JP2005166943A - リードフレーム、それを用いた半導体装置の製造におけるワイヤーボンディング方法及び樹脂封止型半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】汎用性のあるヒートプレートを使用でき、樹脂封止前にリードフレームの裏面に貼着した樹脂フィルムの破れ、伸縮、剥がれなどに伴う樹脂封止工程における樹脂バリや形状不良などが発生し難く、しかも低コストのリードフレームを得ること。
【解決手段】本発明の一実施例のリードフレーム2は、所定の配列で形成された複数のリード4a、4bを備え、それらのリード4a、4bのそれぞれのワイヤーボンディングエリア5の裏面に逆V字状の凹部V或いは逆U字状の凹部Uが形成された構造のものである。この他、本発明のワイヤーボンディング方法は、前記逆V字状の凹部V或いは逆U字状の凹部Uの頂点或いは、その近傍で接続ワイヤーWをボンディングすることを特徴とし、また、本発明の樹脂封止型半導体装置1は前記リードフレーム2を用い、前記凹部V或いは凹部Uにも樹脂を埋め込んで封止したものである。
【選択図】図3

Description

本発明は、プレス加工された複数のリードを有するリードフレーム及びそのリードフレームへのワイヤーボンディング方法に関するものである。
近年、電子機器の小型化に対応するために、電子機器に搭載される半導体装置を高密度に実装することが要求され、それに伴って、半導体装置の高機能化,小型化,薄型化が加速度的に進んでいる。
従来、半導体装置をプリント基板表面に高密度に実装するために、トランジスタ等の素子を内蔵する半導体チップを、正方形または長方形の封止樹脂内に封止してなる樹脂封止型半導体装置を形成し、この樹脂封止型はその側面にガル・ウイング形状の外部リード端子を多数配置したQFP(Quad Flat Packageの略)化の技術が広く使用されている。このQFP化技術においても、半導体チップの高機能化(高LSI化)に対応すべく、更に、外部リード端子数を増やすことが要求されている。その場合、QFPの外形寸法を大きくすることなく外部リード端子数を増やすために、現在、端子ピッチが0.3mmの狭ピッチQFP型半導体装置が一部実用化されている。しかし、このような狭ピッチQFP型半導体装置の製造及び実装においては、リード曲がりに起因する歩留まりの低下や品質の低下などの不具合が現れており、しかも、より小型化を進めるための障害も多い。
そこで、最近では、各リードの一部の下部をハーフエッチにより除去しておいて、樹脂封止を行なう際にはリードフレーム全体の下面に樹脂フィルムを押し当てることにより、各リードの各ハーフエッチ部を除く部分の下部を封止樹脂から露出させて、各リードの露出している各部を外部端子として用いることで、高機能化,小型化,薄型化を図る提案がなされている。
前記従来のハーフエッチ部を有する複数のリードを備えた樹脂封止型半導体装置において、ハーフエッチ部を有する各リードに対してワイヤボンディングを行なう場合に、一般的には、ワイヤーとリードとの接合に必要な押圧力を有効にワイヤーに加える必要があることから、ハーフエッチされていない外部端子の直上にワイヤーを接続させる方法が採られていた。
ところが、半導体装置の高機能化,小型化が進むにつれて、各リードに接続されるワイヤー同士の接触を回避しつつワイヤボンディングを行なうことが次第に困難になってきている。即ち、ワイヤボンディングの際には、ボンディングツールの先端が複雑な軌跡を描くように移動するので、ワイヤー同士の間には相当の間隔が必要であり、しかも、平面的に見たと時にワイヤー同士が互いに交差しないようにする必要がある。
また、封止樹脂の裏面に露出する外部端子(リードの下部)を複数列設けてより高密度に外部端子を配置しようとすると、各外部端子の直上に接続されるワイヤー同士の間隔が非常に近くなる、或いは、ワイヤー同士を互いに交差させざるを得ないなど、前記の不具合が顕著に現れてくる。特に、半導体チップの下方にも外部端子を設けたい要請が生じる場合もあるが、このような場合には、外部端子の直上にワイヤーを接続することができないので、実際上このような要請に応えることができない。
また、樹脂フィルムを予めリードフレームに貼り付けた状態で樹脂封止前の工程を進めることも考えられるが、その場合には、リードのハーフエッチ部にワイヤーとリードとの接合に必要な押圧力を加えることがより困難になる。
前記のような課題を解決する一方法として、特開2003−17524「樹脂封止型半導体装置の製造方法」が提案されている。この発明では、特殊な構造のヒートプレートを用いて前記課題を解決している。
以下に図Xを用いて、その解決方法を説明すると、ヒートプレートとしては、第1信号接続用リード14aのハーフエッチ部Pheを支持するための突起部51が設けられたヒートプレート50を用いている。ヒートプレート50上に、ダイパッド11と複数の第1信号接続用リード14aと第2信号接続用リード14b(不図示)とを備えたリードフレーム10を載置する。リードフレーム10の裏面には樹脂フィルム40が貼着されている。また、ダイパッド11上には接着剤17により固定された、複数の電極パッド21が形成されている半導体チップ20が搭載されている。
次に、図XAに示したように、ボンディングツール56を用いて半導体チップ20の電極パッド21にワイヤー25の一端をボンディングし、次に、図XBに示したように、第1信号接続用リード14aのハーフエッチ部Pheにワイヤー25を接続する。このワイヤーボンディング作業を全ての電極パッド21とそれらに対応する信号接続用リード14a、14bのハーフエッチ部Pheとをワイヤー25で接続する。各信号接続用リード14a、14bのハーフエッチ部Pheにワイヤーを接続する際には、ヒートプレートやボンディングツール56により熱や押圧力を接合部に有効に加える。なお、図中、符号15aは外部接続端子である。
特開2003−17524(要約、図5)
以上、説明したように前記公開特許公報に開示されている発明によれば、樹脂封止型半導体装置のワイヤボンディングを行なう際に、リードの一部によって構成される外部端子数の増大を可能としつつ、ワイヤボンディング作業に伴う不具合を回避する一解決方法が提案されているが、この方法には下記のような問題点がある。即ち、
1.ワイヤーボンドエリア底面のハーフエッチ部に見合ったヒートプレートの加工が必要 となり、加工が困難となること
2.リードフレームの形状に合わせたヒートプレートが必要となり、ヒートプレートの汎 用性がないこと
3.リードフレームの加工はエッチングで行うことが前提となり、生産で大量のリードフ レームを使用する場合、プレス品に比べリードフレームのコストが高いこと
4.樹脂フィルムをリードフレームに接着した状態でワイヤーボンディングを行う場合、 樹脂フィルムを凹部に押し当てる必要があるので、樹脂フィルムの破れ、伸縮、剥がれ などに伴う樹脂封止工程における樹脂バリや形状不良などが発生し易いこと
などがある。
本発明のリードフレームは、所定の配列で形成された複数のリードとを備え、該リードの一部或いは全てのワイヤーボンディングエリアの裏面に逆V字状或いは逆U字状の凹部が形成されていることを特徴とする。
また、本発明のワイヤーボンディング方法は、所定の配列で形成された複数のリードとを備え、該リードの一部或いは全てのワイヤーボンディングエリアの裏面に逆V字状或いは逆U字状の凹部が形成されて肉薄になったリードフレームを用い、該リードフレームに搭載された半導体チップの各電極パッドと前記各リードの前記ワイヤーボンディングエリアにわたって接続ワイヤーをボンディングするに当たり、前記逆V字状或いは逆U字状の凹部の頂点或いはその近傍に接続ワイヤーを添え、該添えられた接続ワイヤー部分の上方からボンディングツールを作用させて前記接続ワイヤー部分を前記リードにボンディングエリアに接続することを特徴とする。
更に、本発明の樹脂封止型半導体装置は、所定の配列で複数の電極パッドが形成されている半導体チップを複数本のリードを備えたリードフレームに搭載し、前記各電極パッドを接続ワイヤーを用いてそれぞれ対応する前記リードに接続して、前記半導体チップ、接続ワイヤーなどが樹脂で封止された樹脂封止型半導体装置において、前記複数のリードの一部或いは全てのワイヤーボンディングエリアの裏面には逆V字状或いは逆U字状の凹部が形成されて肉薄になっており、接続ワイヤーが前記リードフレームに搭載された半導体チップの各電極パッドから前記各リードの前記逆V字状或いは逆U字状の凹部の頂点或いはその近傍に接続されており、前記半導体チップ、前記接続ワイヤー、前記逆V字状或いは逆U字状の凹部を含んで樹脂で封止されていることを特徴とする。
従って、本発明によれば、
1.逆V字状或いは逆U字状の凹部上へワイヤーボンドを行う際、逆V字状或いは逆U字 状の凹部が支えになり、ワイヤーボンディングの荷重をワイヤーボンディング部分に加 えることができるので、凹部に支えのない場合と比較してワイヤーボンディングの信頼 性が向上する
2.ワイヤーボンディング時に用いるヒートプレートとして汎用性のある平らなヒートプ レートを用いることができる
3.樹脂フィルムをリードフレームに接着した状態でワイヤーボンディングを行う場合、樹脂フィルムを前記凹部に押し当てる必要がないので、樹脂フィルムの破損、伸縮、薄利などの発生を防止でき、樹脂封止工程における樹脂バリの発生や形状不良などを防止でき、歩留まりが向上し、そして品質の向上も図れる
4.リードの裏面に逆V字状或いは逆U字状の凹部を設けたことで、その凹部上へのワイヤーボンディングを可能にし、接続ワイヤーや外部端子の配置の制約、半導体チップの電極パッドの配置の制約が緩和され、半導体装置の小型化ができる
5.プレス加工でリードフレームの加工を行えることから、リードフレームの製造コスト を低く抑えることができる
など、数々の優れた効果がえられる。
本発明においては、従来技術のリード部のハーフエッチ部分に相当する部分をプレスにより逆V字状或いは逆U字状の凹部を形成し、その頂点或いはその近傍でのワイヤーボンディングによる押圧力を支え、良好にワイヤーボンディングを行えるリードフレーム及びそれを用いた半導体装置の製造におけるワイヤーボンディング方法を実現した。
以下、図を用いて、本発明の実施例の半導体装置、それに用いられているリードフレーム及びそれを用いた半導体装置の製造におけるワイヤーボンディング方法を説明する。
図1は本発明装置の実施例の半導体装置の封止樹脂を取り除いて要部を表した上面図、図2は図1に示した半導体装置の下面図、図3は図2のA−A線上における断面側面図、そして図4は図2のB−B線上における断面側面図である。
図1において、符号1は本発明の半導体装置を指す。この半導体装置1は、リードフレーム2を基に構成されていて、そのリードフレーム2は中心部に配されたダイパッド3とこのダイパッド3の周辺に所定の間隔を開けて配列されている第1リード部4aと第2リード部4bとを備えている。第1リード部4aと第2リード部4bとにはハッチングで示したワイヤーボンディングエリア5が指定されている。
このリードフレーム2のダイパッド3には、所定の位置に所定の配列で電極パッドDが形成されている半導体チップSが接着材B(図3、図4)で固定されている。
半導体チップSの各電極パッドDはそれぞれに対応する第1リード部4aと第2リード部4bとのワイヤーボンディングエリア5に接続ワイヤーであるワイヤーWを用いて接続されている。これらのワイヤーボンディングエリア5は、図3に示したように、逆V字状凹部Vの直上に存在する。
半導体装置1は、その裏面にダイパッド3の裏面3a、第1リード部4aの裏面、第2リード部4bの裏面が露出するように、半導体チップS、ワイヤーW、ワイヤーボンディングエリア5及び逆V字状の空間をトランスファモールド法などにより樹脂7で封止されている。図2に示したように、半導体装置1の裏面にはダイパッド3の裏面3a、第1の外部端子6aとなる第1リード部4aの裏面が、そして第2の外部端子6bとなる第2リード部4bの裏面を露出させている。
図5及び図6に示したように、第1のリード部4aに逆V字状の凹部Vを形成する代わりに逆U字状の凹部Uで形成してワイヤーボンディングエリア5を補強してもよい。
また、前記の実施例における逆V字状の凹部V或いは逆U字状の凹部Uは全てのリード部に形成ししてもよいが、一部のリード部に形成してもよい。
次に、本発明のリードフレーム2及びこれを用いて形成する半導体装置1の製造方法を図7乃至図9を用いて説明する。図7はリードフレーム及びこれを用いて形成する半導体装置の初期段階の製造工程を示した断面図、図8は図7に続く中間段階の製造工程を示した断面図、そして図9は図8に続く最終段階の製造工程を示した断面図である。
先ず、図7Aの工程で示したように、本発明のリードフレーム2は、ワイヤーボンディングエリア5の底面に逆V字状の凹部Vを形成した第1のリード部と第2のリード部及びダイパッド3を備えている。このリードフレーム2は半導体装置1が複数個取れる集合体になっており、最終的に個片に分割される。逆V字状の凹部Vはプレスにより加工を行う。また、予めNi−Pd−Auなどのメッキ処理が施されたリードフレームを使用することもできる。
次に、図8Bの工程で示したように、リードフレーム2の裏面に樹脂フィルムFを接着する。ただし、樹脂フィルムFは樹脂封止工程の時に封止金型に装着することも可能である。
続いて図8Cの工程で示したように、リードフレーム2のダイパッド3の上面に半導体チップSをダイボンドするための導電性ペーストや非導電性ペーストなどの接着材Bを塗布する。接着材Bは印刷方法、ディスペンス方法、スタンピング方法などにより形成できる。また、接着材Bはシート状のものを用いてもよい。その場合、半導体チップSの接着面に予め接着することも可能である。
次に、図9Dの工程で示したように、半導体チップSを接着材F上の搭載し、加熱することにより半導体チップSとダイパッド3とを接着する。
続いて図9Eの工程で示したように、半導体チップSの電極パッドD(図1)とリードフレーム2上のワイヤーボンディングエリア5をボンディングツールを用いて金、アルミ製などのワイヤーWで接続する。この時、第1のリード部4aはヒートプレートHをワイヤーボンディングエリア5の底面の逆V字状の凹部Vが支えとなり、ワイヤーボンディングエリア5の変形を防止でき、ワイヤーボンディングの荷重を接合部に加えることができるため、ヒートプレートHは表面が平らなものを用いることができる。なお、ボンディングツールで押圧されるワイヤーボンディングの荷重は40〜60g程度である。
続いて図9Fの工程で示したように、図9Eの工程で半導体チップSを搭載し組み立てたリードフレーム2を射出成型方法、ポッティング方法、印刷方法などを用いて半導体装置1全体を構成する樹脂7で封止する。この封止樹脂7は熱硬化性樹脂や紫外線硬化性樹脂などの半導体パッケージに使用される一般的な樹脂でよい。
次に、図9Gの工程で、樹脂フィルムFを加熱処理、UV照射などを施し、ピールオフにより除去する。リードフレーム2に予めメッキ処理が施されていない場合は、この後にSn−BiやSn−Ag−Cu、Ni−Auなどのメッキ処理を行う。
次の図9H示した工程で、集合体を個片に分割する。この時、第1のリード4aの分割面は、半導体装置1の底面側に封止樹脂7が残るように分割される。この分割方法として、ダイシング装置を用いてブレードCで分割する方法などがある。このようにして図9Iに示したような本発明の半導体装置1を得ることができる。
本発明装置の実施例の半導体装置の封止樹脂を取り除いて要部を表した上面図である。 図1に示した半導体装置の下面図である。 図2のA−A線上における半導体装置の断面側面図である。 図2のB−B線上における半導体装置の断面側面図である。 図3に示した半導体装置の変形例を示す断面側面図である。 図3に示した半導体装置の他の部分の断面側面図である。 リードフレーム及びこれを用いて形成する半導体装置の初期段階の製造工程を示した断面図である。 図7に続く中間段階の製造工程を示した断面図である。 図8に続く最終段階の製造工程を示した断面図である。 従来技術のワイヤーボンディング工程を説明するための断面図である。
符号の説明
1 本発明の一実施例の半導体装置
2 リードフレーム
3 ダイパッド
4a 第1のリード部
4b 第2のリード部
5 ワイヤーボンディングエリア
6a 第1の外部端子
6b 第2の外部端子
7 封止樹脂
B 接着材
S 半導体チップ
D 半導体チップの電極パッド
V (逆V字状の)凹部
U (逆U字状の)凹部
W ワイヤー
F 樹脂フィルム

Claims (3)

  1. 所定の配列で形成された複数のリードとを備え、該リードの一部或いは全てのワイヤーボンディングエリアの裏面に逆V字状或いは逆U字状の凹部が形成されていることを特徴とするリードフレーム。
  2. 所定の配列で形成された複数のリードとを備え、該リードの一部或いは全てのワイヤーボンディングエリアの裏面に逆V字状或いは逆U字状の凹部が形成されて肉薄になったリードフレームを用い、該リードフレームに搭載された半導体チップの各電極パッドと前記各リードの前記ワイヤーボンディングエリアにわたって接続ワイヤーをボンディングするに当たり、前記逆V字状或いは逆U字状の凹部の頂点或いはその近傍に接続ワイヤーを添え、該添えられた接続ワイヤー部分の上方からボンディングツールを作用させて前記接続ワイヤー部分を前記リードにボンディングエリアに接続することを特徴とする半導体装置の製造におけるワイヤーボンディング方法。
  3. 所定の配列で複数の電極パッドが形成されている半導体チップを複数本のリードを備えたリードフレームに搭載し、前記各電極パッドを接続ワイヤーを用いてそれぞれ対応する前記リードに接続して、前記半導体チップ、接続ワイヤーなどが樹脂で封止された樹脂封止型半導体装置において、
    前記複数のリードの一部或いは全てのワイヤーボンディングエリアの裏面には逆V字状或いは逆U字状の凹部が形成されて肉薄になっており、接続ワイヤーが前記リードフレームに搭載された半導体チップの各電極パッドから前記各リードの前記逆V字状或いは逆U字状の凹部の頂点或いはその近傍に接続されており、前記半導体チップ、前記接続ワイヤー、前記逆V字状或いは逆U字状の凹部を含んで樹脂で封止されていることを特徴とする構造の樹脂封止型半導体装置。
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