JP2009295832A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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敦 藤嶋
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Abstract

【課題】リードフレームの吊りリードを切断する際に樹脂のバリを残さない技術を提供する。
【解決手段】リードフレーム8のダム部11のプレス成形時に円弧部19が形成される外枠9の底面17に、ハーフエッチング処理により凹部18を形成し、この凹部18にモールド工程で樹脂を流し込んで、基板2(配線基板)の平面13上に搭載された半導体チップ14を覆う封止体5の側面21から突出する突出部20aを、リードフレーム8の吊りリード切断により切断除去できる厚さとなるように形成する。これにより、突出部20aは撓まない程度の剛性を有する剛体となり、吊りリード切断時にリードフレーム8の外枠9の重量により切断除去され、封止体5の側面21に樹脂のバリとして残らなくすることができる。
【選択図】図10

Description

本発明は半導体装置の製造方法に関し、特にLBGA(Low−profile Ball Grid Aray)パッケージの製造方法に適用して有効な技術に関する。
例えば特許文献1には、リードフレームを用いて製造するBGA(Ball Grid Aray)パッケージとして、LBGAと呼ばれるパッケージの製造方法が提案されている。LBGAでは、良品の基板のみをリードフレームに固定して用いることから歩留まりの向上を図ることができる。また、リードフレームを用いることから、QFP(Quad Flat Package)など異なるタイプのパッケージの製造装置を適用できる利点がある。
本願発明者は、このようなリードフレームにより基板が支持されたLBGA型の半導体装置について検討した。
LBGAの製造では例えば、まず吊りリードにより基板が支持されるとともに、吊りリード間に封止体形成時の樹脂の流出を阻止するダム部が設けられるリードフレームを準備する。次に、基板に半導体チップを搭載した後、基板と半導体チップの電極とをワイヤにより接続する。続いて、リードフレームを樹脂成形用の金型のキャビティ内に配置し、この金型に樹脂を流すことにより半導体チップを覆う封止体を形成した後、リードフレームを金型から出して基板の裏面にボール端子を形成する。
これにより、図18に示す封止体50のように、裏面からボール端子51が突出するとともに、側面からリードフレーム52のダム部53内に樹脂54が流れ込んだものが得られる。そして、リードフレーム52の吊りリード(図示せず)を切断する工程を経て、通常のBGAとほぼ同様の外観のパッケージが得られるようになっている。
リードフレーム52は一般に、プレス成形またはエッチング成形により形成される。プレス成形は、エッチング成形に比してコストの低減が図れるとともに、エッチング成形のようにエッチング条件やエッチング液の状態により品質がバラつく虞がなく品質の安定化を図れる利点がある。
特開2007−306037号公報
しかしながら、リードフレーム52をプレス成形により形成した場合には、図19(a)に示すように、プレス側の面の先端部にダレと呼ばれる円弧部55ができる。したがって、ダム部53では封止体50を形成する際に円弧部55と樹脂成形用の金型との間に隙間が生じ、この隙間に樹脂54が浸入してバリ56が発生する。
ここで、図19(b)に示すバリ56の厚さεは、リードフレーム成形用の金型の摩耗の程度により若干異なるものの、通常50μm以下と極めて薄い。したがって、バリ56は撓みやすく、吊りリードの切断時にリードフレーム52の重量がかかっても、切断除去することが困難であり、図19(b)に示すように、吊りリードの切断後にバリ56がパッケージに垂れ下がった状態で残ってしまうことがあった。
このバリ56は後の工程で製品上に落下して、例えばランドとボール端子51との間に挟まった場合にはオーブン不良を起こす等、顧客が製品を実装した際のトラブルの要因となる虞があった。
また、そのようなトラブルを回避するためには、バリ56を除去する工程を追加するとともに、バリ56が残っていないか外観検査を行う必要があり、付帯作業が増えて製造コストが嵩む問題があった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、リードフレームの吊りリードを切断する際に樹脂のバリを残さない技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
すなわち、本発明の半導体装置の製造方法は、(a)配線基板と、前記配線基板を支持する吊りリードと、樹脂成形時の樹脂の流出を阻止するダム部とが設けられ、プレス成形によって形成されたリードフレームを準備する工程と、(b)半導体チップの複数の電極と前記配線基板とを電気的に接続する工程と、(c)前記配線基板を有する前記リードフレームを樹脂成形金型のキャビティ内に配置し、その後、前記キャビティ内に樹脂を注入して前記半導体チップを覆う封止体と、前記封止体の側面から突出する突出部とを形成する工程と、(d)前記リードフレームの前記吊りリードを切断するとともに、前記突出部を切断除去する工程とを有し、前記突出部は、前記(c)工程において前記キャビティから前記樹脂が流出した際に前記リードフレームの前記ダム部によって形成されるとともに、前記(d)工程で切断除去される厚さを有するように形成する。
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
すなわち、封止体の側面から突出する突出部を、樹脂が流出した際にリードフレームのダム部によって、リードフレームの吊りリードを切断する工程で切断除去される厚さを有するように形成する。
これにより、突出部は撓まない程度の剛性を有する剛体となり、リードフレームの吊りリードを切断する工程でリードフレームの重量により切断除去され、樹脂のバリとして残らなくすることができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは原則として同一の符号を付すようにし、その繰り返しの説明は可能な限り省略するようにしている。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1の半導体装置の製造方法により製造されたパッケージ(半導体装置)を示す(a)は平面図、(b)は底面図、(c)は正面図である。図2(a)は本発明の実施の形態1の半導体装置の製造方法の概略を示すフロー図であり、(b)〜(g)はそれぞれの工程を示す概略図である。図3はリードフレームの平面図であり、図4はモールド工程を経たリードフレームの平面図である。図5は、ボールマウント工程を経たリードフレームの(a)は平面図、(b)は底面図である。
図1(a)〜(c)に示すように、パッケージ1は、平面視および底面視で方形状、図示の例では正方形状に形成され、基板(配線基板)2の底面3に一定間隔でボール端子4が形成されており、リードフレーム(図1では図示せず)を用いて製造されたLBGAパッケージである。
基板2上には半導体チップ(図1では図示せず)が搭載されており、この半導体チップは、熱硬化性樹脂(樹脂)であるエポキシレジンにより形成された封止体5により覆われて封止されている。
封止体5は、樹脂成形金型のキャビティに対応した形状に形成され、図1(c)に示すように、後述する吊りリードの厚さに対応する中央部6が最も広い幅であって、中央部6から上方向および下方向へ、それぞれ半導体チップおよび基板2の幅に合わせて傾斜状に幅が狭まる形状を成している。そして、図1(a)、(b)に示すように、吊りリードの切断により生じた隙間7を周方向に所定間隔で有している。
パッケージ1を製造するには、まず、図2(a)、(b)および図3に示すように、基板2が固定されたリードフレーム8を準備する工程を経る。
リードフレーム8は、図3に示すように、複数個、図示の例では4個の基板2をそれぞれ囲む方形状の外枠9をベースとして、銅等の金属材料をプレス成形することにより形成されたフレームである。
外枠9の各基板2の周囲には、所定間隔で吊りリード10が突出して形成され、基板2にそれぞれ接続されており、この吊りリード10により各基板2が支持されている。各吊りリード10の間には、封止体5を形成する樹脂成形時に、エポキシレジンの外枠9への流出を阻止するためのダム部11が設けられている。なお、リードフレーム8は、半導体製造装置のピンを挿し込む際などの便宜のために、図示の例では、各基板2の上辺側に1つおよび下辺側に2つずつ、位置決め用の孔部12が形成されている。
次に、図2(a)、(c)に示すように、基板2の平面13上に半導体チップ14を搭載し、接着剤などにより固定するダイボンディング工程を経る。そして、図2(a)、(d)に示すように、基板2の電極と半導体チップ14の電極(電極はいずれも図示せず)とを金線15等のワイヤにより電気的に接続するワイヤボンディング工程を経る。
以上の工程を経たリードフレーム8は、続いて、図示しない樹脂成形金型のキャビティ内に配置して、図2(a)、(e)および図4に示すように、半導体チップ14(図4では図示せず)を覆う封止体5を形成するモールド(封止)工程を経る。
樹脂成形金型は、上型と下型とを有する金型であり、モールド工程時にはエポキシレジンが硬化する温度に加熱した状態にある。そして、上型および下型のキャビティ内にエポキシレジンを注入して硬化反応により封止体5を形成する。図2(e)および図4に示すように、封止体5を形成することにより、図1に示したパッケージ1の外観形状がほぼ完成する。
次に、リードフレーム8を樹脂成形金型から出して、図5(a)、(b)に示すように、各基板2毎に個片化し、図2(a)、(f)および図5(b)に示すように、基板2の底面3にボール端子4を加熱接合等により形成するボールマウント工程を経る。最後に、図2(a)、(g)に示すように、吊りリード10を切断金型により切断する切断工程を経て外枠9を除去し、図1に示したパッケージ1が完成する。
続いて本発明の実施の形態1のダム部11の構造について説明する。図6(a)は本発明の実施の形態1の図3のA部を拡大して示す拡大平面図、(b)は(a)の底面図、図7(a)は図6(a)のC−C線に沿う断面図、(b)は図6(a)のD−D線に沿う断面図である。図8(a)は本発明の実施の形態1の図4のB部を拡大して示す拡大平面図、(b)は(a)の底面図、図9(a)は図8(a)のE−E線に沿う断面図、(b)は図8(a)のF−F線に沿う断面図である。図10(a)、(b)は、本発明の実施の形態1の突出部が切断除去される仕組みを説明する説明図である。
リードフレーム8は、図6(a)、(b)に示すように、外枠9から突出する吊りリード10の先端部16が、基板2を支持するために、この基板2の平面13上に配置されている。吊りリード10の部分では、図6(a)および図7(a)に示すように、プレス成形後に特別な処理はされていない。
一方、吊りリード10,10間に設けられたダム部11では、図6(b)および図7(b)に示すように、プレス成形後に、外枠9の底面17側に凹部18がハーフエッチング処理によって形成される。なお、図6(b)では、理解の便宜のため吊りリード10の見えない部分も点線により示してある。
外枠9の底面17は、プレス成形時のプレス側の面となっており、プレスにより図7(a)に示すように、先端部に円弧部19が形成されている。つまり、凹部18は、プレス成形時に円弧部19が形成されるプレス側の面に形成されている。
吊りリード10の部分では凹部18が形成されていないので、モールド工程においては、図8(a)および図9(a)に示すように、エポキシレジンにより封止体5のみが形成される。
一方、凹部18が形成されたダム部11では、モールド工程でエポキシレジンが凹部18内にも流れ込むため、図8(b)および図9(b)に示すように、封止体5の側面21から突出して凹部18の形状に対応した突出部20aが形成される。なお、図8(a)、(b)では、理解の便宜のため吊りリード10およびダム部11の見えない部分も点線により示してある。
突出部20aは、吊りリード10を切断する切断工程の際に、外枠9とともに除去される部分であるので、外枠9の重量により撓まずに切断除去できる厚さに形成する必要がある。したがって、突出部20aを形成する凹部18の図7(b)に示す深さαは、外枠9の厚さ(0.2mm程度)の半分以上の厚さである0.1mm以上とすることが好ましい。
また、凹部18の図7(b)に示す奥行きβは、安定したハーフエッチング処理を施すためには、外枠9の厚さ以上、つまり0.2mm以上とすることが好ましい。さらには、吊りリード10の切断時に外枠9の重量をかかりやすくして、より確実に突出部20aを切断除去可能とする観点からは、奥行きβは1mm以上とすることがより好ましい。なお、ハーフエッチング処理の条件やその際に用いるエッチング液としては、銅等の金属材料をエッチングする際に公知のものであれば特に限定されない。
このように、本発明の実施の形態1では、リードフレーム8のプレス成形後にダム部11にハーフエッチング処理を施して凹部18を形成しておき、この凹部18にモールド工程でエポキシレジンを流し込んで、突出部20aを吊りリード10の切断時に切断除去可能な厚みとなるように形成する。
したがって、突出部20aは撓まない程度の剛性を有する剛体となり、吊りリード10を切断する切断工程で、図10(a)、(b)に示すように、外枠9の重量が突出部20aにかかることで封止体5の側面21から切断除去され、樹脂のバリとして残らなくすることができる。
つまり、ダム部11では、外枠9の底面17側にハーフエッチング処理により凹部18を形成することで円弧部19を除去して、円弧部19と樹脂成形金型との隙間に、吊りリード10の切断とともに切断除去するのが困難な薄く撓みやすい樹脂のバリができることを防いでいる。そして、薄いバリの発生を防いだ上で、凹部18に突出部20aを形成して、この突出部20aを吊りリード10の切断とともに切断除去することで、封止体5の側面21に樹脂のバリが残らないようにしているのである。
これにより、後の工程でバリの落下によるパッケージ1実装時のトラブル発生を格段に少なくすることができる。バリが残らなければ、バリの有無についての外観検査や、バリを除去する工程が不要となり、付帯作業が増えることもない。つまり、リードフレーム8の準備からパッケージ1の完成までの時間を短縮することができる。
また、リードフレーム8のダム部11にハーフエッチング処理を施して凹部18を形成し、この凹部18に突出部20aを形成したので、パッケージ1の外形を変えずに製造することができるし、突出部20aの形成のために樹脂成形金型を削る必要もないという利点がある。
(実施の形態2)
図11(a)は本発明の実施の形態2の図3のA部を拡大して示す平面図、(b)は(a)の底面図、図12(a)は図11(a)のG−G線に沿う断面図、(b)は図11(a)のH−H線に沿う断面図である。図13は本発明の実施の形態2の樹脂成形金型における下型の要部を示す要部拡大斜視図、図14(a)は図13の平面図、(b)は(a)のI−I線に沿う断面図、(c)は(a)のJ−J線に沿う断面図である。図15(a)は本発明の実施の形態2の図4のB部を拡大して示す拡大平面図、(b)は(a)の底面図、図16(a)は図15(a)のK−K線に沿う断面図、(b)は図15(a)のL−L線に沿う断面図である。図17(a)、(b)は、本発明の実施の形態2の突出部が切断除去される仕組みを説明する説明図である。
本発明の実施の形態2では、実施の形態1と、突出部の形成方法およびその形状が異なる以外は同様であるので、同様の事項は可能な限り説明を省略する。
本発明の実施の形態2では、図11(a)、(b)および図12(a)、(b)に示すように、リードフレーム8自体には実施の形態1でダム部11に凹部18を形成したような特別な処理は施されていない。つまり、平面側および底面側のいずれの側でも、吊りリード10およびダム部11は同様の形状を成している。なお、図11(b)では、理解の便宜のため吊りリード10の見えない部分も点線により示してある。
他方、図13および図14(a)〜(c)に示すように、モールド工程で用いる樹脂成形金型の下型22は、図示しない上型と異なり、封止体5を形成するために設けられたキャビティ23とは別に、それぞれのダム部に対応する面に凹んだ段差部24が形成されている。
段差部24が形成されたダム部に対応する面は、図12(b)に示した外枠9の底面17、つまりリードフレーム8のプレス成形の際に円弧部19が形成された側のダム部11の面に対向する面である。
下型22の吊りリードに対応する面25には段差部24は形成されていないので、モールド工程においては、図15(a)および図16(a)に示すように、吊りリード10の部分ではエポキシレジンにより封止体5のみが形成される。
一方、段差部24にはモールド工程でエポキシレジンが流れ込むので、図15(b)および図16(b)に示すように、ダム部11では、封止体5の側面21から突出して段差部24の形状に対応した突出部20bが、円弧部19が形成された外枠9の底面17と対向して形成される。なお、図15(a)、(b)では、理解の便宜のため吊りリード10およびダム部11の見えない部分も点線により示してある。
突出部20bは、実施の形態1の突出部20aと同様に、吊りリード10の切断により外枠9とともに除去される部分であるので、外枠9の重量により撓まずに切断除去できる厚さに形成される。したがって、突出部20bを形成する段差部24の図14(c)に示す深さγは、0.1mm以上とすることが好ましい。また、実施の形態1の凹部18の奥行きβと同様の観点から、段差部24の図14(c)に示す奥行きδは1mm以上とすることが好ましい。
このように、本発明の実施の形態2では、下型22のダム部に対応する面を削って凹んだ段差部24を形成しておき、この段差部24にモールド工程でエポキシレジンを流し込んで、突出部20bを吊りリード10の切断時に切断除去可能な厚みとなるように、外枠9の底面17に対向して形成する。
したがって、突出部20bは撓まない程度の剛性を有する剛体となり、吊りリード10を切断する切断工程で、図17(a)、(b)に示すように、外枠9の重量が突出部20bにかかることで封止体5の側面21から切断除去され、樹脂のバリとして残らなくすることができる。
つまり、ダム部11では、円弧部19と下型22(樹脂成形金型)との隙間を突出部20bの形成域とすることで、吊りリード10の切断とともに切断除去するのが困難な薄く撓みやすい樹脂のバリができることを防いでいる。そして、薄いバリの発生を防いだ上で、突出部20aを吊りリード10の切断とともに切断除去することで、封止体5の側面21に樹脂のバリが残らないようにしているのである。
また、下型22のダム部に対応する面を削って凹んだ段差部24を形成したので、この段差部24に樹脂を流し込めば、リードフレーム8に特別な処理を施さなくても突出部20bを形成することができる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前記実施の形態では、パッケージ1は正方形状に形成されているが、これに限らず、方形状であれば他の形状であってもよい。
また、前記実施の形態では、基板2と半導体チップ14とは、金線15等のワイヤによるワイヤボンディングにより電気的に接続されているが、これに限らず、ワイヤを用いずに電極同士を直接接続するワイヤレスボンディングにより電気的に接続してもよい。
さらに、前記実施の形態では、リードフレーム8には4個の基板2が固定されているが、これに限らず、3個以下としてもよいし、5個以上としてもよい。
さらに、前記実施の形態では、熱硬化性樹脂としてエポキシレジンを用いているが、これに限らず、他の公知の熱硬化性樹脂を用いてもよい。
本発明は、半導体装置の製造方法に利用可能である。
本発明の実施の形態1の半導体装置の製造方法により製造されたパッケージ(半導体装置)を示す(a)は平面図、(b)は底面図、(c)は正面図である。 (a)は本発明の実施の形態1の半導体装置の製造方法の概略を示すフロー図であり、(b)〜(g)はそれぞれの工程を示す概略図である。 リードフレームの平面図である。 モールド工程を経たリードフレームの平面図である。 ボールマウント工程を経たリードフレームの(a)は平面図、(b)は底面図である。 (a)は本発明の実施の形態1の図3のA部を拡大して示す拡大平面図、(b)は(a)の底面図である。 (a)は図6(a)のC−C線に沿う断面図、(b)は図6(a)のD−D線に沿う断面図である。 (a)は本発明の実施の形態1の図4のB部を拡大して示す拡大平面図、(b)は(a)の底面図である。 (a)は図8(a)のE−E線に沿う断面図、(b)は図8(a)のF−F線に沿う断面図である。 (a)、(b)は、本発明の実施の形態1の突出部が切断除去される仕組みを説明する説明図である。 (a)は本発明の実施の形態2の図3のA部を拡大して示す平面図、(b)は(a)の底面図である。 (a)は図11(a)のG−G線に沿う断面図、(b)は図11(a)のH−H線に沿う断面図である。 本発明の実施の形態2の樹脂成形金型における下型の要部を示す要部拡大斜視図である。 (a)は図13の平面図、(b)は(a)のI−I線に沿う断面図、(c)は(a)のJ−J線に沿う断面図である。 (a)は本発明の実施の形態2の図4のB部を拡大して示す拡大平面図、(b)は(a)の底面図である。 (a)は図15(a)のK−K線に沿う断面図、(b)は図15(a)のL−L線に沿う断面図である。 (a)、(b)は、本発明の実施の形態2の突出部が切断除去される仕組みを説明する説明図である。 本発明者が検討した封止体を示す正面図である。 (a)、(b)は、樹脂のバリが残る仕組みを説明する説明図である。
符号の説明
1 パッケージ(半導体装置)
2 基板(配線基板)
3 基板の底面
4 ボール端子
5 封止体
6 中央部
7 隙間
8 リードフレーム
9 外枠
10 吊りリード
11 ダム部
12 孔部
13 基板の平面
14 半導体チップ
15 金線
16 吊りリードの先端部
17 外枠の底面
18 凹部
19 円弧部
20a 突出部
20b 突出部
21 封止体の側面
22 下型
23 キャビティ
24 段差部
25 吊りリードに対応する面
α 凹部の深さ
β 凹部の奥行き
γ 段差部の深さ
δ 段差部の奥行き

Claims (5)

  1. (a)配線基板と、前記配線基板を支持する吊りリードと、樹脂成形時の樹脂の流出を阻止するダム部とが設けられ、プレス成形によって形成されたリードフレームを準備する工程と、
    (b)半導体チップの複数の電極と前記配線基板とを電気的に接続する工程と、
    (c)前記配線基板を有する前記リードフレームを樹脂成形金型のキャビティ内に配置し、その後、前記キャビティ内に樹脂を注入して前記半導体チップを覆う封止体と、前記封止体の側面から突出する突出部とを形成する工程と、
    (d)前記リードフレームの前記吊りリードを切断するとともに、前記突出部を切断除去する工程とを有し、
    前記突出部は、前記(c)工程において前記キャビティから前記樹脂が流出した際に前記リードフレームの前記ダム部によって形成されるとともに、前記(d)工程で切断除去される厚さを有するように形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、前記リードフレームの前記ダム部の一方面側の先端部にハーフエッチング処理によって凹部を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 請求項2に記載の半導体装置の製造方法において、前記ダム部の前記一方面は前記リードフレームの前記プレス成形の際に円弧部が形成される側の面であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. 請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、前記樹脂成形金型は上型と下型とを有し、前記上型または前記下型の前記リードフレームの前記ダム部に対応する面に凹んだ段差部が形成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 請求項4に記載の半導体装置の製造方法において、前記上型または前記下型の前記段差部は前記上型または前記下型のうち、前記リードフレームの前記プレス成形の際に円弧部が形成された側の前記ダム部の面に対向する金型の面に形成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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