JP2011108941A - リードフレームおよびその製造方法、ならびにそのリードフレームを用いた半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リードフレーム材の外形となる外周縁部やパイロット孔の周辺にメッキ層によるメッキバリが生じない、信頼性の高い半導体装置を製造することのできるリードフレームおよび半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体素子２４が搭載されるリードフレーム材１１の外周部１３の外周縁部１４およびにパイロット孔を含む貫通孔１２を形成した後、メッキを施すことにより、リードフレーム材１２の外周縁部１４および貫通孔１２の内側に表面メッキ層１７または裏面メッキ層１８のいずれかと同じ金属メッキ層を形成する。このように貫通孔１２およびリードフレームの外形である外周縁部１４を、エッチング液により侵食されないメッキ層で被覆して金属メッキ層３０とするため、後のエッチング工程において、サイドエッチングによる影響を受けず、貫通孔１２および外周縁部１４にメッキバリが生じない。
【選択図】 図１

Description

本発明は、リードフレームおよびその製造方法、ならびにそのリードフレームを用いた半導体装置の製造方法に関し、特にメッキバリによる不良品の発生や半導体装置の信頼性の低下を防ぐことのできる技術に関する。

近年の半導体の高集積化、多ピン配列のニーズに対応する半導体装置の構造として、特許文献１および２に記載されたものがある。
これは、図５（ｇ）に示すように、リードフレーム材の中央のダイパッド部６１に半導体素子（チップ）６４が配置され、その半導体素子６４の周辺にエリアアレイ状に、表面側がワイヤボンディング部となる表面メッキ層５７，５９であり、裏面側が外部接続端子部となる裏面メッキ層５８を有する下側端子６７が配置され、ワイヤボンディング部となる表面メッキ層５７，５９と半導体素子６４の各電極パッドがボンディングワイヤ６５で電気的に接続され、半導体素子６４、ボンディングワイヤ６５および上側端子６０が封止樹脂６６で樹脂封止されている半導体装置６９である。

この半導体装置の製造方法は、次の工程からなる。
図５（ａ）に示すように、銅または銅合金からなる板状のリードフレーム材５１を準備する。

次いで、リードフレーム材５１の表面側および裏面側にドライフィルム（図示せず）を貼り付けた後、図５（ｂ）に示すように板状のリードフレーム材５１の表面側および裏面側に、それぞれリードパターンを形成するためのレジスト５５，５６を形成して、メッキを形成する領域を開口する。

次いで、リードフレーム材５１に形成されたレジスト５５，５６によって開口された領域にメッキを行う。メッキを施した後、レジスト５５，５６を除去すると、図５（ｃ）に示すように、リードフレーム材５１の表面側および裏面側にそれぞれワイヤボンディング部、外部接続端子部となる表面メッキ層５７、裏面メッキ層５８が形成される。

次いで、リードフレーム材５１の裏面をカバーテープ（図示せず）で覆い、表面側のワイヤボンディング部となる表面メッキ層５７，５９をレジストマスクとしてリードフレーム材５１をエッチング（第１エッチング）して、表面にリードパターンを有するリードフレーム５０を形成する。これにより、図５（ｄ）に示すように表面メッキ層５７，５９を施していないリードフレーム材５１の領域が厚み方向に半分ほど侵食され、上側端子６０および外周部５３は侵食されないで残る。この第１エッチングにより、上側端子６０およびリードフレーム５０の外形となる外周縁部が形成される。その後リードフレーム５０の裏面のカバーテープ（図示せず）を除去する。

次に、図５（ｅ）に示すように、リードフレーム５０の中央部に形成されたダイパッド部６１に半導体素子６４を搭載した後、半導体素子６４の電極パッド部と対応するワイヤボンディング部である表面メッキ層５９との間をボンディングワイヤ６５によって接続し、電気的導通回路を形成する。そして、半導体素子６４、ボンディングワイヤ６５、上側端子６０、および突出した外枠５３の一部を含むリードフレーム５０の表面側を樹脂封止し、封止樹脂部６６を形成する。

更に、図５（ｆ）に示すように、リードフレーム５０の裏面側に、裏面側に形成された裏面メッキ層５８をレジストマスクとしてエッチング加工（第２エッチング）を行って、下側端子６７を突出させると共に、隣り合う下側端子６７を分離する。
この後、図５（ｇ）に示すように外枠６３および隣り合う半導体装置との間を切断することにより、個片化した半導体装置６９が得られる。

特開２００１−０２４１３５号公報 特開２００７−０４８９８１号公報

前記従来の半導体装置の製造方法においては、図５（ｄ）および（ｆ）に示すように、上側端子６０を、表面メッキ層５７，５９をレジストとしてエッチングで形成するため、エッチング後は上側端子６０の側部が表面メッキ層５７，５９の幅よりも余計にエッチングされる（サイドエッチング）とともに、リードフレーム材５１の外周部５３の外周縁部５３ａ（図６参照）の側面もサイドエッチングによってメッキレジストがメッキバリ６２となっていた。

このメッキバリ６２は、後工程にてメッキ剥れを起こす可能性があり、剥れたメッキが異物として残留すると、レジストとして機能するメッキ層に傷が付きその後のエッチング精度に影響を及ぼしたり、導電物質であるメッキ金属によって電極パッド間、ボンディングワイヤ６５間等の導電部間をショートしてしまうなど、不良品の発生や半導体装置の信頼性の低下等を引き起こしていた。このような障害を引き起こすメッキバリ６２を除去するために、ウォータージェットや超音波等を用いることが特許文献２に記載されている。

図６に示すように、リードフレーム５０のリード形成部５２の周囲には外周部５３にリードフレーム外形となる外周縁部５３ａや、リードフレーム５０の搬送や樹脂封止時の位置決め等のために用いるパイロット孔５４が形成されている。外周縁部５３ａおよびパイロット孔５４は、図５（ｄ）の第１エッチングで形成しており、図６のＸ−Ｘ’断面図である図７に示すように、外周縁部５３ａおよびパイロット孔５４の内周壁がサイドエッチングによって表面メッキ層の幅よりも余計に侵食されるため、外周縁部５３ａおよびパイロット孔５４の裏面と表面に、メッキ層によるメッキバリ６３，６８が形成される。

この外周部５３の外周縁部５３ａおよびパイロット孔５４に生じたメッキバリ６３，６８は、その後の加工や搬送中において剥がれてしまうことがある。また、パイロット孔５４には、リードフレーム５０の送りや樹脂封止時の位置決めの際にパイロットピン（図示せず）が挿入されるため、パイロットピンの出し入れによりメッキバリが剥離して前記のような重大な影響を引き起こすことになる。

上述したように、メッキバリは、ウォータージェットや超音波等を用いて除去されることがわかっている。しかし、ウォータージェットを用いると、上側端子６０に生じたメッキバリ６２は十分に除去できるが、水圧が十分に当たらない外周縁部５３ａやパイロット孔５４に生じたメッキバリを除去することができなかった。また、超音波を用いると、外周縁部５３ａやパイロット孔５４に生じたメッキバリを除去することはできるが、第１のエッチングを行ったリードフレーム５０は厚みが薄くなっていることから強度が低下し、端子部やリードフレーム自体が変形してしまうなどの問題を生じていた。

そこで本発明は、リードフレーム材の外周縁部やパイロット孔の周辺に形成したメッキ層のメッキバリが生じない、信頼性の高い半導体装置を製造することのできるリードフレームおよびその製造方法、ならびにそのリードフレーム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。

前記課題を解決するため、本発明の第１の構成は、半導体装置に用いるリードフレームにおいて、
前記リードフレームは外周にパイロット孔を含む貫通孔を有し、
前記リードフレームの表面または裏面に形成された表面メッキ層または裏面メッキ層のいずれかと同じ金属メッキ層が前記リードフレームの外周縁部および前記貫通孔の内側に形成されていることを特徴とするリードフレームである。

また、本発明の第２の構成は、
半導体装置に用いるリードフレームの製造方法において、
リードフレーム材の外周に、リードフレーム外形となる外周縁部と貫通孔を形成し、
前記リードフレーム材の表面メッキ層または裏面メッキ層のいずれかと同じ金属メッキ層を前記外周縁部および貫通孔の内側に形成し、
前記リードフレーム材の表面側からエッチング加工を行うことにより、上側端子および外周部を突出させること
を特徴とするリードフレームの製造方法である。

このように、本発明においては、リードフレームの外形である外周縁部およびパイロット孔である貫通孔の内側をエッチング液により侵食されない金属メッキ層で被覆するため、その後のエッチング工程を経てもメッキバリが生じることがない。したがって、メッキバリに起因する不良が発生せず、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。

前記外周縁部および貫通孔の内側に形成した金属メッキ層は、前記リードフレーム材の表面メッキ層形成時または裏面メッキ層形成時のいずれかにおいても形成することができる。

前記外周縁部および前記貫通孔は、プレス加工あるいはエッチング加工のいずれによっても形成することができる。

本発明の第３の構成は、
半導体装置の製造方法において、
リードフレーム材の外周に、リードフレーム外形となる外周縁部と貫通孔を形成し、
前記リードフレーム材の表面および裏面にそれぞれ表面メッキ層および裏面メッキ層を形成し、前記外周縁部と前記貫通孔の内側に前記表面メッキ層または裏面メッキ層のいずれかと同じ金属メッキ層を形成し、
前記リードフレーム材の表面をエッチングにより上側端子および外周部を突出させることによってリードフレームを形成し、
前記リードフレームに半導体素子を搭載し、当該半導体素子と前記上側端子間を電気的に接続して、樹脂封止を行い、
前記リードフレーム裏面側をエッチングして前記半導体素子搭載部と前記上側端子に連結する下側端子間を分離する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法である。

前記外周縁部と前記貫通孔の内側の金属メッキ層の形成は、前記リードフレーム材の表面メッキ層または裏面メッキ層のいずれかの形成時に行うことが好ましい。

前記外周縁部および前記貫通孔は、プレス加工あるいはエッチング加工のいずれによっても形成することができる。

この製造方法により、リードフレームの外形である外周縁部およびパイロット孔を含む貫通孔にメッキバリが生じないため、メッキ金属によって生じるボンディングワイヤ間等の導電部間のショートの防止や、メッキバリに起因する傷の発生などの不良品の発生を防止でき、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。また、金属メッキ層を形成した外周縁部はエッチングの影響を受けないため、リードフレーム外形寸法を精度良く形成することができる。同様に、貫通孔の内側もエッチングの影響を受けないため、後工程のエッチングによるパイロット孔径の変化がなく、パイロットピンの径とパイロット孔径のクリアランスのバラツキが少なくなり、後工程の位置決めを精度良く行うことができる。

本発明によれば、リードフレームの外周縁部および貫通孔の形成を第１エッチング工程ではなく、予め外周縁部および貫通孔を形成してからメッキを施すため、外周縁部および貫通孔の内部にもメッキを施すことができる。外周縁部および貫通孔の内部にメッキを施すことによって、エッチング液に影響されないため、サイドエッチングもなく、メッキバリが生じない。これによって、メッキバリに起因するメッキ剥がれやメッキ層の傷、エッチング精度の低下、回路ショート等の不良を防ぐことができる。
リードフレームの外周縁部にメッキバリが生じなくなることによって、後工程や搬送時にメッキバリによるメッキ剥がれの発生を防止することができる。貫通孔にメッキバリが生じなくなることによって、パイロット孔としてパイロットピンが出し入れされることによるメッキ剥がれも防ぐことができる。
また、リードフレームの外周縁部はメッキ層で覆われていることから、その後のエッチング工程で侵食されることがなく、予め形成したリードフレームの外形寸法やパイロットピンの孔径を保持することができる。
さらに、後工程のエッチングによるパイロット孔径の変化がないため、後工程の位置決めを精度良く行うことができる。

本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程図である。 図１における工程（ａ）、（ｂ）の平面図である。 本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の要部を示す断面図である。 本発明の別の実施の形態に係るリードフレーム材の平面図である。 従来の半導体装置の製造方法を示す工程図である。 従来に半導体装置の製造方法によって製造されるリードフレームの平面図である。 図６におけるＸ−Ｘ’線における断面図である。

以下、本発明の実施の形態を説明する。
本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を図１〜図３の工程にしたがって説明する。
図１（ａ）、図２（ａ）に示すように、銅または銅合金からなる板状のリードフレーム材１１を準備する。

次いで、図１（ｂ）、図２（ｂ）に示すように、複数の単位リードフレームを形成するリードフレーム材１１の外周部１３に、リードフレーム１０の外形となる外周縁部１４を形成するため、点線で示す領域をプレスで打ち抜き、パイロット孔を含む貫通孔１２も同様にプレスで形成する。この工程は、プレスによる打ち抜きだけでなく、エッチングにて行ってもよい。また、外周縁部１４の形成および貫通孔１２の形成を同時に行うことも別々に行うこともできる。

次いで、図１（ｃ）に示すように、リードフレーム材１１の各単位リードフレームの表面と裏面のリードフレーム形成部に表面メッキ層および裏面メッキ層のメッキパターンを開口させるレジスト膜１５，１６を形成する。

次いで、レジスト膜１５，１６により開口されたリードフレーム材１０の表面にメッキを施した後、レジスト膜１５，１６を除去すると、図１（ｄ）に示すように、ワイヤボンディング部、外部接続端子部となるメッキ層１７，１８が形成される。このメッキ工程により、レジスト膜１５，１６にて覆われていない貫通孔１２の内側（内部）、リードフレーム材１１の外周縁部１４にも金属メッキ層３０が形成される。メッキ層１７，１８は、Ｎｉメッキを下地メッキとして形成し、半導体素子搭載部およびワイヤボンディング部、外部接続端子部は下地Ｎｉメッキの上にＡｕメッキを形成することができる。または、Ｎｉメッキの上にＰｄメッキ、さらにその上にＡｕメッキなど、エッチング溶液等に応じて、Ｎｉ，Ｓｎ，Ｐｄ，Ａｇ，Ａｕ等のメッキ金属を適宜選択・組み合わせて用いることができる。

次いで、リードフレーム材１１の裏面をカバーテープ（図示せず）で覆い、表面側のメッキ層１７をレジストマスクとしてリードフレーム材１１をアルカリエッチング溶液（塩化テトラミン銅溶液）を用いてハーフエッチング（第１エッチング）する。これにより、図１（ｅ）に示すようにメッキ層１７以外のリードフレーム材１１が厚み方向に半分ほど侵食され、半導体素子搭載部２１が形成され、侵食されないで残った上側端子２０を有するリードフレーム１０が形成される。次いでリードフレーム１０の裏面のカバーテープ（図示せず）を除去する。

図３に図１（ｅ）における要部の断面図を示す。従来は、メッキを施してから第１エッチング工程において、外周縁部１４および貫通孔１２を形成していたため、外周縁部および貫通孔１２にはメッキバリが生じていたが、予めプレスを用いて、リードフレーム材１１の外周縁部１４および貫通孔１２を形成することで、第１エッチング工程にて外周縁部１４および貫通孔１２を形成する必要がなく、第１エッチング工程の前に行うメッキ工程で、レジストとして機能する金属メッキ層３０を外周部１３および貫通孔１２に形成することができる。これによって、第１エッチング工程で外周縁部１４および貫通孔１２の内部がエッチング液に侵食されることがなく、外周縁部１４および貫通孔１２にメッキバリが生じない。上側端子２０に生じたメッキバリ２２については、従来技術により知られている方法（ウォータージェット等）を用いて除去してもよい（図１（ｆ）参照）。

次に、図１（ｇ）に示すように、リードフレーム１０の各単位リードフレームの中央部に形成されたダイパッド部２１に半導体素子２４を搭載した後、半導体素子２４の電極パッド部と対応するワイヤボンディング部１９との間をボンディングワイヤ２５によって電気的に接続し、電気的導通回路を形成する。そして、上側端子２０、半導体素子２４、およびボンディングワイヤ２５を含むリードフレーム１０の表面側を樹脂封止し、封止樹脂部２６を形成する。

更に、図１（ｈ）に示すように、リードフレーム１０の裏面側からメッキ層１８をレジストマスクとしてハーフエッチング加工（第２エッチング）を行って、上側端子２０に連結する下側端子２７を突出させると共に、隣り合う下側端子２７間を分離する。
この後、図１（ｉ）に示すように、ダイサー等の刃物を用いて隣り合う半導体装置および外周部１３との間をカットすることにより、個片化した半導体装置２９が得られる。

以上述べたように、本実施の形態によれば、パイロット孔等の貫通孔１２の内部（内側）およびリードフレーム材１１の外周縁部１４に、リードフレーム材１１の表面または裏面のメッキ層につながる金属メッキ層３０が施されていることにより、リードフレーム材１１の外周縁部１４および貫通孔１２がエッチングの影響を受けないため、メッキバリが発生せず、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。また、エッチングにより侵食されないため、外周縁部１４の寸法が変化しないため、リードフレーム外形を正確な寸法で得ることができる。さらに、パイロット孔径の変化がないため、後工程のパイロットピン挿入時の位置決めを精度良く行うことができる。

本発明は、前記実施の形態に係る半導体装置の製造方法に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない程度の変更は可能である。たとえば、図４に示すように、リードフレーム材１１の外周縁部１４と貫通孔１２の形成の際、同様に、スリット３１を形成することもできる。前記スリット３１は、リードフレームに残存する応力除去を目的とするものであるが、予めスリット３１を形成しておき、スリット３１の内部にも金属メッキ層を形成することで、スリット３１のメッキバリの発生を防止することができる。このようにリードフレームの設計変更にも対応可能である。

１０ リードフレーム
１１ リードフレーム材
１２ 貫通孔
１３ 外周部
１４ 外周縁部
１５，１６ レジスト膜
１７ 表面メッキ層
１８ 裏面メッキ層
１９ ワイヤボンディング部
２０ 上側端子
２１ ダイパッド部
２２ メッキバリ
２４ 半導体素子
２５ ボンディングワイヤ
２６ 樹脂封止部
２７ 下側端子
２９ 半導体装置
３０ 金属メッキ層
３１ スリット

Claims (9)

1. 半導体装置に用いるリードフレームにおいて、
   前記リードフレームは貫通孔を有し、
   前記リードフレームの表面または裏面に形成された表面メッキ層または裏面メッキ層のいずれかと同じ金属メッキ層が前記リードフレームの外周縁部および前記貫通孔の内側に形成されていることを特徴とするリードフレーム。
2. 半導体装置に用いるリードフレームの製造方法において、
   リードフレーム材の外周に、リードフレーム外形となる外周縁部と貫通孔を形成し、
   前記リードフレーム材の表面メッキ層または裏面メッキ層のいずれかと同じ金属メッキ層を前記外周縁部および貫通孔の内側に形成し、
   前記リードフレーム材の表面側からエッチング加工を行うことにより、上側端子および外周部を突出させること
   を特徴とするリードフレームの製造方法。
3. 前記外周縁部および貫通孔の内側に形成した金属メッキ層は、前記リードフレーム材の表面メッキ層形成時または裏面メッキ層形成時のいずれかにおいて形成する請求項２記載のリードフレームの製造方法。
4. 前記外周縁部および前記貫通孔の形成は、プレス加工により行う請求項２または３記載のリードフレームの製造方法。
5. 前記外周縁部および前記貫通孔の形成は、エッチング加工により行う請求項２または３記載のリードフレームの製造方法。
6. 半導体装置に用いるリードフレームの製造方法において、
   リードフレーム材の外周に、リードフレーム外形となる外周縁部と貫通孔を形成し、
   前記リードフレーム材の表面および裏面にそれぞれ表面メッキ層および裏面メッキ層を形成し、前記外周縁部と前記貫通孔の内側に前記表面メッキ層または裏面メッキ層のいずれかと同じ金属メッキ層を形成し、
   前記リードフレーム材の表面をエッチングにより上側端子および外周部を突出させることによってリードフレームを形成し、
   前記リードフレームに半導体素子を搭載し、当該半導体素子と前記上側端子間を電気的に接続して、樹脂封止を行い、
   前記リードフレーム裏面側をエッチングして前記上側端子に連結する下側端子間を分離する
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
7. 前記外周縁部と前記貫通孔の内側の金属メッキ層の形成は、前記リードフレーム材の表面メッキ層または裏面メッキ層のいずれかの形成時に行う請求項６記載の半導体装置の製造方法。
8. 前記外周縁部および前記貫通孔の形成は、プレス加工により行う請求項６または７記載の半導体装置の製造方法。
9. 前記外周縁部および前記貫通孔の形成は、エッチング加工により行う請求項６または７記載の半導体装置の製造方法。

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