JP2011066455A - リードフレームを用いた半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】全面銅合金のリードフレーム１上に樹脂封止パッケージを成形する際に、界面ボイド、パッケージ反り、裏面研削時の電極形状変形等がほとんど生じない、半導体装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】パッケージ内に残す必要のあるダイパッド、リード等のパターンを細いジョイントバー１３で接続したリードフレーム１を用いる。これを使用して樹脂封止パッケージを成形すると、下側の金型表面近傍のボイドは裏面研削時に除去され、またパッケージ反りは封止樹脂１１が下側の金型表面まで到達して硬化するため軽減できる。更に裏面研削時の電極１６の形状変形は研削面の金属占有面積が小さくなり研削砥石の目詰まり防止効果のために著しく改善される。
【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂封止型パッケージに使用されるリードフレームの構造及びそれを用いて得られる半導体装置及び、それらの生産方法に関するものである。

従来構造の樹脂封止型パッケージに使用されるリードフレーム１を図１１の平面図を用いて説明し、更に前記リードフレーム１を用いた樹脂封止型の半導体装置に関する組立フローを図１２の（ａ）〜（ｆ）で説明する。
図１１に示す従来構造のリードフレーム１は、ダイパッド２を挟むように配置された複数のリード３と、ダイパッド２とからなるパターンをリードフレーム用金属板上に、ウェットエッチング加工により形成する。このパターン形成は金属板の厚みの途中で停止する。
パターン形成されたリードフレーム１の表面側全面に１μｍ以上の厚みの銀又は金或いはパラジウム等のメッキ層４を形成する。こうすることで従来構造のリードフレーム１が得られる。

次に、図１２のフローチャートに従って組立の手順を示す。
（ａ）前記リードフレーム１を用意する。
（ｂ）ダイパッド２の部分に所定の寸法の半導体チップ５を導電性ペースト、絶縁ペースト、錫鉛ハンダ、又は金シリコン合金等の接着剤６で接着する。
（ｃ）半導体チップ５の表面上の各ボンディングパッド７と、それらに対応する各リード３上のメッキ層４との間を金属細線８で超音波熱圧着接続する。
（ｄ）樹脂成形用金型（図示していない。）の所定位置に装着し、金型のキャビティー内に熱硬化性の封止樹脂１１を加圧注入して、ダイパッド２、リード３、半導体チップ５、接着剤６、及び金属細線８を一体的に樹脂封止する。
（ｅ）リードフレーム１上に等間隔に位置するように形成された樹脂封止型半導体パッケージ群が連結されているリードフレーム１の裏面を研削砥石を有する機械研削機でリードフレーム１裏面の薄い部分の金属層１２を除去して封止樹脂が露出するところまで研削する。
（ｆ）研削で露出したダイパッド２と複数のリード３の表面にハンダ付け可能な金属層の電極１６を形成する。
以上のステップにより、従来構造の樹脂封止型半導体パッケージ外形の半導体装置が形成された。

特開平７−２２６４７５号公報 特開平８−１１５９９１号公報

従来の前記リードフレーム１を使用した樹脂封止型半導体パッケージは、その裏面全体がリードフレーム１材料の金属で覆われる構造をなす。
そのために複雑な形状をなすリードフレーム１上層側の底面は、封止樹脂１１との境界部に樹脂封止時に金型のキャビティー中に取り込まれたエヤーボイド（空洞欠陥）がリードフレーム１表面側の底面部近傍に捕獲されて残り、機械研削機でリードフレーム１裏面の金属層１２を削り取って分割した際に研削された樹脂表面に大きなエヤーボイドが現れるという課題があった。

また、樹脂封止後の封止樹脂１１の底面は、リードフレーム１の表面側の底面に境界を形成するため、半導体チップ５の上部樹脂の厚みが厚くなり、樹脂の硬化収縮によって樹脂封止型パッケージの表面が凹形状に反り、仕上げ後の樹脂封止型パッケージの複数のリード３間の平面性が損なわれるという課題があった。
更に、樹脂封止後の機械研削機による樹脂封止型パッケージ裏面の金属層１２研削において、全面が金属で覆われた部分を研削するために、研削砥石の目詰りで金属面が発熱し、封止樹脂１１が露出する厚さにまで研削された樹脂封止型パッケージ裏面は、リードやダイパッド２を形成する被研削物の金属面形状が研削後に著しく変形するという課題があった。

また、これらのリードフレーム１を使用した樹脂封止型パッケージに半導体チップ５を組み込むと、半導体チップ５の中心近傍にあるボンディングパッド７への金属細線８によるワイヤーボンド時にループが高くなるためワイヤースイープが生じやすくなり、樹脂封止の大きな妨げとなる。更に高速動作の半導体装置では、ワイヤーボンド時に使用する金属細線８それ自身が入出力信号端子部のインダクタンスやキャパシタンスを大きくして、信号波形のなまりやノイズの原因となっているため短くする必要があった。
本発明は、上記の課題を解決することを目的とする。

図１１に示す従来例のリードフレーム１においては、ダイパッド２を挟むように配置された複数のリード３と、ダイパッドとからなるパターンを、リードフレーム用金属板上に、ウェットエッチング加工により形成する。このパターン形成は金属板の厚みの途中で停止する。
即ち、従来例のリードフレーム１（図１１）は、ダイパッド２及びリード３を有する上層パターンと、それ以外の部分（金属層）である下層とから構成されており、この構成が樹脂封止工程以降に発生する外観や形状における問題の原因となっていた。
この問題を一挙に解決する手段として、リードフレーム１の前記下層を全面金属面とせずに、リードフレーム１の前記下層の中の強度を維持する上で不要な部分を、エッチング加工等により除去する。
当該エッチング加工等により、除去された後に残存するリードフレーム１の強度維持上必要な部分を、本明細書においてはジョイントバー１３と呼ぶ。

前記の強度維持上必要でない部分を除去した下層を有するリードフレーム１を使用して、樹脂封止型の半導体装置を生成することにより、樹脂封止終了時に、樹脂封止型パッケージの裏面のジョイントバー１３以外の領域に、封止樹脂１１が露出する構造となる。
この構造により、樹脂封止型パッケージの裏面もしくは裏面近傍に発生したエヤーボイドは、ジョイントバー１３を研削除去する際に同時に除去される。エヤーボイドのほとんどは、前記下層部の高さ（約５０μｍ）の範囲に発生するため、ジョイントバー１３と一緒に研削除去される。

また、従来の樹脂封止型パッケージは、片面（表面）が全面樹脂であり、他の片面（裏面）が全面金属であるため、樹脂が収縮硬化する際に収縮する樹脂と収縮しない金属の間にストレスが蓄積される。後の工程で下層の金属を除去することにより、前記のストレスが開放され、パッケージ全体が弧状に反るという問題があった。
本発明による半導体装置の樹脂封止型パッケージは、樹脂が裏面まで充填されるため、樹脂と金属との間のストレスがたまりにくい。
そのため、封止樹脂が最終的に硬化されて一旦形状が定まれば、裏面研削により、ジョイントバー１３を除去出来るまで封止樹脂を研削した後に生じる本発明の樹脂封止型パッケージの反りは、従来構造の樹脂封止型パッケージに比べて著しく改善される。

更に、従来のリードフレームを用いた樹脂封止型パッケージの裏面の研削時に、発生する研削砥石の目詰りで研磨中の金属面が発熱した。そのため、封止樹脂１１が露出する厚さにまで研削された樹脂封止型パッケージの裏面において、リード３やダイパッド２を形成する被研削物の金属面形状が研削後に著しく変形するという問題があった。
本発明のリードフレームを用いた樹脂封止型パッケージは、裏面全体に対して金属部の占める面積が小さくなるため、研削時に発生する研削砥石の目詰りによる金属面の発熱の問題も著しく軽減された。その結果、樹脂封止型パッケージ裏面のリード３及びダイパッド２を形成する被研削物金属面の電極１６の形状が研削後に著しく変形するという問題が解決される。

上記リードフレーム１のリード３（又は、リード３及びダイパッド２）に対向する半導体チップ５の主面上の位置にバンプを有するボンディングパッド７を設け、それをフェースダウンの状態で接続する。
これにより、ボンディングパッド７から樹脂封止型パッケージ裏面の外部端子までのインダクタンスやキャパシタンスの値が小さくなり、高速の半導体装置が実現できる。

又、上記リードフレーム１のダイパッド２をコイニングやエッチングで周囲の複数のリード３より低く形成して、当該ダイパッド２に半導体チップ５を接着剤６でダイボンドする。
これにより、リード３上のメッキ層４と半導体チップ５の中心近傍にあるボンディングパッド７との間に、水平に近いループのワイヤーボンディングを実施できる。この結果、樹脂封止の際のワイヤースイープが大幅に改善できる。

本発明の第１態様は、ダイパッドと、前記ダイパッドの複数の辺の外側にそれぞれ配置された複数のリードと、前記ダイパッド及び前記複数のリードを包囲する外枠フレームと、前記ダイパッドと前記リードとの間、前記複数のリードと前記外枠フレームとの間、及び前記複数のリード間をそれぞれ接続する複数の接続部分を有するリードフレームであって、前記接続部分の厚さは前記ダイパッド及び前記複数のリードの何れの厚さよりも薄く、かつ前記複数の接続部分どうしの間は表裏の間が貫通していることを特徴とするリードフレームである。

本発明は、本発明のリードフレームを使用することにより、エヤーボイドの発生確率が大幅に低く、かつ高品質で高歩留りで作れる樹脂封止型の半導体装置、及び樹脂封止型の半導体装置の生産方法を実現出来るという作用を有する。
また、本発明は、本発明のリードフレームを使用することにより、樹脂と金属との間のストレスによる樹脂封止型パッケージの反りがほとんど起きない、かつ高品質で高歩留りで作れる樹脂封止型の半導体装置、及び樹脂封止型の半導体装置の生産方法を実現出来るという作用を有する。即ち、パッケージ反りによるコプラナリティーが低減される。コプラナリティーとは、封止樹脂体（パッケージ）をある基準面に置いた時の基準面に対するリード底面の高さバラツキの事を言う。
更に、本発明は、本発明のリードフレームを使用することにより、樹脂封止型パッケージの裏面の研削時の発熱によって、リード３やダイパッド２の変形がほとんど起きない、かつ高品質で高歩留りで作れる樹脂封止型の半導体装置、及び樹脂封止型の半導体装置の生産方法を実現出来るという作用を有する。

「包囲する外枠フレーム」とは、前記ダイパッドと前記複数のリードとを内部に有し、当該リードフレームの外形の大きさを規定する外枠フレームの意味であるが、３６０度の外周全てを包囲する必要はない。ただし、当該外枠フレームは、３６０度の外周全てを包囲する方が好ましい。
「前記ダイパッドと前記リードとの間、前記複数のリードと前記外枠フレームとの間、及び前記複数のリード間をそれぞれ接続する複数の接続部分」とは、接続部分が、前記ダイパッドと前記複数のリードと前記外枠フレームとを、全体で一体になるように接続されていることを意味する。全体で一体になっていればよい。
「貫通している」とは、接続部分の厚みをすっかり取り去ることであり（後述の実施例においては、約５０μｍの厚みを持つ下層部を取り去ること）、図１又は図４に図示されるリードフレーム内の隙間を作ることである。

本発明の第２態様は、前記リードフレームはリブを有し、かつ前記接続部分は、前記ダイパッド、前記複数のリード、又は前記外枠フレームの少なくとも１つと前記リブを接続していることを特徴とする第１態様に記載のリードフレームである。

「リブ」とは、ダイパッド以外のリードフレームの部分を言う。そして、「リブ」は、前記接続部分より大きな厚さを有し、かつ、完成された半導体装置の使用状態又はテスト状態のいずれの状態においても電流を流すことがない。
また、リードフレーム全体の強度を高める役割を果たす。これにより、ジョイントバー１３の断面積を小さくすることが出来る。

本発明は、第１態様の作用を更に高める作用を有する。
本発明は、本発明のリードフレームを使用して半導体装置を生産すると、エヤーボイドの発生確率が更に低くなり、更に高品質の樹脂封止型の半導体装置を高い歩留りで生産出来るという作用を有する。
また、本発明は、本発明のリードフレームを使用することにより、樹脂と金属との間のストレスによる樹脂封止型パッケージの反りが更に起きにくくなるだけでなく、樹脂封止型パッケージの裏面の研削時の発熱によるリード３やダイパッド２の変形が更に起きにくいという作用を有する。

「リブ」は、好ましくは、完成された樹脂封止型の半導体装置の内部に残存する。完成された樹脂封止型の半導体装置の内部に残存するリブは、半導体装置の物理的強度を高める役割を果たし、完成した半導体装置の熱抵抗を下げるという作用を有する。

本発明の第３態様は、前記ダイパッド又は前記リブの厚さを前記複数のリードの厚さより薄くすることを特徴とする第１態様又は第２態様に記載のリードフレームである。

本発明は、第１態様又は第２態様に係るリードフレームのダイパッド等の高さを、コイニングやエッチング等の工法で周囲の複数のリードより低くすることにより、当該ダイパッドに搭載した半導体チップの上面に形成されている各ボンディングパッドと、当該各ボンディングパッドと金属細線により接続される各リードとの高さの差を小さくする。これにより、半導体チップの上面に形成されている各ボンディングパッドと、各リードとの間に水平に近いループのワイヤーボンディングをすることができる。
従って、本発明は、本発明のリードフレームを使用することにより、樹脂封止の際にワイヤースイープが起きにくい、高品質の樹脂封止型の半導体装置を高歩留りで生産出来るという作用を有する。
又、本発明のリードフレームを使用した半導体装置は、従来の半導体装置よりもワイヤー長が短くなり、ボンディングパッドから半導体装置の外部端子までのインダクタンスやキャパシタンスの値が小さくなる。これにより、本発明は、高速の半導体装置を実現できるという作用を有する。

本発明の第４態様は、前記接続部分の少なくとも１つの断面が、５０μｍから１００μｍの厚さと、５０μｍから２００μｍの幅とを有することを特徴とする第１態様から第３態様の何れかに記載のリードフレームである。

本発明により、第１態様に係るリードフレームが、相互の位置関係を維持するために必要で十分な断面積を有することが出来る。これにより、リードフレームの接続部分が細すぎて、樹脂成形時における樹脂の収縮応力に下層パターンが負けて曲がってしまったり、当該リードフレームの運搬時にリードフレームが歪んだりする等の接続部分の強度不足による問題が発生しない。又、本発明の接続部分は、必要以上の断面積を有しないため、リードフレームの信頼性を維持しつつ、第１態様の作用を最も良くする。
従って、本発明は、本発明のリードフレームを使用することにより、リードフレームの信頼性を維持しつつ、高品質の樹脂封止型の半導体装置を高歩留りで生産出来るという作用を有する。

「前記接続部分の少なくとも１つの断面」とは、リードフレームの平面に対して垂直の切断面により切断した任意の接続部分の断面」の意味である。

本発明の第５態様は、前記外枠フレームは矩形の形状を有し、且つ少なくとも２個のリブが前記外枠フレームの２つの角を結ぶ対角線上の位置に略配置されていることを特徴とする第１態様から第４態様の何れかに記載のリードフレームである。

本発明により、本発明のリードフレームを使用して半導体装置を生産すると、半導体装置の内部のリブは、半導体装置の物理的強度を高める役割を果たすとともに、完成した半導体装置の熱抵抗を下げ、半導体装置の放熱効果を高めるという作用を有する。
本明細書及び特許請求の範囲の記載において、「半導体装置」はＩＣ（インテグレーテッドサーキット）等を含む。

本発明の第６態様は、ダイパッドと、前記ダイパッドの複数の辺の外側にそれぞれ配列された複数のリードと、少なくとも２個以上で構成され前記ダイパッドの角を結ぶ対角線上の位置に配置された複数のリブと、前記ダイパッド、前記複数のリード及び前記複数のリブのそれぞれが互いに離間して且つそれらの裏面が露出するように、前記ダイパッド、前記複数のリード及び前記複数のリブを樹脂封止する封止樹脂とを具備した半導体装置である。

又、本発明のリブは、半導体装置の物理的強度を高める役割を果たす。これにより、本発明は、物理的に強度を有し熱に強い半導体装置を実現出来るという作用を有する。
リブを設けることは、上述のようなメリットがあるが、一方では、リードフレーム上（及び半導体装置の面積上）の一定の面積を占有して、半導体装置の面積がリブの面積だけ大きくなる恐れもある。本発明により、少ないリブの占有面積でリードフレーム等の強度を確保することが出来るという作用を有する。

本発明の第７態様は、リードフレーム上に、少なくともダイパッドと、複数のリードと、前記ダイパッド及び前記複数のリードを包囲する外枠フレームとを生成する第１のステップと、前記リードフレーム上で、前記ダイパッドと前記複数のリードと前記外枠フレームとを接続する接続部分の少なくとも一部の表裏の間を貫通させる第２のステップと、を含むリードフレームの生産方法である。

本発明は、本発明のリードフレームの生産方法により生産されたリードフレームを使用することにより、エヤーボイドの発生確率が大幅に低い、高品質かつ高歩留りの樹脂封止型の半導体装置、及び樹脂封止型の半導体装置の生産方法を実現出来るという作用を有する。
また、本発明は、本発明のリードフレームの生産方法により生産されたリードフレームを使用することにより、樹脂と金属との間のストレスによる樹脂封止型パッケージの反りがほとんど起きない、高品質かつ高歩留りの、樹脂封止型の半導体装置、及び樹脂封止型の半導体装置の生産方法を実現出来るという作用を有する。即ち、パッケージ反りによるコプラナリティーが低減される。
更に、本発明は、本発明のリードフレームの生産方法により生産されたリードフレームを使用することにより、樹脂封止型パッケージの裏面の研削時の発熱による、リード３やダイパッド２の変形がほとんど起きない、高品質かつ高歩留りの樹脂封止型の半導体装置、及び樹脂封止型の半導体装置の生産方法を実現出来るという作用を有する。

「リードフレーム上に、少なくともダイパッドと、複数のリードと、前記ダイパッド及び前記複数のリードを包囲する外枠フレームとを生成する」とは、ダイパッドと、複数のリードと、外枠フレームとを構成する上層パターンを生成するという意味である。第１のステップにおいては、ダイパッドと、複数のリードと、外枠フレームとを構成する上層パターンは、下層部（約５０μｍの厚さで下層に隙間なく広がっている。）によって全て繋がっている。

本発明の第８態様は、第１のステップでは、更に複数のリブを生成することを特徴とする第７態様に記載のリードフレームの生産方法である。

リブは、リードフレーム全体の強度を高める役割を果たす。これにより、ジョイントバー１３の断面積を小さくすることが出来る。
従って、本発明は、第７態様の作用を更に高める作用を有する。
本発明は、本発明のリードフレームの生産方法により生産されたリードフレームを使用することにより、エヤーボイドの発生確率が更に低い、高品質かつ高歩留りの樹脂封止型の半導体装置、及び樹脂封止型の半導体装置の生産方法を実現出来るという作用を有する。
また、本発明は、本発明のリードフレームの生産方法により生産されたリードフレームを使用することにより、樹脂と金属との間のストレスによる樹脂封止型パッケージの反りが更に起きにくい、高品質かつ高歩留りの樹脂封止型の半導体装置、及び樹脂封止型の半導体装置の生産方法を実現出来るという作用を有する。
更に、本発明は、本発明のリードフレームの生産方法により生産されたリードフレームを使用することにより、樹脂封止型パッケージの裏面の研削時の発熱によるリード３やダイパッド２の変形が更に起きにくい、高品質かつ高歩留りの、樹脂封止型の半導体装置、及び樹脂封止型の半導体装置の生産方法を実現出来るという作用を有する。

本発明の第９態様は、更に、前記ダイパッド又は前記複数のリブの厚さを前記複数のリードの厚さより薄くするステップを含む第７態様又は第８態様に記載のリードフレームの生産方法である。

本発明は、第７態様又は第８態様に係るリードフレームの生産方法において、更にダイパッド等の高さをコイニングやエッチング等の工法で周囲の複数のリードより低くすることにより、当該ダイパッドに搭載した半導体チップの上面に形成されている各ボンディングパッドと、当該各ボンディングパッドと金属細線により接続される各リードとの高さの差異を小さくする。これにより、半導体チップの上面に形成されている各ボンディングパッドと、各リードとの間に水平に近いループのワイヤーボンディングをすることができる。
従って、本発明は、本発明のリードフレームの生産方法により生産されたリードフレームを使用することにより、樹脂封止の際にワイヤースイープが起きにくい、高品質かつ高歩留りの樹脂封止型の半導体装置、及び樹脂封止型の半導体装置の生産方法を実現出来るという作用を有する。
又、本発明のリードフレームの生産方法により生産されたリードフレームを使用した半導体装置は、従来の半導体装置よりもワイヤー長が短くなり、ボンディングパッドから半導体装置の外部端子までのインダクタンスやキャパシタンスの値が小さくなる。これにより、本発明は、高速の半導体装置又は高速の半導体装置の生産方法を実現できるという作用を有する。

本発明の第１０態様は、第１のステップでは、表面のパターンに基づいて、少なくとも前記ダイパッドと、前記複数のリードと、前記ダイパッド及び前記複数のリードを包囲する前記外枠フレームと、前記ダイパッドと前記複数のリードと前記外枠フレームとを接続する複数の接続部分とをリードフレーム上に生成し、
第２のステップでは、裏面のパターンに基づいて、前記リードフレーム上で前記接続部分の少なくとも一部の表裏の間を貫通させることを特徴とする第７態様から第９態様のいずれかに記載のリードフレームの生産方法である。

本発明は、表面のパターンに基づいて上層のパターンを生成し、裏面のパターンに基づいて下層のパターンを生成する。
「表面のパターンに基づいて上層のパターンを生成する」とは、上層パターンを生成するためのマスクを、リードフレームの上に置いてエッチングすることを意味する。
「裏面のパターンに基づいて下層のパターンを生成する」とは、下層パターンを生成するためのマスクを、リードフレームの表裏をひっくり返した後、そのリードフレームの上に下層パターンを生成するためのマスクを置いて、エッチングすることを意味する。
下層のパターンを、表面のパターンに基づいて生成するとすれば（上層パターンが上部にある状態のリードフレームの上に、下層パターンのマスクを置くこと）、下層のパターンを生成するためのマスクの面と、実際にエッチングが行われる下層部の面との間に５０μｍ〜２００μｍの間隔がある故に（上層部と下層部との高さの差）、エッチングの精度を確保することが困難である。
裏面のパターンに基づいて下層のパターン（接続部）を生成するとすれば、下層のパターンを生成するためのマスクの面と、実際にエッチングが行われる下層部の面とを密着させてマスクを行うことが出来る故に、精度の高い下層パターンの生成を行うことが出来る。

本発明により生産されたリードフレームは、ダイパッド、リード等の上層パターンが相互の位置関係を維持するために必要で十分な断面積を有する、精度の高い下層パターンを有する。
本発明により生産されたリードフレームを使用することにより、加工精度が悪くてリードフレームの接続部分が細くなりすぎて、樹脂成形時に樹脂の硬化収縮に下層パターンが負けて曲がってしまったり、当該リードフレームの運搬時にリードフレームが歪んだりする等の、接続部分の強度不足による問題が発生しない。反対に、加工精度が悪くてリードフレームの接続部分が必要以上に太くなることもない。
本発明により生産されたリードフレームの接続部分は、リードフレームの信頼性を維持しつつ必要以上の断面積を有しない故に、第７態様等の発明の作用を最も良く有する。
従って、本発明は、本発明の生産方法により生産されたリードフレームを使用することにより、リードフレームの信頼性を維持しつつ、高品質かつ高歩留りの樹脂封止型の半導体装置、及び樹脂封止型の半導体装置の生産方法を実現出来るという作用を有する。
具体的には、第７態様等の発明について記載した前記の作用を有する。

本発明の第１１態様は、第７態様から第１０態様のいずれかに記載のリードフレームの生産方法によりリードフレームを生産するステップと、前記ダイパッドに半導体素子を搭載するステップと、前記半導体素子の表面のボンディングパッドと、前記リードの表面とを金属細線で接続するステップと、前記リードフレームと前記半導体素子とを樹脂封止して樹脂封止体に成形するステップと、前記リードフレームの裏面の一部を除去することにより、前記樹脂封止体の裏面に前記ダイパッド及び前記複数のリードを露出させるステップと、を含む半導体装置の生産方法である。

本発明は、エヤーボイドの発生確率が大幅に低い、高品質かつ高歩留りの樹脂封止型の半導体装置の生産方法を実現出来るという作用を有する。
また、本発明は、樹脂と金属との間のストレスによる樹脂封止型パッケージの反りがほとんど起きない、高品質かつ高歩留りの樹脂封止型の半導体装置の生産方法を実現出来るという作用を有する。即ち、パッケージ反りによるコプラナリティーが低減される。
更に本発明は、樹脂封止型パッケージの裏面の研削時の発熱による、リード３やダイパッド２の変形がほとんど起きない、高品質かつ高歩留りの樹脂封止型の半導体装置の生産方法を実現出来るという作用を有する。

本発明の第１２態様は、第７態様から第１０態様のいずれかに記載したリードフレームの生産方法により、リードフレームを生産するステップと、ボンディングパッド部にバンプを有する半導体素子をフェースダウンの状態で前記リードフレーム上に搭載するステップと、前記半導体素子の表面のバンプと、前記ダイパッドの表面又は前記リードの表面とを接続するステップと、前記リードフレームと前記半導体素子とを樹脂封止して樹脂封止体に成形するステップと、前記リードフレームの裏面の一部を除去することにより、前記樹脂封止体の裏面に前記ダイパッド及び前記複数のリードを露出させるステップと、を含む半導体装置の生産方法である。

本発明は、エヤーボイドの発生確率が大幅に低い、高品質かつ高歩留りの樹脂封止型の半導体装置の生産方法を実現出来るという作用を有する。
また、本発明は、樹脂と金属との間のストレスによる樹脂封止型パッケージの反りがほとんど起きない、高品質かつ高歩留りの樹脂封止型の半導体装置の生産方法を実現出来るという作用を有する。即ち、パッケージ反りによるコプラナリティーが低減される。
更に、本発明は、樹脂封止型パッケージの裏面の研削時の発熱による、リード３やダイパッド２の変形がほとんど起きない、高品質かつ高歩留りの樹脂封止型の半導体装置の生産方法を実現出来るという作用を有する。
又、バンプを使用することにより、リード線を使用する場合に較べてボンディングパッド７から樹脂封止型半導体装置の外部端子までのインダクタンスやキャパシタンスの値が小さくなり、かつボンディングパッド７から樹脂封止型半導体装置の外部端子までの熱抵抗が小さくなる。
これにより、本発明は、高速電気特性を有し熱抵抗が小さい半導体装置の生産方法を実現出来るという作用を有する。

本発明によれば、本発明のリードフレームを使用することにより、エヤーボイドの発生確率が大幅に低い、高品質かつ高歩留りの樹脂封止型の半導体装置、及び樹脂封止型の半導体装置の生産方法を実現出来るという有利な効果が得られる。
また、本発明によれば、本発明のリードフレームを使用することにより、樹脂と金属との間のストレスによる樹脂封止型パッケージの反りがほとんど起きない、高品質かつ高歩留りの樹脂封止型の半導体装置、及び樹脂封止型の半導体装置の生産方法を実現出来るという有利な効果が得られる。即ち、パッケージ反りによるコプラナリティーが低減される。
更に、本発明によれば、本発明のリードフレームを使用することにより、樹脂封止型パッケージの裏面の研削時の発熱による、リードやダイパッドの変形がほとんど起きない、高品質かつ高歩留りの樹脂封止型の半導体装置、及び樹脂封止型の半導体装置の生産方法を実現出来るという有利な効果が得られる。
又、第２態様により、上記の効果は更に高められる。
また本発明のリードフレーム加工法によれば高生産性で、高寸法精度のリードフレームが実現できるという有利な効果が得られる。

又、第３態様等に記載の本発明によれば、更に、リードフレームのダイパッド等の高さをコイニングやエッチング等の工法で周囲の複数のリードより低くすることにより、樹脂封止の際にワイヤースイープが起きにくい、高品質かつ高歩留りの樹脂封止型の半導体装置、及び樹脂封止型の半導体装置の生産方法を実現出来るという有利な効果が得られる。
又、第３態様等の本発明によれば、更に、従来の半導体装置よりもワイヤー長が短くなり、ボンディングパッドから半導体装置の外部端子までのインダクタンスやキャパシタンスの値が小さくなる。従って、第３態様等の本発明によれば、高速の半導体装置を実現できるという有利な効果が得られる。

第５態様等に記載の本発明によれば、更に、半導体装置の内部のリブは半導体装置の物理的強度を高める役割を果たす。又、第５態様等に記載の本発明により、半導体装置の内部のリブは完成した半導体装置の熱抵抗を下げ、半導体装置の放熱効果を高める。
第５態様等に記載の本発明によれば、物理的に強度を有し、熱に強い半導体装置を実現出来るという有利な効果が得られる。

第１２態様の本発明においては、バンプを使用することにより、リード線を使用する場合に較べて、ボンディングパッド７から樹脂封止型半導体装置の外部端子までのインダクタンスやキャパシタンスの値が小さくなり、かつボンディングパッド７から樹脂封止型半導体の外部端子までの熱抵抗が小さくなる。
第１２態様の本発明によれば、高速電気特性を有し、熱抵抗が小さい半導体装置の生産方法を実現出来るという有利な効果が得られる。

第１の実施例におけるリードフレームの平面図である。 第１の実施例におけるリードフレームのＡ−Ａ断面図である。 第１の実施例におけるリードフレームのＢ−Ｂ断面図である。 第２の実施例におけるリードフレームの平面図である。 第２の実施例におけるリードフレームのＡ−Ａ断面図である。 第２の実施例におけるリードフレームのＢ−Ｂ断面図である。 第２の実施例のリードフレームを使用した第３の実施例における半導体装置の平面図である。 第２の実施例のリードフレームを使用した第３の実施例における半導体装置の生産工程における各工程後の断面図である。 第１の実施例のリードフレームを使用した第４の実施例における半導体装置の平面図である。 第１の実施例のリードフレームを使用した第４の実施例における半導体装置の生産工程における各工程後の断面図である。 従来のリードフレームにおける平面図である。 従来のリードフレームを使用した半導体装置の生産工程における各工程後の断面図である。

以下、本発明の実施例を説明する。
《実施例１》
はじめに第１の実施例のリードフレーム１を図１の平面図、図１のＡ−Ａ断面図である図２、図１のＢ−Ｂ断面図である図３を用いて説明する。
まず、リードフレーム１の材料である１００〜２５０μｍの厚みを有するの銅合金板の表面上に図１に示すように、ダイパッド２、リード３、リブ１４、外枠フレーム１５で構成されるパターンを、ウェットエッチングまたはドライエッチングもしくは両者併用で加工し、リードフレーム１の上層パターンを形成する。
このエッチングは、５０〜２００μｍの深さに行う。即ち、このエッチングは銅合金板の厚みの途中で停止され、前記上層パターンを除く銅合金板の全ての部分は、約５０μｍの厚みを有する。
従って、このエッチングのステップが終わった時点では、リードフレーム１は、図１１従来例のリードフレーム１と同様の状態になっている。

本明細書及び特許請求の範囲の記載において、上記エッチングをされなかった部分（ダイパッド２、リード３、リブ１４、及び外枠フレーム１５を構成する部分である。このエッチングのステップが終わった時点では、１００〜２５０μｍの厚みを有する。）を「上層部」と言い、上記５０〜２００μｍの深さのエッチングを行った結果、このエッチングのステップが終わった時点で約５０μｍの厚みを有する部分を「下層部」と言う。
また、ダイパッド２、リード３、リブ１４、及び外枠フレーム１５等の上層部が形成するパターンを「上層パターン」と言い、下層部にウェットエッチング等を施すことにより形成される下層部のパターンを「下層パターン」と言う。
下層部又は下層パターンは、ダイパッドと、複数のリードと、リブと、外枠フレームとを接続する「接続部分」を構成する。

次に銅合金板の裏面上から、前記の下層部である接続部分の少なくとも一部を、ウェットエッチングまたはドライエッチングもしくは両者併用で加工し、前記下層部の少なくとも一部を上下に貫通させる。
この下層部のエッチングにより形成される下層部のパターンが、下層パターンである。
下層パターンは、ダイパッド、リード、リブ、及び外枠フレームの相互の位置関係を維持するため、ダイパッド、リード、リブ、及び外枠フレームを相互に接続する接続部である。

好ましくは、下層パターンは、ダイパッド等を相互に接続し、ダイパッド等の相互の位置関係を維持するために必要で十分な断面積を有する。従って、必要で十分な断面積を有する下層パターン以外の部分は前記の下層部のエッチングにより取り除かれ、取り除かれた下層部の部分は上下に貫通する。

前記接続部分の厚さ（約５０μｍ）は、前記ダイパッドと、前記複数のリード等のいずれの厚さ（１００〜２５０μｍ）よりも薄く、かつ前記接続部分の少なくとも一部（複数の接続部分どうしの間）は表裏の間が貫通している。
具体的には、下層パターンは、ダイパッド２とリード３との間、ダイパッド２とリブ１４との間、リブ１４と外枠フレーム１５との間、隣接したリード３とリード３との間、リード３とリブ１４との間、リード３と外枠フレーム１５との間等、の各間を繋ぐ。前述のように、この各間を繋ぐ接続部分をジョイントバー１３と呼ぶ。

相互の位置関係を維持するために必要で十分な断面積とは、例えば、樹脂成形時に樹脂の硬化収縮に下層パターンが負けて曲がってしまうことがない程度に大きく、必要以上には大きくない断面積を意味する。
実験の結果、上記の要件を満たすジョイントバー（接続部分）１３の断面は、５０μｍから１００μｍの厚さと、５０μｍから２００μｍの幅を有する。

好ましくは、リブ１４を設ける。リブ１４は、ダイパッド等の相互の位置関係を維持する上でリードフレーム全体の強度を高める役割を果たす。リブ１４により、ジョイントバー１３の断面積を小さくすることが出来る。
外枠フレームが矩形の形状を有するリードフレームにおいては、リブ１４は、好ましくは、外枠フレームの２つの角を結ぶ対角線上の位置に配される。好ましくは、リブは、外枠フレームの２つの角を結ぶ対角線上の位置に配置され、対角線と平行に長手方向に延びる形状を有する。好ましくは、２つのリブが、外枠フレームの２つの角を結ぶ対角線上の位置に、ダイパッドを挟んで配置される。
更に好ましくは、リブ１４は、外枠フレームの各２つの角を結ぶ、２本の対角線上の位置に配される。
リブをこのように配置することにより、リードフレーム上で少ない面積を占有するリブにより、リードフレームの強度維持をすることが出来る。
こうしてリードフレーム１はダイパッド２、リード３、リブ１４、外枠フレーム１５とそれらを繋ぐジョイントバー１３以外が貫通した構造となる。

又、好ましくは、リブ１４は、完成した半導体装置の内部に残存し、完成した半導体装置の熱抵抗を下げる役割を果たし、当該半導体装置の放熱を良くする。
もっとも、リブ１４は完成した半導体装置の内部に残存しなくてもよい。

この後、リードフレーム１の表面側に、金、銀、又はパラジウム（複合層）等の金属を電解メッキにより１μｍ以上の厚みに堆積させたメッキ層４を形成する。
このリードフレーム１の材料は、銅合金に限定されず、鉄−ニッケル合金であってもよい。
又、エッチング等の加工は、それ以外の加工法でもよい。
このようにして第１の実施例のリードフレーム１が実現できる。

《実施例２》
つぎに、第２の実施例のリードフレーム１を図４の平面図、図４のＡ−Ａ断面図である図５、図４のＢ−Ｂ断面図である図６を用いて説明する。
リードフレーム１の材料である１５０〜２５０μｍの厚みを有するの銅合金板の表面上に図１に示すように、ダイパッド２、リード３、リブ１４、外枠フレーム１５で構成されるパターンを、ウェットエッチングまたはドライエッチングもしくは両者併用で加工し、リードフレーム１の上層パターンを形成する。
ここまでのプロセスは、実施例１と基本的には同じである。
このエッチングは、１００〜２００μｍの深さに行う。即ち、このエッチングは銅合金板の厚みの途中で停止され、前記上層パターンを除く銅合金板の全ての部分は約５０μｍの厚みを有する。
こうして形成されたダイパッド２とリブ１４をコイニング加工により周囲のリード３より５０〜１５０μｍ低く形成する。これにより、ダイパッド２とリブ１４は約１００μｍの厚みを有する。

次に銅合金板の裏面上から、前記の下層部である接続部分の少なくとも一部をウェットエッチングまたはドライエッチングもしくは両者併用で加工し、前記下層部の少なくとも一部を上下に貫通させる。
この下層部のエッチングにより形成される下層部のパターンが、下層パターンである。
下層パターンは、ダイパッド、リード、リブ、及び外枠フレームの相互の位置関係を維持するため、ダイパッド、リード、リブ、及び外枠フレームを相互に接続する接続部である。

前記接続部分の厚さ（約５０μｍ）は、前記複数のリードの厚さ（１５０〜２５０μｍ）又は前記ダイパッド２及び前記リブ１４の厚さ（約１００μｍ）の、いずれの厚さよりも薄い。又、前記接続部分の少なくとも一部は表裏の間が貫通している。
具体的には、下層パターンは、ダイパッド２とリード３との間、ダイパッド２とリブ１４との間、リブ１４と外枠フレーム１５との間、隣接したリード３とリード３との間、リード３とリブ１４との間、リード３と外枠フレーム１５との間等の各間を繋ぐ。実施例１と同様に、この各間を繋ぐ接続部分をジョイントバー１３と呼ぶ。
こうしてリードフレーム１はダイパッド２、リード３、リブ１４、外枠フレーム１５が、ジョイントバー１３により繋がっており、且つ前記の各部分以外の部分が貫通した構造となる。

この後、リードフレーム１の表面側に、金、銀、又はパラジウム等の金属を電解メッキにより１μｍ以上の厚みに堆積させたメッキ層４を形成する。
このリードフレームの材料は銅合金に限定されず、鉄−ニッケル合金であってもよい。
又、エッチング、コイニング等の加工は、それ以外の加工法でもよい。
このようにして第２の実施例のリードフレーム１が実現できる。

《実施例３》
第３の実施例の半導体装置を図７の平面図、図７の断面Ａ−Ａによる組立流れ図である図８の（ａ）〜（ｆ）を用いて説明する。第３の実施例である半導体装置は、下記の（ａ）〜（ｆ）のステップにより生産される。
（ａ）第２の実施例で実現したリードフレーム１を用意する。
（ｂ）リードフレーム１のダイパッド２の表面のメッキ層４上に、半導体チップ５の底面全体に広がるに足りる銀ペースト等の接着剤６を、接着剤塗布装置で滴下する。当該接着剤６の上から半導体チップ５をその主面が上になるように置き、前記半導体チップ５を前後左右に移動させて接着剤６を薄く均一な層に押し広げながら、前記半導体チップ５を所定の位置に配置する。
そして窒素等の酸化防止ガス中で１５０〜１７５℃の温度で１時間加熱して接着剤６を硬化する。

（ｃ）半導体チップ５の主面上に形成されている各ボンディングパッド７と、それに対応するリードフレーム１の一部を構成する各リード３上のメッキ層４との間を金からなる直径２５μｍの金属細線８で、２００〜２８０℃の温度下で超音波熱圧着ワイヤーボンディングする。
（ｄ）樹脂封止装置の１７０〜１９０℃に設定された金型（図示していない。）の所定位置に、ワイヤーボンド済み半導体チップ５が金型のキャビティー内に位置するように、リードフレーム１（ワイヤーボンド済み半導体チップ５を搭載している。）を装着し、金型のキャビティー内に溶融した熱硬化性の封止樹脂１１を注入して、パッケージの外形に成形する。

（ｅ）パッケージの裏側から、ジョイントバー１３が研削除去できるまで、ダイヤモンド砥粒を有する砥石を備えた高速回転機械研削機で研削し、ダイパッド２及び全リード３の裏面を露出させる。
（ｆ）ダイパッド２及び全リード３の裏面に、マスク蒸着、ハンダペーストのスクリーン印刷、ハンダディッピング等の方法で裏面の電極１６を形成する。
以上のステップにより、第２の実施例のリードフレーム１を用いた半導体装置が実現できる。
また上記の生産方法において、（ａ）のステップを下記のステップに置き換えることにより、第１の実施例によるリードフレーム１を用いて、同様に半導体装置を生産することが出来る。
（ａ）第１の実施例で実現したリードフレーム１を用意する。

《実施例４》
第４の実施例の半導体装置を図９の平面図、図９の断面Ａ−Ａによる組立流れ図である図１０の（ａ）〜（ｆ）を用いて説明する。第４の実施例である半導体装置は、下記の（ａ）〜（ｆ）のステップにより生産される。
（ａ）第１の実施例で実現したリードフレーム１を用意する。
（ｂ）半導体チップ５の主面を下側にして、その中央の所定領域部及び各ボンディングパッド７部に金や錫鉛ハンダで形成されたバンプ構造を有する半導体チップ５を、リードフレーム１のダイパッド２上及び各リード３上のメッキ層４の位置に対向させて配置する。

（ｃ）窒素、又は水素及び窒素の混合ガス等の酸化防止ガス雰囲気中で、リードフレーム１及び半導体チップ５を２００〜２８０℃の温度に加熱して、各ボンディングパッド７とそれらに対応する各リード３上のメッキ層４との間、半導体チップ５の中央の所定領域部とダイパッド２上のメッキ層４との間を合金化して接合する。
（ｄ）樹脂封止装置の１７０〜１９０℃に設定された金型（図示していない。）の所定位置に、ワイヤーボンド済み半導体チップ５が金型のキャビティー内に位置するようにリードフレーム１（バンプが接合された半導体チップ５を搭載している。）を装着し、金型のキャビティー内に溶融した熱硬化性の封止樹脂１１を注入して、パッケージの外形に成形する。

（ｅ）パッケージの裏側から、ジョイントバー１３が研削除去できるまで、ダイヤモンド砥粒を有する砥石を備えた高速回転機械研削機で研削し、ダイパッド２及び全リード３の裏面を露出させる。
（ｆ）ダイパッド２及び全リード３の裏面に、マスク蒸着、ハンダペーストのスクリーン印刷、ハンダディッピング等の方法で、裏面の電極１６を形成する。
以上のステップにより第１の実施例のリードフレーム１を用いた半導体装置が実現できる。

また本実施例において、第１の実施例によるリードフレーム１に代えて、第２の実施例によるリードフレーム１を使用することが出来る。この場合、上記の（ａ）〜（ｃ）の各ステップは、下記のステップに置き換えられる。
（ａ）第２の実施例で実現したリードフレーム１を用意する。
（ｂ）半導体チップ５の主面を下側にして、各ボンディングパッド７部に金や錫鉛ハンダで形成されたバンプ構造を有する半導体チップ５を、リードフレーム１の各リード３上のメッキ層４の位置に対向させて配置する。
（ｃ）窒素、又は水素及び窒素の混合ガス等の酸化防止ガス雰囲気中で、リードフレーム１及び半導体チップ５を２００〜２８０℃の温度に加熱して、各ボンディングパッド７とそれらに対応する各リード３上のメッキ層４との間を合金化して接合する。

１ リードフレーム
２ ダイパッド
３ リード
４ メッキ層
５ 半導体チップ
６ 接着剤
７ ボンディングパッド
８ 金属細線
１１ 封止樹脂
１２ 金属層
１３ ジョイントバー
１４ リブ
１５ 外枠フレーム
１６ 電極

Claims (7)

1. ダイパッドと、
   前記ダイパッドの上面に搭載された半導体チップと、
   前記半導体チップの周囲に配置されたリードと、
   前記半導体チップのボンディングパッドと前記リードとを電気的に接続する金属細線と、
   前記ダイパッド、前記半導体チップ、前記リード、および前記金属細線を被覆する封止
   樹脂とを備え、
   前記リードは、複数列にて配置され、前記ダイパットに近い内側の端子列のリード数よ
   り、前記ダイパットより遠い側の端子列のリード数の方が多い端子数であり、
   前記ダイパッドの底面、および前記リードの底面は、前記封止樹脂から露出しており、
   前記ダイパッドの上面は、前記リードの前記金属細線が接続した面よりも低く形成され
   ており、前記金属細線が接続した面は、前記半導体チップの上面よりも低く、前記半導体
   チップの下面よりも高い位置にあることを特徴とする半導体装置。
2. 前記リードは、折れ曲がることなく直線的に延在することを特徴とする請求項１に記載
   の半導体装置。
3. 前記ダイパッドの上面は、前記リードの前記金属細線が接続した面よ
   りも５０μｍから１５０μｍ低く形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の半
   導体装置。
4. ダイパッドと、
   前記ダイパッドの上面に搭載された半導体チップと、
   前記半導体チップの周囲に配置されたリードと、
   前記半導体チップのボンディングパッドと前記リードとを電気的に接続する金属細線と
   、
   前記ダイパッド、前記半導体チップ、前記リード、および前記金属細線を被覆する封止
   樹脂とを備え、
   前記リードは、複数列にて配置され、前記ダイパットに近い内側の端子列のリード数よ
   り、前記ダイパットより遠い側の端子列のリード数の方が多い端子数であり、
   前記ダイパッドの底面、および前記リードの底面は、封止樹脂から露出しており、前記
   リードにおいて、前記底面は金属細線が接続された面の直下に位置し、
   前記ダイパッドの垂直方向の厚みは、前記リードの垂直方向の厚みよりも薄く形成され
   、
   前記金属細線が接続した面は、前記半導体チップの上面よりも低く、前記半導体チップ
   の下面よりも高い位置にあることを特徴とする半導体装置。
5. 前記ダイパッドの垂直方向の厚みとは、前記封止樹脂の底面から、前
   記ダイパッドの上面までの厚みを指し、
   前記リードの垂直方向の厚みとは、前記封止樹脂の底面から、前記リードの金属細線が
   接続された面までの厚みを指すことを特徴とする請求項４記載の半導体装置。
6. 前記ダイパッドの垂直方向の厚みは、前記リードの垂直方向の厚みよ
   りも５０μｍから１５０μｍ薄く形成されていることを特徴とする請求項４又は５に記載
   の半導体装置。
7. 前記リードの底面に、前記封止樹脂から突出した電極を有することを
   特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の半導体装置。

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