JP2006049398A - 樹脂封止型半導体装置の製造方法、そのための封止金型、およびリードフレーム - Google Patents

樹脂封止型半導体装置の製造方法、そのための封止金型、およびリードフレーム Download PDF

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Abstract

【課題】 樹脂封止型半導体装置を一括封止により製造する際に外部端子となるリード部に発生する封止樹脂のバリや剥離をなくして、実装不良を低減する。
【解決手段】 ダイパッド部２とリード部４とを有したユニットパターンをフレーム枠９で連結して配列したリードフレーム７を用い、複数個の樹脂封止型半導体装置１を製造する際に、リードフレーム７の裏面側に封止シート１６を介在させて封止金型１２にセットし、封止樹脂６でリードフレーム７の全体を樹脂封止する工程と、一括モールドされた樹脂封止体１３を封止シート１６から分離し、樹脂封止体１３をフレーム枠９に沿って切断して個々の半導体装置１に分割する工程とを行う。封止シート１６を用い、封止シート１６に対するリード部４の密着性を支持部１７により確保するので、樹脂フィルムに起因する耐剥離性の悪化を回避することができ、リード部４の裏面側に樹脂バリを生じることもない。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ＱＦＮ(Quad Flat Non-leaded Package)と称される、外部端子となるリード部が片面封止された小型/薄型の樹脂封止型半導体装置の製造方法、そのための封止金型、およびリードフレーム関するものである。
近年、電子機器の小型化に対応するために、半導体装置などの電子部品の高密度実装が要求されている。そのため、たとえば半導体装置において、小型、薄型化、多ピン化が進み、小型、薄型の樹脂封止型半導体装置が開発されている。
図６はＱＦＮ型の樹脂封止型半導体装置の構成を示す。図６（ａ）はＱＦＮ型の樹脂封止型半導体装置の平面図、図６（ｂ）は同半導体装置の裏面図、図６（ｃ）は同半導体装置の図６（ａ）におけるＣ−Ｃ´断面図である。
樹脂封止型半導体装置１（以下、半導体装置１という）は、ダイパッド部２の上に半導体素子３が搭載され、半導体素子３と外部端子となるリード部４とが金属細線５により電気的に接続され、ダイパッド部２，半導体素子３、金属細線５、リード部４の片面が封止樹脂６で封止された構造である。リード部４のもう一方の面（以下、裏面という）は外部実装面となる部分で、封止樹脂６により被覆されることなく露出している。
図７は、半導体装置１を一括モールドによって製造するために使用されるリードフレームの構成を示す。図７（ａ）に示すように、リードフレーム７には、半導体素子を実装するための矩形のユニットパターン８がフレーム枠９で連結されて複数個、左右、上下に配列されている。
ユニットパターン８は、図７（ｂ）に拡大して示すように、ダイパッド部２と、リード部４と、ダイパッド部２を支持するための吊りリード部１０とからなり、これらの間は切り欠かれている。リード部４と吊りリード部１０とはフレーム枠９に直接に接続しており、ダイパッド部２は吊りリード部１０を介してフレーム枠９に接続しており、全て一体に成形されている。
矩形のダイパッド部２はフレーム枠９で囲まれた矩形領域の中央に位置し、吊りリード部１０はダイパッド部２の角部とフレーム枠９の角部とを結ぶ対角線方向に延び、リード部４は、ダイパッド部２に先端部が対向するように、またダイパッド部２の各辺に沿う方向に適当間隔をおいて、フレーム枠９の内周縁に鋸歯状に並んで複数個形成されている。またダイパッド部２は、図７（ｃ）に示すように、吊りリード部１０のディプレスによって、リード部４の上面よりも上方に位置するようにアップセットされている。
図８および図９に、半導体装置１の製造工程を示す。
図８（ａ）は、リードフレーム７を簡略に示したもので、ユニットパターン８を少数のみ示すとともに、吊りリード部１０の図示を省略している。
まず、図８（ｂ）に示すように、リードフレーム７のユニットパターン８ごとのダイパッド部２上に半導体素子３を搭載し、図８（ｃ）に示すように、リード部４と半導体素子３の電極パッド（図示せず）とを金属細線５で電気的に接続する。
次に、図９（ａ）に示すように、リードフレーム７の裏面（実際にはリード部４の裏面部分）に樹脂フィルム１１を貼り付ける。樹脂フィルム１１は一般にポリイミドで形成され、接着層にシリコンが用いられている。
このリードフレーム７を、図９（ｂ）に示すように、金型１２（下金型１２ａ，上金型１２ｂ）にセットする。その際には、半導体素子３が下金型１２ａのキャビティー内に入る向きに配置し、リードフレーム７の外周縁部を下金型１２ａ，上金型１２ｂ間に挟む。そして、この金型１２のキャビティー内にエポキシ系樹脂などの封止樹脂６を注入して、ダイパッド部２、半導体素子３、金属細線５、リード部４を一括封止する。樹脂フィルム１１はリード部４の裏面を封止樹脂６から保護するためである。
次に、図９（ｃ）に示すように、形成された樹脂封止体１３を金型１２から取り出し、樹脂フィルム１１を加熱によるピールオフ等により除去した後、図９（ｄ）に示すように切断ライン１４に沿って回転ブレードで切断して個片に分離することにより、半導体装置１を得る（たとえば特許文献１参照）。
特開２００１−２４４３９９公報(請求項１０、図１９)
しかしながら、上記した従来の製造方法では、樹脂フィルム１１とリードフレーム７との接着力が十分ではなかったため、実装面となるリード部４の裏面に封止樹脂６が回り込んで、図６（ｂ）に示したような樹脂バリ６ａを生じ、実装不良の原因となっていた。また、樹脂フィルム１１から出るアウトガス、例えばシロキサン系ガスによってリードフレーム７が汚染され、リードフレーム７と封止樹脂６との耐剥離性が低下するという問題があった。
本発明は、上記した問題に鑑みてなされたもので、一括封止により製造する樹脂封止型半導体装置において、外部端子となるリード部に発生する封止樹脂のバリや剥離をなくして、実装基板にハンダ等の接合剤により接合する際の実装不良を低減し、実装信頼性を向上することを目的とする。
上記課題を解決するために本発明の樹脂封止型半導体装置の製造方法は、ダイパッド部と外部端子となるリード部とを有したユニットパターンをフレーム枠で連結して複数個配列したリードフレームを用い、複数個の樹脂封止型半導体装置を製造する際に、前記リードフレームの各ユニットパターンのダイパッド部に半導体素子を搭載する工程と、前記ダイパッド部に搭載された半導体素子とリード部とを金属細線で電気的に接続する工程と、前記リードフレームを半導体素子搭載面に背反する裏面側に封止シートを介在させて封止金型にセットするとともに、セットしたリードフレームを前記封止金型の内面との間に設けた支持部で支持して、各ユニットパターンをリード部の裏面が前記封止シートに圧接する所定の姿勢に保持する工程と、前記封止金型内に樹脂を充填して前記リードフレームの全体を樹脂封止する工程と、前記樹脂封止によって複数の半導体素子が一括モールドされた樹脂封止体を封止シートから分離し、金型から取り出す工程と、前記樹脂封止体を前記リードフレームのフレーム枠に沿って切断して個々の樹脂封止型半導体装置に分割する工程とを行うことを特徴とする。
上記構成によれば、リード部の裏面を封止樹脂から保護する部材として封止シートを用いるので、同じ目的で従来用いていた樹脂フィルムの問題点、すなわち樹脂フィルムからのアウトガスでリードフレームが汚染され、リードフレームと封止樹脂の耐剥離性が悪化するという問題を回避できる。そして封止シートを用いることで懸念される問題、すなわち、一括封止においては封止領域が大きくなるため、上下に分割した金型でリードフレームと封止シートの縁部を挟むだけでは両者の密着が十分でなく、リード部の裏面に封止樹脂が回り込むという問題を、支持部によってリードフレームを支持して封止シート側へ押圧することで回避できる。これらにより、リード部に発生する封止樹脂のバリや剥離をなくすことが可能となる。
本発明の封止金型は、ダイパッド部と外部端子となるリード部とを有したユニットパターンをフレーム枠で連結して複数個配列したリードフレームを用い、複数個の樹脂封止型半導体装置を製造するための封止金型において、内部にセットされる前記リードフレームに当接して各ユニットパターンを所定の姿勢に保持する支持部を内面に形成した構成としたことを特徴とする。
また本発明の封止金型は、ダイパッド部と外部端子となるリード部とを有したユニットパターンをフレーム枠で連結して複数個配列したリードフレームを用い、複数個の樹脂封止型半導体装置を製造するための封止金型において、内部にセットされる前記リードフレームのフレーム枠に対向する位置に穴部を形成し、前記穴部に嵌合して、前記フレーム枠に当接して各ユニットパターンを所定の姿勢に保持する位置と穴部外とにわたって出退する支持ピンを設けた構成としたことを特徴とする。
本発明のリードフレームは、ダイパッド部と外部端子となるリード部とを有したユニットパターンをフレーム枠で連結して複数個配列し、当該リードフレームがセットされる封止金型の内面に当接して各ユニットパターンを所定の姿勢に保持する支持部を設けた構成としたことを特徴とする。
また本発明のリードフレームは、ダイパッド部と外部端子となるリード部とを有したユニットパターンをフレーム枠で連結して複数個配列し、ユニットパターン配列部の少なくとも１箇所以上に、当該リードフレームがセットされる封止金型の内面との間に設けられる支持部で支持されて各ユニットパターンを所定の姿勢に保持する、ダイパッド部やリード部で形成されるパターンを構成しないダミーパターンを設けた構成としたことを特徴とする。支持部はダミーパターンに固着して設けるのが好都合である。
本発明によれば、複数の半導体装置を一括封止する工程で、外部端子となるリードフレームのリード部の裏面側を覆う目的で従来用いられていた樹脂フィルムに代えて封止シートを用い、この封止シートに対する密着性を、リードフレームを封止金型の内面との間に設けた支持部で支持することで確保するようにしたため、樹脂フィルムからのアウトガスによるリードフレームと封止樹脂との耐剥離性の悪化を回避することができ、リード部の裏面側に樹脂バリを生じることもない。よって、半導体装置を実装基板にハンダ等の接合剤により接合した際の実装不良を低減し、実装信頼性を向上できる。また封止シートは樹脂フィルムに比べて容易に除去できるため、生産リードタイムを短縮することができ、生産工程のコスト削減と効率化を実現できる。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
本発明が製造対象とする樹脂封止型半導体装置は、先に図６を用いて説明した従来のものと同様なので、図６を援用して説明する。
樹脂封止型半導体装置１（以下、半導体装置１という）は、ダイパッド部２の上に半導体素子３が搭載され、半導体素子３と外部端子となるリード部４とが金属細線５により電気的に接続され、ダイパッド部２，半導体素子３、金属細線５、リード部４の片面が封止樹脂６で封止された構造である。リード部４のもう一方の面（裏面）は外部実装面となる部分で、封止樹脂６により被覆されることなく露出している。
半導体装置１の製造方法について説明する。
半導体装置１の製造に使用するリードフレームは、先に図７を用いて説明した従来のものと同様なので、図７を援用して説明する。
リードフレーム７には、半導体素子を実装するための矩形のユニットパターン８がフレーム枠９で連結されて複数個、左右、上下に配列されている。ユニットパターン８は、ダイパッド部２と、リード部４と、ダイパッド部２を支持するための吊りリード部１０とからなり、これらの間は切り欠かれている。リード部４と吊りリード部１０とはフレーム枠９に直接に接続しており、ダイパッド部２は吊りリード部１０を介してフレーム枠９に接続しており、全て一体に成形されている。つまりフレーム枠９は、ユニットパターン８を構成するダイパッド部２やリード部４などの要素が脱落しないよう連結し、ダイシングで除去される部分である。
矩形のダイパッド部２はフレーム枠９で囲まれた矩形領域の中央に位置し、吊りリード部１０はダイパッド部２の角部とフレーム枠９の角部とを結ぶ対角線方向に延び、リード部４は、ダイパッド部２に先端部が対向するように、またダイパッド部２の各辺に沿う方向に適当間隔をおいて、フレーム枠９の内周縁に鋸歯状に並んで複数個形成されている。またダイパッド部２は、吊りリード部１０のディプレスによって、リード部４の上面よりも上方に位置するようにアップセットされている。
このリードフレーム７はたとえば、ＣｕやＦｅ−Ｎｉ材で形成され、全面にＮｉ−Ｐｄ−Ａｕメッキ、ダイパッド部２やリード部４の各面にＡｇメッキ(リード部４の裏面にはさらにＳｎ−Ｂｉメッキ))が施される。またリードフレーム７はたとえば、厚み０.０５ｍｍ〜０.２０ｍｍ、幅２０ｍｍ〜８０ｍｍ、長さ５０ｍｍ〜３００ｍｍ程度のものが用いられ、その場合、半導体装置１のサイズは、２.０ｍｍ×２.０ｍｍ〜１５.０ｍｍ×１５.０ｍｍ、厚み０.２ｍｍ〜１.０ｍｍ程度とされる。
図１および図２に、半導体装置１の製造工程を示す。
図１（ａ）は、リードフレーム７を簡略に示したもので、ユニットパターン８を少数のみ示すとともに、吊りリード部１０の図示を省略している。
このリードフレーム７に対して、図１（ｂ）に示すように、ユニットパターン８ごとのダイパッド部２上に半導体素子３を銀ペースト等の接着剤でボンディングして搭載する。接着剤は絶縁性でもよく、一般にエポキシ系などの樹脂を母材として、１００℃〜２５０℃で熱硬化されるものが用いられる。
次に、図１（ｃ）に示すように、リード部４と半導体素子３の電極パッド（図示せず）とを金属細線５で電気的に接続する。金属細線４としては一般にφ１８〜３０μｍのＡｕワイヤーが用いられ、超音波熱圧着法などで接続される。電極パッドの表面は予めＡｌで被膜されている。
次に、図１（ｄ）に示すように、リードフレーム７を金型１２（下金型１２ａ，上金型１２ｂ）にセットする。
その際には、リードフレーム７を半導体素子３が下金型１２ａのキャビティー内に入る向きに配置し、またリードフレーム７と上金型１２ｂとの間に封止シート１６を配置して、両者の外周縁部を下金型１２ａ，上金型１２ｂ間に挟む。また金型１２として、下金型１２ａの内面に棒状の支持部１７が突出したものを用い、この支持部１７のリードフレーム７への当接によってリードフレーム７を支持して、各ユニットパターンをリード部４の裏面が封止シート１６に圧接する所定の姿勢に保持する。
封止シート１６は、リード部４の裏面や封止樹脂６に対して接着力がないもの、ここではＰＥＴが選択され、封止シート１６を巻きつけたリール（図示せず）が金型１２に取り付けられていて、このリールから一定方向に引き出されるようになっている。支持部１７は、φ５０〜φ１００μｍ程度として、フレーム枠９に当接する位置に設けられる。図１（ｅ）にリードフレーム７の全体を示し、支持部１７の当接箇所を黒丸で示す。
そして、このようにリードフレーム７がセットされた状態で、図２（ａ）に示すように、金型１２のキャビティー内にエポキシ系樹脂などの封止樹脂６を注入して、ダイパッド部２、半導体素子３、金属細線５、リード部４の片面を一括封止する。封止樹脂６は、１８０℃近辺で溶融して液状になったものを用いると、注入終了後、数十秒間で固化する。
図中、１８は金型１２内へ樹脂を注入するためのゲート、１９は樹脂の注入に伴って金型１２から押し出される空気のためのエアーベンドである。
封止樹脂６の固化が完了した後に、図２（ｂ）に示すように、形成された樹脂封止体１３を金型１２から取り出し、図２（ｃ）に示すように、切断ライン１４に沿って回転ブレード１５で切断して個片に分離して、図２（ｄ）に示すような半導体装置１を得る。
切断の際には、回転ブレード１５は、ダイヤモンド粒をボンド材で固めた幅３０μｍ〜１００μｍのものを用い、切断対象部分と回転ブレード１５とに切削水をかけながら、２００００ｒｐｍ〜４００００ｒｐｍで高速回転させて、１０ｍｍ／ｓ〜１００ｍｍ／ｓのスピードで切断する。
以上のようにすることにより、支持部１７によって、リード部４の裏面と封止シート１６との密着性を高め、リード部４の裏面への封止樹脂６の回り込みを防止することができ、樹脂バリの発生を防止できる。支持部１７は上述した寸法、位置に設けられているため、その抜け跡は、隣り合った半導体装置１どうしの境界部分や最外側の半導体装置１のさらに外方に位置することになり、その部分は回転ブレード１５で切断除去されるため、完成品としての半導体装置１には影響を及ぼさない。
封止シート１６は、上記したようにリード部４や封止樹脂６に対して接着力がなく、リード部４の裏面に単に押圧によって密着させているので、封止工程の終了後に樹脂封止体１３を金型１２から取り出す際にリールに巻き取るだけで除去することができ、従来は樹脂フィルムをピールオフ等により除去する工程が必要であったのに比べて、工程を簡略化できるとともに、樹脂フィルムからのアウトガスの問題、すなわちリードフレームと封止樹脂との耐剥離性の悪化も回避できる。
これらのことから、半導体装置１を実装基板にハンダ等の接合剤により接合した際の実装不良を低減し、実装信頼性を向上できるとともに、生産リードタイムを短縮することができ、生産工程のコスト削減と効率化を実現できる。
なお、金型１２として、図３に示すように、リードフレーム７のフレーム枠９に対向する位置に穴部２０が形成され、この穴部２０に嵌合して、フレーム枠９に当接する位置と穴部２０外とにわたって出退する支持ピン２１が設けられたものを使用してもよい。これによれば、支持ピン２１によって一定の押圧力でフレーム枠９を押圧して各ユニットパターン８を所定の姿勢に保持できるとともに、支持ピン２１は形成された樹脂封止体１３から容易に抜き出せるため、樹脂封止体１３を金型１２から容易に取り出すことが可能になる。図示を省略するが、フレーム枠９における支持ピン２１の当接位置に小穴や凹部を設けることで、支持ピン２１の先端に対するリードフレーム７側の引っ掛かりとし、リードフレーム７の位置補正の機能を持たせることもできる。
また金型１２として、図４（ａ）に示すように、横断面積の大きい支持部２２が形成されたものを使用してもよい。この場合、リードフレーム７として、フレーム枠９内に、ユニットパターン８に代わる平板状のダミーパターン２３をフレーム枠９に連続して設けたものを使用する。図４（ｂ）にリードフレーム７の全体を示し、ダミーパターン２３の位置の一例を斜線で示す。
このようなダミーパターン２３と支持部１７との組み合わせにより、強い圧接力を確保することができ、周囲のユニットパターン８を所定の姿勢に保持可能となる。支持部１７は、図示したようにテーパーをつけておけば、形成された樹脂封止体１３から容易に抜き出すことができ、樹脂封止体１３を金型１２から容易に取り外すことが可能となる。
あるいは、図５に示すように、金型１２に支持部を設けることなく、リードフレーム７のダミーパターン２３に、金型１２の内面に当接する高さにて樹脂等で形成されたブロック状の支持部２４を固着してもよい。図示を省略するが、図１および図２に示した支持部１７と同様のサイズ、位置のピンをリードフレーム７に設けてもよい。これらの各構成により、製造しようとする半導体装置１のサイズに依らず、金型１２を共用することが可能となる。
なお、図１〜図５に示した各金型１２とも、下金型１２ａにキャビティーを設けてリードフレーム７を下側から樹脂封止する例を示したが、上金型１２ｂにキャビティーを設けてリードフレーム７を上側から樹脂封止するようにしても、同様の効果が得られる。
本発明は、小型の電子機器に対応する小型、薄型、多ピンの樹脂封止型半導体装置の製造に特に有用である。
樹脂封止型半導体装置を本発明の一実施形態の方法で製造する前半工程を説明する工程断面図 樹脂封止型半導体装置を本発明の一実施形態の方法で製造する後半工程を説明する工程断面図 本発明方法に用いる金型の構成を説明する断面図 本発明方法に用いるリードフレームの構成を説明する断面図および平面図 本発明方法に用いる他のリードフレームの構成を説明する断面図 従来よりある樹脂封止型半導体装置の構成図 図６の半導体装置を一括モールドによって製造するために用いるリードフレームの構成図 図６の半導体装置を従来の方法で製造する前半工程を説明する工程断面図 図６の半導体装置を従来の方法で製造する後半工程を説明する工程断面図
符号の説明
１ 半導体装置
２ ダイパッド部
３ 半導体素子
４ リード部
５ 金属細線
６ 封止樹脂
７ リードフレーム
８ ユニットパターン
９ フレーム枠
12 金型
13 樹脂封止体
14 切断ライン
16 封止シート
17 支持部
20 穴部
21 支持ピン
22 支持部
23 ダミーパターン
24 支持部

Claims (6)

  1. ダイパッド部と外部端子とを有したユニットパターンをフレーム枠で連結して複数個配列したリードフレームを用い、複数個の樹脂封止型半導体装置を製造する方法であって、前記リードフレームの各ユニットパターンのダイパッド部に半導体素子を搭載する工程と、前記ダイパッド部に搭載された半導体素子とリード部とを金属細線で電気的に接続する工程と、前記リードフレームを半導体素子搭載面に背反する裏面側に封止シートを介在させて封止金型にセットするとともに、セットしたリードフレームを前記封止金型の内面との間に設けた支持部で支持して、各ユニットパターンをリード部の裏面が前記封止シートに圧接する所定の姿勢に保持する工程と、前記封止金型内に樹脂を充填して前記リードフレームの全体を樹脂封止する工程と、前記樹脂封止によって複数の半導体素子が一括モールドされた樹脂封止体を封止シートから分離し、金型から取り出す工程と、前記樹脂封止体を前記リードフレームのフレーム枠に沿って切断して個々の樹脂封止型半導体装置に分割する工程とを有する樹脂封止型半導体装置の製造方法。
  2. ダイパッド部と外部端子となるリード部とを有したユニットパターンをフレーム枠で連結して複数個配列したリードフレームを用い、複数個の樹脂封止型半導体装置を製造するための封止金型であって、内部にセットされる前記リードフレームに当接して各ユニットパターンを所定の姿勢に保持する支持部を内面に形成した封止金型。
  3. ダイパッド部と外部端子となるリード部とを有したユニットパターンをフレーム枠で連結して複数個配列したリードフレームを用い、複数個の樹脂封止型半導体装置を製造するための封止金型であって、内部にセットされる前記リードフレームのフレーム枠に対向する位置に穴部を形成し、前記穴部に嵌合して、前記フレーム枠に当接して各ユニットパターンを所定の姿勢に保持する位置と穴部外とにわたって出退する支持ピンを設けた封止金型。
  4. 樹脂封止型半導体装置の製造に用いられるリードフレームであって、ダイパッド部と外部端子となるリード部とを有したユニットパターンをフレーム枠で連結して複数個配列し、当該リードフレームがセットされる封止金型の内面に当接して各ユニットパターンを所定の姿勢に保持する支持部を設けたリードフレーム。
  5. 樹脂封止型半導体装置を製造するためのリードフレームであって、ダイパッド部と外部端子となるリード部とを有したユニットパターンをフレーム枠で連結して複数個配列し、ユニットパターン配列部の少なくとも１箇所以上に、当該リードフレームがセットされる封止金型の内面との間に設けられる支持部で支持されて各ユニットパターンを所定の姿勢に保持する、ダイパッド部やリード部で形成されるパターンを構成しないダミーパターンを設けたリードフレーム。
  6. 支持部をダミーパターンに固着した請求項５記載のリードフレーム。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2014199869A (ja) * 2013-03-29 2014-10-23 株式会社カネカ 発光素子実装用リードフレーム、発光素子実装用樹脂成型体及びその製造方法、並びにトランスファ成型用金型
JP2016022672A (ja) * 2014-07-22 2016-02-08 アピックヤマダ株式会社 成形金型、成形装置および成形品の製造方法
JP2016162965A (ja) * 2015-03-04 2016-09-05 ローム株式会社 半導体装置の製造方法および半導体装置

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