JP2006310570A

JP2006310570A - 半導体装置

Info

Publication number: JP2006310570A
Application number: JP2005131752A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Takao; 大輔高尾; Masahiro Tomiya; 正博富家
Original assignee: Aoi Electronics Co Ltd
Current assignee: Aoi Electronics Co Ltd
Priority date: 2005-04-28
Filing date: 2005-04-28
Publication date: 2006-11-09

Abstract

【課題】
リフロー炉に通炉して生ずるクラックの発生を防止することができる半導体装置を提供する。
【解決手段】
半導体装置１は半導体素子２、外部電極３ｂ、搭載パッド部４ｂからなる。搭載パッド部４ｂの略中央には不図示のボンディング剤が塗布され、半導体素子２は固定される。搭載パッド部４ｂは矩形形状であり、４辺のうちの２辺７ａ，７ｂの形状は波状形状である。外部電極３ｂおよび搭載パッド部４ｂの上面にはワイヤ５と接続するためのＡｇ層３ａ，４ａが形成され、下面にはＳｎ−Ｐｂ層３ｃ，４ｃが形成される。半導体素子２と外部電極３ｂとはＡｕのワイヤ５によって電気的に接続している。半導体素子２、ワイヤ５、外部電極３ｂおよび搭載パッド部４ｂは、エポキシ樹脂などからなる樹脂６によって封止される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電鋳フレームを用いたリードレスタイプの半導体装置に関する。

電鋳フレームを用いたリードレスタイプの半導体装置として、特許文献１の半導体装置が知られている。この半導体装置は、金属層に接着された半導体素子と、その半導体素子上の電極パッドと外部導出用の金属層とを電気的に接続するワイヤと、そのワイヤで配線を行った半導体素子をエポキシ樹脂で封止する樹脂パッケージとを備え、半導体素子が接着されている金属層裏面と外部導出用の金属層裏面とが樹脂パッケージ底面と同一平面である。
特開２００２−１６１８１号公報

特許文献１の半導体装置はエポキシ樹脂で封止されている。ところで、エポキシ樹脂は吸湿性があり、吸湿した水分は半導体装置中の半導体素子を搭載した金属層と樹脂との界面でたまりやすい。そして、半田付けのためにリフロー炉に半導体装置を通炉すると、金属層と樹脂との界面にたまっている水分が蒸発する。その結果、金属層と樹脂の間で剥離が生じ、金属層の外縁に沿ってクラックが発生する。

（１）請求項１の発明は、半導体素子と、半導体素子が搭載された搭載パッドと、半導体素子とワイヤにより電気的に接続している外部電極とを備え、半導体素子と搭載パッドとワイヤと外部電極とが樹脂によって封止され、底面に搭載パッドと外部電極とが設けられている半導体装置であって、搭載パッドは平面視矩形形状であり、少なくとも２辺の外縁形状は、波状形状または凹凸を備えた形状であることを特徴とする。
（２）請求項２に発明は、請求項１に記載の半導体装置において、搭載パッドの４辺が波状形状または凹凸を備えた形状であることを特徴とする。
（３）請求項３の発明は、半導体素子と、半導体素子が搭載された搭載パッドと、半導体素子とワイヤにより電気的に接続している外部電極とを備え、半導体素子と搭載パッドとワイヤと外部電極とが樹脂によって封止され、底面に搭載パッドと外部電極とが設けられている半導体装置であって、搭載パッドには、半導体素子が搭載されていない領域に、樹脂からなる複数の非金属層領域を設けたことを特徴とする。
（４）請求項４の発明は、請求項３に記載の半導体装置において、搭載パッド平面視矩形形状であり、複数の非金属層領域は搭載パッドの辺に沿って離散的に設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、半導体装置を搭載する搭載パッド部の外縁を波状形状または凹凸を備えた形状にしたので、搭載パッド部の側面と樹脂との密着性が増加する。したがって、リフロー炉に半導体装置を通炉して生じるクラックの発生を防止することができる。

−第１の実施の形態−
本発明の第１の実施形態の半導体装置１の構造について図１を参照して説明する。図１（ａ）は半導体装置１の断面図、図１（ｂ）は半導体装置１の裏面図である。２は半導体素子、３ｂは外部電極、４ｂは搭載パッド部である。搭載パッド部４ｂの略中央には不図示のボンディング剤が塗布されて、半導体素子２が固定される。外部電極３ｂおよび搭載パッド部４ｂは、Ｎｉまたは、Ｎｉ・Ｃｏ合金からなる。搭載パッド部４ｂは略長方形の形状であり、４辺のうちの２辺７ａ，７ｂの形状は波状形状である。

外部電極３ｂおよび搭載パッド部４ｂの上面にはワイヤ５と接続するためのＡｇ層３ａ，４ａが形成され、下面には半田と接続する際の濡れ性向上のためのＳｎ−Ｐｂ層３ｃ，４ｃが形成される。外部電極３ｂおよび搭載パッド部４ｂの厚さは５０〜８０μｍであり、Ａｇ層３ａ，４ａの厚さは約２．５μｍであり、Ｓｎ−Ｐｂ層３ｃ，４ｃの厚さは３〜２０μｍである。また、半導体素子２と外部電極３ｂとはＡｕのワイヤ５によって電気的に接続している。

半導体素子２、ワイヤ５、外部電極３ｂおよび搭載パッド部４ｂは、エポキシ樹脂などからなる樹脂６によって封止される。半導体装置２の底面には、図１（ｂ）に示すように、樹脂６と外部電極３ｂおよび搭載パッド部４ｂに形成したＳｎ−Ｐｂ層３ｃ，４ｃとが露呈している。

次に、上述した半導体装置１の製造方法について、図２〜図６を参照して説明する。この製造方法は、第１金属層形成工程と、半導体素子実装工程と、樹脂封止工程と、金属板剥離工程と、第２金属層形成工程と、分割工程とを含み、１つの金属板上に複数の半導体装置１を同時に作製する。以下、各工程を工程順に説明する。

（イ）第１金属層形成工程
第１金属層形成工程について、図２（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。
図２（ａ）に示すように、可撓性を有する金属板２１の両面にレジスト２２を塗布またはラミネートする。金属板２１は、厚さ約０．１ｍｍの平板状のＪＩＳ規格のＳＵＳステンレス鋼板またはＣｕ板などの金属薄板からなる。次に、アクリルフィルムベースのパターンマスクフィルムを密着させ、紫外線により露光する。そして、現像し、図２（ｂ）に示すように、金属層を形成する部分のレジスト２２を除去する。このときの金属板２１の平面視を図３に示す。１つの半導体装置１を作製するためのレジスト２２ａ，２２ｂが縦横に複数並列して形成される。

金属板２１の一方の面には金属層を形成しないので、レジスト２２によって全面が覆われる。次に、Ｈ_２ＳＯ_４−Ｈ_２Ｏ_２やＮａ_２Ｓ_２Ｏ_８などの酸化性溶液により、レジスト２２を除去した部分の金属板２１面のソフトエッチングを行う。そして、硫酸などの酸で酸洗いし、酸活性処理を行う。

次に、酸活性処理を行った金属板２１をＮｉめっき溶液に浸漬して金属板２１に電力を供給して電鋳を行い、Ｎｉ層２３を形成する。次に、Ａｇめっき溶液に金属板２１を浸漬して金属板２１に電力を供給することにより、Ａｇ層２４を形成する。このようにして、図２（ｃ）に示すように、金属板２１に金属層として、パターニングされたＮｉ層２３とＡｇ層２４とを形成する。金属層を形成後、図２（ｄ）に示すように、レジスト２２を金属板２１から剥離する。

（ロ）半導体素子実装工程
半導体素子実装工程について、図２（ｅ）を参照して説明する。
半導体素子２を実装するために、半導体素子２の実装面に不図示のボンディング剤を塗布し、そして図２（ｅ）に示すように、半導体素子２を搭載する。図２では省略しているが、金属板２１には、パターニングされたＮｉ層２３とＡｇ層２４とが複数並列配置されており、それぞれのパターンニングされたＡｇ層２４上に半導体素子２が隣接して搭載される。そして、ワイヤボンディングによって、Ａｇ層２４と半導体素子２とをワイヤ５によって接続する。

（ハ）樹脂封止工程
樹脂封止工程について、図２（ｆ）および図４を参照して説明する。
樹脂封止工程では、図２（ｆ）に示すように半導体素子２、ワイヤ５、Ｎｉ層２３およびＡｇ層２４を樹脂６によって封止する。樹脂封止は次のようにして行う。図４に示すように、金属板２１の半導体素子２が実装などされている面に金型４１を被せる。そして、樹脂６を金型４１内に注入し、金属板２１に実装された複数の半導体素子２などを一括に封止する。この樹脂封止工程では、金型４１は上型の役割を果たし、金属板２１は下型の役割を果たす。

（ニ）金属板剥離工程
金属板剥離工程について、図５（ａ）を参照して説明する。
樹脂６による封止が完了した後は、図５（ａ）に示すように、Ｎｉ層２３や樹脂６から金属板２１を剥離する。金属板２１は可撓性を有するので、容易に剥離することができる。この金属板２１を剥離したものを以下、樹脂封止体５０と呼ぶ。

（ホ）第２金属層形成工程
第２金属層形成工程について、図５（ｂ）および図６を参照して説明する。
樹脂封止体５０をＳｎ−Ｐｂめっき溶液に浸漬し、剥離面５１に電力を供給する。電力の供給は、図６に示すように樹脂封止体５０の両側を基板ホルダ６１ではさみ、基板ホルダ６１より電力を供給して、２箇所から通電するようにして行う。ところで、剥離面５１に露出されているＣｕ層２３は全ての外部電極３ｂの形成部分や搭載パッド部４ｂの形成部分において電気的に接続されている。したがって、矢印６２で示すように、全ての外部電極３ｂの形成部分や搭載パッド部４ｂの形成部分に基板ホルダ６１から供給された電流が流れる。そして、図５（ｂ）に示すように、樹脂封止体５０の剥離面５１にパターニングされたＳｎ−Ｐｂ層５２を形成する。

（ヘ）分割工程
分割工程について、図５（ｂ），（ｃ）を参照して説明する。
図５（ｂ）の２点鎖線５３に沿って、ダイヤモンドブレード・ダイシング法で樹脂封止体５０をダイシングする。そして、図５（ｃ）に示すように、一つの樹脂封止体５０が分割され、半導体装置１が完成する。

以上の第１の実施形態による半導体装置１では、半導体装置１を搭載する略長方形の搭載パッド部４ｂの少なくとも２辺７ａ，７ｂを波状形状にしたので、搭載パッド部４ｂの側面と樹脂６との密着性が増加した。したがって、リフロー炉に半導体装置を通炉して生じるクラックの発生を防止することができるという作用効果を奏する。

−第２の実施の形態−
本発明の第２の実施形態の半導体装置７０の構造について、図７を参照して説明する。第１の実施形態の半導体装置１と共通する部分は同じ符号を使用し、相違点を主に説明する。

図７（ａ）は半導体装置７０の断面図、図７（ｂ）は半導体装置７０の裏面図である。７４ｂは搭載パッド部であり、搭載パッド部７４ｂの略中央には不図示のボンディング剤が塗布されて、半導体素子２が固定される。搭載パッド部７４ｂは、Ｎｉまたは、Ｎｉ・Ｃｏ合金からなり、搭載パッド部７４ｂの厚さは５０〜８０μｍである。搭載パッド部７４ｂは、略長方形の形状を呈し、４辺７７ａ〜７７ｄのそれぞれには半円の周期的な凹部パターンを備えている。

以上の第２の実施形態による半導体装置７０は、第１の実施形態による半導体装置１と同様に、クラックの発生を防止することができるという作用効果を奏する。

−第３の実施の形態−
本発明の第３の実施形態の半導体装置８０の構造について、図８を参照して説明する。第１の実施形態の半導体装置１と共通する部分は同じ符号を使用し、相違点を主に説明する。

図８（ａ）は半導体装置８０の断面図、図８（ｂ）は半導体装置８０の裏面図である。８４ｂは搭載パッド部であり、搭載パッド部８４ｂの略中央に不図示のボンディング剤が塗布されて、半導体素子２が固定される。搭載パッド部８４ｂは、Ｎｉまたは、Ｎｉ・Ｃｏ合金からなり、搭載パッド部８４ｂの厚さは５０〜８０μｍである。搭載パッド部８４ｂは略長方形の形状を呈し、４辺のうちの２辺８７ａ，８７ｂの形状は略ｓｉｎ曲線の形状である。

以上の第３の実施形態による半導体装置８０は、第１の実施形態による半導体装置１と同様に、クラックの発生を防止することができるという作用効果を奏する。

−第４の実施の形態−
本発明の第４の実施形態の半導体装置９０の構造について、図９を参照して説明する。第１の実施形態の半導体装置１と共通する部分は同じ符号を使用し、相違点を主に説明する。

図９（ａ）は半導体装置９０の断面図、図９（ｂ）は半導体装置９０の裏面図である。９４ｂは搭載パッド部であり、搭載パッド部９４ｂの略中央には不図示のボンディング剤が塗布され、半導体素子２は固定される。搭載パッド部９４ｂは、Ｎｉまたは、Ｎｉ・Ｃｏ合金の金属層からなり、搭載パッド部９４ｂの厚さは５０〜８０μｍである。搭載パッド部９４ｂは略長方形の形状であり、搭載パッド部９４ｂの半導体素子２が搭載されていない周辺の領域（以下、半導体素子非搭載領域と呼ぶ）には、金属層が形成されていない複数の円形領域９８（以下、非金属層領域と呼ぶ）が離散的に設けられている。ところで、エポキシ樹脂が吸湿した水分は半導体素子２を搭載した搭載パッド部９４ｂと樹脂６との界面でたまりやすい。このため、搭載パッド部９４ｂに非金属領域９８を設けることにより搭載パッド部９４ｂと樹脂６との界面の面積が小さくなり、エポキシ樹脂が吸湿した水分がたまらなくなる。また、搭載パッド部９４ｂの互いに対向する長辺に沿うように離散的に設けられる非金属層領域９８は、水分の蒸発による搭載パッド部９４ｂと樹脂６との剥離を防ぐ楔としての役割も果たしている。

以上の第４の実施形態による半導体装置９０は、第１の実施形態による半導体装置１と同様に、クラックの発生を防止することができるという作用効果を奏する。

以上の実施の形態の半導体装置１，７０〜９０を次のように変形することができる。
（１）搭載パッド部４ｂ，７４ｂ，８４ｂ，９４ｂの形状は略長方形であったが、矩形形状であれば実施の形態に限定されない。
（２）第１および第３の実施形態の半導体装置１，８０では、４辺のうちの２辺７ａ，７ｂ，８７ａ，８７ｂが波状形状であったり、略ｓｉｎ曲線形状であったりしたが、４辺全てを波状形状にしたり、略ｓｉｎ曲線形状にしたりしてもよい。

（３）第３の実施形態の半導体装置７０では、４辺７７ａ〜７７ｄのそれぞれには半円の周期的な凹部パターンを備えている形状であったが、周期的なパターンでなくてもよく、また凹部パターンの代わりに凸部パターン、または凹凸パターンを用いてもよい。また、４辺７７ａ〜７７ｄのうちの２辺だけに、半円の周期的な凹部パターンを備えた形状としてもよい。
（４）第４の実施形態の半導体装置９０では、非金属層領域９８の立体形状は円柱形であるが、第４の実施形態に限定されない。たとえば、略正方形断面の角柱でもよい。

（５）外部電極３ｂおよび搭載パッド部４ｂ，７４ｂ，８４ｂ，８４ｂはＮｉまたはＮｉ・Ｃｏ合金より形成したが、導電性を有する金属であればＮｉまたはＮｉ・Ｃｏ合金に限定されない。たとえばＣｕであってもよい。
（６）Ｎｉ層２３の上面側にＡｇ層２４を形成しているが、ワイヤ５とＮｉ層２３とを接続できるようにするためのものであれば、Ａｇ層２４に限定されない。たとえば、Ａｕ層を形成してもよい。また、ワイヤ５を直接Ｎｉ層２３に接続できる場合は、Ａｇ層２４を形成しなくてもよい。

（７）Ｎｉ層２３の下面側にＳｎ−Ｐｂ層５２を形成したが、外部電極４ｂと半田と接合するための金属層であれば実施の形態に限定されない。たとえば、Ｓｎ−Ａｇ層、Ｓｎ−Ｃｕ層、Ｓｎ−Ｂｉ層またはＳｎ層を形成してもよい。
（８）外部電極３ｂおよび搭載パッド部４ｂ，７４ｂ，８４ｂ，９４ｂの厚さは５０〜８０μｍであり、Ａｇ層３ａ，４ａの厚さは約２．５μｍであり、Ｓｎ−Ｐｂ層３ｃ，４ｃの厚さは３〜２０μｍであったが、実施の形態には限定されない。

（９）第２金属層形成工程について、電力の供給は、２箇所から通電するようにして行ったが、２箇所に限定されず、２箇所以上の複数箇所から通電してもよい。
（１０）半導体素子を搭載する金属層を有し、半導体素子を樹脂封止する半導体装置であれば以上の実施の形態に限定されない。たとえば、プラスティックパッケージの半導体装置の半導体素子を搭載するリードフレームの外縁を波状形状などにしてもよいし、半導体素子から発生する熱を放熱するための放熱板の外縁を波状形状などにしてもよい。

（１１）外部電極３ｂおよび搭載パッド部４ｂの下面に形成される半田と接続する際の濡れ性向上のための金属層にＳｎ−Ｐｂ層３ｃ，４ｃの代わりにＡｕ層を形成してもよい。そして、Ａｕ層を第２金属層形成工程ではなく、第１金属層形成工程で形成するようにしてもよい。この場合、第１金属層形成工程では、金属板２１をＡｕめっき溶液に浸漬し、Ａｕ層を形成し、その後、Ｎｉ層２３とＡｇ層２４を形成することになる。このようにすることによって、第２金属層形成工程を省略することができ、生産性が向上する。

本発明の第１の実施形態の半導体装置の構造を示す図である。本発明の第１の実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための図である。本発明の第１の実施形態の半導体装置の製造方法におけるレジストが形成された金属板を説明するための図である。本発明の第１の実施形態の半導体装置の製造方法における樹脂の封止を説明するための図である。本発明の第１の実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための図である。本発明の第１の実施形態の半導体装置の製造方法におけるＳｎ−Ｐｂめっき処理を説明するための図である。本発明の第２の実施形態の半導体装置の構造を示す図である。本発明の第３の実施形態の半導体装置の構造を示す図である。本発明の第４の実施形態の半導体装置の構造を示す図である。

符号の説明

１，７０，８０，９０半導体装置
２半導体素子
３ａ，４ａ，７４ａ，８４ａ，９４ａ，２４Ａｇ層
３ｂ外部電極
３ｃ，４ｃ，７４ｃ，８４ｃ，９４ｃ，５２Ｓｎ−Ｐｂ層
４ｂ，７４ｂ，８４ｂ，９４ｂ搭載パッド部
５ワイヤ
６樹脂
２１金属板
２２，２２ａ，２２ｂレジスト
２３Ｎｉ層
４１金型
５０樹脂封止体
５１剥離面
６１基板ホルダ

Claims

半導体素子と、
前記半導体素子が搭載された搭載パッドと、
前記半導体素子とワイヤにより電気的に接続している外部電極とを備え、
前記半導体素子と前記搭載パッドと前記ワイヤと前記外部電極とが樹脂によって封止され、底面に前記搭載パッドと前記外部電極とが設けられている半導体装置であって、
前記搭載パッドは平面視矩形形状であり、少なくとも２辺の外縁形状は、波状形状または凹凸を備えた形状であることを特徴とする半導体装置。
請求項１に記載の半導体装置において、
前記搭載パッドの４辺が波状形状または凹凸を備えた形状であることを特徴とする半導体装置。
半導体素子と、
前記半導体素子が搭載された搭載パッドと、
前記半導体素子とワイヤにより電気的に接続している外部電極とを備え、
前記半導体素子と前記搭載パッドと前記ワイヤと前記外部電極とが樹脂によって封止され、底面に前記搭載パッドと前記外部電極とが設けられている半導体装置であって、
前記搭載パッドには、前記半導体素子が搭載されていない領域に、前記樹脂からなる複数の非金属層領域を設けたことを特徴とする半導体装置。
請求項３に記載の半導体装置において、
前記搭載パッド平面視矩形形状であり、前記複数の非金属層領域は前記搭載パッドの辺に沿って離散的に設けられていることを特徴とする半導体装置。