專利名稱：樹脂密封半導體器件、具有管芯墊的引線框及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種用在具有內置散熱器的半導體器件中的引線框，且涉及一種使用該引線框的樹脂密封的半導體器件。
背景技術：
近年來，已關注半導體組件如半導體器件的小型化、高集成和高密度裝配，以適應電子器件的小型化。這已導致由半導體器件所產生熱量的釋放變成至關緊要的問題。
已提出了具有內置散熱器或暴露出的管芯墊的半導體器件作為對半導體器件中熱釋放問題的對策。例如，日本專利申請公開No.2001-15669公開了一種具有內置散熱器的半導體器件。
另一方面，對于環境存在世界范圍的日益增長的關注，對于有關半導體器件的無鉛制造，其也已引起日益持久的號召。
然而，利用具有內置散熱器(即，雙層引線框)的常規半導體器件，必須限制在將半導體元件粘附到散熱器上時所使用的粘結劑的量，這可能在散熱器和半導體元件之間產生間隙。即使在使用密封樹脂密封半導體器件的情況下，樹脂也沒有進入間隙，對于聚集吸收的濕氣留下空間。
利用無鉛焊料將具有內置散熱器的樹脂密封的半導體器件裝配到印刷電路板時的裝配溫度比用于一般的鉛焊料高。這增加了半導體器件內的溫度，這又升高了所吸收濕氣的蒸汽氣壓并促使半導體元件從散熱器脫落，引起了內部膨脹和開裂的危險。
發明內容
本發明目的在于提供一種樹脂密封的半導體器件和用在該半導體器件中的引線框，在樹脂密封的半導體器件中，甚至當利用無鉛焊料裝配在印刷電路板上時，也能防止內部膨脹和開裂。
為了解決以上的問題，本發明是具有裝配在散熱器上的半導體元件的樹脂密封半導體器件。該半導體器件包括多條外引線，用于在與矩形的邊成直角延伸的外部電連接；在一端與外引線串聯的多條內引線；散熱器，粘附到內引線相對端的下側上；提供在散熱器中的多個基本正方形的開口，使得局部位于用于半導體元件的裝配區的外部，且它的各邊設置為與外引線延伸的方向成一角度；在由開口所夾區域中，通過粘合劑將半導體元件粘接到散熱器的上表面上；多條金屬導線，將內引線與半導體元件的相應電極墊電連接；以及密封樹脂，其密封內引線、半導體元件和金屬導線，使外引線保持暴露出。
根據以上結構，即使在半導體元件和散熱器之間存在間隙，密封樹脂經由開口也會進入間隙中。因此即使在使用無鉛焊料將半導體器件裝配到印刷電路板上的情況下，也防止了半導體元件的脫落，如是密封樹脂的膨脹或開裂。
注意，由于改善的引線框，利用常規鉛焊料的半導體制造工藝可直接應用作為利用無鉛焊料的制造工藝。
在此，可以以約45°的角度設置開口的邊，并可經由多個管芯墊將半導體元件粘附到散熱器上。
根據這種結構，由于經由多個管芯墊可靠地粘附了半導體元件，所以防止了間隙的形成。
在此，樹脂密封的半導體器件可進一步包括由內引線的端部環繞并圍繞裝配區的環形體，環形體經由其下側粘附到散熱器的上表面上，且具有在其各邊上中心設置的向內的突起。
根據這種結構，當在引線框的制造期間將散熱器粘附到內引線端部的下側上時，防止了散熱器的翹曲，能夠使引線框的形狀穩固。
而且本發明是一種用在具有裝配在散熱器上的半導體元件的樹脂密封半導體器件中的引線框。該引線框包括多條外引線，用于在與矩形的各邊成直角延伸的外部電連接；多條內引線，在一端與外引線串聯，并經由連接部件電連接到半導體元件的電極墊上；散熱器，粘附到內引線相對端的下側上；多個基本正方形的管芯墊，粘附到用于半導體元件的裝配區中的散熱器上，使得其各邊設置成與外引線延伸的方向成一角度；以及提供在散熱器中的多個開口以便形成具有管芯墊的網格圖案。
根據這種結構，可以用少量的粘結劑將半導體元件可靠地粘附到引線框的管芯墊上。而且，因為足夠的密封樹脂經由開口進入半導體元件和散熱器之間，所以防止了當制造使用引線框的樹脂密封半導體器件時在半導體元件和散熱器之間形成間隙。因此，甚至在使用無鉛焊料(即，需要比正常的鉛焊料高的溫度)來裝配樹脂密封的半導體器件的情況下，也能夠防止由于半導體器件脫落而引起的密封樹脂的膨脹和開裂。
在此，可以以約45°的角度設置管芯墊的邊，開口可具有圓形的頂點，且環繞設置的每個開口可局部位于裝配區的外部。
根據這種結構，密封樹脂經由局部設置在用于半導體元件的裝配區外部上的開口進入半導體元件和散熱器之間，能夠可靠地防止空隙形成。而且，使開口的頂點圓化能夠使局部應力集中被緩解。
而且本發明是一種用在具有裝配在散熱器上的半導體元件的樹脂密封半導體器件中的引線框的制造方法。該方法包括如下步驟蝕刻或沖壓一片薄片金屬，以制造包括外引線、內引線、基本正方形的管芯墊、耦接環、壩桿(dambar)和懸線，外引線用于與矩形的邊成直角延伸的外部電連接，內引線在一端與外引線串聯，管芯墊的邊與外引線延伸的方向成一角度設置，耦接環將管芯墊耦合在一起，壩桿在矩形的邊方向上將內引線耦合到外引線上，懸線自壩桿的頂點支撐管芯墊；將散熱器的上表面粘附到內引線相對端的下側和管芯墊的下側；以及在散熱器中提供多個開口，以形成具有管芯墊的網格圖案，且同時分割耦接環和懸線。
根據這種結構，可以在形成開口的同時分離管芯墊，其避免了使工藝變復雜并能夠改善引線框。
由下面結合附圖的描述，本發明的這些和其它目的、優點和特征將變得顯而易見，
了本發明的具體實施例。
在圖中圖1是關于本發明引線框的實施例1的平面圖；圖2是圖1的底視圖；圖3是在使用實施例1的引線框的樹脂密封半導體器件的S-S′處切割圖1的截面圖；圖4A-4F是用于制造實施例1的樹脂密封半導體器件工藝的截面圖；圖5是關于本發明的具有管芯墊的引線框的實施例2的平面圖；
圖6是圖5的底視圖；圖7是在形成開口之前在圖5中所示引線框的平面圖；圖8是圖7的底視圖；圖9是在使用實施例2的具有管芯墊的引線框的樹脂密封半導體器件的S-S′處切割圖5的截面圖；圖10A-10F是用于制造實施例2的樹脂密封半導體器件工藝的截面圖；圖11是關于本發明具有環形體的引線框的實施例3的平面圖；圖12是圖11的底視圖；圖13是在使用實施例3的具有環形體的引線框的樹脂密封半導體器件的S-S′處切割圖11的截面圖；圖14A-14F是用于制造實施例3的樹脂密封半導體器件工藝的截面圖；圖15是示意性地示出了實施例2中的密封樹脂的流動的截面圖；圖16是示意性地示出了實施例1中的密封樹脂的流動的截面圖；圖17是在用于檢驗在實施例2的樹脂密封半導體器件中出現開裂等的比較例中使用的常規引線框的平面圖；圖18是圖17的底視圖；以及圖19是使用圖17中所示引線框的樹脂密封半導體器件的截面圖。
具體實施例方式
以下參考附圖描述引線框和使用關于本發明的引線框的樹脂密封半導體器件的實施例。
實施例1圖1是關于本發明引線框的實施例1的平面圖，而圖2示出了它的底視圖。
引線框101包括矩形框架102、在與框架102的四個邊成直角延伸的多條外引線103、在一端與外引線串聯并朝著框架102的內部延伸的多條內引線104、和粘附到內引線104的相對端下側的散熱器105。以與外引線延伸的方向成約45°角形成具有圓形頂點的多個基本正方形的開口106。該開口部分地設置在由點劃線標記的用于半導體元件的裝配區107的外部。外引線103和內引線104之間的邊界區通過壩桿(dambar)108在框架102的四邊方向耦合。在壩桿108的內部上由點劃線標記的區域109表示在使用引線框101的樹脂密封半導體器件中通過密封樹脂覆蓋的區域。
通過處理由具有0.15mm厚和150至185Hv硬度的銅合金制成的薄片金屬，例如，使用蝕刻或沖壓技術，來獲得與散熱器105分開的引線框101的組件。例如，散熱器105是具有0.13mm厚的銅合金薄片。用粘結劑將散熱器105熱粘附到內引線104端部的下側上。圖3是在使用引線框101的樹脂密封半導體器件的S-S′處切割圖1的截面圖。
例如，使用芯片結合劑302如銀膏，將半導體元件301粘附到在其裝配區107中的散熱器105上。通過導線(例如，金屬導線)將半導體元件301的電極墊連接到相應的內引線104上。利用由例如環氧樹脂制成的密封樹脂304來樹脂密封半導體器件，外引線103保持露出。
接下來參考圖4A至4F描述制造使用本實施例的引線框101的樹脂密封半導體器件的工藝。圖4A至4F是在S-S′處切割圖1的截面圖。
圖4A和4B示出了用于引線框101的制造工藝。
圖4A示出了使用粘結劑將包括通過框架102耦合在一起的外引線103和內引線104等的金屬組件(即，處理了的銅合金薄片金屬)經由內引線104端部的下側粘附到散熱器105的上表面上的工藝。注意，截面圖省略了無關的零件以簡化簡圖。以下采用了相同的方式。
圖4B示出了通過沖孔處理粘附到金屬組件上的散熱器105而形成開口106的工藝。這完成了引線框101的制造。
圖4C示出了將半導體元件301粘附到引線框101上的工藝。在圖1中由虛線標記的散熱器105上的點110處涂覆芯片結合劑302，并將半導體元件301放置在這些點的上方并粘附到此處。
圖4D示出了導線鍵合工藝。通過導線303將半導體元件301的電極墊連接到相應的內引線104的尖端上。
圖4E示出了樹脂密封工藝。設置鑄模以便覆蓋引線框101和導線303，同時留下外引線103暴露出，并在180℃的鑄模溫度下注射由環氧樹脂制成的密封樹脂。例如，將注射時間設置為8秒。冷卻之后，移除鑄模。
圖4F示出了彎曲外引線103的工藝。利用系桿切割來分離引線框101的框架102，并使外引線103彎曲以完成樹脂密封的半導體器件的制造。
在本實施例中，經由延伸超出裝配區107的開口106注射的密封樹脂進入半導體元件301和散熱器105之間的間隔，增強了半導體元件301與散熱器105的粘接。由此能夠防止在半導體元件301和散熱器105之間間隙的形成。
實施例2接下來描述具有管芯墊的引線框和使用關于本發明引線框的樹脂密封半導體器件的實施例2。下面的描述僅涉及本實施例的特征，省略了對與實施例1相似的那些部件的描述。
圖5是具有管芯墊的引線框的平面圖，而圖6是它的底視圖。將多個管芯墊502提供在引線框501的裝配區107中，以便形成具有開口106的傾斜的網格圖案。管芯墊502基本上是正方形的，且如同開口106管芯墊的各邊與外引線103延伸的方向成約45度。環繞設置的那些開口106部分地位于裝配區107的外部。
由于開口106和由開口106圍繞的管芯墊502形成網格圖案，且與外引線103延伸的方向成約45度角度，占用裝配區107的管芯墊502的區域對于涂覆粘結劑以粘附半導體元件301是理想的。
懸線(hanging lead)503自引線框501的壩桿108的頂點伸向中心點。
利用粘結劑，將散熱器105粘附到管芯墊502和內引線104的端部的下側。
圖7是在形成開口106之前，圖5和6中所示具有管芯墊的引線框的平面圖，而圖8是它的底視圖。
通過耦接環701將管芯墊502耦合在一起，耦接環701經由懸線503連接到壩桿108上。利用粘結劑，將管芯墊502的下側、耦接環701和懸線503粘附到散熱器105的上表面。
注意，與實施例1相似，例如利用沖壓技術通過一片模鑄銅合金薄片金屬來制造除散熱器105之外的引線框501。
圖9是在使用具有管芯墊的引線框的樹脂密封半導體器件的S-S′處切割圖5的截面圖。
利用該樹脂密封的半導體器件，使管芯墊502介于半導體元件301和散熱器105的上表面之間并用粘結劑粘接二者。由于這擴展了半導體元件301和散熱器105之間的間隔并便于密封樹脂304經由開口106流動，所以由此可以使半導體元件301和散熱器105之間間隙的形成減到最小。
接下來參考圖10A至10F描述使用本實施例引線框501的樹脂密封半導體器件的制造工藝。
注意，圖10A至10F是在S-S′處切割圖5的截面圖，且省略了無關的零件以使視圖簡化。還注意，如果與實施例1的圖4中所示的工藝基本相似，則省略了對圖10D至10F中所示的工藝的描述。
圖10A示出了使用粘結劑將由通過框架102耦合在一起的外引線103、內引線104和管芯墊502等組成的金屬組件(即，處理過的銅合金薄片金屬)經由管芯墊502和內引線104端部的下側粘附到散熱器105的上表面上的工藝。
圖10B示出了通過沖孔處理粘附到金屬組件上的散熱器105形成開口106并同時移除耦接環701和部分懸線503以分離管芯墊502的工藝。設置為與管芯墊502形成網格圖案的開口106是基本正方形的，并設置成與引線框501的矩形的各邊成約45°角。而且，環繞設置的這些開口106局部位于裝配區107的外部。
圖10C示出了將半導體元件301粘附到引線框501上的工藝。將芯片結合劑302涂覆到管芯墊502的上表面上，并將半導體元件301放置在管芯墊的上方并粘附于此。
圖10D至10F與實施例1相似。
注意，作為半導體元件301和散熱器105之間間隔的結果，圖10E中所示的密封樹脂的注射比實施例1中的容易。
實施例3接下來描述了具有環形體的引線框和使用關于本發明引線框的樹脂密封半導體器件的實施例3。下面的描述僅涉及本實施例的特征，省略了對與實施例1相似的那些部件的說明。
圖11是具有環形體的引線框的平面圖，而圖12是它的底視圖。引線框1100由將圍繞用于半導體元件301的裝配區107的環形體1101加上，實施例1的引線框101組成。朝著半導體元件301伸出的帽狀突起1103形成在環形體1101各邊上的中心。在環形體1101的拐角形成將環形體1101連接到壩桿108的懸線1102。注意，除了散熱器105之外，引線框1100由薄片金屬整體地形成。
圖13是使用引線框1100的樹脂密封半導體器件的截面圖。該截面圖在S-S′處切割圖11。
將環形體1101設置在內引線104的內部上以便圍繞半導體元件301。將突起1103的截面示于圖13中。
圖14A至14F是示出引線框1100和使用引線框1100的樹脂密封半導體器件的制造工藝的截面圖。注意，這些截面圖在S-S′處切割圖11，省略了無關的零件。
圖14A示出了將散熱器105粘附到金屬組件上的工藝。
將粘結劑涂覆到環形體1101和內引線104端部的下側上，并通過粘結劑將散熱器105的上表面粘附到此。
在該工藝中在內引線104內部上提供連接到懸線1102的環形體1101防止了散熱器105在翹曲狀態下的粘附，與熱量相關的任何變形被提供在環形體1101各邊上的中心處的突起1103吸收。
假定與實施例1中的工藝基本相似，省略了圖14B至14D中的工藝描述。
在圖14E的樹脂密封工藝中存在環形體1101防止了注射時密封樹脂304對半導體元件301的影響。
圖14F中的彎曲工藝與實施例1基本相似。
雖然以上已描述了使用優選實施例的引線框的樹脂密封半導體器件，但是當然可以通過組合這些引線框的各特征來實施本發明。
示范性的引線框將實施例2中描述的管芯墊與實施例3中描述的環形體結合。
接下來使用圖15和16描述了在實施例1和2的樹脂密封工藝中的密封樹脂的流動。
圖15示出了經由管芯墊502粘附到散熱器105上的半導體元件301，而圖16示出了直接粘附到散熱器105上的半導體元件301。雖然在兩種情況下利用芯片結合劑302粘附了半導體元件301，但當如同實施例2一樣經由管芯墊502粘附到散熱器105上時，在半導體元件301和散熱器105之間打開了相當于管芯墊502的厚度的間隔。如由箭頭A501所示，這能夠使密封樹脂經由開口106充分地流入到半導體元件301和散熱器105之間的間隔中。即使對于實施例1，半導體元件301和散熱器105之間的密封樹脂經由開口106的流動如由箭頭1601所示，防止了形成間隙。
比較例以下說明了比較測試的結果，假定在裝配根據實施例2制造的本發明的樹脂密封半導體器件(“本發明器件”)和常規的樹脂密封半導體器件(“常規器件”)中使用無鉛焊料。
將常規的引線框的平面圖示于圖17中，而將它的底視圖示于圖18中。利用這種引線框，在裝配區107下面的散熱器105中提供了單個開口1701。圖19是在使用這種引線框的常規樹脂密封半導體器件的S-S′處切割圖17的截面圖。
在將本發明的器件和常規器件放置在具有30℃的溫度和70％相對濕度的環境中72個小時以吸收濕氣之前，首先將它們在125℃烘烤12個小時并使其干燥。然后，在經受265℃的溫度五分鐘之后，再次將器件放置在具有30℃的溫度和70％相對濕度的環境中96個小時。在再次經受265℃的溫度五分鐘之后，將器件冷卻到室溫，然后使用超聲波來研究脫落和開裂。
每種器件使用了15個樣品。
將其中出現了脫落或開裂的樣品數示于下面的表中。
這些結果證實了，甚至當使用無鉛焊料在基板上裝配實施例2中描述的樹脂密封的半導體器件時，也完全防止了半導體元件的脫落和密封樹脂的開裂。
注意，雖然在優選實施例中僅說明了單個引線框，但是當然能夠通過將半導體元件粘附和導線鍵合到串聯(彼此的上方/下方或左/右等)形成的多個引線框上來制造樹脂密封半導體器件，且在最后分離單個半導體器件之前，用鑄模覆蓋引線框并注射密封樹脂。
使用關于本發明的引線框的樹脂密封半導體器件用作在半導體制造領域中對環境有利的半導體器件。
雖然已參考附圖借助實例全面地描述了本發明，但要注意的是，各種改變和修改對于本領域技術人員將變得顯而易見。因此，除非這種改變和修改脫離了本發明的范圍，否則它們都應當被認為包括于本發明中。
權利要求
1.一種樹脂密封的半導體器件，具有裝配在散熱器上的半導體元件，包括多條外引線，用于以與矩形的各邊成直角延伸的外部電連接；在一端與外引線串聯的多條內引線；散熱器，粘附到內引線相對端的下側；提供在散熱器中的多個基本正方形的開口，使得部分地位于用于半導體元件的裝配區的外部，且其各邊設置為與外引線延伸的方向成一角度；在由開口所夾區域中通過粘合劑粘附到散熱器的上表面上的半導體元件；多條金屬導線，將內引線與半導體元件的相應電極墊電連接；以及密封樹脂，其密封內引線、半導體元件和金屬導線，使外引線保持暴露。
2.如權利要求1的樹脂密封的半導體器件，其中以約45°的角度設置開口的各邊，以及經由多個管芯墊將半導體元件粘附到散熱器。
3.如權利要求1的樹脂密封的半導體器件，進一步包括由內引線的端部環繞并圍繞裝配區的環形體，該環形體經由其下側粘附到散熱器的上表面且具有在其每一邊上設置在中心的向內的突起。
4.一種用在樹脂密封的半導體器件中的引線框，該樹脂密封的半導體器件具有裝配在散熱器上的半導體元件，包括多條外引線，用于以與矩形的各邊成直角延伸的外部電連接；多條內引線，在一端與外引線串聯，并經由連接組件電連接到半導體元件的電極墊；散熱器，粘附到內引線相對端的下側；多個基本正方形的管芯墊，粘附到用于半導體元件的裝配區中的散熱器上，使得其各邊設置成與外引線延伸的方向成一角度；以及提供在散熱器中的多個開口，使得形成具有管芯墊的網格圖案。
5.如權利要求4的引線框，其中以約45°的角度設置管芯墊的各邊，開口具有圓形的頂點，以及環繞設置的每個開口都部分地位于裝配區的外部。
6.一種用在樹脂密封半導體器件中的引線框的制造方法，該樹脂密封的半導體器件具有裝配在散熱器上的半導體元件，包括如下步驟蝕刻或沖壓一片薄片金屬，以制造包括外引線、內引線、基本正方形的管芯墊、耦接環、壩桿和懸線的金屬組件，外引線用于以與矩形的各邊成直角延伸的外部電連接，內引線在一端與外引線串聯，管芯墊各邊與外引線延伸的方向成一角度設置，耦接環將管芯墊耦合在一起，壩桿在矩形的各邊方向上將內引線耦合到外引線，懸線自壩桿的頂點支撐管芯墊；將散熱器的上表面粘附到內引線相對端的下側和管芯墊的下側；以及在散熱器中提供多個開口，以形成具有管芯墊的網格圖案，且同時分割耦接環和懸線。
全文摘要
一種具有內置散熱器的樹脂密封半導體器件，其防止在利用無鉛焊料將半導體器件裝配到印刷電路板期間當吸收到半導體元件和散熱器之間間隙中的濕氣的蒸汽氣壓升高時，由半導體元件自散熱器脫落引起的內部膨脹和開裂。通過在用于半導體元件(301)的裝配區中提供多個單獨的管芯墊(502)，并經由管芯墊(502)將半導體元件(301)粘附到散熱器(105)，在半導體元件(301)和散熱器(105)之間打開了間隔，用于密封樹脂(304)進入。
文檔編號H01L21/60GK1790687SQ20051011945
公開日2006年6月21日 申請日期2005年11月10日 優先權日2004年11月10日
發明者河崎知樹, 山田雄一郎, 福田敏行, 尾方秀一 申請人:松下電器產業株式會社