JP2010187182A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プリモールドタイプのパッケージにあってパッケージ本体の反り等の変形を防止する。
【解決手段】ＭＥＭＳチップ２がモールド樹脂体６に形成された凹部９内に収容されるとともに、凹部９が蓋体８により閉塞され、ＭＥＭＳチップ２以外の他の半導体チップ３がモールド樹脂体６内に埋設され、端子部は、他の半導体チップ３に接続されモールド樹脂体から一部が露出する外部接続用端子部と、ＭＥＭＳチップ２及び他の半導体チップ３の両方に接続された中継端子部２４とを有し、中継端子部２４は、ＭＥＭＳチップ２に接続された部分が凹部９内に露出され、他の半導体チップ３に接続された部分がモールド樹脂体６内に埋設されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、リードフレームの少なくとも一部をモールド樹脂体に埋設してなるパッケージ本体にＭＥＭＳチップを含む複数の半導体チップを収納して蓋体により覆ってなる半導体装置及びその製造方法に関する。

シリコンマイクや圧力センサ等の半導体装置は、中空のパッケージの中にマイクロフォンチップ等の半導体チップが収納されている。また、近年では、このマイクロフォンチップのような機械要素を有するセンサ等の半導体チップとして、マイクロマシニング技術を用いたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）構造の半導体チップが採用されている。
特許文献１に記載の半導体装置は、フラットの基板の上にＭＥＭＳ構造のマイクロフォンチップを含む複数の半導体チップが搭載され、その上からキャップ状に絞り加工された蓋体が被せられ、その下端が基板の表面に固定されている。この場合、蓋体は金属等の導電性材料によって形成され、その下端が基板上の導体に導電性接着剤によって固定されており、蓋体と基板上の導体とによって半導体チップの電磁シールドがなされるようになっている。

一方、この種の半導体装置として、リードフレームに樹脂をモールドして一体化したプリモールドタイプのパッケージを用いることにより、リードフレームを複数個マトリクス状に連続成形したリードフレーム連続成形体を形成して、パッケージ本体を複数個一括して製作することができ、材料コストの低減、生産性の向上を図ることができると考えられる。特許文献２及び３に記載の半導体装置は、このようなプリモールドタイプのパッケージを用いたものであり、半導体チップに接続されるリードフレームの一部がモールド樹脂に埋設状態とされるとともに、この半導体チップの回りを囲むように周壁部がモールド樹脂に一体に形成され、その周壁部の上に蓋体が固定されている。この場合、特許文献２記載のもののように、半導体チップはポッティング樹脂により封止される。

米国特許第６７８１２３１号明細書 特開平５−９５０７１号公報 特許第３６５２４８８号公報

ところで、このようなプリモールドタイプのパッケージにおいて、特許文献１記載の半導体装置のように半導体チップの回りを電磁シールドした構造とする場合、リードフレームを半導体チップの下方に配置し、その一部に、半導体チップの上方の蓋体を接触させる必要がある。このような構造とする場合、リードフレームに樹脂をモールドすると、そのモールド時に例えば１７０℃の高温となるため、リードフレームとモールド樹脂との熱膨張係数の違いにより、特許文献３に記載されるように、プリモールドしたパッケージ本体に反りなどの変形が生じ易い。特に、リードフレームを複数個連続状態に形成して、複数のパッケージ本体を一括して製作する場合に、顕著になる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、プリモールドタイプのパッケージにあってパッケージ本体の反り等の変形を防止することができる半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の半導体装置は、ＭＥＭＳチップを含む複数の半導体チップを搭載したパッケージ本体が、リードフレームと該リードフレームの一部を埋設状態としたモールド樹脂体とからなり、前記リードフレームに、前記半導体チップの下方に配置されるステージ部と、該ステージ部と間隔を開けて配置され前記半導体チップに接続された複数の端子部と、前記ステージ部に接続状態とされ前記モールド樹脂体の表面に露出した導通フレーム部とが形成され、該導通フレーム部に前記パッケージ本体に固着された導電性材料からなる蓋体が接続された半導体装置であって、前記複数の半導体チップは、前記ＭＥＭＳチップが前記モールド樹脂体に形成された凹部内に収容されるとともに、該凹部が前記蓋体により閉塞され、ＭＥＭＳチップ以外の他の半導体チップが前記モールド樹脂体内に埋設され、前記端子部は、前記他の半導体チップに接続され前記モールド樹脂体から一部が露出する外部接続用端子部と、前記ＭＥＭＳチップ及び前記他の半導体チップの両方に接続された中継端子部とを有し、該中継端子部は、前記ＭＥＭＳチップに接続された部分が前記凹部内に露出され、前記他の半導体チップに接続された部分が前記モールド樹脂体内に埋設されていることを特徴とする。

この半導体装置は、リードフレームの導通フレーム部と蓋体とを電気的接続状態として、これらリードフレームと蓋体とにより半導体チップを囲った状態とすることができ、内部の半導体チップを有効に電磁シールドすることができる。
この場合、プリモールドタイプのパッケージであるから、リードフレームよりもモールド樹脂体の方が熱膨張係数が大きく、そのため、モールド樹脂体の大きな収縮によって反り等の変形が生じ易い。一方、半導体チップはモールド樹脂体よりも熱膨張係数が小さい。このため、この半導体装置においては、複数の半導体チップのうち、機械要素を有するＭＥＭＳチップは凹部に収容するが、ＭＥＭＳチップ以外の他の半導体チップをモールド樹脂体に埋設状態とすることにより、モールド樹脂体の収縮を半導体チップによって拘束して、反り等の変形の発生を抑制するのである。この場合、モールド樹脂によって埋設したので、ポッティング工程を別途設ける必要がなく、作業性がよい。また、ポッティング樹脂に比べてモールド樹脂の方が硬質であるので、外力が作用したときの歪みの発生等も少なくなる。

すなわち、本発明の半導体装置の製造方法は、前記半導体装置を製造する方法であって、前記リードフレームを形成するリードフレーム形成工程と、前記リードフレームのステージ部に前記他の半導体チップを固定して前記外部接続用端子部及び前記中継端子部に接続状態とする第１の半導体チップ搭載工程と、前記他の半導体チップを搭載した状態のリードフレームに樹脂をモールドすることにより前記凹部を有する前記モールド樹脂体を形成するモールド工程と、前記モールド樹脂体の凹部に前記ＭＥＭＳチップを収容して該凹部内に露出している前記中継端子部に接続状態とする第２の半導体チップ搭載工程と、前記ＭＥＭＳチップの上方から前記凹部を閉塞するように前記モールド樹脂体に前記蓋体を固着する蓋体固着工程とを有することを特徴とする。

ＭＥＭＳチップ以外の他の半導体チップの搭載工程においては、樹脂のモールド前であるから、周囲が囲まれることなく広い空間で作業することができ、作業性がよい。この他の半導体チップも樹脂をモールドした後に搭載する場合であると、この半導体チップが搭載される部分のステージ部に樹脂のバリが生じるなどの問題があり、また、ダイボンド材が端子部の表面にまで流れ出して接触するおそれもあるが、リードフレームに半導体チップを搭載した後に樹脂をモールドするので、そのような不具合も解消できる。

また、本発明の半導体装置において、前記ＭＥＭＳチップがマイクロフォンチップとされ、前記他の半導体チップが制御回路チップとされ、前記蓋体又はパッケージ本体のいずれかに、前記凹部に連通する音響孔が形成されているものとすることができる。
この半導体装置においては、制御回路チップをポッティング樹脂で覆うのではなく、モールド樹脂によって埋設状態としたことにより、その埋設部分の容積を金型により正確に設定することができる。言い換えれば、埋設部分により形成される凹部の容積を正確に設定することができ、マイクロフォンとしての所望の音響特性をばらつきなく得ることができる。

本発明によれば、導通フレーム部を蓋体に電気的接続状態として、内部に収納される半導体チップの電磁シールドをすることが可能になるとともに、ＭＥＭＳチップ以外の他の半導体チップをモールド樹脂体に埋設状態としたことにより、モールド樹脂体の熱伸縮を半導体チップによって拘束して、反り等の変形の発生を抑制することができる。また、ポッティング樹脂でなくモールド樹脂によって埋設したので、ポッティング工程を別途設ける必要がなく、作業性がよいとともに、外力が作用したときの歪みの発生等も少なくなり、高い信頼性を維持することができる。

本発明に係る半導体装置の一実施形態を示し、蓋体を分離した状態の斜視図である。 図１の半導体装置の縦断面図である。 図１の半導体装置の裏面図である。 図１の半導体装置に用いられるリードフレーム連続成形体を展開して示す平面図である。 図４における展開したリードフレーム連続成形体の裏面図である。 図４の連続成形体のうちの１個のリードフレームを示す平面図である。 図６のリードフレームをプレス加工して制御回路チップを搭載した状態を示す平面図である。 図７のリードフレームを射出成形金型内に配置した状態を示す縦断面図であり、図７のＡ−Ａ線に沿う断面に相当する。 図７のリードフレームにモールド樹脂を一体成形してなるパッケージ本体を示す平面図である。 図９のパッケージ本体にマイクロフォンチップを搭載した状態を示す平面図である。 図１０のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 図１の半導体装置に用いられる蓋体連続成形体を示す平面図である。 本発明の他の実施形態の半導体装置を示す縦断面図である。

以下、本発明に係る半導体装置の一実施形態を図面を参照しながら説明する。
本実施形態の半導体装置１は、マイクロフォンパッケージであり、図１に蓋体を分離した状態の斜視図を示したように、半導体チップとしてＭＥＭＳ構造のマイクロフォンチップ２と制御回路チップ３との二つのチップが収納されている。また、そのパッケージ４は、リードフレーム５に箱型のモールド樹脂体６を一体成形してなるパッケージ本体７と、このパッケージ本体７の上方を閉塞する蓋体８とを備える構成とされ、両半導体チップのうち、制御回路チップ３はモールド樹脂体６内に埋設状態とされ、マイクロフォンチップ２は、モールド樹脂体６に形成した凹部９内に収容されている。
この半導体装置１は、リードフレーム５が複数並べられた状態で形成され、後述のように加工され、それぞれに半導体チップ２，３が搭載されて組み立てられた後に、個々に分離されたものである。

図４は外枠部１１の中にリードフレーム５を一定のピッチで並べて形成したリードフレーム連続成形体１２の展開状態を示しており、図５は、その裏面を示している。この展開状態のリードフレーム連続成形体についても、後述の折り曲げ加工後のリードフレーム連続成形体についても、各部の構成要素等には同一符号を付している。また、この明細書中では、１個単位のものをリードフレームと称しており、以下では図４の上下方向を縦方向、左右方向を横方向というものとする。また、図４中、符号１３は、後述するように蓋体８を取り付ける際等に金型のガイドピンを挿入するためのガイド孔を示しており、図示例では、外枠部１１の上下方向の両端部に一定のピッチで並んで配置されている（図には一方の端部におけるガイド孔のみ示している）。

各リードフレーム５は、図６に１個のリードフレームを示したように（この図６は展開状態のリードフレームを示している）、平板状のステージ部２０と、入力用、出力用の２個の外部接続用端子部２１，２２と、２個の中継用端子部２３，２４とが相互に間隔をあけて配置され、そのステージ部２０の両側部にそれぞれ連結フレーム部２５が接続されている。これら連結フレーム部２５は、ステージ部２０の側縁に沿って（縦方向に沿って）延在し、ステージ部２０の端部よりも外方に突出しており、両連結フレーム部２５の先端部の間に、ステージ部２０の外側に配置されるように横方向に沿う導通フレーム部２６及び補助フレーム部２７が相互に連結状態に形成されている。そして、これら導通フレーム部２６、補助フレーム部２７、ステージ部２０、各外部接続用端子部２１，２２及び中継用端子部２３，２４が全体として横長の矩形状をなすように配置されている。
ステージ部２０は、矩形状の一方の側部（図示例では右側部）は直線状に形成されるが、他方の側部（左側部）における両隅部の２箇所がそれぞれ矩形状に切り欠かれた形状とされている。この場合、その一方の切欠部２８はほぼ正方形状に形成され、他方の切欠部２９は横方向に長い長方形状に形成され、一方の切欠部２８に一つの外部接続用端子部２１が配置され、他方の切欠部２９に他の外部接続用端子部２２及び２個の中継用端子部２３，２４が配置されている。
これら端子部２１〜２４のうち、外部接続用端子部２１，２２は、ほぼ正方形状に形成され、中継用端子部２３，２４は、横方向に沿う短冊状に形成され、それぞれ切欠部２８，２９内でステージ部２０との間に一定の間隔をあけて配置され、補助フレーム部２７に、この補助フレーム部２７と直交するアーム部３０，３１を介して接続されている。なお、両中継用端子部２３，２４は、切欠部２９内に相互に平行に横方向に沿って配置され、それらの端部とアーム部３１とが直交して形成されている。

導通フレーム部２６は、長方形状の切欠部２９により残されたステージ部２０の端部と間隔をあけてこの端部の辺に沿って配置されている。また、この導通フレーム部２６の端部から屈曲部３２を介して外方に張り出すように補助フレーム部２７が連結され、この補助フレーム部２７が長方形状の切欠部２９に沿って横方向に延びて配置され、その端部に連結フレーム部２５が連結されている。したがって、これら導通フレーム部２６、屈曲部３２、補助フレーム部２７がステージ部２０の一方の端部の外側に配置され、これらの両端から直交する連結フレーム部２５がステージ部２０の両側部に接続されていることにより、これら導通フレーム部２６、屈曲部３２、補助フレーム部２７及び両連結フレーム部２５が、ステージ部２０のほぼ半分を囲むように構成されている。また、隣接するリードフレーム５においては、図４に示すように、連結フレーム部２５の長さ方向の途中位置どうしが図示例では２本の短尺のブリッジ部（連結部）３３によって連結状態とされている。

このように導通フレーム部２６、屈曲部３２、補助フレーム部２７及び両連結フレーム部２５が連結状態とされ、その両端部の連結フレーム部２５が隣接状態の両リードフレーム５間で相互に連結状態とされていることにより、図４に示すように、各リードフレーム５の一端部側に配置される導通フレーム２６、屈曲部３２、補助フレーム部２７及び連結フレーム部２５が一列に連なった状態とされ、その両端が外枠部１１に接続されている。そして、これら連結状態の導通フレーム２６、屈曲部３２、補助フレーム部２７及び連結フレーム部２５により、各リードフレーム５の一端部側を列に沿って連結状態として外枠部１１に支持する支持フレーム部３４が構成される。具体的には、この支持フレーム部３４には、その片側に、各リードフレーム５のステージ部２０が連結フレーム部２５を介して接続されるとともに、２個の外部接続用端子部２１，２２のうちの１個の端子部２２と両中継用端子部２３，２４とがそれぞれアーム部３０，３１を介して接続され、支持フレーム部３４の反対側に、隣接する他の列のリードフレーム５に属する１個の端子部２１がアーム部３０を介して接続されている。
なお、各端子部２１〜２４のアーム部３０，３１の基端部においては、補助フレーム部２７との接続部分の表面がハーフエッチングされ、補助フレーム部２７等の他の表面よりも低い凹状部３５とされている。

一方、このリードフレーム連続成形体１２の裏面は、図５にハッチングでハーフエッチング領域を示したように、ステージ部２０の大部分がハーフエッチングされている。すなわち、２個の外部接続用端子部２１，２２が配置されている側部（左側部）とは反対側のステージ部２０の側部の両隅部が両端子部２１，２２に対応して矩形状に残された状態で、他の部分が板厚の半分程度までハーフエッチングされた凹状部３６とされ、その残された両隅部が２個の端子部２１，２２とほぼ同じ形状の矩形状とされており、これら端子部２１，２２及びステージ部２０の両隅部の表面が外部接続面３７〜４０とされ、これら４個の外部接続面３７〜４０がリードフレーム５全体の四隅付近に配置されるようになっている。なお、各外部接続端子部２１，２２の表面が制御回路チップ３に接続される内部接続面４１，４２とされている。
また、両中継用端子部２３，２４は、その下面の全面がハーフエッチングされている。

そして、このリードフレーム連続成形体１２は、連結フレーム部２５及びアーム部３０，３１が、その両端部で折り曲げ変形され、支持フレーム部３４は外枠部１１と同一平面上に配置されるが、連結フレーム部２５及びアーム部３０，３１は、それぞれ導通フレーム部２６側の基端から先端に向けて下り勾配に傾斜して配置され、これらの先端に接続状態のステージ部２０と各端子部２１〜２４とは、支持フレーム部３４よりも低い位置で同一平面上に配置される。

このように加工されたリードフレーム連続成形体１２に対して、図４の二点鎖線で示すようにモールド樹脂体６を相互に連結状態とした一体構造のモールド樹脂成形体５０が形成される。
また、このモールド樹脂成形体５０には、両半導体チップのうち、制御回路チップ３が埋設状態とされ、マイクロフォンチップ２はモールド樹脂体６に形成した凹部９内に収容され、その凹部９を閉塞する蓋体８が固定されて、個々に分割されることにより、各リードフレーム５にモールド樹脂体６を一体化したパッケージ本体７と蓋体８とによりマイクロフォンチップ２及び制御回路チップ３を収納した半導体装置１が構成される。本発明では、このリードフレーム連続成形体１２にモールド樹脂成形体５０が一体に形成された状態のものをパッケージ本体連続成形体５１と称しており、複数のパッケージ本体７が相互に連結状態に形成される。

その１個ずつのパッケージ本体７の部分についての構造を図９により説明すると、このパッケージ本体７のモールド樹脂体６は、制御回路チップ３を埋設状態とした埋設部５２と、この埋設部５２に隣接して上方を開放状態とした凹部９を形成する底板部５３及び該底板部５３の周縁部から立設した周壁部５４とを備える構成とされ、その凹部９の底板部５３上にマイクロフォンチップ２が搭載されている。
制御回路チップ３は、埋設部５２の中で、ステージ部２０の上にダイボンド材５５によって固定され（図８参照）、両外部接続用端子部２１，２２の内部接続面４１，４２、ステージ部２０及び中継用端子部２３，２４にそれぞれボンディングワイヤ５６によって接続されている。
埋設部５２は、両外部接続用端子部２１，２２の下面の外部接続面３７，３８を除き、この外部接続用端子部２１，２２、制御回路チップ３及びそのボンディングワイヤ５６、ステージ部２０の半分及び中継用端子部２３，２４の半分、さらに連結フレーム部２５の一方（図９の左側部の連結フレーム部）を一括して埋設状態としており、その上端面は平坦面に形成されている。一方、凹部９には、その底板部５３内にステージ部２０の残りの半分が下面の外部接続面３９，４０を除き埋設状態とされるとともに、底板部５３の上面に、両中継用端子部２３，２４の残り半分が露出している。また、この凹部９に露出している中継用端子部２３，２４の回りを囲むように立ち上げ壁５７が底板部５３上にリブ状に突出して形成されている。この立ち上げ壁５７の高さは、凹部９に収容されるマイクロフォンチップ２の高さよりは低いが、マイクロフォンチップ２を固定するためのダイボンド材５８の塗布厚さよりも大きく、マイクロフォンチップ２の下方からダイボンド材５８がはみ出しても乗り越えられない程度の高さに設定される。

そして、この底板部５３の上に、マイクロフォンチップ２がダイボンド材５８によって固定され、底板部５３に露出状態とされている中継用端子部２３，２４にボンディングワイヤ５６によって接続される（図１０参照）。マイクロフォンチップ２は、音響等の圧力変動に応じて振動するダイヤフラム電極と固定電極とが対向配置され、ダイヤフラム電極の振動に伴う静電容量変化を検出するものである。また、制御回路チップ３は、マイクロフォンチップ２への電源の供給回路、マイクロフォンチップ２からの出力信号の増幅器等を備える構成とされている。この場合、底板部５３にマイクロフォンチップ２を固定するダイボンド材５８は絶縁性樹脂によって構成されるが、ステージ部２０に制御回路チップ３を固定するダイボンド材５５は導電性樹脂によって構成される。

一方、周壁部５４は、埋設部５２から連続する底板部５３の三辺に、埋設部５２と同じ高さに垂直に立設されており、その内部に右側部の連結フレーム部２５が埋設され、この連結フレーム部２５に連続する導通フレーム部２６の表面が周壁部５４の上端面に露出している。

このように構成したパッケージ本体７に被せられる蓋体８も、リードフレーム５と同様に、銅材等の導電性金属材料からなる帯状金属板を加工することにより、複数個並べられた状態で形成され、後述するようにパッケージ本体７に組み合わせた後に、個々に分離されるものである。図１２に蓋体８を一定のピッチで並べて形成した連続成形体６１を示している。この連続成形体６１では、各蓋体８は、外枠部６２との間又は隣接する蓋体８相互の間が接続フレーム部６３により接続され、リードフレーム５と同じピッチで縦横に並べられる。また、図４等のリードフレーム連続成形体１２の場合と同様に、ガイドピンが挿入されるガイド孔１３が外枠部６２の両側部にリードフレーム連続成形体１２と同じピッチで配列されている。

個々の蓋体８は、パッケージ本体７の埋設部５２及び周壁部５４の上端面を覆う矩形の平板状に形成されており、パッケージ本体７の凹部９に対応する位置のほぼ中央に音響孔６４が貫通状態に形成されている。そして、この蓋体８をパッケージ本体７に重ねると、パッケージ本体７の埋設部５２及び周壁部５４の上端面に当接し、パッケージ本体７の凹部９においては底板部５３と蓋体８とが対向し、凹部９がマイクロフォンチップ収納空間として閉塞され、その収納空間６５（図２参照）が蓋体８の音響孔６４によって外部に連通させた状態とされる構成である。
この場合、これらパッケージ本体７と蓋体８とは、パッケージ本体７の埋設部５２及び周壁部５４の上端面に蓋体８の下面が導電性接着剤６６によって固着されるようになっており、パッケージ本体７の周壁部５４の上端面に露出しているリードフレーム５の導通フレーム部２６が導電性接着剤６６を介して蓋体８と電気的接続状態とされる。したがって、これらパッケージ本体７に蓋体８を固着してなるパッケージ４は、蓋体８からリードフレーム５のステージ部２０の間が電気的接続状態となってマイクロフォンチップ２及び制御回路チップ３を囲った状態とするのである。

次に、このように構成される半導体装置１の製造方法について説明する。この製造方法は、リードフレーム形成工程、制御回路チップ搭載工程（第１の半導体チップ搭載工程）、モールド工程、マイクロフォンチップ搭載工程（第２の半導体チップ搭載工程）、及び蓋体形成工程、蓋体固着工程、切断工程から構成される。以下、その工程順に説明する。
（リードフレーム形成工程）
まず、リードフレーム連続成形体１２となる帯状金属板の必要な個所にマスキングをしてエッチング処理することにより、図４に示す表面側のハッチング領域及び図５に示す裏面側のハッチング領域をそれぞれ板厚の半分程度までハーフエッチングする。そして、エッチング加工によって外形を成形し、外枠部１１の内側に展開状態のリードフレーム５を形成する。この状態では、図４及び図５に示すように、外枠部１１の内側に、導通フレーム部２６、補助フレーム部２７、連結フレーム部２５が連続した支持フレーム部３４が横一列状態に形成され、この支持フレーム部３４により一端部が支持された状態に展開状態のリードフレーム５が形成される。また、このエッチング加工時に外枠部１１のガイド孔１３も成形しておく。
この後、連結フレーム部２５及び各端子部２１〜２４のアーム部３０，３１をプレスによって曲げ変形させることにより、図７及び図８に示すように、支持フレーム部３４に対してステージ部２０及び端子部２１〜２４を押し下げた状態とする。

（制御回路チップ搭載工程）
次いで、このように成形したリードフレーム５の連続成形体１２に両半導体チップのうちの制御回路チップ３を搭載する。この制御回路チップ３は、導電性のダイボンド材５５によってステージ部２０に固着され、二つの外部接続用端子部２１，２２の内部接続面４１，４２及び中継用端子部２３，２４にそれぞれボンディングワイヤ５６によって接続される。このチップ搭載作業は、リードフレーム５に樹脂をモールドする前の作業であり、搭載領域の周囲が開放状態とされているため、ダイボンド作業、ワイヤボンド作業とも容易に実施することができる。
（モールド工程）
そして、この制御回路チップ３を搭載したリードフレーム連続成形体１２を射出成形金型内に配置し、制御回路チップ３とともに各リードフレーム５を埋設するように樹脂を射出成形してモールド樹脂体６を成形する。
この場合、図８に示すように、射出成形金型は、その上型と７１下型７２とによりリードフレーム連続成形体１２の外枠部１１を隙間なく挟持し、その内側の各リードフレーム５全体を一括して覆うように広いキャビティ７３が形成され、各支持フレーム部３４の上面と凹部９に配置されるべき両中継用端子部２３，２４の半分とが上型７１に接触し、各リードフレーム５の裏面の４箇所の外部接続面３７〜４０が下型７２に接触した状態となる。また、両中継用端子部２３，２４は、裏面がハーフエッチングされていて薄肉になっているので、下型７２に突出させた小径のピン７４の先端で裏面が支持され、このピン７４と上型７１のキャビティ面との間で挟持される。

このようにして各リードフレーム５に樹脂をモールドすると、図９に示すように、制御回路チップ３及びそのボンディングワイヤ５５が接続されている両外部接続用端子部２１，２２、中継用端子部２３，２４の半分が埋設部５２内に埋設状態とされるとともに、この埋設部５２及び周壁部５４の部分を連続状態としたモールド樹脂成形体５０が各リードフレーム５に一体に成形された状態となる。
（マイクロフォンチップ搭載工程）
その後、このモールド樹脂成形体５０の各モールド樹脂体６における凹部９の底板部５３の上に、図１０に示すようにマイクロフォンチップ２を絶縁性のダイボンド材５８により固着し、底板部５３に露出している両中継用端子部２３，２４にボンディングワイヤ５６によって接続状態とすると、マイクロフォンチップ２と制御回路チップ３とが中継用端子部２３，２４を介して相互に接続状態となる。
（蓋体形成工程）
一方、蓋体８についても、帯状金属板をエッチング加工して外形を成形することにより、図１２に示すように、外枠部６２の中で接続フレーム部６３により相互に接続状態とされた蓋体８の連続成形体６１を形成しておく。また、このときのエッチング加工によって外枠部６２のガイド孔１３も成形される。このガイド孔１３はリードフレーム５のガイド孔１３と同じ位置に、同じピッチで形成される。

（蓋体固着工程）
このようにしてリードフレーム５にモールド樹脂成形体５０を一体化させたパッケージ本体連続成形体５１及び蓋体連続成形体６１をそれぞれ製作した後、各蓋体８をモールド樹脂成形体５０の埋設部５２及び周壁部５４の上端面に導電性接着剤６６を介して固着する。このとき、蓋体連続成形体６１及びリードフレーム連続成形体１２の各外枠部１１，６２のガイド孔１３にピンを挿入した状態とすることにより、両者が位置合わせされる。この状態では、各リードフレーム５は、隣接するリードフレーム５に支持フレーム部３４によって列毎に連結状態とされているとともに、これらを一括してモールド樹脂成形体５０が覆っていることにより、パッケージ本体７としては複数個が縦横に連なった状態となっており、蓋体８もリードフレーム５と同様に接続フレーム部６３によりリードフレーム５と同じピッチで複数個が連結状態とされている。

（切断工程）
次に、これらリードフレーム連続成形体１２、モールド樹脂成形体５０、及び蓋体連続成形体６１をダイシング加工によって同時に切断しながら個々の半導体装置１に切り離す。
このダイシング加工は、図４に一点鎖線の矢印で示したように、一定幅の切断ラインに沿って行われる。この切断ラインの幅はダイシング刃の厚さを示している。
この切断ラインのうち、リードフレーム５の列に沿う方向においては、図１０に示したように、横一列に配置される支持フレーム部３４における導通フレーム部２６の外側に切断ラインＤが配置され、その幅が補助フレーム部２７の幅より広く形成されており、補助フレーム部２７を削除するように切断することになる。この切断により、補助フレーム部２７に接続されていた各アーム部３０，３１が切り離され、このアーム部３０，３１に接続状態の外部接続用端子部２１，２２及び中継用端子部２３，２４が導通フレーム部２６から分離して独立状態とされる。

一方、リードフレーム５の列に直交する方向のダイシング加工においては、隣接するリードフレーム５で連結状態となっている両連結フレーム部２５の間で切断され、これら連結フレーム部２５が分離されて、個々のパッケージ４に形成される。
そして、この列方向及びその直交方向に沿う両ダイシング加工により、パッケージ４の周壁部５４の外縁が形成され、平面視矩形状のパッケージ４にマイクロフォンチップ２及び制御回路リップ３を搭載した状態の半導体装置１を得ることができる。

このようにして製造した半導体装置１は、その裏面に露出している両端子部２１，２２の外部接続面３７，３８及びステージ部２０と一体の接地用の２個の外部接続面３９，４０をそれぞれ基板にはんだ付けすることにより実装される。この場合、半導体装置１は、図２に示すように、底板部５３内に埋設されているステージ部２０がマイクロフォンチップ２及び制御回路チップ３の下方に配置され、このステージ部２０に制御回路チップ３が接続され、ステージ部２０に連結フレーム部２５を介して一体の導通フレーム部２６が周壁部５４の上端面で導電性接着剤６６を介して蓋体８に接続され、その蓋体８がマイクロフォンチップ２及び制御回路チップ３の上方を覆った状態としている。したがって、マイクロフォンチップ２及び制御回路チップ３は、その周囲をステージ部２０及び蓋体８によって囲まれた状態となり、このステージ部２０の外部接続面３９，４０が基板を介して接地状態とされることにより、マイクロフォンチップ２及び制御回路チップ３を外部磁界からシールドすることができる。

この半導体装置１においては、リードフレーム５に樹脂をモールドする前に、そのステージ部２０のほぼ半分に制御回路チップ３を固定し、その状態でモールド樹脂体６を成形するようにしたから、樹脂モールド時のリードフレーム５の熱伸縮をこのリードフレーム５より熱膨張係数が小さい制御回路チップ３により拘束して、反り等の変形の発生を防止することができる。また、樹脂をモールドした後に制御回路チップ３を搭載する場合に生じる可能性のある不具合も解消できる。
例えば、リードフレーム５に樹脂をモールドした後に制御回路チップ３を搭載する場合、制御回路チップ３を搭載する領域では、リードフレーム５のステージ部２０及び端子部２１，２２をモールド樹脂体６から露出させておく必要があるが、射出成形金型のキャビティ面との接触が不十分であると、ステージ部２０の表面に樹脂が薄膜状に生じ易く、導電性のダイボンド材５５による接着を損なうことになる。また、ステージ部２０と端子部２１，２２とがモールド樹脂体を介して面一に形成される場合、導電性のダイボンド材５５が端子部２１，２２に流れて接触するおそれもある。本実施形態の場合は、樹脂のモールド前に制御回路チップ３をリードフレーム５のステージ部２０に直接搭載するのであり、また、ステージ部２０と端子部２１，２２とは分離されているため、そのような問題は生じない。
また、リードフレーム５に樹脂をモールドした後に制御回路チップ３を搭載する場合、従来では制御回路チップ３及びボンディングワイヤ５６をポッティング樹脂によって封止することが行われるが、その樹脂量にばらつきが生じ易く、それによって残る空間部の容積が不均一になることから、マイクロフォンとしての音響特性にばらつきが生じる。本実施形態のように射出成形のモールド樹脂によって封止すれば、金型によって容積が規制され、凹部９を正確にかつ均一な容積に形成することができ、音響特性のばらつきを小さくすることができる。
また、ポッティング樹脂よりもモールド樹脂の方が硬質であるので、振動等の外力が作用した場合でも、歪みの発生等も少なくなり、機械的強度に優れる半導体装置とすることができる。

図１３は、他の実施形態を示しており、この実施形態の半導体装置８１では、マイクロフォンチップ８２に貫通電極８３が形成され、その一端がマイクロフォンチップ８２の裏面に到達している。そして、パッケージ本体７の中継用端子部２３，２４の上に貫通電極８３が重ねられ、これらをはんだ８４により接続した状態として搭載されている。
したがって、このマイクロフォンチップ８２の搭載作業としては、マイクロフォンチップ８２の貫通電極８３を中継用端子部２３，２４に位置合わせした状態で固定するだけでよく、ワイヤボンディング作業を省略することができ、限られた空間内での搭載作業を効率的に行うことができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、蓋体を平板状に形成したが、若干の絞り加工を施すようにしてもよい。また、蓋体をリードフレームと同じ金属材で形成したが、非導電性の基板の少なくともパッケージ本体への固着面に導電性フィルムや金属メッキ等の導電層を形成した構成としてもよい。
また、上記実施形態では半導体装置としてマイクロフォンパッケージに適用した例を示したが、マイクロフォン以外にも、圧力センサ、加速度センサ、磁気センサ、流量センサ、風圧センサ、超音波センサ等にも適用することが可能である。この場合、上記実施形態のマイクロフォンにおいては、音響孔のような内部空間と外部とを連通させる連通孔が必要であったが、センサの種類によっては連通孔が不要になる場合や、流量センサのように二つの連通孔が必要になる場合がある。
また、マイクロフォンパッケージに適用する場合でも、各パッケージとも同じ仕様にして一つずつ分割したが、例えば隣接する４個のパッケージ本体について、内部に収納するマイクロフォンチップの感度を異なるものとし、これら４個を連結状態として一つのユニットとして分割形成することにより、指向性を有するマイクロフォンとすることもできる。
さらに、音響孔等の貫通孔を形成する場合、実施形態では蓋体に形成したが、パッケージ本体の底板部に形成するようにしてもよく、その場合、モールド樹脂によって貫通孔の周囲を囲むように筒状に壁を設けることにより、ダイボンド材が貫通孔に流れ込まないようにするとよい。

また、リードフレームの外形の成形をエッチング加工によって行うようにしているが、プレスによって打ち抜き成形してもよい。
さらに、パッケージ本体連続成形体に蓋体連続成形体を導電性接着剤を介して固着する場合、パッケージ本体連続成形体の周壁部を上方に向け、その上端面に導電性接着剤を塗布して蓋体連続成形体を重ねる方法としてもよいし、逆に、蓋体連続成形体を裏返し状態で配置し、各蓋体の周縁部に導電性接着剤を塗布して、その上に裏返し状態のパッケージ本体連続成形体を重ねる方法としてもよい。後者の場合、導電性接着剤が周壁部から底板部に垂れることを確実に防止できる。

１…半導体装置、２…マイクロフォンチップ（ＭＥＭＳチップ、半導体チップ）、３…制御回路チップ（半導体チップ）、４…パッケージ、５…リードフレーム、６…モールド樹脂体、７…パッケージ本体、８…蓋体、１１…外枠部、１２…リードフレーム連続成形体、１３…ガイド孔、２０…ステージ部、２１，２２…外部接続用端子部、２３，２４…中継用端子部、２５…連結フレーム部、２６…導通フレーム部、２７…補助フレーム部、２８，２９…切欠部、３０，３１…アーム部、３２…屈曲部、３３…ブリッジ部、３４…支持フレーム部、３５，３６…凹状部、３７〜４０…外部接続面、４１，４２…内部接続面、５０…モールド樹脂成形体、５１…パッケージ本体連続成形体、５２…埋設部、５３…底板部、５４…周壁部、５５…ダイボンド材、５６…ボンディングワイヤ、５７…立ち上げ壁、５８…ダイボンド材、６１…蓋体連続成形体、６２…外枠部、６３…接続フレーム部、６４…音響孔、６５…内部空間、６６…導電性接着剤、７１…上型、７２…下型、７３…キャビティ、８１…半導体装置、８２…マイクロフォンチップ（ＭＥＭＳチップ、半導体チップ）、８３…貫通電極、８４…はんだ、Ｄ…切断ライン

Claims (3)

1. ＭＥＭＳチップを含む複数の半導体チップを搭載したパッケージ本体が、リードフレームと該リードフレームの一部を埋設状態としたモールド樹脂体とからなり、前記リードフレームに、前記半導体チップの下方に配置されるステージ部と、該ステージ部と間隔を開けて配置され前記半導体チップに接続された複数の端子部と、前記ステージ部に接続状態とされ前記モールド樹脂体の表面に露出した導通フレーム部とが形成され、該導通フレーム部に前記パッケージ本体に固着された導電性材料からなる蓋体が接続された半導体装置であって、
   前記複数の半導体チップは、前記ＭＥＭＳチップが前記モールド樹脂体に形成された凹部内に収容されるとともに、該凹部が前記蓋体により閉塞され、ＭＥＭＳチップ以外の他の半導体チップが前記モールド樹脂体内に埋設され、
   前記端子部は、前記他の半導体チップに接続され前記モールド樹脂体から一部が露出する外部接続用端子部と、前記ＭＥＭＳチップ及び前記他の半導体チップの両方に接続された中継端子部とを有し、該中継端子部は、前記ＭＥＭＳチップに接続された部分が前記凹部内に露出され、前記他の半導体チップに接続された部分が前記モールド樹脂体内に埋設されていることを特徴とする半導体装置。
2. 前記ＭＥＭＳチップがマイクロフォンチップとされ、前記他の半導体チップが制御回路チップとされ、前記蓋体又はパッケージ本体のいずれかに、前記凹部に連通する音響孔が形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
3. 請求項１又は２記載の半導体装置を製造する方法であって、
   前記リードフレームを形成するリードフレーム形成工程と、
   前記リードフレームのステージ部に前記他の半導体チップを搭載して前記外部接続用端子部及び前記中継端子部に接続状態とする第１の半導体チップ搭載工程と、
   前記他の半導体チップを搭載した状態のリードフレームに樹脂をモールドすることにより前記凹部を有する前記モールド樹脂体を形成するモールド工程と、
   前記モールド樹脂体の凹部に前記ＭＥＭＳチップを収容して該凹部内の前記中継端子部に接続状態とする第２の半導体チップ搭載工程と、
   前記ＭＥＭＳチップの上方から前記凹部を閉塞するように前記モールド樹脂体に前記蓋体を固着する蓋体固着工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。

Images