JP2006319225A - 樹脂封止型半導体装置用のリードフレームおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 特殊加工（部分めっき、テープ、レーザー）を施すために現状の生産設備の改造を施さないでも、リードフレームを変形させることなくランナーを打ち抜くことができる樹脂封止型半導体装置用のリードフレームおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】 半導体素子が搭載され、封止樹脂により覆われる樹脂封止部と、この樹脂封止部に封止樹脂を導くランナーに臨むランナー部３０とを有する樹脂封止型半導体装置用のリードフレーム１であって、ランナー部３０の表面粗さが、リードフレーム１のランナー部３０以外の部分の表面粗さよりも小さく構成されている。これにより、リードフレーム１のランナー部３０に臨む封止樹脂を容易に打ち抜くことができ、さらにリードフレーム１の変形を防止できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は樹脂封止型半導体装置用のリードフレームおよびその製造方法に関するものである。

図２（ａ）および（ｂ）は、半導体装置の樹脂封止前の状態を示す平面図、および図２（ａ）のＡ−Ａ’線矢視断面図である。
図２（ａ）、（ｂ）における１は半導体装置のリードフレームで、このリードフレーム１には、複数のアウターリード２と、このアウターリード２よりも内側に配置された複数のインナーリード３と、アウターリード２とインナーリード３とを分離する枠状のダムバー４と、半導体素子７が搭載されるダイパット６と、ダイパット６を支持する複数（図２（ａ）においては４本の場合を示す）の吊りリード５とが形成されている。

図３（ａ）および（ｂ）は、半導体装置の樹脂封止後の状態を示す平面図、および図３（ａ）のＢ−Ｂ’線矢視断面図、図４は上下の封止型により半導体装置を樹脂封止した状態を示す断面図である。

図４ならびに図２、図３を参照しながら、リードフレーム１を用いて半導体装置を製造する工程について、簡略的に説明する。まず、リードフレーム１のダイパット６上に接着ペースト１０を用いて半導体素子７を固着して搭載する。半導体素子７には複数の電極パット８（図２（ａ）参照）が設けられており、半導体素子７の電極パット８とインナーリード３とが金属細線９を介して電気的に導通される。図２（ａ）は、この際の状態を示す半導体装置の平面図である。

この後、樹脂封止が行われる。樹脂封止を行う際には、半導体素子７を搭載したリードフレーム１が、下封止型１６上にセットされ、この後、上封止型１５が下封止型１６上にクランプされる。そして、エポキシ樹脂からなる封止樹脂１１が熱により軟化され、プランジャー１７により圧力を加えながら、前記上封止型１５および下封止型１６を備えた金型内の空間（キャビティー１７）に注入される。

この時に軟化した封止樹脂１１は、この封止樹脂１１が溜められたポット１４から、リードフレーム１の片側の面に沿うように形成された一本のランナー１２を通って、複数（２個以上）のゲート１３を介して供給され、上封止型１５と下封止型１６との間に形成されたキャビティー１７に充填されて樹脂封止される。また、封止樹脂１１が熱反応より硬化した時点で、上封止型１５と下封止型１６とを開放して、ポット１４と、ランナー１２と、樹脂封止型の半導体装置が形成されたリードフレーム１とを取り出す。このように半導体装置を取り出した状態を図３（ａ）、（ｂ）に示す。

この後、封止樹脂１１が硬化したポット１４とランナー１２とを、図３（ａ）、（ｂ）に示すような状態となったリードフレーム１の中間枠部分から打ち抜いて取り外す。打ち抜く方法としては、図２（ａ）、（ｂ）、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、リードフレーム１の中間枠部分に予めランナー打ち抜きパンチ穴１８を形成し、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、円形状（図２（ａ）参照）のランナー打ち抜きパンチ穴１８に対応するように配置したランナー打ち抜きパンチ歯１９を、ランナー打ち抜きパンチ穴１８に押し当てることにより、リードフレーム１よりランナー１２の封止樹脂を打ち抜いて脱落させる。

この時に、複数箇所（二箇所以上）形成されたランナー打ち抜きパンチ穴１８にランナー打ち抜きパンチ歯１９を、時間差なしで打ち抜く方法を示した状態が図５（ｂ）である。なお、これとは異なって、ランナー打ち抜きパンチ歯１９の打ち抜き時間をランナー打ち抜きパンチ歯１９の長さを変えることやランナー打ち抜きパンチ歯１９の押し当てをそれぞれ独立させてコントロールして押し当て時間に遅延を施して打ち抜きを行う方法も用いられ、この状態を図５（ｃ）に示す。

このようにして、リードフレーム１から、樹脂封止型半導体装置以外の硬化した樹脂封止部分を取り除く作業を行い、また、ダムバー４を切除するなどして各吊りリード５と各アウターリード２とを電気的に分離独立して樹脂封止型の半導体装置を完成させる。

ところで、リードフレーム１は、図６に示すように、下地金属としての銅（Ｃｕ）層２０上に、ニッケル（Ｎｉ）層２１とパラジウム（Ｐｄ）層２２とが下地めっき層としてめっきされ、さらにこの上に最外層を構成する金（Ａｕ）層２３が積層されて形成されており、最外層は金層２３である。そして、この金層２３によって、リードフレーム１と封止樹脂１１との密着性が向上されており、封止樹脂１１がリードフレーム１から剥離して封止樹脂１１にクラックを生じたり水分が内部に侵入したりして気密性が阻害されることを防止している。なお、図６に示すように、金層２３の表面は、ニッケル（Ｎｉ）層２１やパラジウム（Ｐｄ）層２２のめっき時とほぼ同様の表面粗さとされている。

しかしながら、従来のリードフレーム１では、金層２３を設けてリードフレーム１と封止樹脂１１との密着性を向上させることにより、ランナー打ち抜き時にリードフレーム１のランナー１２に臨む部分（ランナー部３０）と封止樹脂１１との密着度が強過ぎてリードフレーム１からランナー１２が剥がれ難くなり、このランナー除去の際にリードフレーム１の中間枠部分や外枠部分が変形してしまい、後工程で機械の自動搬送ができなくなるなどの不具合が発生していた。なお、このような不具合は、密着力が強い封止樹脂１１を用いた場合や厚みが薄いリードフレーム１を用いた場合には、より多く発生していた。

このような不具合に対処する手法、すなわち、リードフレーム１の外枠部分や中間枠部分が変形することを阻止するものとして、特許文献１、２などにおいて、リードフレーム上のランナー部に特殊加工（部分めっき、テープ、レーザー）を施してランナーを引き剥がし易くする方法が提案されている。
特開平６−１５１５１７号公報 特開平６−１２０３９７号公報

しかしながら、上記のように、ランナー１２を引き剥がし易くするために、リードフレーム上のランナー部に特殊加工（部分めっき、テープ、レーザー）を施す手法を採用する場合には、前記特殊加工を行うために現状の生産設備の改造を施さなければならず、多大な設備コストの増加を強いられるという課題を生じてしまう。

本発明は上記課題を解決するもので、特殊加工（部分めっき、テープ、レーザー）を施すために現状の生産設備の改造を施さないでも、リードフレームを変形させることなくランナーを打ち抜くことができる樹脂封止型半導体装置用のリードフレームおよびその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、半導体素子が搭載され、封止樹脂により覆われる樹脂封止部と、この樹脂封止部に封止樹脂を導くランナーに臨むランナー部とを有する樹脂封止型半導体装置用のリードフレームであって、前記ランナー部の表面粗さが、前記樹脂封止部（リードフレームのランナー部以外の部分であってもよい）の表面粗さよりも小さいことを特徴とする。

なお、リードフレームの材質として、ランナー部とランナー部以外の部分とが同じ材質で形成されているものが好適であり、特に、銅系の材料からなる下地金属に、下地めっき層であるニッケル層およびパラジウム層と、最外層を構成する金層とが形成されて、リードフレームが構成されているリードフレームに対して特に好適である。

また、ランナー部の表面粗さが、リードフレームのランナー部以外の部分の表面粗さよりも小さくなるように製造する製造方法としては、リードフレームの最外層に金層を形成した後に、リードフレームのランナー部を平坦面でプレス加工することにより、ランナー部の表面粗さを金層の形成時よりも小さくするとよい。

このリードフレームによれば、ランナー部の表面粗さが、樹脂封止部（またはリードフレームのランナー部以外の部分であってもよい）の表面粗さよりも小さく、ランナー部の表面における凹凸が小さくなるため、ランナー部と封止樹脂との密着する力が小さくなり、リードフレームを変形させることなくランナー部を打ち抜くことができる。また、このリードフレームの製造方法によれば、部分めっきなどの特殊加工工程を必要とせず、リードフレームの製造に一般的に用いられているプレス加工などを用いるだけで済むため、現状の生産設備の改造を施さないでも済む。

以上のように本発明によれば、ランナー部の表面粗さが小さくなるように形成したことにより、ランナー部の表面における凹凸が小さくなるため、ランナー部と封止樹脂との密着する力が小さくなり、密着力が強い封止樹脂を用いた場合やリードフレームの厚みが薄くなり変形に対する強度が低下した場合などでも、リードフレームを変形させることなくランナーを打ち抜くことができる。したがって、後工程で機械の自動搬送ができなくなるなどの不具合が発生することを防止できる。

また、このリードフレームの製造方法によれば、部分めっきなどの特殊加工工程を必要とせず、リードフレームの製造に一般的に用いられているプレス加工などを用いるだけで済むため、現状の生産設備の改造を施さないでも済み、生産設備の追加を最小限で済ますことができる。また、特にプレス加工により、ランナー部の表面粗さを小さくする作業を極めて容易かつ能率的に行うことができて、作業能率も良好である。

以下、本発明の実施の形態に係る樹脂封止型半導体装置用のリードフレーム、およびこのリードフレームを用いての樹脂封止型半導体装置の製造方法ならびに、リードフレームの製造方法について説明する。ここで、図１（ａ）〜（ｃ）は、リードフレームの製造工程（詳しくは、リードフレームのランナー部の表面粗さを小さくするための各工程）をそれぞれ示す断面図、図２（ａ）および（ｂ）は、半導体装置の樹脂封止前の状態を示す平面図、および図２（ａ）のＡ−Ａ’線矢視断面図、図３（ａ）および（ｂ）は、半導体装置の樹脂封止後の状態を示す平面図、および図３（ａ）のＢ−Ｂ’線矢視断面図、図４は上下の封止型により半導体装置を樹脂封止した状態を示す断面図である。

図２（ａ）、（ｂ）に示すように、本発明の実施の形態に係る樹脂封止型半導体装置用のリードフレーム１には、複数のアウターリード２と、このアウターリード２よりも内側に配置された複数のインナーリード３と、アウターリード２とインナーリード３とを分離する枠状のダムバー４と、半導体素子７が搭載されるダイパット６と、ダイパット６を支持する複数（図２（ａ）においては４本の場合を示す）の吊りリード５と、後述するランナー部３０とが形成されている。

リードフレーム１は、７５μｍ以上で１５０μｍ以下の厚みとされ、薄くて変形し易い材質である。図３（ａ）、（ｂ）および図４に示すように、リードフレーム１上には、１本のランナー１２により複数個（２個以上：図３（ａ）、（ｂ）においては２個）の樹脂封止型半導体装置に樹脂供給を行うランナー（封止樹脂の供給用通路）１２に臨むランナー部３０が形成されている。図４に示すように、リードフレーム１のダイパット６上には接着ペースト１０により半導体素子７が固着されて搭載されている。また、半導体素子７の電極パット８とインナーリード３とが金属細線９を介して電気的に導通されている。そして、リードフレーム１の樹脂封止部としてのダイパット６およびインナーリード３と、半導体素子７、ならびに金属細線９などが、封止樹脂１１により覆われて半導体装置が構成されている。

このリードフレーム１を用いて半導体装置を製造する工程について、図４ならびに図２（ａ）、（ｂ）、図３（ａ）、（ｂ）を参照しながら、説明する。
まず、リードフレーム１のダイパット６上に接着ペースト１０を用いて半導体素子７を固着して搭載する。半導体素子７には複数の電極パット８（図２（ａ）参照）が設けられており、半導体素子７の電極パット８とインナーリード３とが金属細線９を介して電気的に導通される。図２（ａ）は、この際の状態を示す半導体装置の平面図である。

この後、樹脂封止が行われる。樹脂封止を行う際には、半導体素子７を搭載したリードフレーム１が、下封止型１６上にセットされ、この後、上封止型１５が下封止型１６上にクランプされる。そして、エポキシ樹脂からなる封止樹脂１１が熱により軟化されたタイミングで、軟化された封止樹脂１１に対してポット１４に臨ませて設けたプランジャー１７により圧力が加えられて、前記上封止型１５および下封止型１６を備えた金型内の空間（キャビティー）に前記封止樹脂１１が注入される。

この時に軟化した封止樹脂１１は、この封止樹脂１１が溜められたポット１４から、リードフレーム１の片側の面に沿うように形成された一本のランナー１２を通って、複数（２個以上）のゲート１３を介して供給され、上封止型１５と下封止型１６との間に形成されたキャビティー１７に充填されて樹脂封止される。また、封止樹脂１１が熱反応より硬化した時点で、上封止型１５と下封止型１６とを開放して、ポット１４と、ランナー１２と、樹脂封止型の半導体装置が形成されたリードフレーム１とを取り出す。このように半導体装置を取り出した状態を図３（ａ）、（ｂ）に示す。

この後、封止樹脂１１が硬化したポット１４とランナー１２とを、図３（ａ）、（ｂ）に示すような状態となったリードフレーム１の中間枠部分から打ち抜いて取り外す。打ち抜く方法としては、図２（ａ）、（ｂ）、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、リードフレーム１の中間枠部分、すなわち、ランナー１２に臨むリードフレーム１のランナー部３０に予めランナー打ち抜きパンチ穴１８を形成し、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、円形状（図１（ａ）参照）のランナー打ち抜きパンチ穴１８に対応するように配置したランナー打ち抜きパンチ歯１９を、ランナー打ち抜きパンチ穴１８に押し当てることにより、リードフレーム１よりランナー１２の封止樹脂を打ち抜いて脱落させる。

この後、次工程のマーキング、リードカット、リード成形（図示せず）が行われて樹脂封止型の半導体装置が完成する。
次に、リードフレーム１のランナー部３０に設けられたランナー打ち抜きパンチ穴１８の形状などについて詳しく説明する。

図２（ａ）、（ｂ）、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、リードフレーム１のランナー部３０には、複数（２個以上）のランナー打ち抜きパンチ穴１８が形成され、このランナー打ち抜きパンチ穴１８はその径がランナー１２の幅よりも小さく、かつランナー１２とリードフレーム１のランナー部３０との密着面積に対してランナー打ち抜きパンチ穴１８が占める面積割合が２／８以上７／８以下の面積となるような大きさで形成されている。そして、特に本発明においては、ランナー１２に充填されている封止樹脂１１とリードフレーム１のランナー部３０との密着力を下げるために、後述するように、リードフレーム１のランナー部３０が、リードフレーム１のランナー部３０以外の部分よりも、その表面粗さが小さくなるように形成されている。

この樹脂封止型半導体装置用のリードフレーム１について、図１を参照しながらさらに詳しく説明する。
図１（ａ）に示すように、リードフレーム１は、本体を構成する下地金属が銅（Ｃｕ）層２０よりなるものであり、この銅層２０上に、ニッケル（Ｎｉ）層２１とパラジウム（Ｐｄ）層２２とが下地めっき層として形成され、さらにこの上に最外層を構成する金（Ａｕ）層２３が積層されて形成されており、最外層は金層２３である。この金層２３があるために、リードフレーム１と封止樹脂１１との密着性が向上されており、封止樹脂１１がリードフレーム１から剥離して封止樹脂１１にクラックを生じたり水分が内部に侵入したりして気密性が阻害されることが防止されている。

しかしながら、この金層２３によるリードフレーム１と封止樹脂１１との密着性の向上によって、従来のリードフレーム１では、樹脂封止工程においてランナー部３０に残った樹脂を除去する際に、リードフレーム１からランナー１２が剥がれ難くなり、ランナー除去の際にリードフレーム１のランナー部３０やその近傍箇所（いわゆる中間枠や外枠）が変形することがあった。これに対処すべく、本発明では、図１（ｃ）に示すように、ランナー１２に臨むリードフレーム１のランナー部３０での表面粗さが、リードフレーム１のランナー部３０以外の部分よりも小さく形成されている。

ここで、上記のように、リードフレーム１のランナー部３０の表面粗さを、リードフレーム１のランナー部３０以外の部分よりも小さくする工法について説明する。
上述したように、リードフレーム１は、本体を構成する下地金属が銅（Ｃｕ）層２０よりなるものであり、その本体上に、下地めっき層である、ニッケル（Ｎｉ）層２１とパラジウム（Ｐｄ）層２２と最外層を構成する金（Ａｕ）層２３とが順に構成されている。この金層２３があるために、リードフレーム１と封止樹脂１１との密着性が向上し、樹脂封止工程においてランナー１２の樹脂を除去する際に、リードフレーム１のランナー部３０と封止樹脂１１との密着が強くてリードフレーム１からランナー１２が剥がれ難くなり、ランナー除去の際にリードフレーム１のランナー部３０近傍の外枠と中間枠が変形することがある。このような不具合を防止する従来の手法として、リードフレーム１のランナー部３０に特殊加工（部分めっき、テープ、レーザー）を施してランナー１２を引き剥がし易くしている工法も提案されているが、この種の工法では、工法を行うこと自体が困難であったり、前記特殊加工を行うために現状の生産設備の改造を施さなければならず、多大な設備コストの増加を強いられるという問題を生じたりし、また、リードフレーム本体の材質が変わってしまうため、従来の材質での耐久性を確実には得られなくなる可能性もある。

これらの課題や問題に対処すべく、本発明においては、銅（Ｃｕ）層２０上に、下地めっき層である、ニッケル（Ｎｉ）層２１とパラジウム（Ｐｄ）層２２と最外層を構成する金（Ａｕ）層２３とが順に形成した後に、従来のような特殊加工（部分めっき、テープ、レーザー）を施すのではなくて、リードフレーム１のランナー部３０にプレス加工を施す。すなわち、図１（ｂ）に示すように、リードフレーム１のランナー部３０に対して、プレス面３１、３２がそれぞれ平坦である上型３３と下型３４とを用いて押圧してプレス加工し、ランナー部３０の表面をより平坦面に近づけて、表面粗さ（すなわち凹凸状態）が金層２３の形成時（図１（ａ）参照）よりも小さくなるようにしている。

このリードフレーム１によれば、ランナー部３の表面粗さが、リードフレーム１のランナー部３０以外の表面粗さよりも小さく、ランナー部３０の表面における凹凸が小さくなるため、樹脂封止後のランナー部３０と封止樹脂１１との密着力が小さくなり、この結果、リードフレーム１のランナー部３０やこの近傍箇所（外枠や中間枠の部分）を変形させることなくランナー１２を打ち抜くことができ、後工程で機械の自動搬送ができなくなるなどの不具合が発生することを防止でき、その後の自動搬送を良好に行うことができて作業能率が向上する。

また、このリードフレームの製造方法によれば、部分めっきなどの特殊加工工程を必要とせず、リードフレームの製造に一般的に用いられているプレス加工などを用いるだけで済むため、現状の生産設備の改造を施さないでも済み、生産設備の追加を最小限で済ますことができる。また、特にプレス加工によりランナー部の表面粗さを小さくすることで、ランナー部の表面粗さを小さくする作業を極めて容易かつ能率的に行うことができて、作業能率も良好である。

なお、上記実施の形態では、リードフレーム１のランナー部３０だけがプレス加工されて、リードフレーム１のランナー部３０以外の全ての部分より表面粗さが小さくなるように形成されている場合を述べたが、これに限るものではなく、少なくともリードフレーム１のランナー部３０を含む領域が概略的にプレス加工されて表面粗さが小さくなるようにすればよい。すなわち、リードフレーム１からランナー１２を引き剥がす際に、リードフレーム１において最終的に樹脂が封止される樹脂封止部においては確実に封止樹脂が密着するようにプレス加工されず、金層形成時の表面粗さが保持されるように構成する一方、ランナー１２の封止樹脂１１はリードフレーム１のランナー部３０から良好に離反できるようにプレス加工して表面粗さが小さくなるように形成すればよく、リードフレーム１の樹脂封止部やランナー部３０以外の箇所については、その後のランナー１２離反の際の密着度に影響を及ぼさないので、プレス加工を行わなくても、行っても何れでもよい。

なお、リードフレーム１のランナー部３０の表面粗さを小さくする手法としては、上述したようなプレス加工では、リードフレーム１のランナー部３０を一度に加工できるので、作業能率が特に良好である利点がある、これに限るものではなく、これ以外の工法によって、リードフレーム１のランナー部３０の表面粗さを小さくしてもよい。

なお、上記の実施の形態においては、銅層２０に、下地めっき層である、ニッケル層２１とパラジウム層２２と最外層を構成する金層２３とが順に形成されている場合を述べたが、これに限るものではなく、最外層が金層２３である各種のリードフレーム１に対応できることはもちろんであり、最外層が金層２３以外であっても、最外層が封止樹脂に対して密着性が優れている金属に対しても適用可能である。

また、上記の実施の形態においては、図１（ａ）〜（ｃ）において、リードフレーム１の片面だけに、ニッケル層２１、パラジウム層２２、金層２３が形成されている場合を簡略的に図示したが、これに限るものではなく、両面にこれらのめっき層などの層が形成されているものにも適用できることは申すまでもない。

本発明は、樹脂封止型半導体装置に用いるとともに最外層に金層を有するリードフレームおよびその製造方法として特に有用であるが、最外層が金層以外の、封止樹脂に対して密着性が優れている金属に対しても適用可能である。

（ａ）〜（ｃ）は、リードフレームの製造工程をそれぞれ示す拡大断面図 （ａ）は、半導体装置の樹脂封止前の状態を示す平面図、（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’線矢視断面図 （ａ）は、半導体装置の樹脂封止後の状態を示す平面図、（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ’線矢視断面図 上下の封止型により半導体装置を樹脂封止した状態を示す断面図 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれランナーに対するランナー打ち抜き工程をそれぞれ示す（（ａ）はランナー打ち抜き前、（ｂ）は同時打ち抜き後、（ｃ）は時差打ち抜き後）断面図 従来のリードフレームの拡大断面図

符号の説明

１ リードフレーム
２ アウターリード
３ インナーリード
４ ダムバー
５ 吊りリード
６ ダイパット
７ 半導体素子
８ 電極パット
９ 金属細線
１０ 接着ペースト
１１ 封止樹脂
１２ ランナー
１３ ゲート
１４ ポット
１５ 上封止型
１６ 下封止型
１７ プランジャー
１８ ランナー打ち抜きパンチ穴
１９ ランナー打ち抜きパンチ歯
２０ 銅（Ｃｕ）層
２１ ニッケル（Ｎｉ）層
２２ パラジウム（Ｐｄ）層
２３ 金（Ａｕ）層
３０ ランナー部
３１、３２ プレス面
３３ 上型
３４ 下型

Claims (5)

1. 半導体素子が搭載され、封止樹脂により覆われる樹脂封止部と、この樹脂封止部に封止樹脂を導くランナーに臨むランナー部とを有する樹脂封止型半導体装置用のリードフレームであって、前記ランナー部の表面粗さが、前記樹脂封止部の表面粗さよりも小さいことを特徴とする樹脂封止型半導体装置用のリードフレーム。
2. ランナー部とランナー部以外の部分とが同じ材質で形成されていることを特徴とする請求項１記載の樹脂封止型半導体装置用のリードフレーム。
3. 銅系の材料からなる下地金属に、下地めっき層であるニッケル層およびパラジウム層と、最外層を構成する金層とが形成されて、リードフレームが構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の樹脂封止型半導体装置用のリードフレーム。
4. 厚みが７５μｍ以上で１５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の樹脂封止型半導体装置用のリードフレーム。
5. リードフレームの最外層に金層を形成した後に、リードフレームのランナー部を平坦面でプレス加工することにより、ランナー部の表面粗さを金層の形成時の表面粗さよりも小さくすることを特徴とする樹脂封止型半導体装置用のリードフレームの製造方法。

Images