JP2004319884A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】小型、薄型、高放熱で半導体素子サイズの自由度を損なわずに、高品質で歩留りが高い半導体装置を提供する。
【解決手段】ダイパッド１と、ダイパッド１の下面に形成された凹部６ｂと、ダイパッド１の上面において凹部６ｂと中心が略一致するように形成された凸部６ａと、ダイパッド１の周囲に配置された電極端子５と、凸部６ａの先端面に搭載された半導体素子２と、半導体素子２と電極端子５とを電気的に接続した接続部材４と、ダイパッド１、半導体素子２および接続部材４を封止した封止樹脂７とを備え、凸部６ａの先端面の面積が凹部６ｂの底面の面積よりも大きくした。これにより、ダイパッド１の加工時において凸部６ａを形成してアップセットする際、ダイパッド１の材肉の伸び分を凸部６ａ側の増加した面積分で吸収することができるので、高品質、高歩留り化を図ることができる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高密度実装が可能な小型で薄型の面実装用樹脂封止型半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の小型化、高密度化に対応するために、半導体装置の小型、薄型化が進んでいる。小型、薄型の樹脂封止型半導体装置として実質的に片面封止されたＱＦＮ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｎｏｎ−ｌｅａｄｅｄ Ｐａｃｋａｇｅ）やＳＯＮ（Ｓｍａｌｌ Ｏｕｔｌｉｎｅ Ｎｏｎ−ｌｅａｄｅｄ Ｐａｃｋａｇｅ）と称される半導体装置が開発されている。また、その製造方法は、組立コストを低減するため複数の半導体装置を一括して樹脂封止し、ダイシング加工によって個々の半導体装置に分割する工法が主流になりつつある。
【０００３】
以下、従来の半導体装置（例えば、特許文献１）を、図６を用いて説明する。図６は従来のＱＦＮ型の樹脂封止型半導体装置を示す図であり、図６（ａ）は、概略的な構成を示す平面図であり、図６（ｂ）は、概略的な構成を示す断面図であり、図６（ｃ）は、概略的な構成を示す底面図である。図６に示すように、従来型の半導体装置は、サポートリード１３によって支持されるダイパッド１に接着剤３を塗布して、その上に半導体素子２を固着している。ダイパッド１の中央付近は半切断加工によってアップセットされている。サポートリード１３は曲げ加工することで、その中央部を封止樹脂体７に埋没している。半導体素子２には金属細線４が接続され、ダイパッド１の周辺にある複数の電極端子５とそれぞれ電気的に接続されている。ダイパッド１、半導体素子２、接着剤３、金属細線４及び電極端子５は封止樹脂体７で封止されている。封止樹脂体７は４辺形の平板状に形成されているとともに、電極端子５の金属細線４と接続されている面の対向面が封止樹脂体７の底面より露出している。さらに電極端子５の一部は、封止樹脂体７底面に露出する電極端子５と連続的に側面にも露出している。
【０００４】
また、組立コストを低減するため複数の半導体装置を一括して樹脂封止し、ダイシング加工によって個々の半導体装置に分割する工法用いた、従来の半導体装置を、図５を用いて説明する。図５は従来のＱＦＮ型樹脂封止型半導体装置を示す図であり、図５（ａ）は、概略的な構成を示す平面図であり、図５（ｂ）は、概略的な構成を示す断面図であり、図５（ｃ）は、概略的な構成を示す底面図である。図５に示すように、従来型の半導体装置は、サポートリード１３によって支持されるダイパッド１に接着剤３を塗布して、その上に半導体素子２を固着している。ダイパッド１の中央付近は半切断加工によってアップセットされている。サポートリード１３は、その裏面をハーフエッチングすることで封止樹脂体７に埋没している。半導体素子２には金属細線４が接続され、ダイパッド１の周辺にある複数の電極端子５とそれぞれ電気的に接続されている。ダイパッド１、半導体素子２、接着剤３、金属細線４及び電極端子５は封止樹脂体７で封止されている。封止樹脂体７は４辺形の平板状に形成されているとともに、電極端子５の金属細線４と接続されている面の対向面が封止樹脂体７の底面より露出している。さらに電極端子５の一部は、封止樹脂体７の底面に露出する電極端子５と不連続的に側面にも露出している。
【０００５】
これらＱＦＮ型（ＳＯＮ型）の半導体装置は、封止樹脂体７の底面から電極端子５を露出させるよう片面封止することで小型、薄型化を可能としている。また、高放熱化を目的としてダイパッド１を封止樹脂７より露出させつつ、ダイパッド１の中央付近をアップセットさせることで、半導体素子２の大きさが周囲の電極端子５にオーバーラップしても接触しない構造を有する、半導体素子２のサイズ自由度が高い半導体装置である。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２４３８９１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の半導体装置の構造では、ダイパッドの凹側半切断部と対向の凸側半切断部の面積が等しいため、ダイパッドを半切断加工する際に発生する材肉の逃げ場所が無く、またダイパッドがサポートリードにより支持されており、サポートリードは内枠に繋がり、内枠は外枠へと繋がっているので、リードフレーム全体が反ってしまう。このため、ワイヤボンド工程におけるクランプ開放時にリードフレームが反った状態に戻る衝撃によってワイヤ変形が発生し、ショート不良や断線不良が発生する。また、組立工程中における搬送時にリードフレームの変形が発生し、品質や歩留り低下（すなわち高コスト）の原因となっている。
【０００８】
したがって、この発明の目的は、従来の上記問題点を解決するもので、小型、薄型、高放熱で半導体素子サイズの自由度を損なわずに、高品質で歩留りが高い半導体装置およびその製造方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためにこの発明の請求項１記載の半導体装置は、ダイパッドと、前記ダイパッドの下面に形成された凹部と、前記ダイパッドの上面において前記凹部と中心が略一致するように形成された凸部と、前記ダイパッドの周囲に配置された電極端子と、前記凸部の先端面に搭載された半導体素子と、前記半導体素子と前記電極端子とを電気的に接続した接続部材と、前記ダイパッド、前記半導体素子および前記接続部材を封止した封止樹脂とを備え、前記凸部の先端面の面積が前記凹部の底面の面積よりも大きくした。
【００１０】
このように、凸部の先端面の面積が凹部の底面の面積よりも大きくしたので、ダイパッドの加工時において凸部を形成してアップセットする際、ダイパッドの材肉の伸び分を凸部側の増加した面積分で吸収することができる。これにより、ダイパッドおよび電極端子等を有するリードフレーム全体の反りを低減することができるので、組立工程におけるクランプ開放時や搬送時のリードフレームや金属細線等の変形を防止できる。このため、小型、薄型、高放熱で半導体素子サイズの自由度を損なわずに、高品質、高歩留り化を図ることができる。
【００１１】
請求項２記載の半導体装置は、請求項１記載の半導体装置において、凸部が円柱状である。このように、凸部が円柱状であるので、加工歪みの部分的な集中を避けることができる。
【００１２】
請求項３記載の半導体装置の製造方法は、ダイパッドおよび電極端子を形成し、前記ダイパッドの下面に凹部を形成するとともに前記ダイパッドの上面において前記凹部と中心が略一致し、かつ、前記凹部の底面の面積よりも大きい面積の先端面を有する凸部を形成したリードフレームを用意する工程と、前記凸部の先端面に半導体素子を搭載する工程と、前記半導体素子の電極と前記電極端子とを接続部材により電気的に接続する工程と、前記ダイパッド、前記半導体素子および前記接続部材を封止樹脂により封止する工程とを含む。
【００１３】
このように、ダイパッドおよび電極端子を形成し、ダイパッドの下面に凹部を形成するとともにダイパッドの上面において凹部と中心が略一致し、かつ、凹部の底面の面積よりも大きい面積の先端面を有する凸部を形成したリードフレームを用意する工程と、半導体素子を搭載する工程と、接続部材により電気的に接続する工程と、封止樹脂により封止する工程とを含むので、リードフレームの加工工程においてダイパッドに凸部を形成してアップセットする際、ダイパッドの材肉の伸び分を凸部側の増加した面積分で吸収し、リードフレーム全体の反りを低減することができる。これにより、組立工程におけるクランプ開放時や搬送時のリードフレームや金属細線等の変形を防止できるので、ショート不良や断線不良が発生することはなく、小型、薄型、高放熱で半導体素子サイズの自由度が高い半導体装置において、高品質で安価（高歩留り）な、半導体装置を提供することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。図１は本発明の実施形態の半導体装置を示す図であり、図１（ａ）は、概略的な構成を示す平面図であり、図１（ｂ）は、概略的な構成を示す断面図であり、図１（ｃ）は、概略的な構成を示す底面図である。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態による半導体装置は、ダイパッド１と、ダイパッド１の下面に形成された凹部６ｂと、ダイパッド１の上面において凹部６ｂと中心が略一致するように形成された凸部６ａと、ダイパッド１の周囲に配置された電極端子５と、凸部６ａの先端面に搭載された半導体素子２と、半導体素子２と電極端子５とを電気的に接続した接続部材と、ダイパッド１、半導体素子２および接続部材を封止した封止樹脂７とを備えている。
【００１６】
この場合、サポートリード１３で支持されるダイパッド１に接着剤３を塗布して、その上に半導体素子２を固着している。その半導体素子２には接続部材として金属細線４が接続されダイパッド１の周辺にある複数の電極端子５とそれぞれ電気的に接続されている。ダイパッド１、半導体素子２、接着剤３、金属細線４及び電極端子５は封止樹脂体７で封止されている。封止樹脂体７は４辺形の平板状に形成されているとともに、電極端子５の金属細線４と接続されている面の対向面が封止樹脂体７の底面より露出しており、その電極端子５は半導体装置底面の周縁に配置される。また、サポートリード１３の裏面にハーフエッチング加工を施しており、封止樹脂体７に埋没させている。さらに電極端子５の一部は、封止樹脂体７底面に露出する電極端子５とは不連続的に側面にも露出している。
【００１７】
ダイパッド１の中央部は、プレス加工を途中で止める半切断加工によって周辺部よりもアップセットしている。また、半切断部６の形状を、円柱形、平面視で円形とすることで、加工歪の部分的な集中を避けると共に、凸側半切断部（凸部６ａ）の面積を対向面の凹側半切断部（凹部６ｂ）の面積よりも大きくすることで、材肉の伸び分を凸側の増加した面積分で吸収し、リードフレーム全体の反りを低減することができる。これによって、組立工程におけるクランプ開放時や搬送時のリードフレームやワイヤの変形を防止できるので、小型、薄型、高放熱で半導体素子サイズの自由度を損なわずに、高品質、高歩留り化（すなわち低コスト化）を図ることが出来る。
【００１８】
また、半導体素子２と電極端子５との電気的接続は、図１に示す金属細線４の他に、Ａｕや半田等を用いた金属バンプ（図示せず）を使用してもよい。
【００１９】
次に図２，３を用いて本発明の実施形態の半導体装置に用いられるリードフレームとその製造方法について説明する。図２は本発明の実施形態の半導体装置に用いられるリードフレームを示す平面図である。また、図３は、本発明の実施形態の半導体装置に用いられるリードフレームの製造工程を説明する工程断面図であり、図３（ａ）は、リードフレーム素材を示す図であり、図３（ｂ）は、リードフレームのエッチング、Ｐｄめっき工程を示す図であり、図３（ｃ）は、リードフレームのダイパッド部アップセット工程を示す図であり、図３（ｄ）は、リードフレーム裏面にテープを貼り付ける工程を示す図である。
【００２０】
まず、本発明の実施形態に用いられるリードフレームについて、図２を用いて説明する。図２に示すように、リードフレーム８は、ダイパッド１、電極端子５、外枠１０、内枠１１、穴１２及びサポートリード１３で構成され、１枚のリードフレーム８に複数個分の半導体装置が配置されている。また、図示しないが、Ｐｄなどのめっきが施され、リードフレーム裏面には、樹脂封止する際の電極端子露出部への樹脂漏れ防止用のテープが貼り付けられている。そしてダイパッド１の中央部には、半切断部６の加工が施されている。
【００２１】
次に、本発明の実施形態に用いられるリードフレーム製造方法について、図３を用いて説明する。図３（ａ）に示すように、リードフレーム素材８ａとしては０．１〜０．２ｍｍ程度の厚みで、比較的熱伝導の良好で、かつ強度の高いＣｕ合金を使用する。熱伝導の良好な素材を使用することによって、高い放熱性を備えた半導体装置を提供できる。
【００２２】
次に、図３（ｂ）に示すように、エッチング加工によってダイパッド１、電極端子５などを形成した後、リードフレーム全体にＰｄめっき（図示せず）を施す。電極端子５の表面にはハーフエッチング加工による溝（図示せず）を形成することで、基板実装時などに発生する応力により発生する電極端子５と封止樹脂体７との剥離を止め、これによる断線を防止することができる。また、ＰｄめっきはＮｉ、Ｐｄ、Ａｕの３層で構成する。最外層にＡｕフラッシュを施すことで、封止樹脂体との良好な密着性を得ることができる。ここでは、Ｐｄめっきを実施形態としたが、変わりに電極端子５の電気的に接続する部分へＡｇめっきを施しても良い。この場合、半導体装置の組立工程途中で、封止樹脂体７より露出するダイパッド１及び電極端子５に半田めっきなどを施す必要がある。
【００２３】
次に、図３（ｃ）に示すように、ダイパッド１の中央部は、プレス加工を途中で止める半切断加工によって周辺部よりもアップセットしている。また、半切断部６の形状を、平面視で円形とすることで、加工歪の部分的な集中を避けると共に、凸側半切断部６ａの面積を対向面の凹側半切断部６ｂの面積よりも大きくすることで、材肉の伸び分を凸側の増加した面積分で吸収し、リードフレーム全体の反りを低減している。これによって、組立工程におけるクランプ開放時や搬送時のリードフレームやワイヤの変形を防止できるので、小型、薄型、高放熱で半導体素子サイズの自由度を損なわずに、高品質、高歩留り化（すなわち低コスト化）を図ることが出来る。
【００２４】
次に、図３（ｄ）に示すように、リードフレーム８の裏面に熱可塑性などの接着剤と２層構造のポリイミドテープ９を貼り付ける。このテープ９は、樹脂封止する際に、電極端子５の裏面（露出面）へ封止樹脂が漏れないようにするためのものである。
【００２５】
以上のようにして、本発明の実施形態の半導体装置に用いるリードフレームを完成することができる。
【００２６】
次に、本発明の実施形態の半導体装置の製造方法について、図４を用いて説明する。図４は、本発明の実施形態の半導体装置の製造方法を説明する工程断面図であり、図４（ａ）は、接着剤を塗布する工程を説明する図であり、図４（ｂ）は、半導体素子を搭載する工程を説明する図であり、図４（ｃ）は、金属細線の接続する工程を説明する図であり、図４（ｄ）は、樹脂封止する工程を説明する図であり、図４（ｅ）は、リードフレーム裏面のテープを剥離する工程を説明する図であり、図４（ｆ）は、半導体装置を個別に分割する工程を説明する図である。
【００２７】
まず、上記のようにダイパッド１および電極端子５を形成し、ダイパッド１の下面に凹部６ｂを形成するとともにダイパッド１の上面において凹部６ｂと中心が略一致し、かつ、凹部６ｂの底面の面積よりも大きい面積の先端面を有する凸部６ａを形成したリードフレーム８を用意する。次に、図４（ａ）に示すように、ダイパッド１の上にディスペンサ（図示せず）などを用いて接着剤３を塗布する。接着剤３は、一例として熱硬化性のエポキシ樹脂にＡｇ粉を混合させた銀ペーストからなる。
【００２８】
次に、図４（ｂ）に示すように、接着剤３を塗布したダイパッド１上の凸部６ａの先端面にコレット（図示せず）などを用いて半導体素子２を搭載した後、ヒートステージ（図示せず）上で加熱し、接着剤３を硬化させる。一例として、半導体素子２は０．１〜０．２ｍｍ程度の厚みのシリコン単結晶である。また、接着剤３の硬化条件は、硬化温度２００〜２５０℃、硬化時間３０〜６０秒程度である。
【００２９】
次に、図４（ｃ）に示すように、ダイパッド１上に固着された半導体素子２の電極であるボンディングパッドと電極端子５とを金属細線４を用いて電気的に接続する。ワイヤボンド装置のヒートステージ（図示せず）には、真空孔が開いており、リードフレーム裏面のテープ９を吸引固定し、また、リードフレーム８の外周部を押さえ治具（図示せず）によりリードフレーム８のボンディングエリア外周部を固定した状態で、ワイヤボンディングを実施する。一例として、金属細線は、直径２０〜２５μｍのＡｕワイヤを用いる。
【００３０】
次に、図４（ｄ）に示すように、シリンダにより型締めされる１８０℃程度に加熱した封止金型（図示せず）を搭載したトランスファー装置により、複数の半導体装置を一括して樹脂封止する。リードフレーム８の裏面には樹脂封止の際、電極端子５の裏面に封止樹脂が漏れないようにテープ９が貼り付けてある。封止樹脂が硬化して封止樹脂体７が形成された後、型開きされると共にトランスファー装置より脱装される。そして、重りなどで加圧しながら硬化炉などで封止樹脂の本硬化を実施する。一例として加圧力は１ｇ／ｍｍ２程度である。
【００３１】
次に、図４（ｅ）に示すように、封止樹脂体に２００℃程度の熱を加えながら、テープ９を剥離する。テープ９を剥離する場合、封止樹脂体７に対して、できるだけ小さな角度でテープ９を剥離することで、テープ剥離時の応力を抑制し、半導体装置へのダメージを最小限にすることができる。
【００３２】
次に、図４（ｆ）に示すように、ダイシング装置（図示せず）により半導体装置を個々に分割する。封止樹脂体７はリングに貼り付けたＵＶシート（図示せず）上に貼り付け固定し、ブレードにより個々の半導体装置に分割する。一例としてブレードは、電鋳製で０．２５〜０．３ｍｍ程度の厚みのものである。
【００３３】
以上のようにして、本発明の実施形態の半導体装置を完成することができる。
【００３４】
【発明の効果】
この発明の請求項１記載の半導体装置によれば、凸部の先端面の面積が凹部の底面の面積よりも大きくしたので、ダイパッドの加工時において凸部を形成してアップセットする際、ダイパッドの材肉の伸び分を凸部側の増加した面積分で吸収することができる。これにより、ダイパッドおよび電極端子等を有するリードフレーム全体の反りを低減することができるので、組立工程におけるクランプ開放時や搬送時のリードフレームや金属細線等の変形を防止できる。このため、小型、薄型、高放熱で半導体素子サイズの自由度を損なわずに、高品質、高歩留り化を図ることができる。
【００３５】
請求項２では、凸部が円柱状であるので、加工歪みの部分的な集中を避けることができる。
【００３６】
この発明の請求項３記載の半導体装置の製造方法によれば、ダイパッドおよび電極端子を形成し、ダイパッドの下面に凹部を形成するとともにダイパッドの上面において凹部と中心が略一致し、かつ、凹部の底面の面積よりも大きい面積の先端面を有する凸部を形成したリードフレームを用意する工程と、半導体素子を搭載する工程と、接続部材により電気的に接続する工程と、封止樹脂により封止する工程とを含むので、リードフレームの加工工程においてダイパッドに凸部を形成してアップセットする際、ダイパッドの材肉の伸び分を凸部側の増加した面積分で吸収し、リードフレーム全体の反りを低減することができる。これにより、組立工程におけるクランプ開放時や搬送時のリードフレームや金属細線等の変形を防止できるので、ショート不良や断線不良が発生することはなく、小型、薄型、高放熱で半導体素子サイズの自由度が高い半導体装置において、高品質で安価（高歩留り）な、半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の実施形態の半導体装置の概略的な構成を示す平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は底面図である。
【図２】本発明の実施形態の半導体装置に用いるリードフレームを示す平面図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施形態の半導体装置に用いるリードフレームの製造工程を説明する工程断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｆ）は本発明の実施形態の半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。
【図５】（ａ）は従来例の半導体装置の概略的な構成を示す平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は底面図である。
【図６】（ａ）は別の従来例の半導体装置の概略的な構成を示す平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は底面図である。
【符号の説明】
１ ダイパッド
２ 半導体素子
３ 接着剤
４ 金属細線
５ 電極端子
６ 半切断部
６ａ 凸側半切断部
６ｂ 凹側半切断部
７ 封止樹脂体
８ リードフレーム
８ａ リードフレーム素材
９ テープ
１０ 外枠
１１ 内枠
１２ 穴
１３ サポートリード

Claims (3)

  1. ダイパッドと、前記ダイパッドの下面に形成された凹部と、前記ダイパッドの上面において前記凹部と中心が略一致するように形成された凸部と、前記ダイパッドの周囲に配置された電極端子と、前記凸部の先端面に搭載された半導体素子と、前記半導体素子と前記電極端子とを電気的に接続した接続部材と、前記ダイパッド、前記半導体素子および前記接続部材を封止した封止樹脂とを備え、前記凸部の先端面の面積が前記凹部の底面の面積よりも大きくしたことを特徴とする半導体装置。
  2. 凸部が円柱状である請求項１記載の半導体装置。
  3. ダイパッドおよび電極端子を形成し、前記ダイパッドの下面に凹部を形成するとともに前記ダイパッドの上面において前記凹部と中心が略一致し、かつ、前記凹部の底面の面積よりも大きい面積の先端面を有する凸部を形成したリードフレームを用意する工程と、前記凸部の先端面に半導体素子を搭載する工程と、前記半導体素子の電極と前記電極端子とを接続部材により電気的に接続する工程と、前記ダイパッド、前記半導体素子および前記接続部材を封止樹脂により封止する工程とを含む半導体装置の製造方法。
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