JP2010010634A - リードフレーム及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リードフレームの実装面に樹脂漏れ防止用のテープを貼着し、リードフレームの片面を一括樹脂封止する際に樹脂ばりを生じさせずに樹脂封止することができるリードフレームを提供する。
【解決手段】ダイパッド１２とダイパッド１２の辺に沿って配置されたリード１４とを備える単位フレーム部が、縦横に多数個連設されたリードフレーム４０であって、前記ダイパッド１２のワイヤボンディング位置となる周縁部の上面と、前記リード１４のワイヤボンディング位置となる上面との少なくとも一方に、段差１２ａ、１４ａが形成され、前記段差１２ａ、１４ａに、リードフレーム４０の表面と均一高さに、めっき１６が施されている。
【選択図】図１

Description

本発明はリードフレーム及び半導体装置の製造方法に関し、より詳細には表面実装型の半導体装置の製造に好適に用いられるリードフレーム及びこのリードフレームを用いた半導体装置の製造方法に関する。

リードフレームを用いた表面実装型の半導体装置には、QFN(Quad Flat Non-lead)パッケージのような、半導体素子１０を封止する樹脂５の実装面側に、リード１４の端面を露出させて形成される製品がある（図６）。この半導体装置に用いられるリードフレームは、ダイパッド１２とダイパッド１２を囲む配置に設けられたリード１４とを備える単位フレーム部分を、縦横に多数個連設して形成される。

このリードフレームを用いて半導体装置を製造するには、リードフレームに半導体素子を搭載し、リードフレームの半導体素子が搭載されている片面を全面にわたって一括樹脂封止した後、単位フレーム部分ごとに切断して個片の半導体装置とする。

この方法によって得られる半導体装置は、樹脂封止部の実装基板に対向する面にリードの端面（下面）が露出し、半導体素子と同等程度の小型のパッケージ（チップサイズパッケージ）として得られることが特徴である。また、リードフレームには、個々に半導体装置となる単位フレーム部が多数個形成されていることから、半導体装置を容易に量産できるという特徴がある。
特開２０００−３１３６６号公報 特開平７−１６１９０６号公報 特開昭５５−１３３５６１号公報

図７は、QFNタイプの半導体装置の製造に用いられるリードフレームの例を示す。図は、リードフレームの単位フレーム部１１の平面図を示す。リードフレームの単位フレーム部１１は、ダイパッド１２と、ダイパッド１２の各辺に沿って配置されたリード１４とを備え、ダイパッド１２は吊りリード１３を介してダムバー１５に支持され、リード１４もダムバー１５に支持される。
なお、ダイパッド１２の周縁部の上面とリード１４の前端部の上面にめっき１６が施されている。これらのめっき１６、ワイヤボンディング性を良好にするためのものであり、ダイパッドの周縁部に設けためっき１６は、接地用として半導体素子とダイパッド１２とを接続するためのものである。

半導体装置は、ダイパッド１２に半導体素子を接合し、半導体素子とリード１４あるいはダイパッド１２とをワイヤボンディングした後、リードフレームの片面を一括して樹脂封止し、個片に切断することによって得られる。図のＡ線位置が個片に切断する位置である。
リードフレームを樹脂封止する際には、樹脂漏れしないように、リードフレームの実装面の全面に樹脂漏れ防止用のテープ２０を貼着して樹脂封止する。図８は、リードフレームの実装面に樹脂漏れ防止用のテープ２０を熱圧着する例を示す。加熱ステージ３０ａと加熱プレート３０ｂとにより、リードフレームとテープ２０とを加熱しながら挟圧してテープ２０をリードフレームに貼着する。

この場合に、前述したように、ダイパッド１２の周縁部とリード１４の上面にめっき１６が施されていると、このめっき厚分がリードフレームの基材よりも厚くなることから、テープ２０をリードフレームに熱圧着する際に、ダイパッド１２の中央部付近（図のＢ部分）における加圧力が不十分となって接着力が弱まり、あるいは気泡を巻き込んで密着性が不十分になることがある。この結果、テープ２０を貼着したリードフレームを樹脂封止した際に、テープ２０とリードフレームとの隙間に樹脂ばりが生じて不良発生することがある。

本発明はこれらの課題を解消すべくなされたものであり、リードフレームの実装面に樹脂漏れ防止用のテープを貼着し、リードフレームの片面を全面にわたり一括樹脂封止する際に樹脂ばりを生じさせずに確実に樹脂封止することができるリードフレームおよびこれを用いた半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は次の構成を備える。
すなわち、本発明に係るリードフレームは、ダイパッドとダイパッドの辺に沿って配置されたリードとを備える単位フレーム部が、縦横に多数個連設されたリードフレームであって、前記ダイパッドのワイヤボンディング位置となる周縁部の上面と、前記リードのワイヤボンディング位置となる上面との少なくとも一方に、段差が形成され、前記段差に、リードフレームの表面と均一高さに、めっきが施されていることを特徴とする。
なお、ダイパッドの辺に沿って配置するリードの配置例としては、ダイパッドの４辺を囲む配置、２辺に対向して配置する例がある。ダイパッドとリードに形成するめっきは、ダイパッドとリードの双方に設けてもよいし、リードのみあるいはダイパッドのみに設けてもよい。

また、前記リードフレームは、前記リードフレームの実装面に、リードフレームを樹脂封止する際の樹脂漏れを防止するテープが貼着されて提供される場合もある。また、前記テープが、前記リードフレームの実装面に熱圧着されたリードフレームは、テープとリードフレームとの密着性が良好になり、リードフレームを樹脂封止した際に樹脂ばりが生じることを効果的に防止することができる。

また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、ダイパッドとダイパッドの辺に沿って配置されたリードとを備える単位フレーム部が、縦横に多数個連設され、実装面に樹脂漏れを防止するテープが貼着されたリードフレームを金型によりクランプし、リードフレームの半導体素子が搭載された片面を樹脂封止する工程と、リードフレームを樹脂封止した樹脂封止体を単位フレーム部ごとに切断して個片の半導体装置を形成する工程とを備え、前記リードフレームを樹脂封止する工程においては、前記ダイパッドのワイヤボンディング位置となる周縁部の上面と、前記リードのワイヤボンディング位置となる上面との少なくとも一方に、段差が形成され、前記段差に、リードフレームの表面と均一高さに、めっきが施されているリードフレームを使用し、該リードフレームの実装面にテープを貼着して樹脂封止することを特徴とする。
また、前記リードフレームの実装面にテープを熱圧着して樹脂封止することにより、樹脂ばりを生じさせないようにして樹脂封止することができる。

本発明に係るリードフレームおよびこのリードフレームを用いた半導体装置の製造方法によれば、リードフレームの実装面に樹脂漏れ防止用のテープを確実に貼着することができ、これによってリードフレームを樹脂封止した際に、樹脂ばりが生じることを防止し、半導体装置の製造歩留まりを向上させることができる。

以下、本発明に係るリードフレームおよびその製造方法について、図面とともに詳細に説明する。
（リードフレーム）
図１（ａ）は、QFNタイプのリードフレームについての一実施形態の構成を示す平面図である。図１（ａ）は、リードフレーム４０の一つの半導体装置となる単位フレーム部分を示す。実際のリードフレーム４０は、この単位フレーム部分を縦横に多数個連設して形成される。
図示例のリードフレーム４０は、図７に示したリードフレームとダイパッド１２およびリード１４を同一の平面配置に設けたものである。ダイパッド１２の各辺に沿って、前端部をダイパッド１２を対向させた向きとしてリード１４が配置され、ダイパッド１２の周縁部の上面とリード１４の前端部の上面にめっき１６が施されている。

本実施形態のリードフレーム４０において特徴的な構成は、リードフレーム４０のダイパッド１２の周縁部とリード１４にめっき１６を施した状態において、めっき１６と、リードフレーム４０の基材の表面とが均一の高さとなるようにしたことにある。
図１（ｂ）は、図１（ａ）に示したリードフレーム４０のC-C線断面図を示す。めっき１６とリードフレーム４０の表面とを均一高さにするため、ダイパッド１２の周縁部の上面とリード１４の前端部の上面に、めっき１６の厚さ分の段差１２ａ、１４ａを形成し、この段差１２ａ、１４ａにめっき１６を充填するように形成する。

このように、ダイパッド１２とリード１４に、めっき１６の厚さに相当する段差１２ａ、１４ａを形成し、この段差１２ａ、１４ａにめっきを施すことにより、リードフレーム４０は、めっき１６を施した部位を含めて均一の厚さになり、リードフレーム４０の実装面に確実に樹脂漏れを防止するテープ２０を貼着することが可能になる。

なお、図１に示すリードフレーム４０はQFNタイプのリードフレームの一例を示したものであり、ダイパッド１２やリード１４の大きさ、形状等が限定されるものではない。また、リードフレーム４０の基材には銅合金等が使用され、めっき１６としてAgめっき等が施される。また、本実施形態においては、ダイパッド１２の周縁部とリード１４の双方にめっき１６を施したが、リード１４のみにめっき１６を施すこともできる。

（リードフレームの製造方法）
上述したリードフレーム４０はダイパッド１２の周縁部の上面とリード１４の前端部の上面に段差１２ａ、１４ａを設け、段差１２ａ、１４ａにめっき１６を施して形成される。
図２は、リードフレーム４０のダイパッド１２とリード１４の前端部の上面に段差１２ａ、１４ａを形成する方法を示す。

図２（ａ）〜（ｄ）は、リードフレーム４０の基材をエッチングしてダイパッド１２とリード１４等をパターン形成した後、ハーフエッチングによってダイパッド１２の周縁部の上面とリード１４の前端部の上面に段差１２ａ、１４ａを形成する工程を示す。
図２（ａ）は、リードフレームの基材４０ａを示す。図２（ｂ）は、基材４０ａの両面をレジストにより被覆し、レジストを露光および現像して、基材４０ａの両面にレジストパターン５０、５１を形成した状態を示す。
レジストパターン５０、５１はリードフレーム４０に形成するダイパッド１２およびリード１４の平面パターンにしたがってパターニングするとともに、レジストパターン５０に基材４０ａの段差１２ａ、１４ａを形成する部位、すなわちダイパッド１２の周縁部とリード１４の前端部の上面となる部位に、基材４０ａの表面にまで通じるスリット孔５０ａを形成する。

図２（ｃ）は、レジストパターン５０、５１をマスクとして、基材４０ａをエッチングした状態を示す。レジストパターン５０、５１をマスクとして基材４０ａをエッチングすることによって、ダイパッド１２およびリード１４が所定のパターン（外形形状）に形成されるとともに、ダイパッド１２の周縁部と、リード１４の前端部に段差１２ａ、１４ａが形成される。
ダイパッド１２の周縁部とリード１４の前端部は、エッチング時にスリット孔１２ａ、１４ａから基材４０ａにエッチング液を進入しやすくさせ、基材４０ａの表面をエッチングして段差１２ａ、１４ａが形成させるために設けたものである。スリット孔にかえて基材４０ａの表面に通じる小孔を設けて、エッチングしてもよい。

このように、レジストパターンを形成する際に、リードフレームの表面に段差を形成しようとする部位にスリット孔あるいは小孔を形成して、リードフレームの基材をハーフエッチングする方法は、ダイパッド１２とリード１４をパターン形成する際に、同時に段差１２ａ、１４ａが形成できるという利点がある。この方法によれば、リードフレームをパターン形成した後に、ハーフエッチングを施して段差を形成するといった工程が不要になる。
なお、段差１２ａ、１４ａを形成するためのスリット孔や小孔の開口寸法、配置等については、基材４０ａの材質や、リード１４のパターン等に応じて適宜設計される。
図２（ｄ）は、レジストパターン５０、５１を除去した状態の断面図である。ダイパッド１２およびリード１４が所定パターンに形成され、ダイパッド１２の周縁部とリード１４の前端部の上面に段差１２ａ、１４ａが形成されている。

図３は、ダイパッド１２とリード１４に形成した段差１２ａ、１４ａ部分にめっき１６を施す方法を示す。
図３（ａ）は、ダイパッド１２とリード１４の外面をレジスト５２によって被覆した状態を示す。
図３（ｂ）は、レジスト５２を露光および現像し、ダイパッド１２とリード１４の段差１２ａ、１４ａが形成された部位のみを露出させたレジストパターン５２ａを形成した状態を示す。
図３（ｃ）は、レジストパターン５２ａをめっきレジストとして、たとえば電解銀めっきによりめっき１６を施した状態を示す。めっき１６の膜厚が段差１２ａ、１４ａと同程度となるようにめっきする。
図３（ｄ）は、レジストパターン５２ａを溶解除去した状態である。レジストパターン５２ａを除去することにより、ダイパッド１２の周縁部の上面と、リード１４の前端部の上面に形成した段差１２ａ、１４ａにめっき１６が施されたリードフレーム４０が得られる。

（半導体装置の製造方法）
図４は、上述した方法によって得られたリードフレーム４０の実装面（実装基板に対向する面）に、樹脂封止の際の樹脂漏れを防止するテープ２０を貼着する方法を示す。図８に示した方法と同様に、 リードフレーム４０の実装面側にテープ２０を配置し、加熱ステージ３０ａと加熱プレート３０ｂとにより、リードフレーム４０とテープ２０とを厚さ方向に挟圧しながら加熱して、テープ２０を熱圧着する。
テープ２０としては熱可塑性の樹脂テープ、たとえば、ポリイミドフィルムにアクリル系粘着材を設けたテープを使用する。

前述したように、本実施形態のリードフレーム４０は、めっき１６の上面とリードフレーム４０の上面とが均一高さ面となり、リードフレーム４０は全体として均一の厚さに形成されているから、加熱ステージ３０ａと加熱プレート３０ｂとによってリードフレーム４０とテープ２０とを挟圧すると、テープ２０の全面が平坦状にリードフレーム４０に押接され、テープ２０が確実にリードフレーム４０の実装面の全面に密着される。
このテープ２０をリードフレーム４０に熱圧着させる操作は、テープ２０を介してリードフレーム４０を加圧する操作によるから、めっき１６の表面がダイパッド１２とリード１４の表面位置と完全に一致している必要はない。めっき１６の表面位置が、ダイパッド１２やリード１４の表面と若干高さ位置が異なっていても、加圧時のテープ２０の緩衝作用によって吸収することができる。

リードフレーム４０の実装面にテープ２０を熱圧着させる場合には、テープ２０の全面に均等に熱伝導させることが、接着強度のばらつきなくテープ２０を貼着させる上で重要である。本実施形態においては、テープ２０の全面を均等に加圧することができるから、テープ２０の全面について接着強度のばらつきなく、確実にテープ２０を貼着することが可能となる。また、テープ２０をリードフレーム４０の実装面に貼着する際に、接着面に気泡が巻き込まれるといったことを防止し、熱圧着時に気泡が膨張して、テープ２０がリードフレーム４０から剥離するといった問題を防止することができる。
なお、テープを加熱することなく加圧のみによって樹脂漏れ防止用のテープを粘着する場合においても、テープ全体を均等に加圧してリードフレーム４０に貼着できることから、接着面に気泡を巻き込んだりすることなく、確実にテープをリードフレームに貼着することができる。

リードフレーム４０にテープ２０を貼着した後、リードフレーム４０に半導体素子１０を搭載する。ダイパッド１２に半導体素子１０を接合し、半導体素子１０とリード１４あるいはダイパッド１２とをワイヤボンディングすることにより、半導体素子１０とリード１４あるいはダイパッド１２とが電気的に接続される。ボンディングワイヤ１８は、リード１４あるいはダイパッド１２のめっき１６が形成された部位をボンディング位置としてボンディングする。

図５（ａ）は、樹脂封止装置を用いてリードフレーム４０に搭載された半導体素子１０を一括樹脂封止している状態を示す。リードフレーム４０を樹脂封止する際には、テープ２０が貼着されたリードフレーム４０を金型６０にセットし、金型６０、６１によってリードフレーム４０の周縁部をクランプした後、リードフレーム４０の半導体素子１０が搭載された面側に樹脂５を充填し、樹脂５を熱硬化させて樹脂封止する。

リードフレーム４０の実装面にテープ２０が貼着されていることにより、樹脂封止時にリードフレーム４０の実装面に樹脂５が回り込むことを防止して樹脂封止される。
リードフレーム４０の実装面にテープ２０を密着させて貼着させるのは、樹脂封止時における樹脂圧は相当に大きいから、テープ２０の密着性が不十分であると、リードフレーム４０とテープ２０との隙間に簡単に樹脂５が入り込み、樹脂ばりが生じてしまうためである。

樹脂ばりがリード１４とテープ２０との隙間に入り込むと、リード１４の露出面に樹脂ばりが付着したり、ダイパッド１２の実装面側の面に樹脂ばりが付着することになる。このようにリード１４やダイパッド１２の表面に樹脂ばりが付着すると、リード１４と実装基板との電気的接続が不確実になるといった問題が生じる。

本実施形態においては、リードフレーム４０の全面にテープ２０が確実に貼着されていることから、リードフレーム４０を樹脂封止する際に、リードフレーム４０とテープ２０との界面に樹脂５が進入して、樹脂ばりが発生するといった問題を確実に回避することができ、樹脂ばり等を発生させずに良好な樹脂封止を行うことができる。

図５（ｂ）は、リードフレーム４０を樹脂封止した後、樹脂封止体をリードフレーム４０の単位フレーム部ごとに切断して得られた半導体装置を示す。ダイパッド１２に接合された半導体素子１０が樹脂５によって封止され、実装基板に対向する実装面にリード１４の端面が露出する。
ダイパッド１２の周縁部の上面とリード１４のダイパッド１２に対向する前端部の上面にそれぞれ段差１２ａ、１４ａが形成され、段差１２ａ、１４ａにボンディング性を向上させるめっき１６が形成されている。
半導体装置の実装面に露出するリード１４を、実装基板に形成された接続パッドに、はんだ付け等によって接続することにより、実装基板に表面実装される。

上記実施形態のリードフレーム４０を用いることにより、ダイパッド１２やリード１４の露出面に樹脂ばりが発生することを防止することができ、信頼性の高い半導体装置として提供することができ、半導体装置の製造歩留まりを向上させることができる。

本発明に係るリードフレームの一実施形態の平面図（ａ）、および断面図（ｂ）である。 リードフレームの製造方法を示す断面図である。 リードフレームにめっきを施す方法を示す断面図である。 リードフレームにテープを貼着する方法を示す説明図である。 リードフレームを樹脂封止する状態を示す断面図（ａ）、樹脂封止して得られた半導体装置の断面図（ｂ）である。 QFNタイプの半導体装置の断面図である。 QFNタイプのリードフレームの平面図である。 QFNタイプのリードフレームにテープを貼着する従来方法を示す説明図である。

５ 樹脂
１０ 半導体素子
１１ 単位フレーム部分
１２ ダイパッド
１２ａ、１４ａ 段差
１４ リード
１６ めっき
１８ ボンディングワイヤ
２０ テープ
３０ａ 加熱ステージ
３０ｂ 加熱プレート
４０ リードフレーム
４０ａ 基材
５０、５１ レジストパターン
５０ａ スリット孔
５２ａ レジストパターン
６０、６１ 金型

Claims (5)

1. ダイパッドとダイパッドの辺に沿って配置されたリードとを備える単位フレーム部が、縦横に多数個連設されたリードフレームであって、
   前記ダイパッドのワイヤボンディング位置となる周縁部の上面と、前記リードのワイヤボンディング位置となる上面との少なくとも一方に、段差が形成され、
   前記段差に、リードフレームの表面と均一高さに、めっきが施されていることを特徴とするリードフレーム。
2. 前記リードフレームの実装面に、リードフレームを樹脂封止する際の樹脂漏れを防止するテープが貼着されていることを特徴とする請求項１記載のリードフレーム。
3. 前記テープが、前記リードフレームの実装面に熱圧着されていることを特徴とする請求項２記載のリードフレーム。
4. ダイパッドとダイパッドの辺に沿って配置されたリードとを備える単位フレーム部が、縦横に多数個連設され、実装面に樹脂漏れを防止するテープが貼着されたリードフレームを金型によりクランプし、リードフレームの半導体素子が搭載された片面を樹脂封止する工程と、
   リードフレームを樹脂封止した樹脂封止体を単位フレーム部ごとに切断して個片の半導体装置を形成する工程とを備え、
   前記リードフレームを樹脂封止する工程においては、前記ダイパッドのワイヤボンディング位置となる周縁部の上面と、前記リードのワイヤボンディング位置となる上面との少なくとも一方に、段差が形成され、前記段差に、リードフレームの表面と均一高さに、めっきが施されているリードフレームを使用し、該リードフレームの実装面にテープを貼着して樹脂封止することを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 前記リードフレームの実装面にテープを熱圧着して樹脂封止することを特徴とする請求項４記載の半導体装置の製造方法。

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