JP2012015202A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

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Hiroyoshi Urushibata
博可 漆畑
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On Semiconductor Trading Ltd
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    • H01L2224/838—Bonding techniques
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    • H01L2224/84—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a strap connector
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    • H01L2224/84—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a strap connector
    • H01L2224/8438—Bonding interfaces outside the semiconductor or solid-state body
    • H01L2224/84399—Material
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    • H01L2224/84463—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
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    • H01L2224/8538—Bonding interfaces outside the semiconductor or solid-state body
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    • H01L2224/85399—Material
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    • H01L2224/85463—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
    • H01L2224/85464—Palladium (Pd) as principal constituent
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    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/91—Methods for connecting semiconductor or solid state bodies including different methods provided for in two or more of groups H01L2224/80 - H01L2224/90
    • H01L2224/92—Specific sequence of method steps
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Abstract

【課題】 金属リボンの超音波ボンディングを行う際、アイランドの浮きを防止するため、ボンディング装置のクランパによってアイランドの周辺領域や、アイランド周囲に設けた吊りピンを押さえる必要がある。しかし、装置の小型化によって十分なアイランドの周辺領域が確保できない場合や吊りピンが設けられない場合には、アイランド側を押さえることができない問題がある。
【解決手段】 アイランドのリードと対向する辺に、リード端部と同じ高さでリード側に突出する突起部を設ける。突起部とリード端部を同時にクランパで押圧することにより、吊りピンや、アイランド周囲の押さえ領域がない場合であっても、アイランドの浮きを防止できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は半導体装置およびその製造方法に関し、特に、半導体素子の電極とリードとを接続する金属リボンを有する半導体装置およびその製造方法に関する。
図９を参照して、従来の半導体装置１００について説明する。図９（Ａ）は半導体装置１００の平面図であり、図９（Ｂ）は製造工程の一部を示す平面図である。
図９（Ａ）を参照して、従来の半導体装置１００は、アイランド１０１と、アイランド１０１の上面に固着された半導体素子１０３と、リード１０２と、半導体素子１０３とリード１０２とを接続する金属リボン１０５を有している。これらの構成要素は更に不図示の封止樹脂により一体的に被覆されている。
半導体素子１０３の主面には電極１０４が設けられ、金属リボン１０５の一端は電極１０４に超音波ボンディングにより固着され、他端はリード１０２に固着される。これにより半導体素子１０３の電極１０４とリード１０２が電気的に接続される。
図９（Ｂ）を参照して、この半導体装置１００の製造工程において、個別にダイシングされた半導体素子１０３は、リードフレーム１１０のアイランド１０１上に固着され、ボンディング装置にて電極１０４とリード１０２の電気的接続が行われる。
すなわち、金属リボン１０５を電極１０４上に超音波接合した後、リード１０２と接合するため金属リボン１０５を支持するキャピラリをリード１０２方向に移動させる。このとき、キャピラリの移動で金属リボン１０５が引っ張られることによるアイランド１０１の浮きを防止するため、ボンディング装置のクランパ１２０でリード１０２や、リードフレーム１１０とアイランド１０１を連結する吊りピン１１５部分を押下しつつ、金属リボン１０５をリード１０２と固着している（例えば特許文献１参照。）。
特開２００８−２９４３８４号公報
金属リボン１０５は、金属細線と比較してサイズが大きく硬いため、電極１０４に超音波ボンディングした後にリード１０２方向にキャピラリの移動させると、金属リボン１０５が引っ張られる状態となり、既に固着されているアイランド１０１が浮いてしまう。
アイランド１０１が浮くことによって、リードフレーム１１０が変形したり、半導体素子１０３と金属リボン１０５との接触防止のため山状に形成する金属リボン１０５のボンディングループが適切な形状に作れないなどの問題が生じる。
アイランド１０１の浮きを防止するには、ボンディング装置のクランパ１２０によって、アイランド１０１側である吊りピン１１５を押さえたり（図９（Ｂ））、半導体素子１０３を配置した外周となるアイランド１０１の端部（周辺領域）Ｔを直接、押さえる必要がある。
しかし、吊りピン１１５は、全てのリードフレーム１１０に設けられるものではない。吊りピン１１５は、主に半導体素子１０３のチップサイズが大きい場合に、製造工程中の平衡度を維持するために設けられるものである。一方で、製品として完成後、封止樹脂等から外部に導出することが多いため耐湿等の影響を考慮すると、例えばチップサイズが小さいなどで、平衡度が問題とならない半導体素子１０３の場合には、吊りピン１１５が設けられない場合も多い。
また、半導体装置１００（パッケージサイズ）の小型化に伴い、アイランド１０１と半導体素子１０３のサイズが近づくと、半導体素子１０３の外周にクランパ１２０による押さえが十分可能なほど、アイランド１０１の周辺領域Ｔを確保することができない。
アイランド１０１の浮きを防止するため、アイランド１０１の裏面を真空吸着させる方法も考えられる。しかし、半導体装置１００（アイランド１０１）のサイズが小型の場合には、ボンディング装置のアイランド１０１の載置面に真空吸着用の孔を形成することが困難であり、また孔を形成できたとしても吸着面積が小さいため吸着力が十分でなく、アイランド１０１の浮きを防止することが困難であった。
本発明はかかる課題に鑑みてなされ、第１に、主面に電極が配置された半導体素子と、
該半導体素子が固着されるアイランドと、該アイランドと離間して対向配置され、前記半導体素子と電気的に接続されて一部が外部に導出するリードと、一端が前記半導体素子の前記電極と固着し、他端が前記リードと固着する金属リボンとを備え、前記アイランドには、前記リードに対向する辺から前記リードの近傍に向かって突出する突起部を設けることにより解決するものである。
第２に、アイランドの主面に配置された半導体素子の電極と、前記アイランドと離間して対向するリードとを、金属リボンにて接続する工程を備えた半導体装置の製造方法であって、前記アイランドの前記リードに対向する辺から前記リードの近傍に突出して設けられた突起部をクランパの凸部で押圧して前記金属リボンの一端を前記電極に固着し、他端を前記リードに固着することにより解決するものである。
本発明によれば、以下の効果が得られる。
第１に、アイランドに、リード側に突出する突起部を設けることにより、突起部をクランパで押圧可能とできるので、吊りピンや、アイランド周囲の押さえ領域がない場合であっても、アイランドの浮きを防止できる。
また、突起部はリード側に突出し、封止樹脂で完全に封止されるため、外部に露出することがない。従って、押さえ部分を樹脂端面に露出させることによる、半導体装置の耐圧や耐湿の劣化を回避できる。
第２に、突起部を金属リボンが固着されるリードの先端を超えるように突出させ、リードの先端にもリード突起部を設けることにより、クランパの１つの凸部で突起部とリード突起部を同時に押さえることができる。
従来ではリードを押さえるクランパは、リードの他端（リードフレーム外枠に近い領域）を一括して押さえていた。しかし、金属リボンをボンディングするリードについては、それだけでは不十分で、安定したボンディングが行えない。また、リードフレーム強度が金属リボンのボンディング時の力に対して弱く、リード先端（接続部）の変形および破損の原因となっていた。
本実施形態では、リードの先端（金属リボンが接続される接続部近傍）にリード突起部を設け、これをアイランドの突起部と同時に押さえることができるので、リード側においても安定した金属リボンの固着が可能となる。
第３に、突起部の主面と、突起部とともにクランパで押圧されるリードの端部（リード突起部）にそれぞれ、金属メッキ層を設けることにより、突起部とリード突起部の高さを均一にできる。アイランドの突起部とリード突起部は１つのクランパ（の凸部）で同時に押圧される。アイランドの浮きを防止するには、クランパの凸部で押圧される突起部とリードの先端の高さを同等にする必要がある。アイランドは、突起部も含む全面に渡って半導体素子を固着するため金属メッキが施され、リード突起部も金属メッキを同じ膜厚で形成することによって、突起部とリード突起部の高さを同等にすることができる。
尚、アイランドは突起部を除いて金属メッキ層を設けてもよく、その場合は同じ高さにするため、リード突起部にも金属メッキ層は不要である。しかし、突起部の近傍に、金属細線が固着される他のリードが配置されており、他のリード先端の金属細線の固着領域は、接着性を向上させるため金属メッキが施されている。
クランパの凸部で一括で押圧する突起部とリード突起部は、極小の領域であり、押さえの位置調整の精度がシビアである。つまり凸部の押圧位置がずれると、他のリードの先端を押圧する可能性も考えられる。この場合、突起部およびリード突起部の主面がリードフレーム基材（例えば銅フレーム）のままでは、金属メッキが施された他のリードと高さが異なり、クランパによる押さえが不十分となる。
本実施形態では、アイランドの突起部およびリード突起部に、他のリードの金属メッキ層と同等の膜厚の金属メッキ層を設けることにより、凸部の押圧位置が他のリードにずれた場合であっても確実な押さえが可能となる。
本発明の製造方法によれば、クランパの凸部でアイランド側（突起部）とリード側（リード突起部）を同時に押さえることにより、吊りピンや、アイランド周囲の押さえ領域がない場合であっても、アイランドの浮きを防止して金属リボンの固着が可能な半導体装置の製造方法を提供できる。
本発明の第１の実施形態の半導体装置を説明する（Ａ）平面図、（Ｂ）要部拡大図、（Ｃ）断面図である。 本発明の第２の実施形態の半導体装置を説明する平面図である。 本発明の第３の実施形態の半導体装置を説明する平面図である。 本発明の半導体装置の製造方法を説明するための平面図である。 本発明の半導体装置の製造方法を説明するための平面図である。 本発明の半導体装置の製造方法を説明するための平面図である。 本発明の半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の半導体装置の製造方法を説明するための平面図である。 従来技術を説明するための平面図である。
本発明の実施形態を図１から図８を参照して詳細に説明する。図１は、第１の実施形態の半導体装置１を示す図であり、図１（Ａ）が半導体装置１の平面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）要部拡大図であり、図１（Ｃ）は図１（Ａ）のａ−ａ線断面図である。
図１（Ａ）を参照して、半導体装置１は、半導体素子２０と、アイランド１４と、第１リード１１、第２リード１２、第３リード１３と、突起部１５と、金属リボン２１と、封止樹脂２４とを有する。
半導体素子２０としては、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＩＣ、ダイオード等を採用可能である。ここでは、半導体素子２０としてＭＯＳＦＥＴを採用した場合を例に説明する。半導体素子２０の主面（上面）にはソース電極２５およびゲートパッド電極２６が設けられ、他の主面（下面）にドレイン電極（不図示）が設けられる。また、半導体素子２０としてバイポーラトランジスタが採用されると、半導体素子２０の主面にベース電極およびエミッタ電極が設けられ、下面にコレクタ電極が設けられる。
半導体素子２０のソース電極２５は、金属リボン２１を介して第１リード１１と電気的に接続する。金属リボン２１は、例えばアルミ（Ａｌ）リボンであり、一端が半導体素子２０のソース電極２５と固着し、他端が第１リード１１の接続部１７と固着する。また、半導体素子２０のゲートパッド電極２６は、金属細線２２を介して第２リード１２と接続する。
半導体素子２０がディスクリート型のトランジスタである場合は、第１リード１１、第２リード１２とアイランド１４の裏面に連続する第３リード１３が外部接続端子として機能する。一例として、半導体素子２０がＭＯＳＦＥＴの場合は、第１リード１１がソース電極２５と接続され、第２リード１２がゲートパッド電極２６と接続され、アイランド１４がドレイン電極と接続される。
アイランド１４および第１リード１１、第２リード１２、第３リード１３は、銅もしくは銅を主成分とする合金素材からなるリードフレーム基材を、エッチングまたは打ち抜き加工して設けられる。アイランド１４は、一例として、上面に実装される半導体素子２０よりも若干大きい程度である。第１リード１１、第２リード１２は、アイランド１４と離間して対向配置される。第１リード１１、第２リード１２は一端がアイランド１４の近傍に位置し、他端が封止樹脂２４から外部に露出している。第１リード１１のアイランド１４に接近する一端は幅広の接続部１７となっている。第３リード１３は、一端がアイランド１４に連続し、他端が封止樹脂２４から外部に導出される。アイランド１４の一部には突起部１５が設けられ、接続部１７の一部にはリード突起部１６が設けられる。
封止樹脂２４の側面から外部に露出する第１リード１１、第２リード１２、第３リード１３の他端は、折り曲げ加工される。第１リード１１、第２リード１２の先端と、アイランド１４は、第１リード１１、第２リード１２の他端からの高さＨが同等である（図１（Ｃ）参照）。すなわち、アイランド１４の主面Ｓｆ１と、これと対向する第１リード１１、第２リード１２の一端の主面Ｓｆ２、Ｓｆ３は、略同一平面上にある。
再び図１（Ａ）を参照して、金属リボン２１は、厚みが例えば０．１ｍｍ程度で幅が１．０ｍｍ程度のアルミニウムもしくはアルミニウムを主成分とする合金からなる導電材料で構成されたリボン状の配線材料である。金属リボン２１は、例えば金属板をプレス加工した金属接続板（クリップ）と比較してその厚みが薄く、ボンディング装置に対しては長尺のリボン上の材料として供給され、キャピラリから必要量が供給されてそこで切断される。つまり通常の金属細線と同様に、例えば山状のボンディングループを形成して半導体素子２０と第１リード１１とを接続することが可能である。金属リボン２１の一端は半導体素子２０のアルミ材料からなるソース電極２５と、超音波接合（超音波ボンディング）によって接続される。また金属リボン２１の接合方式としてレーザ接合も採用できる。
金属リボン２１の他端は、リードフレーム基材である銅が露出した第１リード１１端部の接続部１７に、超音波接合（超音波ボンディング）によりにより固着される。
金属リボン２１は、直径が０．５ｍｍ程度の金属細線と比較すると、電流が流れる方向に対する断面積が大きい。従って、金属リボン２１を採用することにより、接続手段の電気抵抗を低減して、電流容量を増大させることができる。例えば、半導体素子２０がＭＯＳＦＥＴの場合には、ソース電極２５が金属リボン２１を介して第１リード１１と接続されることにより、オン抵抗を低減させることができる。
更には、金属リボン２１は、半導体素子２０および第１リード１１と面的に接合しているので、熱の伝導が容易になり、半導体素子２０から発生した熱を金属リボン２１および第１リード１１を経由して、外部に良好に伝導させて放出させることができる。
封止樹脂２４は、半導体素子２０、金属リボン２１、金属細線２２、第１リード１１、第２リード１２、アイランド１４等を一括して被覆して全体を機械的に支持する機能を有する。封止樹脂２４の材料としては、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂から成り、放熱性を向上させるために粒子状または繊維状のフィラーが混入されても良い。
図１（Ｂ）は、突起部１５の近傍を示す要部拡大図である。本実施形態では、アイランド１４に、これと連続した突起部１５が設けられる。突起部１５は、アイランド１４と同様に形成され、アイランド１４の、第２リード１２に対向する辺から第２リード１２の接続部１８近傍に向かって部分的に突出するように設けられる。その先端は、第１リード１１のアイランド１４に対向する辺の延長線Ｌ上（破線）を超える位置に達する。
更に、第１リード１１の接続部１７の先端部分にも、部分的にこれと連続したリード突起部１６が設けられる。リード突起部１６は、接続部１７の先端部から、接続部１８とアイランド１４との間に、対向するアイランド１４の辺に沿ってこれと平行に伸びるよう、接続部１８の先端及び突起部１５の先端の近傍まで形成する。このとき、第２リード１２先端の接続部１８は、従来よりもアイランド１４から後方に後退させて両者間の距離を大きくすることにより、突起部１５とリード突起部１６を配置する空間を確保する。つまり、第１リード１１とアイランド１４との間隔よりも第２リード１２とアイランド１４との間隔が大となる。アイランド１４および突起部１５と、接続部１７及びリード突起部１６と、第１リード１１の接続部１８との３者は、互いの距離が、１枚の板厚が一様なるリードフレーム素材から加工形成されるに際しての最小設計寸法で、離間させるのが好ましい。
アイランド１４の全表面、突起部１５の表面、第２リード１２の接続部１８の表面、及びリード突起部１６の表面には、図示ハッチングで示す位置に、部分的に、電界メッキ法による厚さ３μｍ〜１０μｍの例えば銀（Ａｇ）からなる金属メッキ層３０、３１、３２、３３が設けられる。但し金属メッキ層として銀を選択した場合は、金属リボン２１を固着する接続部１７の表面については、金属（Ａｌ）リボン２１との接着強度の点を考慮して金属メッキ層３２を形成しない。Ａｇに代えてパラジウム（Ｐｄ）を用いた場合は、接続部１７の表面を含めて金属メッキ層を設けても良く、その場合は、金属リボン２１は接続部１７においてＰｄメッキ層上に固着されることになる。
図１（Ｃ）を参照して、半導体素子２０の下面は、半田、Ａｇペースト等の導電性の固着材１９を介してアイランド１４の主面に固着される。ここで、半導体素子２０の下面が電極として機能しない場合は、エポキシ樹脂等を主材料する絶縁性の固着材１９を介して半導体素子２０がアイランド１４の上面に固着されても良い。
第１リード１１、第２リード１２、第３リード１３は、アイランド１４及び接続部１７、１８が樹脂２４の内部に埋設されるように、曲げ加工が施される。アイランド１４の主表面Ｓｆ１と突起部１５の表面、接続部１７の表面及びリード突起部１６の表面Ｓｆ２、更に第２リード１２の接続部１８の表面Ｓｆ３は、各々同一の高さＨに形成されている。Ａｇからなる金属メッキ層３０、３１、３２、３３の膜厚を考慮した場合は、突起部１５、リード突起部１６、接続部１８の高さが同一即ち同一平面上に位置し、金属メッキ層３２を設けない接続部１７表面は金属メッキ層３２の膜厚の分だけ高さが低くなる。
金属リボン２１は、最初に半導体素子２０のソース電極２５に対して超音波接合により接着され、次いでキャピラリによって同図に示したようなループ形状を形成しつつ、第１リード１１の接続部１７表面にリボンボンドされる。このとき、突起部１５は、金属リボン２１を半導体素子２０の電極２５（ソース電極２５）と第１リード１１に固着する際、図１（Ｂ）に示す一点鎖線の押圧領域Ｐがボンディング装置のクランパ（の凸部）によって押圧される。これにより、金属リボン２１のボンディング時のアイランド１４の浮きを防止できる。
本実施形態ではアイランド１４側に吊りピン１１５や、アイランドの周辺領域Ｐ（図９参照）のクランパによる押さえを配置できる十分な余裕がない構造であっても、第１リード１１側に突出させた突起部１５によってアイランド１４を押さえることができる。
加えて、突起部１５近傍に金属リボン２１の他端が接続する第１リード１１の先端から突起部１５に向かってリード突起部１６を設けることにより、突起部１５を押下するクランパの凸部で同時にリード突起部１６を押さえることができる。これにより、第１リード１１の接続部１７を強固に固定することができるので、キャピラリから金属リボン２１に対して印加する超音波振動エネルギーが逃げてしまう現象を防止し、第１リード１１側においても安定した金属リボン２１の固着が可能となる。金属リボン２１の接着性が十分である場合は、突起部１５のみの構成としリード突起部１６は割愛しても良い。
アイランド１４の浮きを防止するためだけの目的であれば、突起部１５の表面、もしくはリード突起部１６の主面には金属メッキ層３１、３２は不要である。しかし、突起部１５とリード突起部１６に近接して配置される第２リード１２の接続部１８の表面には、ボンディングする金属細線（例えば金（Ａｕ）ワイヤ）２２の接着性を考慮して金属メッキ層３３（ハッチング）が必要となる。このことから、接続部１８に近接する突起部１５とリード突起部１６の主面にも金属メッキ層３１、３２を設けることが望ましい。
以下これについて説明する。
再度図１（Ｂ）を参照して、クランパの凸部は、突起部１５とリード突起部１６が配置される押圧領域Ｐ（一点鎖線）を一括で押圧する。この領域は極小の領域であり、凸部の位置調整の精度がシビアである。つまり凸部の押圧位置がずれると、例えば第２リード１２の先端を押圧する可能性も考えられる。この場合、突起部１５およびリード突起部１６の主面がリードフレーム基材（例えば銅フレーム）のままでは、金属メッキ層３３が施された第２リード１２先端と高さが異なり、凸部による押さえが不十分となる。
本実施形態では、アイランド１４の突起部１５およびリード突起部１６に、第２リード１２の金属メッキ層３３と同等の膜厚の金属メッキ層３１、３２をそれぞれ設けることにより、凸部の押圧位置が金属細線用の第２リード１２にずれた場合であっても確実な押さえが可能となる。
尚、金属メッキ層としてパラジウムｐｄを採用した場合は、金属（Ａｌ）リボン２１との接着性、金属（Ａｕ）細線との接着性、半導体素子２０の接着性共に十分な強度が得られるので、接続部１７を含めて主要部全面に金属メッキ層を施して置けばよい。要は、接続部１８の高さと突起部１５（場合によってはリード突起部１６を含めて）の高さとが、表面に施される金属メッキ層の膜厚を考慮した上で、段差を作らず一定の高さを維持するように、金属メッキ層を施すことである。
尚、金属リボン２１の他端が接続する第１リード１１は外部に導出するピンが１本の場合を例に示したが、１つの接続部１７から複数のピンが導出するものであってもよい。
図２および図３を参照して、他の実施形態について説明する。図２は本発明の第２の実施形態を示す平面図であり、図３は本発明の第３の実施形態を示す平面図である。
図２は、１つの樹脂２４内に、２つの半導体素子２０Ａ、２０Ｂを搭載した例である。
それぞれに突起部１５Ａ、１５Ｂが設けられたアイランド１４Ａ、１４Ｂの主面に半導体素子２０Ａ、２０Ｂが固着される。アイランド１４Ａ、１４Ｂにそれぞれ対向して第１リード１１Ａ、１１Ｂが配置される。それぞれの第１リード１１Ａ、１１Ｂの先端にはリード突起部１６Ａ、１６Ｂが設けられる。突起部１５Ａ、１５Ｂおよびリード突起部１６Ａ、１６Ｂの主面にはそれぞれ同じ膜厚の金属メッキ層３１Ａ、３１Ｂ、３２Ａ、３２Ｂが設けられる。
金属リボン２１Ａ、２１Ｂは、半導体素子２０Ａ、２０Ｂと、それぞれに対応する第１リード１１Ａ、１１Ｂとを接続する。
また、アイランド１４Ａ、１４Ｂにそれぞれ対応して第２リード１２Ａ、１２Ｂが設けられる。第２リード１２Ａ、１２Ｂの接続部１８Ａ、１８Ｂはそれぞれ、金属メッキ層３３Ａ、３３Ｂが設けられ、半導体素子２０Ａ、２０Ｂと金属細線２２Ａ、２２Ｂによって接続される。
このように、１つのパッケージ内に複数の金属リボン２１Ａ、２１Ｂが設けられる場合、１つの金属リボン２１Ａ（２１Ｂ）に対応して１つの突起部１５Ａ（１５Ｂ）が設けられる。これは各組毎に金属リボン２１Ａ、２１Ｂのボンディングが行われるためである。すなわち、１組目（図２の左側）の半導体素子２０Ａと第２リード１２Ａに金属リボン２１Ａを固着する場合に、対応する突起部１５Ａ、リード突起部１６Ａがクランパの凸部によって押圧される。その後２組目（図２の右側）の半導体素子２０Ｂと第２リード１２Ｂに金属リボン２１Ｂを固着する場合に、対応する突起部１５Ｂ、リード突起部１６Ｂがクランパの凸部によって押圧される。
図３は、図２の構成において、１つのチップに２つの半導体素子２０Ａ、２０Ｂを形成した場合の構成である。１つのアイランド１４に２つの突起部１５Ａ、１５Ｂが設けられ、それ以外の構成は図２と同様である。アイランド１４上の半導体素子２０は、１つのチップ（共通基板）に２つの例えばＭＯＳＦＥＴの素子領域が形成されたものであってもよいし、２つのチップであってもよい。いずれの場合も、金属リボン２１Ａ、２２が接続する半導体素子２０表面の電極（例えばソース電極）２５Ａ、２５Ｂは２つ設けられる。
すなわち、この場合においても、１つのパッケージ（封止樹脂２４）内において、１つの金属リボン２１Ａ（２１Ｂ）に対応して１つの突起部１５Ａ（１５Ｂ）が設けられる。
次に、図４から図８を参照して、図３に示した構成を例にした半導体装置の製造方法を説明する。
図４は、リードフレーム１０の一部を示す図である。
先ず、所定形状のリードフレーム１０を準備する。リードフレーム１０は、板厚が例えば１５０μｍ程度の銅もしくは銅の合金素材などからなる板状材料である。リードフレーム１０は外形が短冊形状であり、後述する所望の位置に、選択的に金属メッキ層（ハッチングで示す）が形成される。
リードフレーム基材のエッチング加工または打ち抜き加工によって枠状の外枠４０の内部に複数個のユニット４２が形成されている。ここでユニット４２とは、１つの半導体装置１を構成する（１つの封止樹脂２４で封止される）要素単位のことであり、ここでは一例として図３に示す半導体装置１のリードフレーム１０を示す。図４では、一例として、額縁状の外枠４０と連結された６個のユニット４２が示されている。尚、図４においては説明の便宜上、複数のユニット４２間で異なる構成を示しているが、以下の説明は全てのユニット４２について同様に設けられている。
１つのユニット４２は、１つのアイランド１４と、第１リード１１Ａ、１１Ｂ、第２リード１２Ａ、１２Ｂ、第３リード１３とから成る。アイランド１４は、主面に半導体素子２０が載置可能な大きさである。第１リード１１Ａ、１１Ｂ、第２リード１２Ａ、１２Ｂは一端がアイランド１４と近接して対向配置され、他端が外枠４０と連続している。また第３リード１３は一端がアイランド１４と連続し、他端が外枠と連続している。そして、アイランド１４に接近する第１リード１１Ａ、１１Ｂの端部を部分的に幅広とすることで接続部１７Ａ、１７Ｂが形成されている。
アイランド１４の第１リード１１Ａ、１１Ｂに対向する辺には当該第１リード１１Ａ、１１Ｂ方向に突起部１５Ａ、１５Ｂが設けられる。また、第１リード１１Ａ、１１Ｂの端部には、突起部１５Ａ、１５Ｂ方向に突出するリード突起部１６Ａ、１６Ｂが設けられる。
アイランド１４および第１リード１１Ａ等の形成前に選択的に形成される金属メッキ層は以下の通りである。すなわち、アイランド１４には全面には金属メッキ層３０が形成され、突起部１５Ａ、１５Ｂの主面にも金属メッキ層３１Ａ、３１Ｂが形成される。更にリード突起部１６Ａ、１６Ｂの主面、および第２リード１２Ａ、１２Ｂの接続部１８Ａ、１８Ｂ主面にもそれぞれ、金属メッキ層３２Ａ、３２Ｂ、３３Ａ、３３Ｂが形成される。尚、第１リード１１Ａ、１１Ｂの接続部３６Ａ、３６Ｂは、銅のリードフレーム基材が露出している。金属メッキ層３０、３１Ａ、３１Ｂ、３２Ａ、３２Ｂ、３３Ａ、３３Ｂの厚みはいずれも同等であり、例えば２μｍ〜１０μｍである（ユニット４２Ａ参照）。
次に、アイランド１４の上面に固着材（不図示）を介して、半導体素子２０を実装する（ユニット４２Ｂ参照）。半導体素子２０としては、上記したように、ＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ、ＩＣ、ダイオード等が採用される。ここでは、一例としてＭＯＳＦＥＴが半導体素子２０として採用され、上面にソース電極２５Ａ、２５Ｂおよびゲートパッド電極２６Ａ、２６Ｂが設けられ、裏面はドレイン電極が形成されている。より詳細には、半導体素子２０は、例えば共通基板（すなわち１チップ）に２つのＭＯＳＦＥＴの素子領域が平面視において左右に並んで形成され、左側の素子領域上にはこれと接続するソース電極２５Ａおよびゲートパッド電極２６Ａが設けられ、右側の素子領域上にはこれと接続するソース電極２５Ｂおよびゲートパッド電極２６Ｂが設けられている。あるいは２つの基板（２チップ）の半導体素子２０Ａ、２０Ｂが１つのアイランド１４に実装されるものであっても同様である。
以下半導体素子２０の平面視において左のソース電極２５Ａ側を一次側、右のソース電極２５Ｂ側を二次側と称する。
固着材としては、半導体素子２０の裏面が電極として用いられる場合は、半田や導電性Ａｇペースト等の導電性固着材が用いられる。一方、半導体素子２０の裏面が電極として用いられない場合は、エポキシ樹脂等の絶縁性の接着材を固着材として用いても良い。
図５から図８を参照してその後のボンディング工程について説明する。ボンディング装置（不図示）にてワイヤボンディングを行うために、ボンディング装置の載置台（不図示）上にリードフレーム１０が位置合わせされる。
このとき、載置台上方に設置されたクランパ５０によってリードフレーム１０の一部が載置台表面に押さえられる。そして、半導体素子２０の電極と第１リード１１Ａ、１１Ｂとを、金属リボン２１Ａ、２１Ｂを介して接続する。
図５から図７を参照してクランパ５０について説明する。これらはクランパ５０の構成を示す図であり、図５は、アイランド１４の半導体素子の実装面（主面Ｓｆ１）側から見た平面図であり、図６は、クランパ５０に設けられた凸部のパターンを示す平面図である。また、図７は図６のｂ−ｂ線断面図であり、アイランド１４上の半導体素子は省略している。またこれらの図において、図５のユニット４２Ａの如く、全てのユニット４２に半導体素子２０が実装されている。
図５、図６では６つのユニット４２を一括で押さえるクランパ５０を１つのブロックＢとして示している。図５において左側の３つのユニット４２の列は、第１ブロックＢ１であり、半導体素子２０の一次側のソース電極２５Ａと第１リード１１Ａとが固着される。また右側の３つのユニット４２の列は、第２ブロックＢ２であり、同じ半導体素子２０の二次側のソース電極２５Ｂと第１リード１１Ｂとが固着される。
第１ブロックＢ１のクランパ５０には、少なくとも一次側のソース電極２５Ａと第１リード１１Ａが露出する第１開口部ＯＰ１が形成され、第１開口部ＯＰ１を介してクランパ５０上方からリボンボンディングを行う。クランパ５０のリードフレーム１０の突起部１５Ａとリード突起部１６Ａに重畳する位置に、リードフレーム１０方向に突出する第１凸部５１（ハッチング）が設けられている（図６および図７参照）。
第２ブロックＢ２のクランパ５０には、少なくとも二次側のソース電極２５Ｂと第１リード１１Ｂとが露出する第２開口部ＯＰ２が形成され、第２開口部ＯＰ２を介してクランパ５０上方からリボンボンディングを行う。クランパ５０のリードフレーム１０の突起部１５Ｂとリード突起部１６Ｂに重畳する位置に、リードフレーム１０方向に突出する第２凸部５２（ハッチング）が設けられている（図６および図７参照）。
尚、図６および図７の如く、第１リード１１Ａ、１１Ｂ、第２リード１２Ａ、１２Ｂの他端と第３リード１３の他端は、幅広の第３凸部５３により一括で押圧される。また、前記ボンディング装置の載置台の表面は、折り曲げ加工を受けたリードフレーム１０の裏面側に当接するように段差が設けられている。即ち、アイランド１４、突起部１５Ａ、１５Ｂ及び第２リード１２Ａ、１２Ｂの先端部分が設置される作業台の表面は、第１リード１１、第２リード１２、及び第３リード１３が設置される作業台の表面よりも高さが高い。第１、第２凸部５１、５２と、第３凸部５３の高さも、前記リードフレームの折り曲げ加工の段差に準じた高さの差が設けられる。
図８を参照して、金属リボン２１Ａ、２１Ｂのボンディング工程について説明する。図８（Ａ）は、第１ブロックＢ１と第２ブロックＢ２の一部を示す平面図であり、図８（Ｂ）は第１ブロックＢ１において第１凸部５１が突起部１５Ａとリード突起部１６Ａを押下摺る様子を示す拡大図であり、図８（Ｃ）は第２ブロックＢ２において第２凸部５２が突起部１５Ｂとリード突起部１６Ｂを押下げる様子を示す拡大図である。
クランパ５０でリードフレーム１０を押圧すると、第１ブロックＢ１において第１凸部５１が、一次側の突起部１５Ａとリード突起部１６Ａとを同時に押圧し、第２ブロックＢ２において第２凸部５２が二次側の突起部１５Ｂとリード突起部１６Ｂとを同時に押圧する。突起部１５Ａとリード突起部１６Ａ、および突起部１５Ｂとリード突起部１６Ｂはそれぞれ同じ高さに形成され、更に主面に同じ厚みの金属メッキ層３１Ａ、３２Ａ、３１Ｂ、３２Ｂが形成されているため、第１凸部５１および第２凸部５２で確実に押さえることができる。仮に第１凸部５１または第２凸部５２が位置ずれによって接続部１８Ａ、１８Ｂを同時に押し下げた場合であっても、両者には高さの差が無いので、突起部１５またはリード突起部１６への押圧力が低下することも無い。クランパ５０からは不活性ガスとして、例えば、４リットル／分の窒素ガスが吹き込まれる。
この状態で、半導体素子２０の一次側に金属リボン２１Ａを支持するキャピラリ（不図示）を移動し、ソース電極２５Ａ上に金属リボンの一端を超音波接合（ウェッヂボンディング）する。その後、例えば山状など所望のボンディングループを形成するようにキャピラリを移動させ、金属リボンの他端を第１リード１１Ａの接続部１７Ａ上に超音波接合により固着し、金属リボン２１Ａを切断する。接続部１７Ａは、金属メッキ層が設けられず、リードフレーム基材（銅）が露出しているため、金属リボン２１Ａと良好な接続性を保てる。
このとき、第１凸部５１が一次側の突起部１５Ａとリード突起部１６Ａとを確実に押圧している。従って、吊りピンや、アイランド周囲の押さえ領域がない場合であっても、金属リボン２１Ａをソース電極２５Ａにボンディングした後、キャピラリを第１リード１１Ａ方向に移動させる際の、アイランド１４の浮きを防止できる。また、接続部１７Ａにあっては、接続部１７Ａの直近をリード突起部１６Ａで押圧できること、及び第１リード１１Ａを第１凸部５１と第３凸部５３との２箇所で固定できるので、前記キャピラリからの超音波エネルギーを無駄に逃がすことなく接合部に印加して確実な接着を得ることができる。
半導体素子２０の一次側の金属リボン２１Ａをボンディングが終了すると、リードフレーム１０が水平に移動され、当該半導体素子２０について一次側と同様に、二次側の金属リボンボンディングが行われる。即ち、開口部ＯＰ２に一次側の金属リボン２１Ａの固着が終了した半導体素子２０を露出させ、２次側のリボンボンディングを行なう。
半導体素子２０の二次側に金属リボン２１Ｂを支持するキャピラリ（不図示）を移動し、ソース電極２５Ｂ上に金属リボン２１Ｂの一端を超音波接合する。その後、例えば山状など所望のボンディングループを形成するようにキャピラリを移動させ、金属リボン２１Ｂの他端を第１リード１１Ｂの接続部１７Ｂ上に固着し、金属リボン２１Ｂを切断する。
このとき、第２凸部５２が二次側の突起部１５Ｂとリード突起部１６Ｂとを確実に押圧している。従って、金属リボンをソース電極２５Ｂにボンディングした後、キャピラリを第１リード１１Ｂ方向に移動させる際の、アイランド１４の浮きを防止できる。
尚、一次側の金属リボンボンディングと二次側の金属リボンボンディングは、１つのブロックＢの各ユニット４２に対して一括して行われる。
更に、金属リボン２１Ａ、２１Ｂのボンディングが終了したリードフレームは、今度は金属細線用のワイヤボンディング装置に移送され、既知の方法によって、図１に示したように、一次側のゲートパッド電極２６Ａと第２リード１２Ａとが金属細線（例えばＡｕワイヤ）２２によって接続され、二次側のゲートパッド電極２６Ｂと第２リード１２Ｂとが同様に金属細線２２によって接続される。金属細線は例えば熱圧着によるボールボンディングによって接続される。この金属細線２２は、半導体素子２０のゲートパッド電極２６かた突起部１５とリード突起部１６の上方をまたぐように通過して、第２リード１２の接続部１８に接着される。
その後、半導体素子２０等が被覆されるように、モールド金型を用いて樹脂封止を行う。このモールド金型は、上金型と下金型とから成り、両者を当接させることで、封止樹脂が注入されるキャビティが形成される。樹脂封止の方法としては、トランスファーモールド、インジェクションモールド、またはポッティングが採用できる。樹脂材料としては、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂がトランスファーモールドで採用でき、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド等の熱可塑性樹脂はインジェクションモールドで採用できる。
本工程は既知の方法であり図示は省略して説明する。半導体素子２０が上面に実装されたアイランド１４と第１リード１１Ａ、１１Ｂ、第２リード１２Ａ、１２Ｂの端部を、キャビティに収納させる。次に、モールド金型に設けたゲートからキャビティの内部に封止樹脂を注入して、アイランド１４、半導体素子２０、金属リボン２１Ａ、２１Ｂおよび第１リード１１Ａ、１１Ｂ、第２リード１２Ａ、１２Ｂを樹脂封止する。リードフレーム１０に設けられた各ユニット４２は一括して同時に樹脂封止される。
キャビティの内部への樹脂の注入が終了した後は、モールド金型から樹脂封止体を取り出す。また、封止樹脂として採用された樹脂が熱硬化性樹脂である場合は、加熱硬化の工程が必要となる。
その後、打ち抜き加工を行うことでリードフレーム１０から各ユニット４２を分離し、分離された半導体装置１を、例えば実装基板上に実装する。また、外部に露出する第１リード１１Ａ等の酸化を防止するために、表面を半田メッキ等のメッキ膜により被覆する。以上の工程により、図１に構造を示す半導体装置１が製造される。
１ 半導体装置
１０ リードフレーム
１１、１１Ａ、１１Ｂ 第１リード
１２、１２Ａ、１２Ｂ 第２リード
１３ 第３リード
１４ アイランド
１５ 突起部
１６ リード突起部
２０ 半導体素子
２１、２１Ａ、２１Ｂ 金属リボン
１７、１７Ａ、１７Ｂ 接続部
１８、１８Ａ、１８Ｂ 接続部
３０ 金属メッキ層
３１、３１Ａ、３１Ｂ 金属メッキ層
３２、３２Ａ、３２Ｂ 金属メッキ層
３３、３３Ａ、３３Ｂ 金属メッキ層
５０ クランパ
５１ 第１凸部
５２ 第２凸部

Claims (12)

  1. 主面に電極が配置された半導体素子と、
    該半導体素子が固着されるアイランドと、
    該アイランドと離間して対向配置され、前記半導体素子と電気的に接続されて一部が外部に導出するリードと、
    一端が前記半導体素子の前記電極と固着し、他端が前記リードと固着する金属リボンとを備え、
    前記アイランドには、前記リードに対向する辺から前記リードの近傍に向かって突出する突起部が設けられることを特徴とする半導体装置。
  2. 前記突起部は先端が、平面視において前記リードの前記アイランドに対向する辺の延長線上を超える位置に達することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記突起部の主面と、前記リード部の端部の主面はそれぞれ金属メッキ層が設けられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
  4. 前記リードに前記突起部方向に突出するリード突起部が設けられ、前記金属メッキ層は前記リード突起部に部分的に設けられることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
  5. 前記突起部の近傍に、主面に金属メッキ層が設けられて金線が固着されるリードが配置されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の半導体装置。
  6. 他の金属リボンと、該他の金属リボンが固着される他のリードと、前記他の金属リボンに対応して前記アイランドに設けられた他の突起部とを有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の半導体装置。
  7. アイランドの主面に配置された半導体素子の電極と、前記アイランドと離間して対向するリードとを、金属リボンにて接続する工程を備えた半導体装置の製造方法であって、
    前記アイランドの前記リードに対向する辺から前記リードの近傍に突出して設けられた突起部をクランパの凸部で押圧して前記金属リボンの一端を前記電極に固着し、他端を前記リードに固着することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  8. 前記凸部は前記突起部と同時に前記リードの端部を押圧することを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
  9. 前記リードの端部は前記突起部方向に突出するリード突起部が設けられ、該リード突起部が前記凸部に押圧されることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
  10. 前記金属リボンは前記電極に超音波接合されることを特徴とする請求項７から請求項９のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
  11. 前記アイランド上の他の電極と、該アイランドに対向する他のリードとを他の金属リボンで接続する工程を有し、
    前記アイランドの前記他のリードに対向する辺から前記他のリードの近傍に突出して設けられた他の突起部をクランパの他の凸部で押圧して前記他の金属リボンの一端を前記他の電極に固着し、他端を前記他のリードに固着することを特徴とする請求項７から請求項１０のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
  12. 前記他のリードの端部は前記他の突起部方向に突出する他のリード突起部が設けられ、前記他の凸部は前記他の突起部と同時に前記他のリード突起部を押圧することを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
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