JP2007258515A

JP2007258515A - 半導体装置およびその製造方法

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Publication number: JP2007258515A
Application number: JP2006082123A
Authority: JP
Inventors: Naoto Kimura; 直人木村
Original assignee: NEC Electronics Corp
Current assignee: NEC Electronics Corp
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2006-03-24
Publication date: 2007-10-04

Abstract

【課題】ボンディング時に発生する熱応力を緩和することが可能な半導体装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】半導体装置１は、半導体チップ９０が載置されたアイランド１０と、アイランド１０に連結されて当該アイランド１０を保持するとともに、一部が屈曲した吊ピン２０と、吊ピン２０の屈曲した部分である屈曲部２２上に設けられた樹脂３０（第１の樹脂）と、半導体チップ９０を封止する樹脂４０（第２の樹脂）と、を備えている。ここで、樹脂３０は、樹脂４０よりも高いガラス転移点温度を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法に関する。

従来の半導体装置としては、例えば特許文献１〜３に記載されたものがある。これらの文献に記載された半導体装置は、半導体チップが載置されるアイランドを有している。特許文献１に記載の半導体装置においては、図１２に示すように、２枚のアイランド１０１が重ねて接合され、それらのアイランド１０１からボンディング用ステッチ１０２が張り出している。アイランド１０１は、吊ピン１０３によって保持されている。

特許文献２に記載の半導体装置においては、図１３に示すように、アイランド２０１の一部が切り取られており、それにより生じた隙間にインナーリード２０２が入り込んでいる。アイランド２０１は、吊ピン２０３によって保持されている。

特許文献３に記載の半導体装置においては、図１４に示すように、アイランド３０１に複数のスリット３０２が形成されている。アイランド３０１は、吊ピン３０３によって保持されている。
特開平３−２７６７４７号公報特開平４−１７４５４８号公報特開平５−１１４６８８号公報

ところで、アイランドの保持は、吊ピン方式、すなわち細い形状の部材（吊ピン）を介してアイランドをリードフレームの外枠に固定するという方式により行われることが一般的である。しかしながら、かかる方式により保持されたアイランドは、ボンディング時の加熱によって熱膨張し、その膨張力に対する反作用の力をリードフレーム外枠から吊ピンを介して受ける。すると、その反作用の力により、アイランドが持ち上がってしまうことがある。このようにアイランドが持ち上がると、ボンディングに要する力が低下し、それによりボンディングが困難になってしまう。この問題は、熱膨張率が比較的高い材料である銅やアルミニウムをリードフレームの材料として使用する場合に、鉄を使用する場合よりも顕著に表れる。

したがって、ボンディング時に発生する熱応力を緩和することは重要である。この点、特許文献１〜３の半導体装置には、熱応力の緩和という面で向上の余地がある。これらのうち特許文献３の半導体装置では、アイランドにスリットを形成することにより、熱応力の緩和を図っている。ところが、スリットが半導体チップの下に位置しているため、アイランドに半導体チップを接合すると、接着剤の接合力と半導体チップの剛性とによってスリットの熱応力緩和機能が阻害されてしまう。

本発明による半導体装置は、半導体チップが載置されたアイランドと、上記アイランドに連結されて当該アイランドを保持するとともに、一部が屈曲した吊ピンと、上記吊ピンの屈曲した部分上に設けられた第１の樹脂と、上記半導体チップを封止する第２の樹脂と、を備え、上記第１の樹脂は、上記第２の樹脂よりも高いガラス転移点温度を有することを特徴とする。

この半導体装置においては、吊ピンの一部が屈曲している。このため、この屈曲した部分（屈曲部）により、ボンディング時に発生する熱応力が緩和される。さらに、屈曲部上に第１の樹脂が設けられているため、吊ピンを細くしても充分な保持力を維持することが可能である。吊ピンを細くすることは、吊ピンによる熱応力緩和効果の増大に資する。また、第１の樹脂のガラス転位温度が封止樹脂である第２の樹脂のそれよりも高いため、第１の樹脂の弾性率を高く保ったまま、すなわち第１の樹脂のガラス転位温度よりも低い封入温度で樹脂封止を行うことが可能である。

また、本発明による半導体装置の製造方法は、アイランドと、アイランドに連結されて当該アイランドを保持するとともに、一部が屈曲した吊ピンと、を有するリードフレームを準備する工程と、上記アイランド上に半導体チップを載置する工程と、上記吊ピンの屈曲した部分上に、第１の樹脂を塗布する工程と、上記第１の樹脂を塗布する工程よりも後に、上記アイランド上に載置された上記半導体チップを第２の樹脂で封止する工程と、を含み、上記第１の樹脂は、上記第２の樹脂よりも高いガラス転移点温度を有することを特徴とする。

この製造方法においては、一部が屈曲した吊ピンを有するリードフレームを準備する。このため、この屈曲した部分（屈曲部）により、ボンディング時に発生する熱応力が緩和される。さらに、屈曲部上に第１の樹脂を塗布するため、吊ピンを細くしても充分な保持力を維持することが可能である。吊ピンを細くすることは、吊ピンによる熱応力緩和効果の増大に資する。また、第１の樹脂のガラス転位温度が封止樹脂である第２の樹脂のそれよりも高いため、第１の樹脂の弾性率を高く保ったまま、すなわち第１の樹脂のガラス転位温度よりも低い封入温度で樹脂封止を行うことが可能である。

本発明によれば、ボンディング時に発生する熱応力を充分に緩和することが可能な半導体装置およびその製造方法が実現される。

以下、図面を参照しつつ、本発明による半導体装置およびその製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明による半導体装置の一実施形態を示す平面図である。また、図２は、同半導体装置を示す側面図である。半導体装置１は、半導体チップ９０が載置されたアイランド１０と、アイランド１０に連結されて当該アイランド１０を保持するとともに、一部が屈曲した吊ピン２０と、吊ピン２０の屈曲した部分である屈曲部２２上に設けられた樹脂３０（第１の樹脂）と、半導体チップ９０を封止する樹脂４０（第２の樹脂）と、を備えている。ここで、樹脂３０は、樹脂４０よりも高いガラス転移点温度を有する。

また、半導体装置１は、ワイヤボンディングにより半導体チップ９０と電気的に接続されたリード端子５０を備えている。すなわち、半導体チップ９０の電極９２とリード端子５０とは、ワイヤ８２によって互いに接続されている。なお、図２の側面図においては、手前側のリード端子５０およびワイヤ８２の図示を省略している。

樹脂３０のガラス転移点温度は、上記ワイヤボンディングの際のボンディング温度よりも低い。樹脂３０のガラス転移点温度は、１８０℃よりも高く、且つ２００℃よりも低いことが好ましい。樹脂３０は、例えばエポキシ樹脂である。

吊ピン２０の幅は、アイランド１０の厚み以下であることが好ましく、例えば１２５μｍ以下であることが好ましい。ここで、吊ピン２０の幅は、図１に示すように、吊ピン２０を平面視したときの幅Ｗ１を指している。この幅Ｗ１が吊ピン２０全体で一律でないときは、その平均値を吊ピン２０の幅とする。本実施形態において吊ピン２０の全体は、図１からわかるように、平面視で半導体チップ９０が設けられていない領域に設けられている。

図３を参照しつつ、屈曲部２２の構造をより詳細に説明する。本実施形態において屈曲部２２は、アイランド１０の近傍に設けられている。屈曲部２２は、第１の部分２２１と、第１の部分２２１に沿って延びる第２の部分２２２と、第１の部分２２１と第２の部分２２２とを接続する第３の部分２２３と、を含んでいる。これら第１、第２および第３の部分２２１〜２２３は、一体に形成されている。第１の部分２２１と第２の部分２２２との間には、間隙Ｇ１が存在する。この間隙Ｇ１の幅は、後述する半導体装置１の製造の際に屈曲部２２に塗布された樹脂３０が間隙Ｇ１を通って下に落ちるのを防げる程度に狭いことが好ましい。

図４〜図９を参照しつつ、本発明による半導体装置の製造方法の一実施形態として、半導体装置１の製造方法の一例を説明する。これらの図のうち、図５および図６はそれぞれ、同一の工程を示す平面図および側面図である。また、図７および図８もそれぞれ、同一の工程を示す平面図および側面図である。

まず、アイランド１０、吊ピン２０およびリード端子５０を有するリードフレームを準備する（図４）。このリードフレームは、銅系合金を素材とし、エッチングやプレスにて所定の形状に形成されている。

次に、エポキシ系樹脂を主成分とし、銀粉を混入したマウント材をアイランド１０に塗布する。その後、アイランド１０上に半導体チップ９０を載置して、マウント材を加熱する。これにより、アイランド１０と半導体チップ９０とが互いに接合される。また、吊ピン２０の屈曲部２２上に、樹脂３０を塗布する（図５、図６）。本例においては、樹脂３０として上記マウント材を用いる。樹脂３０の塗布は、屈曲部２２の全体に行ってもよいし、一部に行ってもよい。また、樹脂３０の塗布は、アイランド１０の一部に掛かるように行ってもよい。

次に、半導体チップ９０の電極９２とリード端子５０とをワイヤボンディングにより接続する（図７、図８）。このときのボンディング温度は、樹脂３０のガラス転移点温度よりも高く、例えば２００℃〜３５０℃である。続いて、金型に搭載されたリードフレームおよび半導体チップ９０をプラスティック樹脂等の樹脂４０で封止する（図９）。このときの封入温度は、樹脂３０のガラス転移点温度よりも低く、例えば１７０℃〜１８０℃である。その後、リードフレームから製品部分を切り取り、リード端子５０を金型にて所定の形状に成形する。以上により、図１に示した半導体装置１が得られる。

本実施形態の効果を説明する。本実施形態においては、吊ピン２０の一部が屈曲して屈曲部２２となっている。このため、屈曲部２２により、ボンディング時に発生する熱応力が緩和される。さらに、屈曲部２２上に樹脂３０が設けられているため、吊ピン２０を細くしても充分な保持力を維持することが可能である。吊ピン２０を細くすることは、吊ピン２０による熱応力緩和効果の増大に資する。

また、樹脂３０のガラス転位温度が封止樹脂である樹脂４０のそれよりも高いため、樹脂３０の弾性率を高く保ったまま、すなわち樹脂３０のガラス転位温度よりも低い封入温度で樹脂封止を行うことが可能である。実際、上述の製造方法においては、樹脂３０のガラス転移点温度よりも低い封入温度で樹脂封止を行っている。この樹脂３０の固定力により、吊ピン２０は、封入時にアイランドに対して充分に高い保持力を発揮することができる。また、リードフレームを持ち運んだりする搬送時は常温なので、吊ピン２０は、搬送時にも高い保持力を有している。

もし、封入温度が樹脂３０のガラス転移点温度よりも高いと、封入時に樹脂３０の弾性率が低くなり、その固定力が弱まってしまう。すると、封入時の支えの力が小さくなるために、樹脂の注入圧力でアイランドが浮き上がったり沈んだりし、それによりワイヤ、半導体チップまたはアイランドが封止樹脂の外に露出するおそれがある。

ところで、特許文献３に記載された半導体装置においても、吊ピンの一部が屈曲している。しかしながら、その屈曲した部分に、半導体装置１における樹脂３０に相当する樹脂が塗布されていないので、保持力と応力緩和の柔軟性との両方を達成することはできない。つまり、保持力を確保するためには吊ピン幅を大きくする必要があるが、そうすると応力緩和効果が小さくなってしまう。充分な保持力が確保されないと、リードフレームの搬送時に、アイランド自体の重さや半導体チップの重さによって、アイランドが下に垂れたり横にずれたりし、それにより製品不良が発生するおそれがある。

樹脂３０のガラス転移点温度がボンディング温度よりも低いため、ボンディング時には、樹脂３０の弾性率が低くなる。これにより、吊ピン２０の保持力が一時的に低下し、その熱応力緩和効果が増大する。このため、アイランド１０が持ち上がるのを防止し、良好なボンディングを行うことができる。

吊ピン２０の幅がアイランド１０の厚み以下である場合、吊ピン２０による熱応力緩和効果が一層増大する。吊ピン２０の幅が１２５μｍ以下である場合も同様である。

吊ピン２０の全体が、平面視で半導体チップ９０が設けられていない領域に設けられている。これにより、アイランド１０の熱膨張による力を吊ピン２０の屈曲部２２に効率良く逃がすことができる。

屈曲部２２は、図３で説明したように、第１の部分２２１、第２の部分２２２および第３の部分２２３を含んでいる。これにより、熱応力の緩和に適した構造の屈曲部２２が実現されている。

本発明による半導体装置およびその製造方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、吊ピンの屈曲部の形状としては、図３で説明したものに限らず、様々な形状を採用することができる。例えば、屈曲部２２は、図１０に示すように、Ｕ字状をしていてもよい。あるいは、屈曲部２２は、図１１に示すように、複数の箇所で屈曲した形状をしていてもよい。これらの図１０および図１１は、図３と同様の部分を示している。

本発明による半導体装置の一実施形態を示す平面図である。図１の半導体装置を示す側面図である。図１の半導体装置の一部を示す平面図である。本発明による半導体装置の製造方法の一実施形態を示す工程図である。本発明による半導体装置の製造方法の一実施形態を示す工程図である。本発明による半導体装置の製造方法の一実施形態を示す工程図である。本発明による半導体装置の製造方法の一実施形態を示す工程図である。本発明による半導体装置の製造方法の一実施形態を示す工程図である。本発明による半導体装置の製造方法の一実施形態を示す工程図である。実施形態の一変形例を説明するための平面図である。実施形態の他の変形例を説明するための平面図である。特許文献１に記載の半導体装置を示す平面図である。特許文献２に記載の半導体装置を示す平面図である。特許文献３に記載の半導体装置を示す平面図である。

符号の説明

１半導体装置
１０アイランド
２０吊ピン
２２屈曲部
３０樹脂
４０樹脂
５０リード端子
８２ワイヤ
９０半導体チップ
９２電極
２２１第１の部分
２２２第２の部分
２２３第３の部分

Claims

半導体チップが載置されたアイランドと、
前記アイランドに連結されて当該アイランドを保持するとともに、一部が屈曲した吊ピンと、
前記吊ピンの屈曲した部分上に設けられた第１の樹脂と、
前記半導体チップを封止する第２の樹脂と、を備え、
前記第１の樹脂は、前記第２の樹脂よりも高いガラス転移点温度を有す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、
ワイヤボンディングにより前記半導体チップと電気的に接続されたリード端子を備え、
前記第１の樹脂のガラス転移点温度は、前記ワイヤボンディングの際のボンディング温度よりも低い半導体装置。
請求項１または２に記載の半導体装置において、
前記第１の樹脂のガラス転移点温度は、１８０℃よりも高く、且つ２００℃よりも低い半導体装置。
請求項１乃至３いずれかに記載の半導体装置において、
前記第１の樹脂は、エポキシ樹脂である半導体装置。
請求項１乃至４いずれかに記載の半導体装置において、
前記吊ピンの幅は、前記アイランドの厚み以下である半導体装置。
請求項１乃至５いずれかに記載の半導体装置において、
前記吊ピンの幅は、１２５μｍ以下である半導体装置。
請求項１乃至６いずれかに記載の半導体装置において、
前記吊ピンの全体は、平面視で前記半導体チップが設けられていない領域に設けられている半導体装置。
請求項１乃至７いずれかに記載の半導体装置において、
前記吊ピンの屈曲した部分は、第１の部分と、前記第１の部分に沿って延びる第２の部分と、前記第１および第２の部分を接続する第３の部分と、を含んでいる半導体装置。
アイランドと、アイランドに連結されて当該アイランドを保持するとともに、一部が屈曲した吊ピンと、を有するリードフレームを準備する工程と、
前記アイランド上に半導体チップを載置する工程と、
前記吊ピンの屈曲した部分上に、第１の樹脂を塗布する工程と、
前記第１の樹脂を塗布する工程よりも後に、前記アイランド上に載置された前記半導体チップを第２の樹脂で封止する工程と、を含み、
前記第１の樹脂は、前記第２の樹脂よりも高いガラス転移点温度を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
請求項９に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１の樹脂を塗布する工程よりも後に、ワイヤボンディングにより、前記アイランド上に載置された前記半導体チップと前記リードフレームのリード端子とを電気的に接続する工程を含み、
前記ワイヤボンディングは、前記第１の樹脂のガラス転移点温度よりも高いボンディング温度で実行される半導体装置の製造方法。