JP2012023204A - 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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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複数の突起部を設ける。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８を参照して、従来の半導体装置１００について説明する。図８（Ａ）は半導体装置１００の平面図であり、図８（Ｂ）は製造工程の一部を示す平面図である。
図８（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８（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方向にキャピラリを移動させると、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８（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１つの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複数の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、１つの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複数の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複数の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なるので、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。
突起部は、１つの金属リボンに対して複数設けられ、当該金属リボンのボンディング時に複数の突起部が同時に押さえられる。金属リボンの強度が大きい場合（例えば金属リボンの幅が広い場合や、その厚みが厚い場合など）や、金属リボンを引っ張る方向が斜め方向である場合などに、アイランドに設けた１つの微小な突起部を押圧するのみでは、アイランドの浮きの防止には不十分な場合もある。そこで、１つの金属リボンに対してアイランドに複数の突起部を設け、これらを同時に押さえることにより、強度が大きい金属リボンであっても安定してボンディングが行える。
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、複数の突起部は、１つの金属リボンを挟んでその両側に少なくとも１つずつ設けられる。従って、ボンディング時に金属リボンの両側でアイランドの浮きを防止できるので、より安定したボンディングが可能となる。
第３に、アイランドの突起部を、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、リードの先端にも複数の突起部に対応した複数の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。これにより、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４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、１つの金属リボンに対してアイランドに複数設けられた突起部を押下して金属リボンのボンディングを行うことにより、金属リボンの強度が大きい場合であっても、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。またリード側に複数の突起部に対応した複数のリード突起部をリード側に設け、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。
本発明の実施形態の半導体装置を説明する（Ａ）平面図、（Ｂ）側面図である。 本発明の実施形態の半導体装置を説明する拡大平面図である。 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７を参照して詳細に説明する。図１および図２は、本発明の実施形態の半導体装置１を説明するための図であり、図１（Ａ）が半導体装置１の平面図であり、図１（Ｂ）は半導体装置１の側面図であり、図２は半導体装置１の要部の拡大図である。
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、第１突起部１５Ａと、第２突起部１５Ｂ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の接続部１８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となり、第２リード１２のアイランド１４に接近する一端は幅広の接続部１８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の一部には第１突起部１５Ａおよび第２突起部１５Ｂが設けられ、接続部１７の一部には第１リード突起部１６Ａおよび第２リード突起部１６Ｂが設けられる。以下、第１突起部１５Ａおよび第２突起部１５Ｂを突起部１５と総称し、第１リード突起部１６Ａおよび第２リード突起部１６Ｂをリード突起部１６と総称する場合がある。
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状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、図１（Ａ）の左側面図である。半導体素子２０はその裏面（例えばドレイン電極２７）が、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と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（ここでは不図示）、第３リード１３は、アイランド１４及び接続部１７、１８（ここでは不図示）が封止樹脂２４の内部に埋設され、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。リードフレーム基材としては、アイランド１４と突起部１５の主面Ｓｆ１、接続部１７とリード突起部１６の主面Ｓｆ２、第２リード１２の接続部１８の主面は、第１リード１１、第２リード１２、第３リード１３の他端から各々同一の高さＨに形成されている。
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。
図２は、突起部１５の近傍を示すリードフレームの要部拡大平面図であり、半導体素子２０および金属細線２２の図示は省略している。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、１つの金属リボン２１（二点鎖線で示す）に対して複数形成され、本実施形態では、第１突起部１５Ａおよび第２突起部１５Ｂが１つの金属リボン２１を両側から挟む位置に設けられる。つまり、第１突起部１５Ａおよび第２突起部１５Ｂはアイランド１４の、第１リード１１に対向する一辺（同じ辺）からそれぞれ、第１リード１１の接続部１７近傍および第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、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の端部にも、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、複数の突起部１５に対応して複数形成され、本実施形態では、接続部１７の両端に、第１リード突起部１６Ａおよび第２リード突起部１６Ｂが設けられる。すなわち、第１リード突起部１６Ａは、接続部１７の端部（たとえば左端）から、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、第１突起部１５Ａの先端の近傍まで形成する。また、第２リード突起部１６Ｂは、接続部１７の端部（右端）から、第２リード１２の接続部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の先端及び第２突起部１５Ｂの先端の近傍まで形成する。
このとき、第１リード突起部１６Ａは、第１リード１１（接続部１７）の先端よりも根元方向に後退させた位置に設け、第１突起部１５Ａを配置する空間を確保する。また、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、第２突起部１５Ｂと第２リード突起部１６Ｂと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２リード１２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の主面Ｓｆ１と、突起部１５の主面Ｓｆ１、第１リード１１の接続部１７の主面Ｓｆ２、リード突起部１６の主面Ｓｆ２、第２リード１２の接続部１８の主面Ｓｆ３は、略同一平面上にある。
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それぞれ同等の厚み（厚さ２μｍ〜１０μｍ）の例えば銀（Ａｇ）からなる金属メッキ層３０、３１（３１Ａ、３１Ｂ）、３２（３２Ａ、３２Ｂ）、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。また、リードフレーム基材として、銅系の素材の全面にＮｉメッキを施した素材を用い、それに図示ハッチングの部分にＡｇの部分メッキを施したものを用いても良い。この場合は接続部１７表面がＣｕ／Ｎｉとなり、図示ハッチング部分がＣｕ／Ｎｉ／Ａｇとなる。
つまり、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Ｈ（図１（Ｂ）参照）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Ｈが低くなる。
突起部１５は、金属リボン２１を第１リード１１に固着する際、図２に示す一点鎖線の押圧領域Ｐ１、Ｐ２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。
このように、本実施形態では第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を押さえる構造としたので、アイランド１４に無用な吊りピン１１５や周辺領域Ｔを設けることなく、もって限られた樹脂寸法の中に収納できるアイランドの大きさを最大化することができる。
加えて、金属リボン２１の他端が接続する第１リード１１の端部から第１突起部１５Ａ、第２突起部１５Ｂに向かってそれぞれ突出する第１リード突起部１６Ａ、第２リード突起部１６Ｂ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。
特に、１つの金属リボン２１に対してこれを挟むように第１突起部１５Ａおよび第２突起部１５Ｂを設け、これらを押下して金属リボン２１のボンディングを行うことにより、金属リボン２１の強度が大きい場合や金属リボン２１を斜めに引っ張るような設計を行なった場合であっても、アイランド１４の浮きを防止して金属リボン２１を良好に固着することができる。尚、接続部１７に対する金属リボン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、例えば第２突起部１５Ｂと第２リード突起部１６Ｂ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に近接する第２突起部１５Ｂと第２リード突起部１６Ｂ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。
クランパの凸部は、第２突起部１５Ｂと第２リード突起部１６Ｂが配置される押圧領域Ｐ２（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（接続部１８）を押圧する可能性も考えられる。この場合、第２突起部１５Ｂおよび第２リード突起部１６Ｂ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が施された接続部１８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の第２突起部１５Ｂおよび第２リード突起部１６Ｂ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３１Ｂ、３２Ｂ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。
また、第１突起部１５Ａと第１リード突起部１６Ａ側においても、たとえば押圧領域Ｐ１が、アイランド１４側にずれるおそれがある。このため、第１突起部１５Ａと第１リード突起部１６Ａの主面に、アイランド１４に設けた金属メッキ層３０と同等の膜厚の金属メッキ層３１Ａ、３２Ａを設けておくことにより、押圧領域Ｐ１がアイランド１４側にずれた場合であっても、これらの主面（表面）の高さを同等にできるので、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複数本の場合を例に示したが、１つの接続部１７から１つのピンが導出するものであってもよい。
尚、上記の実施形態では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２１で接続する場合を例に説明したが、１つのパッケージ内において、複数の金属リボン２１でボンディングされるものであってもよい。その場合は、それぞれの金属リボン２１ごとに、複数の突起部１５および複数のリード突起部１６が設けられる。例えば図１（Ａ）に示した構成を２つ並べて１つのパッケージ内に収納するものであってもよいし、連続した１つのアイランド１４に、２つの半導体素子２０を実装して２つの金属リボン２１で接続する構成において、それぞれの金属リボン２１を挟むようにアイランド１４に４つの突起部１５を設けるものであってもよい。
次に、図３から図７を参照して、本発明の半導体装置１の製造方法を説明する。
図３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、図３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３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、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１１、第２リード１２はアイランド１４と同様に形成され、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１１の端部を部分的に幅広とすることで接続部１７が形成され、第２リードの端部を部分的に幅広とすることで接続部１８が形成されている。
アイランド１４の第１リード１１に対向する辺には当該第１リード１１方向に突出する第１突起部１５Ａ、第２突起部１５Ｂが設けられる。また、第１リード１１の両端部には、第１突起部１５Ａ、第２突起部１５Ｂ方向にそれぞれ突出する第１リード突起部１６Ａ、第２リード突起部１６Ｂが設けられる。
アイランド１４および第１リード１１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、第１突起部１５Ａ、第２突起部１５Ｂの主面にも金属メッキ層３１Ａ、３１Ｂが形成される。更に第１リード突起部１６Ａ、第２リード突起部１６Ｂの主面、および第２リード１２の接続部１８主面にもそれぞれ、金属メッキ層３２Ａ、３２Ｂ、３３が形成される。尚、第１リード１１の接続部１７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、３３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２５およびゲートパッド電極２６が設けられ、裏面はドレイン電極が形成されている。
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４から図７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１１とを、金属リボン２１を介して接続する。
図４から図６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４は、アイランド１４の半導体素子２０の実装面（主面Ｓｆ１）側から見た平面図であり、図５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６は図５の断面図で、図６（Ａ）が図５のａ−ａ線断面図、図６（Ｂ）が図５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４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４、図５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。
クランパ５０には、少なくともソース電極２５と第１リード１１の接続部１７が露出する開口部ＯＰが形成され、開口部ＯＰ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。
図５および図６を参照して、クランパ５０には、リードフレーム１０の第１突起部１５Ａと第１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。また、クランパ５０には、リードフレーム１０の第２突起部１５Ｂと第２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。
第１リード１１、第２リード１２の他端と第３リード１３の他端は、外枠４０とともに幅広の第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１５及び第２リード１２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７を参照して、金属リボン２１のボンディング工程について説明する。図７（Ａ）は、２つのユニット４２を示す平面図であり、図７（Ｂ）は１つのユニット４２において、第１凸部５１が第１突起部１５Ａと第１リード突起部１６Ａを押下し、第２凸部５２が第２突起部１５Ｂと第２リード突起部１６Ｂを押下げる様子を示す拡大図である。図６（Ｂ）では半導体素子２０および金属リボン２１は図示を省略している。
クランパ５０でリードフレーム１０を押圧すると、第１凸部５１が、第１突起部１５Ａと第１リード突起部１６Ａとを同時に押圧し、第２凸部５２が第２突起部１５Ｂと第２リード突起部１６Ｂとを同時に押圧する。アイランド１４および、第１突起部１５Ａと第２リード突起部１６Ａ、および第２突起部１５Ｂと第２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３０、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で確実におさえることができる。仮に、位置ずれによって、第１凸部５１がアイランド１４を押し下げ、または第２凸部５２が第２リード１２の接続部１８を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上の金属リボン２１を支持するキャピラリ（不図示）を移動し、ソース電極２５上に金属リボン２１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２１の他端を第１リード１１の接続部１７上に超音波接合により固着し、金属リボン２１を切断する。接続部１７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２１と良好な接続性を保てる。
このとき、第１凸部５１が第１突起部１５Ａと第１リード突起部１６Ａとを確実に押圧し、第２凸部５２が第２突起部１５Ｂと第２リード突起部１６Ｂ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２１をソース電極２５にボンディングした後、キャピラリを第１リード１１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。
特に、金属リボン２１の幅が広い場合には、アイランド１４側と第１リード１１側を２箇所で押圧することで、良好なボンディングが可能となる。また、接続部１７にあっては、接続部１７の直近を第１リード突起部１６Ａ、第２リード突起部１６Ｂで押圧できること、及び第１リード１１を第１凸部５１、第２凸部５２、および第３凸部５３との３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。
更に、金属リボン２１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（Ａ）に示したように、ゲートパッド電極２６と第２リード１２とが金属細線（例えばＡｕワイヤ）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から第２リード突起部１６Ｂ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１１、第２リード１２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２１および第１リード１１、第２リード１２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１１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 第１リード
１２ 第２リード
１３ 第３リード
１４ アイランド
１５ 突起部
１５Ａ 第１突起部
１５Ｂ 第２突起部
１６ リード突起部
１６Ａ 第１リード突起部
１６Ｂ 第２リード突起部
２０ 半導体素子
２１ 金属リボン
１７ 接続部
１８ 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 金属メッキ層
５０ クランパ
５１ 第１凸部
５２ 第２凸部

Claims (11)

  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１つの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複数の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、前記金属リボンを挟んだ両側に少なくとも１つずつ設けられ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または請求項２に記載の半導体装置。
  4. 前記突起部の主面と、前記リード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から請求項３のいずれかに記載の半導体装置。
  5. 前記リードに前記突起部方向にそれぞれ突出する複数の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１から請求項４のいずれかに記載の半導体装置。
  6. 少なくとも１つの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他の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、１つの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複数の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. 前記突起部は、前記金属リボンを挟んだ両側に少なくとも１つずつ設けられ、それぞれ対応する前記凸部で同時に押圧され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または請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
  10. 前記リードの端部は前記突起部方向にそれぞれ突出する複数の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１０のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
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