF1,LF2,LF3に設ける開口部OP2の数)は、少なくとも一つ必要であるが、複数とすることもできる。複数とする場合にも、図19、図21および図23に示されるように、各リードフレームLF1,LF2,LF3において、長手方向であるY方向の中央付近に複数の開口部OP2を配置することが好ましく、それら複数の開口部OP2は、Y方向に直交するX方向に沿って並べて配置(配列)させることが好ましい。
また、組立治具41に設けるピン42の数(すなわち各リードフレームLF1,LF2,LF3に設ける開口部OP2の数)を組立治具41上に配置するリードフレームLF1,LF2,LF3の合計枚数と同じ数、すなわち3つとすることもできる。そして、組立治具41の3つのピン42(すなわち図25および図26に示されるピン42a,42b,42c)のうち、ピン42aでリードフレームLF1を位置決めし、ピン42bでリードフレームLF2を位置決めし、ピン42cでリードフレームLF3を位置決めすることができる。すなわち、リードフレームLF1を位置決めするピン42aとリードフレームLF2を位置決めするピン42bとリードフレームLF3を位置決めするピン42cとを、互いに異なるピン42とするのである。このようにするためには、次のようにすればよい。
すなわち、リードフレームLF1において、組立治具41のピン42a,42b,42cを挿入するための3つの開口部OP2(すなわち図19および図20に示される開口部OP2a,OP2b,OP2c)のうち、ピン42aが挿入される開口部OP2aの寸法(直径)をピン42aの寸法(直径)にほぼ一致させておく。一方、リードフレームLF1において、ピン42bが挿入される開口部OP2bの寸法(直径)はピン42bの寸法(直径)よりも若干大きくし、また、ピン42cが挿入される開口部OP2cの寸法(直径)はピン42cの寸法(直径)よりも若干大きくしておく。すなわち、リードフレームLF1において、開口部OP2bとこれに挿入されるピン42bとの間の寸法差(直径差)と、開口部OP2cとこれに挿入されるピン42cとの間の寸法差(直径差)とを、開口部OP2aとこれに挿入されるピン42aとの間の寸法差(直径差)よりも大きくしておくのである。これにより、組立治具41のピン42aがリードフレームLF1の開口部OP2aに挿入されることで、リードフレームLF1の位置を組立治具41のピン42aで規定して位置決めすることができる。この際、組立治具41のピン42b,42cはリードフレームLF1の開口部OP2b,OP2cにそれぞれ挿入されるが、ピン42b,42cとリードフレームLF1の開口部OP2b,OP2cとの間には余裕(隙間)があるため、リードフレームLF1を実質的に位置決めするのは、組立治具41のピン42aとリードフレームLF1の開口部OP2aとなる。
また、リードフレームLF2において、組立治具41のピン42a,42b,42cを挿入するための3つの開口部OP2(すなわち図21および図22に示される開口部OP2a,OP2b,OP2c)のうち、ピン42bが挿入される開口部OP2bの寸法(直径)をピン42bの寸法(直径)にほぼ一致させておく。一方、リードフレームLF2において、ピン42aが挿入される開口部OP2aの寸法(直径)はピン42aの寸法(直径)よりも若干大きくし、また、ピン42cが挿入される開口部OP2cの寸法(直径)はピン42cの寸法(直径)よりも若干大きくしておく。すなわち、リードフレームLF2において、開口部OP2aとこれに挿入されるピン42aとの間の寸法差(直径の差)と、開口部OP2cとこれに挿入されるピン42cとの間の寸法差(直径差)とを、開口部OP2bとこれに挿入されるピン42bとの間の寸法差(直径差)よりも大きくしておくのである。これにより、組立治具41のピン42bがリードフレームLF2の開口部OP2bに挿入されることで、リードフレームLF2の位置を組立治具41のピン42bで規定して位置決めすることができる。この際、組立治具41のピン42a,42cはリードフレームLF2の開口部OP2a,OP2cにそれぞれ挿入されるが、ピン42a,42cとリードフレームLF2の開口部OP2a,OP2cとの間には余裕(隙間)があるため、リードフレームLF2を実質的に位置決めするのは、組立治具41のピン42bとリードフレームLF2の開口部OP2bとなる。
また、リードフレームLF3において、組立治具41のピン42a,42b,42cを挿入するための3つの開口部OP2(すなわち図23および図24に示される開口部OP2a,OP2b,OP2c)のうち、ピン42cが挿入される開口部OP2cの寸法(直径)をピン42cの寸法(直径)にほぼ一致させておく。一方、リードフレームLF3において、ピン42aが挿入される開口部OP2aの寸法(直径)はピン42aの寸法(直径)よりも若干大きくし、また、ピン42bが挿入される開口部OP2bの寸法(直径)はピン42bの寸法(直径)よりも若干大きくしておく。すなわち、リードフレームLF3において、開口部OP2aとこれに挿入されるピン42aとの間の寸法差(直径の差)と、開口部OP2bとこれに挿入されるピン42bとの間の寸法差(直径差)とを、開口部OP2cとこれに挿入されるピン42cとの間の寸法差(直径差)よりも大きくしておくのである。これにより、組立治具41のピン42cがリードフレームLF3の開口部OP2cに挿入されることで、リードフレームLF3の位置を組立治具41のピン42cで規定して位置決めすることができる。この際、組立治具41のピン42a,42bはリードフレームLF3の開口部OP2a,OP2bにそれぞれ挿入されるが、ピン42a,42bとリードフレームLF3の開口部OP2a,OP2bとの間には余裕(隙間)があるため、リードフレームLF3を実質的に位置決めするのは、組立治具41のピン42cとリードフレームLF2の開口部OP2cとなる。
リードフレームLF1,LF2,LF3の開口部OP2の加工精度は、リードフレームLF1,LF2,LF3の各厚みなどによってリードフレームLF1,LF2,LF3ごとに異なり得る。このため、リードフレームLF1の位置決め用のピン42aおよび開口部PO2aとリードフレームLF2の位置決め用のピン42bおよび開口部OP2bとリードフレームLF3の位置決め用のピン42cおよび開口部OP2cとを互いに異ならせて対応させることで、各リードフレームLF1,LF2,LF3の加工精度に応じて、位置決め用の開口部OP2a,OP2b,OP2cとピン42a,42b,42cを形成することができる。これにより、組立治具41上に配置したリードフレームLF1,LF2,LF3全体の位置決め精度を向上させることができる。
なお、上述のように、これら開口部OP2a,OP2b,OP2cは、各リードフレームLF1,LF2,LF3の長手方向(Y方向)の中央付近において、長手方向(Y方向)に交差(直行)するX方向に沿って並べて配置(配列)させることが好ましい。
<変形例について>
図99は、組立治具41の変形例を示す平面図(要部平面図)であり、上記図26に対応するものである。図100は、図99の組立治具41上にリードフレームLF1,LF2,LF3が配置された状態(上記ステップS6まで行った状態)を示す平面図(要部平面図)であり、上記図57に対応するものである。図101は、図100のC9−C9線の断面図であり、図102は、図100のC2−C2線の断面図(すなわち上記図59に対応する断面図)が示されている。なお、図99および図100は平面図であるが、図面を見やすくする(突出部71a,71b,72a,72b,72cのレイアウトを分かりやすくする)ために、突出部71a,71b,72a,72b,72cにハッチングを付してある。
図99〜図102に示される組立治具41は、組立治具41の上面において、リードフレームLF1をX方向に位置決めしてX方向に移動するのを制限するための突出部(第2突起部、突起部、凸部、爪部)71a,71bと、リードフレームLF2,LF3をX方向に位置決めしてX方向に移動するのを制限するための突出部(第2突起部、突起部、凸部、爪部)72a,72b,72cとを有している。突出部71a,71b,72a,72b,72cは、組立治具41の上面において、上方に向かって局所的に突出した部分、すなわち突起部である。このうち、突出部71a,71bは、組立治具41の支持面SF1aに配置され、突出部72a,72b,72cは組立治具41の支持面SF1b,1cに配置されるのが好ましい。突出部71a,71b,72a,72b,72cが設けられていること以外の図99〜図102の組立治具41(41a)の構成は、上記図25〜図31に示される組立治具41と同じである。以下では、突出部71a,71b,72a,72b,72cが設けられた、図99〜図102に示される組立治具41を、組立治具41aと称するものとする。
組立治具41aに設けられた突出部71a,71b,72a,72b,72cは、組立治具41a上に配置されたリードフレームLF1,LF2,LF3のY方向の両端部付近に位置し、リードフレームLF1,LF2,LF3のY方向に交差する方向(より特定的にはX方向)の移動を規制(制限)するように機能する。
具体的に説明すると、図100〜図102に示されるように、組立治具41aの突出部71a,71bは、支持面SF1aにおいてリードフレームLF1,LF2,LF3に平面的に重ならない位置に設けられ、かつX方向に沿って互いに離間して配置されており、組立治具41aの上面(より特定的には組立治具41aの支持面SF1a)から上方に向かって突出している。そして、図100および図102に示されるように、リードフレームLF1,LF2,LF3が組立治具41a上に配置されると、X方向に離間して配置された突出部71aと突出部71bとの間にリードフレームLF1の少なくとも一部(図100および図102の場合はドレイン端子TDH)が挟まれた状態となり、リードフレームLF1がX方向に移動するのを突出部71a,71bによって制限(規制)できるようになっている。しかしながら、X方向に離間して配置された突出部71a,71bの間にリードフレームLF1の少なくとも一部を挟んだ構成であるため、リードフレームLF1がY方向に移動するのは、突出部71a,71bによって制限(規制)されない。このため、突出部71a,71bにより、リードフレームLF1はX方向に位置決めされるが、Y方向には位置決めされずにフリーである。
また、図100〜図102に示されるように、組立治具41aの突出部72a,72b,72cは、組立治具41aの上面においてリードフレームLF1,LF2,LF3に平面的に重ならない位置に設けられ、かつX方向に沿って互いに離間して配置されており、組立治具41aの上面(より特定的には組立治具41aの支持面SF1b,SF1c)から上方に向かって突出している。そして、図100および図101に示されるように、リードフレームLF1,LF2,LF3が組立治具41a上に配置されると、X方向に離間して配置された突出部72aと突出部72bとの間にリードフレームLF2の少なくとも一部が挟まれた状態となり、X方向に離間して配置された突出部72bと突出部72cとの間にリードフレームLF3の少なくとも一部が挟まれた状態となる。これにより、リードフレームLF2がX方向に移動するのを突出部72a,72bによって制限(規制)でき、リードフレームLF3がX方向に移動するのを突出部72b,72cによって制限(規制)できるようになっている。
しかしながら、X方向に離間して配置された突出部72a,72bの間にリードフレームLF2の少なくとも一部を挟んだ構成であるため、リードフレームLF2がY方向に移動するのは、突出部72a,72bによって制限(規制)されない。また、X方向に離間して配置された突出部72b,72cの間にリードフレームLF3の少なくとも一部を挟んだ構成であるため、リードフレームLF3がY方向に移動するのは、突出部72b,72cによって制限(規制)されない。このため、突出部72a,72b,72cにより、リードフレームLF2,LF3はX方向に位置決めされるが、Y方向には位置決めされずにフリーである。
このように、突出部71a,71b,72a,72b,72cは、リードフレームLF2,LF3をX方向に位置決めするために設けられている。この突出部71a,71b,72a,72b,72cは、複数の単位領域UT1が配列した多連のリードフレームLF1,LF2,LF3の全ての単位領域UT1に対して設ける必要は無い。しかしながら、単位領域UT1がY方向に複数配列した多連のリードフレームLF1,LF2,LF3において、長手方向であるY方向の両端に位置する単位領域UT(図19、図21および図23で符号UT1bが付されている単位領域UT1に対応)に対して突出部71a,71b,72a,72b,72cが設けられることが好ましい。すなわち、上記図25に示される組立治具41は、リードフレームLF1,LF2,LF3の各単位領域UT1が配置される単位領域RG1がY方向に複数配列した構成を有しているが、このY方向の両端に位置する単位領域RG1(図25で符号RG1bが付されている単位領域RG1に対応)を、図99のような、突出部71a,71b,72a,72b,72cが設けられた構成とすればよいのである。
多連のリードフレームLF1,LF2,LF3の長手方向(Y方向)の両端の単位領域UTに対して突出部71a,71b,72a,72b,72cが設けられ、この突出部71a,71b,72a,72b,72cによってリードフレームLF1,LF2,LF3がX方向に位置決めされてX方向の移動を制限されることで、リードフレームLF1,LF2,LF3が組立治具42のピン42を中心に回転してしまうのを防止できる。これにより、ステップS7の半田リフロー処理の加熱中などに組立治具41とリードフレームLF1とリードフレームLF2とリードフレームLF3との相対的な位置関係が変わるのを抑制または防止できる。
また、多連のリードフレームLF1,LF2,LF3は、銅または銅合金等の金属材料からなるので、ステップS7の半田リフロー処理の加熱中に長手方向(Y方向)に伸びる可能性がある。しかしながら、突出部71a,71b,72a,72b,72cは、リードフレームLF1,LF2,LF3をX方向に位置決めするが、Y方向には位置決めせずにフリーにしているため、ステップS7の半田リフロー処理の加熱中にリードフレームLF1,LF2,LF3が長手方向(Y方向)に伸びたとしても、その伸びは突出部71a,71b,72a,72b,72cによって制限されない。すなわち、突出部71a,71b,72a,72b,72cは、リードフレームLF1,LF2,LF3の長手方向(Y方向)の伸縮は規制(制限)しない。このため、リードフレームLF1,LF2,LF3の反りの発生を防止でき、リードフレームLF1,LF2,LF3間の平行度を向上させることができる。
また、上記ステップS6でリードフレームLF3を組立治具41上に配置した後、組立治具41上に配置されたリードフレームLF3を押えながら、ステップS7の半田リフロー処理(半田リフロー用の熱処理)を行うこともできる。図103は、リードフレームLF3の押え方の一例を示す説明図(断面図)であり、上記図63に対応する断面図が示されている。
図103に示されるように、上記ステップS6までを行って組立治具41上にリードフレームLF1,LF2,LF3を配置した後、押さえ部材81でリードフレームLF3を上から押えることができる。この際、後で封止樹脂部MRが形成される領域上と、支持面SF1b,SF1c上とは、押さえ部材81を配置せずに押さえ部材81で押さえられないようにし、それ以外の領域(特にリードフレームLF3において隣り合う単位領域UT1の境界部に位置するフレーム枠LF3aの部分)上に押さえ部材81を配置してリードフレームLF3を押さえるようにする。後で封止樹脂部MRが形成される領域上と支持面SF1b,SF1c上とにおいてリードフレームLF1,LF2,LF3を押さえないようにするのは、製品部(後で半導体装置SM1となる領域)の変形を防止するためである。
押さえ部材81などでリードフレームLF3を押さえながら、ステップS7の半田リフロー処理を行うことで、ステップS7の半田リフロー処理中にリードフレームLF2,LF3が浮いてしまうのを防止できるため、上記高さH5,H6が組立治具41における支持面SF1b,SF1cの高さH1,H2に一致した組立体WKを、より的確に作製できるようになる。押さえ部材81は、例えば組立治具41と同材料のカーボン材やSUS材などで形成することができる。
図104〜図108は、ステップS8のモールド工程の変形例を示す説明図である。ここで、図104〜図108を参照して説明するステップS8のモールド工程の変形例を、以下ではステップS8aのモールド工程と称するものとする。なお、図104および図105は、ステップS8aのモールド工程で組立体WKを金型MD2上に配置した状態の要部平面図に対応しており、図104には上記図80に対応する領域(平面領域)が示され、図105には上記図65にほぼ対応する領域(平面領域)が示されている。なお、図104および図105では、ソース・ドレイン端子TSDおよびソース端子TSLの各アウタリード部において、金型MD1の突起部91が押し付けられて潰される位置(領域)を、符号92で示してある。また、図106および図107は、図105のE1−E1線の位置での断面図にほぼ相当し、図108は、図105のE2−E2線の位置での断面図にほぼ相当する。なお、図106には、ステップS8aのモールド工程において、金型MD2上に組立体WKを配置した後で、かつ金型MD1,MD2をクランプする前の状態が示され、図107および図108には、ステップS8aのモールド工程において、金型MD1を金型MD2側に下降させて組立体WKを金型MD1,MD2で挟んでクランプした状態が示されている。
ステップS8aのモールド工程を行うには、金型MD1における金型MD2の支持面S2b,SF2cに対向する位置に突起部(第3突起部)91を予め設けておく。そして、ステップS8aのモールド工程で金型MD2の支持面SF2b,SF2cと金型MD1(の下面)とでリードフレームLF2,LF3のソース・ドレイン端子TSDおよびソース端子TSLの各アウタリード部を挟んでクランプした際に、金型MD1の突起部91により、ソース・ドレイン端子TSDおよびソース端子TSLの各アウタリード部の一部を押しつぶす。
より具体的に説明すると、ステップS8aのモールド工程では、組立体WKを金型MD1,MD2でクランプした際に、支持面SF2b上に配置されたリードフレームLF2のソース・ドレイン端子TSDのアウタリード部の一部と、支持面SF2c上に配置されたリードフレームLF3のソース端子TSLのアウタリード部の一部とを、上金型である金型MD1の下面に設けた突起部91で局所的に押しつぶすのである。金型MD1の突起部91の高さは、リードフレームLF2,LF3の厚みよりも小さい(低い)。
金型MD2の支持面SF2b上に配置されたリードフレームLF2のソース・ドレイン端子TSDのアウタリード部の上面において、金型MD1の突起部91で押しつぶされる位置(領域)92は、図104および図105に示されるように、X方向の端部近傍である。また、金型MD2の支持面SF2c上に配置されたリードフレームLF3のソース端子TSLのアウタリード部の上面において、金型MD1の突起部91で押しつぶされる位置(領域)92は、図104および図105に示されるように、X方向の端部近傍である。
但し、リードフレームLF2のソース・ドレイン端子TSDのアウタリード部の上面において、ゲート端子TGHに隣接する側の端部(すなわちタイバーTB1が形成されている側の端部)近傍は、金型MD1の突起部91で押しつぶされないようにし、ゲート端子TGHに隣接しない側の端部(すなわちタイバーTB1が形成されていない側の端部)近傍が、金型MD1の突起部91で押しつぶされるようにすることが好ましい。同様に、リードフレームLF3のソース端子TSLのアウタリード部の上面において、ゲート端子TGLに隣接する側の端部(すなわちタイバーTB2が形成されている側の端部)近傍は、金型MD1の突起部91で押しつぶされないようにし、ゲート端子TGLに隣接しない側の端部(すなわちタイバーTB2が形成されていない側の端部)近傍が、金型MD1の突起部91で押しつぶされるようにすることが好ましい。
リードフレームLF2,LF3のソース・ドレイン端子TSDおよびソース端子TSLの各アウタリード部を、そのアウタリード部の上面の端部近傍において金型MD1の突起部91で局所的に押しつぶすのは、そのアウタリード部を横方向(ここではX方向)に押し広げて、そのアウタリード部と金型MD1,MD2の側面(図106〜図108に示される側面93がこれに対応)との間の横方向(X方向)の隙間を塞ぐためである。
金型MD1の突起部91で潰される位置(領域)92から離れた領域では、図108にも示されるように、ソース・ドレイン端子TSDおよびソース端子TSLの各アウタリード部と金型MD1,MD2の側面(106〜図108に示される側面93など)との間に、若干の隙間94が生じる。この隙間94は、リードフレームLF1,LF2,LF3の加工精度や組立体WKの組立精度などを考慮して、マージンとして必要である。しかしながら、金型MD1,MD2のキャビティCAV内に樹脂材料を注入して封止樹脂部MRを形成する際に、この隙間94から樹脂漏れが生じる可能性がある。
しかしながら、ステップS8aのモールド工程では、金型MD1の下面に突起部91を設けて上記位置92でソース・ドレイン端子TSDおよびソース端子TSLの各アウタリード部を押しつぶす。これにより、図107に示されるように、ソース端子TSLのアウタリード部が、その上面の端部近傍において、金型MD1の突起部91で局所的に押しつぶされることで横方向(X方向)に広がり、ソース端子TSLのアウタリード部とMD2の側面93との間の横方向(X方向)の隙間(上記隙間94に相当するもの)を塞ぐことができる。同様に、ソース・ドレイン端子TSDのアウタリード部が、その上面の端部近傍において、金型MD1の突起部91で局所的に押しつぶされることで横方向(X方向)に広がり、ソース・ドレイン端子TSDのアウタリード部とMD2(または金型MD1)の側面との間の横方向(X方向)の隙間(上記隙間94に相当するもの)を塞ぐことができる。これにより、金型MD1,MD2のキャビティCAV内に樹脂材料を注入して封止樹脂部MRを形成した際の樹脂漏れを抑制または防止することができる。
また、ゲート端子TGH,TGLのアウタリード部については、両隣にソース・ドレイン端子TSDまたはソース端子TSLが配置されており、上記タイバーTB1,TB2で樹脂漏れを防止できるため、金型MD1の突起部91で押しつぶす必要はない。
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。
上記実施の形態では、3つのリードフレームLF1,LF2,LF3で半導体チップCPH,CPLを挟んだ構造の半導体装置SM1を製造する場合について説明したが、2つのリードフレームLF1,LF2で半導体チップCPHを挟んだ構造の半導体装置を製造する場合にも適用することができる。この場合には、半導体チップCPLおよびリードフレームLF3を省略し、上記ステップS1〜S4を行ってから、上記ステップS5,S6を行うことなく、ステップS7〜S12を行えばよい。この際に使用する上記組立治具41および上記金型MD2では、上記支持面SF1c,SF2cが不要となるため、上記支持面SF1c,SF2cは支持面SF1a,SF2aまたは支持面SF1b,SF2bと同じ高さの面にすればよい。また、この場合に製造された半導体装置は、上記半導体装置SM1において、半導体チップCPL、ゲート端子TGLおよびソース端子TSL(更に半導体チップCPLとソース・ドレイン端子TSDとを接合する部分の半田SLDも)が省略された構造を有したものとなるが、これらが省略されたことに伴い、封止樹脂部MRの厚みは薄くする。つまり、2つのリードフレームLF1,LF2で半導体チップCPHを挟んだ構造の半導体装置を製造する場合、本実施の形態で説明した主な特徴を適用することにより、上記図97を参照して説明した課題を解決することができる。
さらに、2つのリードフレームLF1,LF2で半導体チップCPHを挟んだ構造の半導体装置を製造する場合よりも、本実施の形態のように3つのリードフレームLF1,LF2,LF3で半導体チップCPH,CPLを挟んだ構造の半導体装置SM1を製造する場合の方が、積み重ねるリードフレームと半導体チップの数が多い分、リードフレーム間の間隔(上記間隔31,32に相当するもの)が変動しやすくなる。このため、3つのリードフレームLF1,LF2,LF3で半導体チップCPH,CPLを挟んだ構造の半導体装置を製造する場合に本実施の形態で説明した主な特徴を適用する効果は、極めて大きい。このように、本実施の形態で説明した主な特徴は、積み重ねるリードフレームと半導体チップの数が多く、それらを積み重ねた時にリードフレーム間の間隔の誤差が大きくなる(蓄積される)ような構造において、大きな効果を奏するものである。
また、上記実施の形態では、主として本発明者によってなされた発明をその背景となった利用分野であるDC−DCコンバータに用いる半導体装置に適用した場合について説明したが、それに限定されるものではなく、複数のリードフレームの間に半導体チップを配置して製造される種々の半導体装置に適用することができる。