JP2005223331A - リードフレーム、これを利用した半導体チップパッケージ及びその製造方法 - Google Patents

リードフレーム、これを利用した半導体チップパッケージ及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】その厚さを最小化することができる半導体チップパッケージの提供、また、ダイパッドなしに形成できるリードフレームとこれを利用した半導体チップパッケージの提供、また、半導体チップパッケージ製造に適合な製造方法を提供する。
【解決手段】半導体チップパッケージは、四面に形成された複数のリード100と、四面の各隅部分から延びて形成されてその底面がリセスされたタイバー200を含むリードフレームと、タイバー200のリセス面に付着される半導体チップ500と、半導体チップ500上部面に形成された複数のチップパッド510と複数のリード100を電気的に連結させる連結手段と、半導体チップ500の上部と連結手段及びその接合部分を封止する封止手段700を含んで構成される。ここで、タイバー200は上に曲がった方式でアップセットした構造を有することが望ましい。
【選択図】 図4

Description

本発明はリードフレーム、半導体チップパッケージ及びその製造方法に係り、さらに詳細にはリードフレームとこれを利用して厚さを最小化することができるELP(ELP:Exposed lead−frame package)構造の半導体チップパッケージ及びその製造方法に関する。
半導体チップを外部環境と電気・電子的に連結する半導体パッケージ製造技術にはQFP(Quad Flat Package)製造技術とBGA(Ball Grid Array)パッケージ製造技術などがある。
QFP製造時には通常リードフレームが利用されるが、前記リードフレームは半導体チップの機能を外部回路に伝達すると同時に独立した一つの部品としてチップを支持してくれる役割をする。
リードフレームは大別して、半導体チップが実装されるダイパッドと、半導体チップ上のチップパッドとワイヤーボンディングするリード(Lead)と、ダイパッドと前記リードとを支持するフレームなどで構成される。
前記QFPは前記リードフレームの一部がパッケージ本体外に露出する構造を有するELP構造が一般的であるが具体的に、ELP構造の半導体チップパッケージは前記ダイパッドとリードの下部がパッケージ本体の底面に露出する構造を言う。
そうすれば、図10及び図11を参照して従来技術による半導体チップパッケージを説明する。
図10は従来技術による半導体チップパッケージを示す平面図であって、図11は図10のXI−XI′線に沿って切って示した断面図である。
図10及び図11に示したように、従来技術による半導体チップパッケージは四面に形成された複数のリード10と、中央部に形成されたダイパッド(Diepad)20と、前記四面の各隅部分から延びて形成されて前記ダイパッド20に連結されるタイバー(Tiebar)30を含むリードフレーム(Lead frame)と、半導体チップ50、ボンディングワイヤー(Bonding wire)60及びモールディングされてなされる封止手段70と、を含む。
ここで、前記半導体チップ50は上部面が複数のチップパッド51が形成された活性面を形成して、その反対面である非活性面は前記ダイパッド20上部に付着されている。
前記ボンディングワイヤー60は前記複数のチップパッド51と前記複数のリード10とをそれぞれ電気的に連結させる。
前記封止手段70は金型フレームによるモールディング方式によって前記半導体チップとボンディングワイヤー及びその接合部分は封止するように形成されたことであって絶縁性物質からなる。この時、前記複数のリード10の下部面と前記ダイパッド20の下部面とは封止手段70により封止しないで外部に露出されている。
前記ダイパッド20は半導体チップ50を実装するためのことであって、前記ダイパッド20上部に半導体チップが位置するので、半導体チップ50とリード10とを連結するボンディングワイヤー60の長さが半導体チップ50の厚さだけ長くなるようになる。これにより接続抵抗が高くなる等電気的な特性が低下する可能性がある。
このような問題を解消しようと、前記タイバー30及び前記ダイパッド20を下へ曲げて(ダウンセット:down−set)その上部に半導体チップ50を付着して、ボンディングワイヤー60の長さを最小化する方式を用いることもする。
しかしこのような構造は半導体チップパッケージの厚さ調節に限界がある。
したがって、従来には半導体チップパッケージの厚さを最小化するために半導体チップの厚さを極端的に薄くしてパッケージを構成した。
しかし、半導体チップの厚さを薄くするようになれば、ウエーハ(wafer)のハンドリング(handling)時にウエーハが容易に破られる可能性があって、ウエーハを切断するソーイング(Sawing)方式の装備を用いることができなかった。
また、パッケージ完成後、小さい衝撃にも半導体チップが損傷される問題点があった。
韓国公開第1999-0016051号
本発明が解決しようとする技術的課題は半導体チップ厚さを薄くしなくても、その厚さを最小化することができる半導体チップパッケージを提供することにある。
本発明が解決しようとする他の技術的課題はダイパッドなしに形成できるリードフレームとこれを利用した半導体チップパッケージを提供することにある。
本発明が解決しようとするまた他の技術的課題は前記半導体チップパッケージ製造に適合な製造方法を提供することにある。
前記した技術的課題を達成するための本発明による半導体チップパッケージは、四面に形成された複数のリードと、前記四面の各隅部分から延びて形成されてその底面がリセスされたタイバーを含むリードフレームと、前記タイバーのリセス面に付着される半導体チップと、前記半導体チップ上部面に形成された複数のチップパッドと前記複数のリードとを電気的に連結させる連結手段と、前記半導体チップの上部、前記連結手段及びその接合部分を封止する封止手段と、を含んで構成される。
ここで、前記タイバーは上に曲がった方式でアップセットした構造を有することが望ましい。
一方、前記パッケージの総高さは0.3mmないし0.4mmの厚さに形成されることができる。
前記した技術的課題を達成するための本発明によるリードフレームは、四面に形成された複数のリードと、前記四面の各隅部分から延びて形成されてその底面がリセスされたタイバーと、を含んで構成される。
ここで、前記タイバーは上に曲がった方式でアップセットした構造を有することが望ましい。
また、前記リードフレームは0.18mmないし0.22mmの厚さに形成されることができる。
前記した技術的課題を達成するための本発明による半導体チップパッケージの製造方法は、複数のリードと、底面がリセスされたタイバーと、を含むリードフレームを提供する第1段階と、半導体チップの活性面が上に向かうようにして前記タイバーのリセス面に前記半導体チップを付着する第2段階と、前記半導体チップの前記活性面上に形成された複数のチップパッドと前記複数のリードとを連結手段により電気的に連結させる第3段階と、前記複数のリードの下部面と前記半導体チップの下部面とは露出されるようにして前記半導体チップの上部、リードフレームの上部、前記連結手段及びそれらの接合部分が封止されるようにモールディングを遂行する第4段階と、を含んで構成される。
この時、前記第1段階以後に、金型を利用して前記タイバーを上に曲げるアップセット工程段階をさらに含むことが望ましい。
その他実施形態の具体的な事項は詳細な説明及び図面に含まれている。
上述したように本発明によると、ダイパッドなしに底面がリセスされたタイバーの下部面に半導体チップを付着してパッケージの厚さを最小化することができる。
また、前記タイバーを上に曲げるアップセット方式で半導体チップ実装空間を確保することができ、半導体チップの下部面が外部に露出されて熱放出特性が良くなる。
本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は添付される図面と共に詳細に後述されている実施形態を参照すると明確になることである。しかし本発明は以下で開示する実施形態に限られることでなく相異なる多様な形態で具現されることであり、単に本実施形態は本発明の開示が完全なようにしており、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範ちゅうを完全に知らせるために提供することであり、本発明は請求項の範ちゅうにより定義されるだけである。明細書全体にかけて同一参照符号は同一構成要素を称する。
先に、図1及び図2を参照して本発明の第1実施形態によるリードフレームの構造を説明する。
図1は本発明の第1実施形態によるリードフレームを示す平面図であって、図2は図1のII−II′線に沿って切って示した断面図である。
図1及び図2に示したように、本発明の第1実施形態によるリードフレームは金属板をエッチング加工またはプレス加工を介して形成したことであって四面に形成された複数のリード100と、前記四面の各隅部分から延びて形成されたタイバー200と、を含む。
ここで、前記リードフレームのタイバー200は選択的エッチング工程であるハーフエッチング(half etching)により形成されている。
具体的に、前記リードフレームの厚さが0.2mmといった時、前記タイバー200はその底面が0.1mm程度リセス(recess)されている。
また、前記タイバー200底面のリセスされた部分のうち中央部分から終わり部分まで上に曲がった形態でアップセット(up−set)された形態である。
このような構成は、前記タイバー200下部に半導体チップ(Chip)が付着されることができる空間を提供することができる。
それゆえ、本発明の第1実施形態によるリードフレームはダイパッドなく、タイバーの底面がリセスされて上に曲げたアップセット形態に形成されていて、前記タイバーの下部面に半導体チップが付着されることができる空間を確保することによって厚さが薄いパッケージを構成できるようにする。
次は、図3を参照して本発明の第2実施形態によるリードフレームの構造を説明する。
図3は本発明の第2実施形態によるリードフレームを示す断面図である。
図3に示したように、本発明の第2実施形態による半導体チップパッケージは上述した本発明の第1実施形態と同一に、金属板をエッチング加工またはプレス加工を介して形成したことであって四面に形成された複数のリードと、前記四面の各隅部分から延びて形成されたタイバー200と、を含む。
ここで、前記タイバー200の下部面は半導体チップが付着される空間が確保されるようにハーフエッチングなどの方式でリセス領域が形成されている。
それゆえ、本発明の第2実施形態による半導体チップパッケージはタイバーがアップセットされていないことを除外すれば、すべての構成が本発明の第1実施形態によるリードフレームと同一である。
次は、図4ないし図5Bを参照して本発明の第1実施形態による半導体チップパッケージの構造を説明する。
図4は本発明の第1実施形態による半導体チップパッケージを示す平面図であって、図5A及び図5Bは図4のV−V′線に沿って切って示した断面図である。
図4ないし図5Bに示したように、本発明の第1実施形態による半導体チップパッケージは、四面に形成された複数のリード100と、前記四面の各隅部分から延びて形成されたタイバー200と、を含むリードフレームと、半導体チップ500、ボンディングワイヤー600及びモールディングされてなされる封止手段700と、を含む。
ここで、前記リードフレームのタイバー200は選択的エッチング工程であるハーフエッチングにより形成されている。具体的に、前記リードフレームの厚さが0.2mmといった時、前記タイバー200はその底面が0.1mm程度リセスされている。
一方、前記タイバー200のエッチングされた下部面には前記半導体チップ500が付着されて、パッケージ内で前記半導体チップ500が付着される空間が確保されるように半導体チップ500が付着されるタイバー200の中央部分から終わり部分まで上に曲がった形態でアップセット(up−set)された形態である。
ここで、前記半導体チップ500は前記タイバー200に付着される上部面が複数のチップパッド510が形成されている活性面を形成し、前記活性面のうちからチップパッド510がない隅部分が前記タイバー200と付着が行われる。
前記チップパッド510は前記半導体チップ500の縁四辺部分にチップパッドが形成されているエッジ形態のパッド構造が望ましく、縁2辺部分にチップパッドが形成されたエッジ形態のパッド構造、またはチップパッドが半導体チップ中央部分に形成されているセンター形態のパッド構造でもなされることができる。
前記半導体チップ500を前記タイバー200に付着する手段として絶縁性接着剤が使われ、前記絶縁性接着剤は液状接着剤、b−ステージ(stage)(液状及び固体の中間段階の接着剤)及びフィルムタイプなどが使われることができる。
前記ボンディングワイヤー600は前記複数のチップパッド510と前記複数のリード100とをそれぞれ電気的に連結させる連結手段であって、金(Au)、金/アルミニウム合金(Au/Al)、金/パラジウム合金(Au/Pd)などの材質で構成されたことが望ましい。
この時、前記ボンディングワイヤー600は接着が行われる前記半導体チップ500のチップパッド510と前記リード100方向すべてにボール(ball)が形成されることができ、前記チップパッド510及び前記リード100のうち1個所にはボールが形成されて、他の1個所にはステッチ(stitch)が形成されることもできる。ここで、前記ステッチは前記ボンディングワイヤー600を接着面で押すなどの方式で接着が行われてステッチ形態が形成された形態を言って、前記ボールは前記ボンディングワイヤー600が接着面にボールの形態で接着が行われたことを言う。
前記封止手段700はエポキシモールディング樹脂(EMC:Epoxy molding compound)などの絶縁物質で構成されて、金型フレームによるモールディング方式によって前記半導体チップ500の下部面を除外した半導体チップの上部面と側面、前記複数のリード100の下部面を除外したすべてのリードフレーム、ボンディングワイヤー600及びその接合部分を封止する方式で形成されている。
この時、前記半導体チップ500の上部面とボンディングワイヤー600及びその接合部分は絶縁性物質により必ず封止するようにする。
一方、前記リードフレームは銅または銅合金で構成され、リード100の下部面のように封止しないリードフレームは錫/鉛合金またはパラジウム/金合金または銀/金合金等のように伝導性が高くて酸化がよくできない物質でコーティングされたことが望ましい。
また、前記露出したリード100の下部面は外部基板に電気的に連結するための手段として利用されることができ、前記半導体チップ500の下部面が外部に露出されていて半導体チップの熱放出が効果的になされる長所がある。
この時、図5Bに示したように、前記半導体チップ500の下部面には別途の熱放出装置900が付着されて熱放出効果をより一層増大させることができる。
上述したような構成で本発明の第1実施形態による半導体チップパッケージは0.3mmないし0.4mmの厚さで構成されることができる。
したがって、本発明の第1実施形態による半導体チップパッケージはダイパッドのないリードフレームに半導体チップを収用して、半導体チップの下部面を露出させることによって、パッケージの厚さを効果的に減らすことができて、半導体チップの熱放出効果を得ることができる。
次は、図6A及び図6Bを参照して本発明の第2実施形態による半導体チップパッケージの構造を説明する。
図6A及び図6Bは本発明の第2実施形態による半導体チップパッケージを示す断面図である。
図6A及び図6Bに示したように、本発明の第2実施形態による半導体チップパッケージは上述した本発明の第1実施形態と同一に、複数のリードとタイバー200を含むリードフレーム、半導体チップ500、ボンディングワイヤー600及び封止手段700を含む。
ここで、前記リードフレームのタイバー200の下部面には前記半導体チップ500が付着されて、パッケージ内で前記半導体チップ500が付着される空間が確保されるようにハーフエッチングによってリセス領域が形成されている。
それゆえ、本発明の第2実施形態による半導体チップパッケージはタイバー200がアップセットされていないことを除外すれば、すべての構成が本発明の第1実施形態による半導体チップパッケージと同一である。
したがって、本発明の第2実施形態による半導体チップパッケージは本発明の第1実施形態による半導体チップパッケージと同様の効果を有する。
そうすれば、図7Aないし図9Bと前の図4ないし図5Bを共に参照して本発明の第1実施形態による半導体チップパッケージの製造方法を説明する。
図7Aは本発明の第1実施形態による半導体チップパッケージを製造するための最初段階での平面図であって、図7Bは図7AのVII−VII′線に沿って切って示した断面図である。
図7A及び図7Bに示したように、先に、金属板をエッチング加工またはプレス加工して、四面に形成された複数のリード100と、前記四面の各隅部分から延びて形成されたタイバー200と、を含むリードフレームを形成する。
この時、タイバー200は選択的エッチング工程を介して、リードフレーム厚さの半分程度なるようにハーフエッチングしてその底面にリセス領域を形成する。
図8は図7Bの次の段階で製造される半導体チップパッケージの工程断面図である。
次に、図8に示したように、前記タイバー200の中央部分から終わり部分まで上に曲がった形態でアップセット(up−set)する。前記アップセットされたタイバーの形態は金型等のようなツールを利用してタイバーの下部で上に圧力を加える方式で形成する。
図9Aは図8の次の段階で製造される半導体チップパッケージの平面図であって、図9Bは図9AのIX−IX′線に沿って切って示した断面図である。
次に、図9A及び図9Bに示したように、アップセットされたタイバーの下部面に半導体チップを絶縁性接着剤を利用して付着する。
この時、前記半導体チップ500は前記タイバー200に付着される上部面が複数のチップパッド510が形成されている活性面を形成し、前記活性面のうちからチップパッド510がない隅部分が前記タイバー200と付着が行われるようにする。
前記絶縁性接着剤は液状接着剤、b−stage(液状及び固体の中間段階の接着剤)及びフィルムタイプなどが使われることができる。
続いて、前記半導体チップ500上部面に形成されたチップパッド510と前記リード100とが電気的に連結されるようにボンディングワイヤー600を利用してワイヤーボンディングを遂行する。
前記ボンディングワイヤー600は前記複数のチップパッド510と前記複数のリード100とをそれぞれ電気的に連結させる連結手段であって、金(Au)、金/アルミニウム合金(Au/Al)、金/パラジウム合金(Au/Pd)などの材質で構成されたことが望ましい。
また、前記ボンディングワイヤー600は接着が行われる前記半導体チップ500のチップパッド510と前記リード100方向すべてにボールを形成することができ、前記チップパッド510と前記リード100のうち1個所にはボールを形成して、他の1個所にはステッチを形成することもある。
次に、前の図4ないし図5Bに示したように、エポキシモールディング樹脂などの絶縁物質で構成された封止手段700を利用して、金型フレームによるモールディング方式で前記半導体チップ500の下部面を除外した半導体チップの上部面と側面、前記複数のリード100の下部面を除外したすべてのリードフレーム、ボンディングワイヤー600及びその接合部分を封止する。
一方、前記リードフレームは銅または銅合金で形成して、前記リードフレーム形成段階で、モールディング樹脂により封止しない部分は錫/鉛合金またはパラジウム/金合金または銀/金合金等のように伝導性が高くて酸化がよくできない物質でコーティングすることが望ましい。
上述したように、本発明の一実施形態による半導体チップパッケージの製造方法は一つのパッケージのみを図示したが一般的には複数のパッケージを一括処理してストリップ(strip)形態で製造して、最後の工程でシンギュレーション(singulation)する分離工程を介してなされることが望ましい。
ここで、前記シンギュレーション方式には金型パンチ(Punch)を利用した分離工程とソーイングブレード(Sawing blade)を利用した分離工程などがある。
この上、本発明を望ましい実施形態を挙げて説明したが、本発明は前記実施形態に限定されないし、本発明の技術的思想の範囲内で当分野で通常の知識を有する者によっていろいろ変形が可能である。
ダイパッドなしに形成できるリードフレームを具備して厚さが最小化された半導体チップパッケージを提供することができる。
本発明の第1実施形態によるリードフレームを示す平面図である。 図1のII−II′線に沿って切って示した断面図である。 本発明の第2実施形態によるリードフレームを示す断面図である。 本発明の第1実施形態による半導体チップパッケージを示す平面図である。 図4のV−V′線に沿って切って示した断面図である。 図4のV−V′線に沿って切って示した断面図である。 本発明の第2実施形態による半導体チップパッケージを示す断面図である。 本発明の第2実施形態による半導体チップパッケージを示す断面図である。 本発明の第1実施形態による半導体チップパッケージを製造するための最初段階での平面図である。 図7AのVII−VII′線を切って示した断面図である。 図7Bの次の段階で製造される半導体チップパッケージの工程断面図である。 図8の次の段階で製造される半導体チップパッケージの平面図である。 図9AのIX−IX′線に沿って切って示した断面図である。 従来技術による半導体チップパッケージを示す平面図である。 図10のXI−XI′線に沿って切って示した断面図である。
符号の説明
100 リード
200 タイバー
500 半導体チップ
600 ボンディングワイヤー
700 封止手段

Claims (22)

  1. 四面に形成された複数のリードと、前記四面の各隅部分から延びて形成されてその底面がリセスされたタイバーと、を含むリードフレームと;
    前記タイバーのリセス面に付着される半導体チップと;
    前記半導体チップ上部面に形成された複数のチップパッドと前記複数のリードとを電気的に連結させる連結手段と;
    前記半導体チップの上部、前記連結手段及びその接合部分を封止する封止手段と;
    を含む半導体チップパッケージ。
  2. 前記複数のリードの下部面は外部に露出されることを特徴とする請求項1に記載の半導体チップパッケージ。
  3. 前記半導体チップの下部面は外部に露出されることを特徴とする請求項2に記載の半導体チップパッケージ。
  4. 前記タイバーは上に曲がった方式でアップセットした構造を有することを特徴とする請求項3に記載の半導体チップパッケージ。
  5. 前記連結手段はボンディングワイヤーであることを特徴とする請求項1に記載の半導体チップパッケージ。
  6. 前記封止手段はエポキシモールディング樹脂で形成されたことを特徴とする請求項1に記載の半導体チップパッケージ。
  7. 前記リードフレームの封止しない部分は錫/鉛合金またはパラジウム/金合金または銀/金合金で構成されたグループから選択された伝導性坑酸化物質でコーティングされたことを特徴とする請求項1に記載の半導体チップパッケージ。
  8. 前記半導体チップの露出した下部面に熱放出装置がさらに付着したことを特徴とする請求項1に記載の半導体チップパッケージ。
  9. 前記パッケージの総高さは0.3mmないし0.4mmの厚さに形成されたことを特徴とする請求項1に記載の半導体チップパッケージ。
  10. 四面に形成された複数のリード;及び
    前記四面の各隅部分から延びて形成されてその底面がリセスされたタイバー;を含むリードフレーム。
  11. 前記タイバーは上に曲がった方式でアップセットした構造を有することを特徴とする請求項10に記載のリードフレーム。
  12. 前記リードフレームは0.18mmないし0.22mmの厚さに形成されたことを特徴とする請求項11に記載のリードフレーム。
  13. 前記タイバーのリセスされた部分は前記リードフレーム厚さの半分以下にエッチングしたことを特徴とする請求項12に記載のリードフレーム。
  14. 複数のリードと、底面がリセスされたタイバーと、を含むリードフレームを提供する第1段階と;
    半導体チップの活性面が上に向かうようにして前記タイバーのリセス面に前記半導体チップを付着する第2段階と;
    前記半導体チップの前記活性面上に形成された複数のチップパッドと前記複数のリードとを連結手段により電気的に連結させる第3段階と;
    前記複数のリードの下部面と前記半導体チップの下部面とが露出されるようにして前記半導体チップの上部、リードフレームの上部、前記連結手段及びそれらの接合部分が封止されるようにモールディングを遂行する第4段階と;
    を含む半導体チップパッケージの製造方法。
  15. 前記第1段階以後に、金型を利用して前記タイバーを上に曲げるアップセット工程段階をさらに含むことを特徴とする請求項14に記載の半導体チップパッケージの製造方法。
  16. 前記リードフレームの封止しない部分は錫/鉛合金またはパラジウム/金合金または銀/金合金で構成されたグループから選択された伝導性坑酸化物質でコーティングする段階をさらに含むことを特徴とする請求項14に記載の半導体チップパッケージの製造方法。
  17. 前記パッケージの総高さが0.3mmないし0.4mmの厚さになるように形成することを特徴とする請求項14に記載の半導体チップパッケージの製造方法。
  18. 前記複数のリードの下部面と前記半導体チップ下部面とは外部に露出されるようにすることを特徴とする請求項14に記載の半導体チップパッケージの製造方法。
  19. 前記半導体チップの露出した下部面に熱放出装置をさらに付着することを特徴とする請求項18に記載の半導体チップパッケージの製造方法。
  20. 前記リードフレームは0.18mmないし0.22mmの厚さで形成することを特徴とする請求項14に記載の半導体チップパッケージの製造方法。
  21. 前記タイバーのリセスされた部分は前記リードフレーム厚さの半分以下にエッチングして形成することを特徴とする請求項20に記載の半導体チップパッケージの製造方法。
  22. 前記連結手段はボンディングワイヤーであることを特徴とする請求項14に記載の半導体チップパッケージの製造方法。
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