JP2008270690A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】めっきを施さなくても外部電極の端面に半田フィレットを安定して形成できる半導体装置を提供する。
【解決手段】２点鎖線２６に沿って、樹脂封止体２５における金属板２３の剥離面にＶ字の溝を形成する。Ｖ字型の溝の形成には、刃先がＶ字型であるブレード２７を使用する。次に、切断用ブレード２８を使用して、樹脂封止体２５を２点鎖線２６に沿って切断する。そして、一つの樹脂封止体２５が分割され、半導体装置１が完成する。
【選択図】図５

Description

本発明は、表面実装型の半導体装置に関する。

樹脂封止体の剥離面のＮｉ層に半田接続用のＳｎ−Ｐｂ層を成膜した後、樹脂封止体を分割する半導体装置が従来技術として知られている（特許文献１）。この半導体装置では、個片化した後にＳｎ−Ｐｂ層を成膜する必要がないので、半導体装置の製造コストが安くなる。
特開２００６−２７８９１４号公報

上記特許文献１に記載されている半導体装置では、外部電極の端面（樹脂封止体の切断面）には、Ｓｎ−Ｐｂ層は成膜されない。これにより、クリーム半田を利用して半導体装置を実装するとき、外部電極の端面にクリーム半田が密着せず、半田フィレットが形成されない場合がある。このため、半導体装置の接着強度が弱くなるという問題点がある。

（１）請求項１の発明は、半導体素子と、半導体素子と電気的に接続する外部電極とを備え、半導体素子と外部電極とが樹脂によって封止されている半導体装置であって、外部電極は、半導体装置の実装面に露出しており、外部電極の端面は、半導体装置の側面に露出しており、半導体装置の実装面と鈍角をなすことを特徴とする。
（２）請求項２の発明は、請求項１に記載の半導体装置において、外部電極は、電鋳により、またはリードフレームにより形成されることを特徴とする。
（３）請求項３の発明は、請求項１または２に記載の半導体装置において、面実装するために使用するクリーム半田ペーストに含まれる半田ボールの平均直径または最大直径をＲとし、外部電極の端面の幅をＬとし、外部電極の端面と半導体装置の実装面とのなす角度をθとした場合、Ｌ×ｓｉｎ（π−θ）≧Ｒの関係を有することを特徴とする。
（４）請求項４の発明は、請求項１または２に記載の半導体装置において、面実装するために使用するクリーム半田ペーストに含まれる半田ボールの平均直径または最大直径をＲとし、外部電極の端面の幅をＬとし、外部電極の端面と半導体装置の実装面とのなす角度をθとした場合、Ｌ×ｃｏｓ（π−θ）≧Ｒの関係を有することを特徴とする。
（５）請求項５の発明は、請求項１または２に記載の半導体装置において、半田を使用して半導体装置を基板に面実装したとき、半田の基板に対する接触角をθ１とした場合、外部電極の端面と半導体装置の実装面とのなす角度は、（π−θ１）以上であることを特徴とする。
（６）請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体装置において、外部電極の端面の表面は、外部電極の実装面側の表面より粗いことを特徴とする。

本発明によれば、めっきを施さなくても外部電極の端面に半田フィレットを安定して形成することができる。

本発明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の底面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。２は半導体素子、３は外部電極、４はダイパッドである。ダイパッド４には不図示のボンディング剤が塗布され、半導体素子２はダイパッド４の略中央に搭載されて固着される。

外部電極３およびダイパッド４は電鋳によって形成される。外部電極３およびダイパッド４は、主にＮｉからなり、外部電極３の実装面３ｂ側にはＳｎ−Ｐｂ層が、実装面３ｂと反対側（ボンディング面３ｃ）にはＡｇ層が形成される。Ａｇ層は、外部電極３とワイヤ５との接続強度を大きくするために形成される。Ｓｎ−Ｐｂ層は、半田と接続する際の濡れ性向上のために形成される。外部電極３およびダイパッド４におけるＮｉ層の厚さは５０〜８０μｍ、Ａｇ層の厚さは約２．５μｍ、Ｓｎ−Ｐｂ層の厚さは３〜２０μｍである。外部電極３の端面３ａは、半導体装置１の実装面１ａに対して鈍角をなすように形成される。半導体素子２と外部電極３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３およびダイパッド４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１の実装面１ａには、図１（ａ）に示すように、外部電極３およびダイパッド４が露呈している。

次に本発明の実施形態の半導体装置１の製造方法について、図２〜図５を参照して説明する。本発明の実施形態の半導体装置１の製造方法は、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、分割工程とからなる。

（イ）金属層形成工程
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板の金属薄板などからなる。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。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。

レジスト２２が塗布またはラミネートされた金属板２１にスズ−鉛合金めっきを行い、金属板２１の露出部分にＳｎ−Ｐｂ層を形成する。次に金属板２１にニッケルめっきを行い、Ｓｎ−Ｐｂ層の上にＮｉ層を形成する。さらに金属板２１に銀めっきを行い、Ｎｉ層の上にＡｇ層を形成する。以上のようにして、図２（ｃ）に示すように、金属板２１のレジスト２２に被覆されていない部分に金属層２３を形成する。そして、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３（ａ），（ｂ）を参照して説明する。
図３（ａ）に示すように、半導体素子２の搭載面に不図示のボンディング剤を塗布した後、半導体素子２をダイパッド４に搭載する。そして、ワイヤボンディングを行い、図３（ｂ）に示すように、半導体素子２と外部電極３とをワイヤ５によって電気的に接続する。

（ハ）樹脂封止工程
樹脂封止工程について、図３（ｃ）および図４を参照して説明する。
図３（ｃ）に示すように、樹脂封止工程では、金属板上の半導体素子２、ワイヤ５および金属層２３を樹脂２４で封止する。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２４が金型４１内に注入され、金属板２１に搭載された複数の半導体素子２などが一括に封止される。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。そして、熱処理を行い、樹脂２４を硬化させた後、金型４１を外す。

（ニ）金属板剥離工程
金属板剥離工程について、図３（ｄ）を参照して説明する。
樹脂封止が完了した後は、図３（ｄ）に示すように、樹脂２４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２５と呼ぶ。

（ホ）分割工程
分割工程について、図５（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。分割工程はダイヤモンドブレード・ダイシング法で行い、２点鎖線２６に沿って、樹脂封止体２５を分割する。

図５（ａ）のに示すように、２点鎖線２６に沿って、樹脂封止体５０における金属板２１の剥離面２５ａにＶ字の溝を形成する。Ｖ字型の溝の形成には、刃先がＶ字型であるブレード（面取り用Ｖ型ブレード）２７を使用する。ブレードのＶ字の刃先角が外部電極３の端面３ａの実装面１ａに対する鈍角を形成する角度に応じて決定される。図５（ｂ）に示すように、切断用ブレード２８を使用して、樹脂封止体５０を２点鎖線２６に沿って切断する。そして、図５（ｃ）に示すように、一つの樹脂封止体２５が分割され、半導体装置１が完成する。

次に図６を参照して、本発明の実施形態における半導体装置１のクリーム半田６３による回路基板６１の面実装について説明する。

図６（ａ）に示すように、回路基板６１にクリーム半田ペースト６２を塗布した後、半導体装置１をクリーム半田ペースト上に搭載する。半導体装置１を搭載すると、外部電極３の端面３ａと回路基板６１とによってクリーム半田ペースト６２は挟まれるので、図６（ｂ）に示すように、クリーム半田ペースト６２は外部電極３の端面３ａに接触する。

半導体装置１を搭載した後、回路基板６１をリフロー炉に通して熱処理すると、図６（ｃ）に示すように、クリーム半田ペースト６２は焼成され、クリーム半田６３になる。図６（ｄ）は、図６（ｃ）における外部電極３付近の拡大図である。図６（ｄ）に示すように、外部電極３は、外部電極３の実装面３ｂのみならず端面３ａにおいてもクリーム半田６３と接合する。したがって、半田フィレットが形成されることになり、半導体装置１の回路基板６１に対する接着強度は大きくなる。

比較のため、図７を参照して、従来の外部電極３の端面３ｄが実装面１ａと直角をなす半導体装置１Ａのクリーム半田６３による回路基板６１の面実装について説明する。

図７（ａ）に示すように、回路基板６１にクリーム半田ペースト６２を塗布した後、半導体装置１Ａをクリーム半田ペースト上に搭載する。半導体装置１Ａを搭載すると、図７（ｂ）に示すように、外部電極３の端面３ｄから離れてクリーム半田ペースト６２は盛り上がる。

半導体装置１Ａを搭載した回路基板６１をリフロー炉に通して熱処理すると、図７（ｃ）に示すように、クリーム半田ペースト６２は焼成され、クリーム半田６３になる。図７（ｄ）は、図７（ｃ）における外部電極３付近の拡大図である。図７（ｄ）に示すように、外部電極３は、外部電極３の実装面３ａのみでクリーム半田６３と接合しており、端面３ｄでは接合しない。したがって、半田フィレットは形成されず、半導体装置１の回路基板６１に対する接着強度はあまり大きくならない。

以上の実施形態による半導体装置１は次のような作用効果を奏する。
（１）外部電極３の端面３ａを半導体装置１の実装面１ａと鈍角をなすようにした。これにより、半田６３を使用して半導体装置１を面実装する場合、外部電極３の実装面３ｂのみならず端面３ａにおいても半田６３と接合する。したがって、外部電極３に半田フィレットが形成され、半導体装置１の接着強度が大きくなる。

また、図７に示すような従来の半導体装置１Ａにおいても、半田フィレットが形成される場合があるが、安定して形成されない。一方、本願発明の半導体装置１では、安定して半田フィレットが形成され、実装に対する信頼性が向上する。

外部電極３の端面３ｄに安定して半田フィレットを形成するために、半導体装置１Ａをバレルめっきする方法がある。しかし、この方法だと、バレルめっきにおける通電で半導体素子２を破損するおそれがある。本発明の実施形態では、そのようなバレルめっきを行わないので、半導体素子２が破損するおそれはない。

（２）刃先がＶ形状のブレード２７を使用して樹脂封止体２５にＶ字型の溝入れ加工をした後、樹脂封止体２５を完全に切断することによって、つまり、ベベルカットによって、外部電極３の端面３ａを半導体装置１の実装面１ａと鈍角をなすようにした。したがって、簡単に、外部電極３の端面３ａを半導体装置１の実装面１ａと鈍角をなすようにすることができる。

以上の実施形態の半導体装置１を次のように変形することができる。
（１）外部電極３の端面３ａを外部電極の実装面３ｂに比べて粗くするようにしてもよい。外部電極３の端面３ａは、Ｓｎ−Ｐｂ層によって被覆されていないので半田６３に対する濡れ性があまり良くない。このため、熱処理中に半田６３が端面３ａと接触していても端面３ａと半田６３との間の接合強度が弱い場合がある。しかし、端面３ａを粗くすることによって、くさび効果が発生するので、このような場合も端面３ａと半田６３との間の接合強度を大きくすることができる。

（２）クリーム半田ペースト６２には、図８（ｂ）に示すような半田ボール６２Ａが複数含まれている。この半田ボール６２Ａが溶融して半田６３となる。図８（ａ）に示すように、外部電極３の端面３ａの幅をＬとし、外部電極３の端面３ａと半導体装置１の実装面１ａとのなす角度をθとする。端面３ａの外部電極３の端面３ａに溶融した半田６３が接触しやすくするため、外部電極３の厚さ方向における端面３ａの高さ（Ｌ×ｓｉｎ（π−θ））の値は、クリーム半田ペースト６２に含まれる半田ボールの直径の平均値以上または最大値以上であることが好ましい。外部電極３の端面３ａの部分に半田ボール６２Ａが入り込めるようにするためである。たとえば、図８（ｂ）に示すように、半田ボール６２Ａの直径が３０μｍの場合、Ｌ×ｓｉｎ（π−θ）は３０μｍ以上であることが好ましい。

（３）外部電極の端面３ａに半田６３が接触しやすくするため、半導体装置１をクリーム半田ペースト６２上に搭載するとき、外部電極３の端面３ａと回路基板６１との間で、半田ボール６２Ａが挟み込まれることが好ましい。したがって、Ｌ×ｃｏｓ（π−θ）の値は、クリーム半田ペースト６２に含まれる半田ボールの直径の平均値以上または最大値以上であることが好ましい。たとえば、図８（ｂ）に示すように、半田ボール６２Ａの直径が３０μｍの場合、Ｌ×ｃｏｓ（π−θ）は３０μｍ以上であることが好ましい。

（４）図９（ａ）に示すように、外部電極３の端面３ａと半導体装置１の実装面１ａとのなす角度をθとする。図９（ｂ）に示すように、回路基板６１上の電極６１ａにクリーム半田ペースト６２を塗布し、リフロー炉などで熱処理した後の半田６３の回路基板６１に対する接触角をθ１とする。ここで、πの値と外部電極３の端面３ａと半導体装置１の実装面１ａとのなす角度θとの間の差分（π−θ）の値が半田６３の回路基板６１に対する接触角（θ１）以下であれば、溶融した半田６３は外部電極３の端面３ａに接触することになる。したがって、図９（ｃ）に示すように、（π−θ）の値がθ１以下の値であることが好ましい。つまり、外部電極３の端面３ａと半導体装置１の実装面１ａとのなす角度θの値が、πの値と回路基板６１に対する接触角（θ１）との間の差分（π−θ１）以上であることが好ましい。

（５）刃先がＶ形状のブレード２７を使用して樹脂封止体２５にＶ字型の溝入れ加工をした後、樹脂封止体２５を完全に切断することによって、外部電極３の端面３ａを半導体装置１の実装面１ａと鈍角をなすようにした。しかし、刃先がＶ形状のブレード２７の刃先部分のみで樹脂封止体２５を完全に切断することによって、外部電極３の端面３ａを半導体装置１の実装面１ａと鈍角をなすようにしてもよい。また、樹脂封止体２５を完全に切断した後、研磨で外部電極３の面取りを行うことによって、外部電極３の端面３ａを半導体装置１の実装面１ａと鈍角をなすようにしてもよい。さらに、図１０に示すように、金属板２１ＡにＶ字型の凸部１００を設けることによって、外部電極３の端面３ａを半導体装置１の実装面１ａと鈍角をなすようにしてもよい。

（６）本発明は、外部電極３が電鋳によって形成された半導体装置１に限定されず、リードフレームから外部電極を形成した半導体装置でもよい。リードフレームの表面にはめっきが施されているものの、リードフレームの切断面である外部電極（リード）の端面にはリードフレームの基体が表れるからである。このため、リードフレームの場合も外部電極の端面に半田が密着せず、半田フィレットが形成されない場合がある。リードフレームより形成された外部電極の端面と半導体装置の実装面とのなす角度を鈍角にすることによって、このような場合も半田フィレットを形成することができる。

以上の説明はあくまで一例であり、発明は、上記の実施形態に何ら限定されるものではない。

本発明の実施形態の半導体装置の構造を示す図である。 本発明の実施形態の半導体装置の製造方法における金属層形成工程を説明するための図である。 本発明の実施形態の半導体装置の製造方法における半導体素子実装工程と、樹脂封止工程と、金属板剥離工程とを説明するための図である。 本発明の実施形態の半導体装置の製造方法における樹脂封止工程を説明するための図である。 本発明の実施形態の半導体装置の製造方法における分割工程を説明するための図である。 本発明の実施形態の半導体装置の回路基板の面実装を説明するための図である。 従来の半導体装置の回路基板の実装を面説明するための図である。 外部電極の端面と半田ボールの直径との関係を説明するための図である。 外部電極の端面と半田の回路基板に対する接触角との関係を説明するための図である。 外部電極の端面の形成方法の変形例を説明するための図である。

符号の説明

１ 半導体装置
２ 半導体素子
３ 外部電極
３ａ，３ｄ 外部電極の端面
６，２４ 樹脂
２１，２１Ａ 金属板
２２ レジスト
２３ 金属層
２５ 樹脂封止体
２７ 刃先がＶ字型であるブレード
２８ 切断用ブレード

Claims (6)

1. 半導体素子と、
   前記半導体素子と電気的に接続する外部電極とを備え、
   前記半導体素子と前記外部電極とが樹脂によって封止されている半導体装置であって、
   前記外部電極は、前記半導体装置の実装面に露出しており、
   前記外部電極の端面は、前記半導体装置の側面に露出しており、前記半導体装置の実装面と鈍角をなすことを特徴とする半導体装置。
2. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記外部電極は、電鋳により、またはリードフレームにより形成されることを特徴とする半導体装置。
3. 請求項１または２に記載の半導体装置において、
   面実装するために使用するクリーム半田ペーストに含まれる半田ボールの平均直径または最大直径をＲとし、前記外部電極の端面の幅をＬとし、前記外部電極の端面と前記半導体装置の実装面とのなす角度をθとした場合、Ｌ×ｓｉｎ（π−θ）≧Ｒの関係を有することを特徴とする半導体装置。
4. 請求項１または２に記載の半導体装置において、
   面実装するために使用するクリーム半田ペーストに含まれる半田ボールの平均直径または最大直径をＲとし、前記外部電極の端面の幅をＬとし、前記外部電極の端面と前記半導体装置の実装面とのなす角度をθとした場合、Ｌ×ｃｏｓ（π−θ）≧Ｒの関係を有することを特徴とする半導体装置。
5. 請求項１または２に記載の半導体装置において、
   半田を使用して前記半導体装置を基板に面実装したとき、前記半田の前記基板に対する接触角をθ１とした場合、前記外部電極の端面と前記半導体装置の実装面とのなす角度は、（π−θ１）以上であることを特徴とする半導体装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体装置において、
   前記外部電極の端面の表面は、前記外部電極の実装面側の表面より粗いことを特徴とする半導体装置。

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