JP2012164936A

JP2012164936A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2012164936A
Application number: JP2011026230A
Authority: JP
Inventors: Shuji Mori; 修治森; Takao Shioyama; 隆雄塩山
Original assignee: Mitsui High Tec Inc
Current assignee: Mitsui High Tec Inc
Priority date: 2011-02-09
Filing date: 2011-02-09
Publication date: 2012-08-30

Abstract

【課題】樹脂からの導体端子の抜け落ちを防止して製品の品質低下を抑制できる半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】独立した導体端子のワイヤボンディング部を形成する際、下地めっきを２回行ない、第１のエッチングにより下層となる下地めっきをワイヤボンディング部の先端周囲より突出させ、この突出部位を導体端子の側面側へ折り曲げた後、第２のエッチングを行なうことで導体端子の側面に凹部を形成し、この凹部に樹脂が入り込むように樹脂封止を行なう。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、ＱＦＮ（ＱｕａｄＦｌａｔＮｏｎ−ｌｅａｄｅｄＰａｃｋａｇｅ）の半導体装置の製造方法に係り、特に、外部接続端子部を封止樹脂の底面側に突出（又は露出）させる半導体装置の製造方法に関する。

従来、銅又は銅合金等で構成されるリードフレーム材を用い、エッチング処理によってエリアアレイ状の端子を備えた半導体装置を製造する方法として、例えば、特許文献１に記載の方法が知られている。簡単に説明すると、リードフレーム材の表面側に形成されるワイヤボンディング部と、このワイヤボンディング部に対応して裏面側に形成された外部接続端子部とに、それぞれ貴金属めっき層を形成し、リードフレーム材に表面側から所定深さのエッチング加工を行ってワイヤボンディング部を突出させ、リードフレーム材に半導体素子を搭載した後、この半導体素子の電極パッド部とワイヤボンディング部との間をボンディングワイヤにより接続して、リードフレーム材の表面側を樹脂封止し、裏面側にエッチング加工を行って各外部接続端子部を分離し独立させる方法である。

この方法により製造された半導体装置の特徴は、図７に示すように、ワイヤボンディング部と外部接続端子部とで構成される各端子９０が、モールド樹脂９１中に島状に独立して配置されており、しかも、各端子９０は、その半分程度しかモールド樹脂９１内に埋没していないため、端子９０を基板９２に接続した後、モールド樹脂９１と基板９２とが離れる方向に力が加わった場合、端子９０がモールド樹脂９１から抜け易く、製品の品質低下を招く恐れがある。なお、図７では、左から２番目と４番目の端子９０がモールド樹脂９１から抜けた状態を示している。そこで、特許文献２に、リードフレーム材のハーフエッチング時に、その断面形状が円状になるようにエッチングすることにより、組み立て後の半導体装置において、各端子がモールド樹脂とのアンカー効果をもたらす方法（以下、このような形状によるアンカー機能をモールドロックと称する）が提案されている。

しかしながら、上記特許文献２には、モールドロックの形状を形成する具体的な手法が示されてなく、また、実際には、使用する材料や薬液、更にはモールド樹脂との間に、様々な制約がある。例えば、端子径が大きく、又はリードフレーム材の厚みが厚い（０．２ｍｍ超）場合は、エッチングによりモールドロックの形状を形成し易いが、半導体装置のファインピッチ化や薄型化、更には高集積化の動きが進む近年では、特許文献２の手法が必ずしも有効な手段とはならない。また、めっき層をレジストとしてエッチング加工を行うと、エッチングによって形成された端子がエッチング液によって浸食され（「サイドエッチング」と称されている）、めっきバリが発生してしまう。

このめっきバリは、後工程でめっき剥がれの原因となり、剥がれためっきバリが不純物として残留すると、レジストとして機能するめっき層に傷が付き、その後のエッチング精度にも影響を及ぼし、また、めっき金属によって回路のショート等が発生するなど、不良品の発生や半導体装置の信頼性の低下を引き起していた。そのため、従来はこのめっきバリを特許文献３に記載されるような、ウォータージェットや超音波を用いた方法によって除去していた。

特開２００１−２４１３５号公報（図１）特許第３５７４０２６号公報（図４）特開２００７−４８９８１号公報

上記したように、モールド樹脂からの端子の抜け落ち（欠落）は、特許文献２、３に記載の方法を用いても、十分な対応ができなかった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、樹脂からの端子の抜け落ちを防止して製品の品質低下を抑制できる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係る半導体装置の製造方法は、一方側が、表面に第１のめっき部が形成されたワイヤボンディング部となって、他方側が、表面に第２のめっき部が形成された外部接続端子部となった複数の導体端子が配置され、前記ワイヤボンディング部と半導体素子の各電極パッド部がボンディングワイヤで電気的に連結され、前記半導体素子、前記ボンディングワイヤ、及び該半導体素子を搭載したリードフレームが、樹脂で樹脂封止されている半導体装置の製造方法であって、前記ワイヤボンディング部に、第１の下地めっきを施す第１のめっき工程と、前記第１の下地めっき上と前記外部接続端子部に、第２の下地めっきと貴金属めっきを順次施す第２のめっき工程と、前記リードフレーム材の一方側をエッチング処理して、前記第１の下地めっきを前記ワイヤボンディング部の先端周囲より突出させる第１のエッチング工程と、前記第１のエッチング工程により突出した前記第1の下地めっきを前記導体端子の側面側へ折り曲げる折り曲げ工程と、前記折り曲げ工程と同時又は折り曲げ工程の後に、前記リードフレーム材の一方側を再度エッチングする第２のエッチング工程と、前記第２のエッチング工程を行ったリードフレーム材の素子搭載部に前記半導体素子を搭載して、該半導体素子の電極パッド部と前記ワイヤボンディング部とを電気的に接続するワイヤボンディング工程と、前記ワイヤボンディング工程を行ったリードフレーム材の一方側を樹脂で封止する樹脂封止工程と、前記樹脂封止工程を行ったリードフレーム材の他方側をエッチング処理して、前記外部接続端子部をそれぞれ独立させる第３のエッチング工程とを有する。

第１の発明に係る半導体装置の製造方法において、第１の下地めっき上に形成される前記第２の下地めっきは、前記第１の下地めっきより形成領域が小さいことが好ましい。

第１、第２の発明に係る半導体装置の製造方法において、前記第１の下地めっきと、前記第２の下地めっきとは同一金属からなることが好ましい。

本発明に係る半導体装置の製造方法は、ワイヤボンディング部の表面に形成された第１のめっき部の下地めっきを、形成領域の大きい第1の下地めっき層と、その上に、第１の下地めっきより形成領域の小さい第２の下地めっき層とによる２層構造で形成しているため、第1の下地めっき層をエッチングによりワイヤボンディング部の先端周囲より突出させ、この突出した部位を導体端子の側面側へ折り曲げた後に再度エッチングを行うことで、導体端子の側面に凹部が形成されるため、この凹部に樹脂が入り込んでアンカー効果が増すことにより、導体端子が樹脂に密着して引っ掛かりになり、樹脂からの抜け落ちを防止でき、製品の品質低下を抑制できる。従って、半導体装置のファインピッチ化や薄型化、更には高集積化にも、十分に対応することができる。

また加えて、第２の下地めっき層が存在することにより、めっきレジストとしての機能を確実に果たすことができるようになっている。

本発明の実施の形態に係る半導体装置の側断面図である。（Ａ）〜（Ｄ）は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説明図である。（Ｅ）〜（Ｇ）は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説明図である。（Ａ）〜（Ｃ）は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説明図である。（Ｄ）〜（Ｆ）は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説明図である。（Ｇ）〜（Ｉ）は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説明図である。従来例に係る半導体装置の使用状態の説明図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。図１〜図６に示すように、本発明の実施の形態に係る半導体装置１０は、上面側となる表面側（一方側）に、樹脂１１により封止され、表面に第１のめっき部１２が形成された複数のワイヤボンディング部１３を備え、下面側となる裏面側（他方側）に、ワイヤボンディング部１３に対応して設けられ、表面に第２のめっき部１４が形成された複数の外部接続端子部１５を備えたものであり、特に、ファインピッチ化や薄型化、更には高集積化に適したものである。以下、詳しく説明する。

半導体装置１０は、リードフレーム１６を用いて製造されたものであり、中央に素子搭載部１７を配置し、そ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１３で裏面側が外部接続端子部１５となった複数の棒状の導体端子１８を配置して、素子搭載部１７の表面側に半導体素子１９を搭載したものである。このリードフレーム１６は、銅（Ｃｕ）又は銅合金で構成されたリードフレーム材２０により形成され、中央に素子搭載部１７を配置し、その表面側周辺に、表面に第１のめっき部１２が形成された複数のワイヤボンディング部１３を備えたものである。なお、リードフレーム材２０の厚み（導体端子１８の厚みＴに相当）は薄く、例えば、０．１〜０．３ｍｍ程度（特に、０．２ｍｍ以下）であるが、この厚みに限定されない。

上記したワイヤボンディング部１３と半導体素子１９の各電極パッド部２１とは、金製又は銅製又はアルミニウム製の線からなるボンディングワイヤ２２で電気的に接続され、半導体素子１９、ボンディングワイヤ２２、及びリードフレーム１６の上半分が、樹脂１１で封止されている。一方、半導体装置１０の下半分は、樹脂１１から突出して外部に露出している。つまり、ワイヤボンディング部１３が樹脂封止され（封止側端子）、外部接続端子部１５が樹脂１１から露出（露出側端子部）している。

第１のめっき部１２は、ワイヤボンディング部１３の先端面に形成される下地めっきと、この表面に形成される貴金属めっきで構成され、また、第２のめっき部１４も、外部接続端子部１５の先端面に形成される下地めっきと、この表面に形成される貴金属めっきとで構成される。なお、下地めっき層は、エッチング液に浸食されない又は浸食されにくい耐エッチング金属（難エッチング金属）である、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、すず（Ｓｎ）等で構成されている。また、貴金属めっき層は、厚みが、０．００２〜０．５μｍ程度であり、例えば、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）等のうち１種の貴金属で、又は２種以上（複数種）の貴金属又は合金めっきを積層して、構成されている。

第１のめっき部１２は、下地めっきが第１の下地めっき層と第２の下地めっき層の２層構造となっている。また、ワイヤボンディング部１３の周囲の導体端子１８の側面には凹部２３が形成され、この凹部２３が樹脂１１を密着させて引っ掛け、アンカー効果を作用させて導体端子１８が樹脂１１から抜け落ちることを防止するものである。

また、本実施の形態においては、第１の下地めっき層および第２の下地めっき層はいずれも０．５μｍの厚みで形成されている。その理由は後述する本発明の製造方法で明らかにしているように、第１のめっき層は、０．１μｍ以下では剛性が低すぎてちぎれやすく、また折り曲げの調整も困難であり、０．８μｍを超えると剛性が高すぎて容易に折れ曲がらなくなったり、また、折り曲げ後に除去することができなくなるため、０．１〜０．８μｍの間で形成することが好ましい。しかし、第１の下地めっき層を０．８μｍ以下で形成した場合、この厚みではめっきレジストとしての機能を十分に果たすことができないため。この問題を第２の下地めっき層を形成することで補う。めっきレジストとしての機能を確保するためには下地めっきの厚みは１μｍ程度が必要であるため、第１の下地めっき層の厚みでは足らない分を第２の下地めっき層の厚みで確保しようとするものである。

このように、下地めっきを形成領域がそれぞれ異なる２層構造とすることで、ワイヤボンディング部１３の周囲に突出する折り曲げ部位の形成と、めっきレジストとしての機能を確保するためのめっき厚みを得ることを実現している。

外部接続端子部１５に形成された第２のめっき部１４の表面側には、半田濡れ性の良いめっき（図示しない）が設けられ、他の基板上に設けられたクリーム半田の溶融によって、他の基板との電気的な接続が行われる。
なお、前記した素子搭載部１７の裏面側には、第２のめっき部１４と同一構造のめっきがなされているが、裏面側が樹脂１１から外部に露出しているため、この素子搭載部１７の表面側に半導体素子１９を配置することで、半導体素子１９からの熱放散を促進している。
以上の構成にすることで、半導体装置１０は、薄型化（特に、リードフレームの厚みが０．２ｍｍ以下）に際して導体端子１８と樹脂１１との密着性を確保でき、高集積化に際して導体端子１８のピッチが０．７ｍｍ以下（特に、０．５ｍｍ以下、更には０．４ｍｍ以下）でも対応可能である。

続いて、本発明の実施の形態に係る半導体装置１０の製造方法について、図２（Ａ）〜（Ｄ）、図３（Ｅ）〜（Ｇ）、図４（Ａ）〜（Ｃ）、図５（Ｄ）〜（Ｆ）、図６（Ｇ）〜（Ｉ）を参照しながら説明する。まず、図２（Ａ）に示す準備工程では、銅又は銅合金等からなる板状のリードフレーム材２０を用意する。次に、リードフレーム材２０の表面側及び裏面側に、それぞれ耐めっき用レジスト膜を形成し、表面側に周知の露光処理及び現像を行って、図２（Ｂ）に示すように、回路パターンが形成されたレジスト膜２４と回路パターンが形成されていないレジスト膜２５を形成する。

図２（Ｃ）に示す第１のめっき工程では、リードフレーム材２０を全面めっきし、レジスト膜２４の開口部にめっきをして第１の下地めっき層２６を形成する。この際、耐エッチング金属に使用できるめっき金属（ここでは、ニッケル）で形成する。

次に、レジスト膜２４、２５を除去し（図２（Ｄ））、図３（Ｅ）に示すように、リードフレーム２０の表面側に既に形成した第１の下地めっき層２６の一部を開口させるように、その周囲にめっき用レジスト膜２７を形成し、裏面側にも回路パターンとなる部分にめっき予定部が開口したレジスト膜２８を形成する。なお、本工程でのめっき用レジスト膜にはドライフィルムが使用される。

図３（Ｆ）に示す第２のめっき工程で、リードフレーム材２０を再度全面めっきし、レジスト膜２７、２８の開口部にめっきをして、表面側では第１の下地めっき層２６の上に、第１の下地めっき層よりも形成領域が小さい第２の下地めっき層２９を形成し、裏面側では第２のめっき部の下地めっき層３０を形成する。なお、この際もめっきされる金属は、耐エッチング金属として使用できるめっき金属（ここでは、ニッケル）である。これにより、表面側の下地めっきは、同一金属からなる第１の下地めっき層２６および第２の下地めっき層２９による２層構造で形成され、裏面側の下地めっき層３０は１層構造で形成されていることになる。

次に、貴金属めっき（ここでは、金、又はパラジウムと金を積層）を行って、貴金属めっき層を形成する。

このように、下地めっきを介して、金、パラジウム、銀等から選択された貴金属又はこれら貴金属の合金をめっきすることにより、リードフレーム材２０に銅等を使用する場合のボンダビリティと半田濡れ性の確保を維持している。そして、図３（Ｇ）に示すように、リードフレーム材２０の両面からレジスト膜２７、２８を除去する。

次に、図４（Ａ）に示すように、リードフレーム材２０の裏面側全部を、耐エッチングレジスト膜からなるカバーテープ３１で覆った後、リードフレーム材２０を浸食するアルカリエッチング液を使用して、図４（Ｂ）に示す第１のエッチング工程により、表面側のハーフエッチング（ファーストエッチング）を行う。このとき、第１の下地めっき層２６の下部に存在するリードフレーム材２０がサイドエッチングにより侵食されるため、第１の下地めっき層２６の周縁付近がワイヤーボンディング部１３の周囲より突出することになる。つまり、突出した部位の第１の下地めっき層２６は従来技術でめっきバリと称されているものと実質同一である。なお、本実施の形態では導体端子１８と同様に素子搭載部１７もその周囲から第１の下地めっき層２６が突出している。

次に、図４（Ｃ）に示す突出した部位の折り曲げ工程では、ワイヤーボンディング部１３の周囲および素子搭載部１７の周囲より突出した第１の下地めっき層２６を、アルカリエッチング装置のエッチングノズルの噴射圧によって導体端子１８側へ折り曲げる。なお、この折り曲げは、前述した第１のエッチング工程の中で行なってもよい。また、折り曲げの手法も様々であり、例えばウォータージェットを用いて折り曲げてもよいし、エッチングしたリードフレーム１６の上面を柔軟な表面を有するローラで押圧しながら走行することで折り曲げてもよい。

その後、図５（Ｄ）に示す第２のエッチング工程により、リードフレーム１６の表面側を再度アルカリエッチング（セカンドエッチング）を行う。そうすると、折り曲げられた第１の下地めっき層２６がめっきレジストとなり、第１の下地めっき層２６がカバーした部分の周辺の導体端子１８側面および素子搭載部１７の側面が侵食されるため、ここに凹部３２が形成される。そして、第２のエッチング工程が終了した後は、例えばウォータージェットを用いて折り曲げられた第１の下地めっき層２６の除去を行い、その後に洗浄を行う。このようにして、図５（Ｅ）に示すようなリードフレーム１６が製造される。なお、本実施の形態では、図４（Ｂ）の第１のエッチング工程から図５（Ｄ）の第２のエッチング工程までが同じエッチング装置によって行われている。また、本実施の形態では折り曲げられた第１の下地めっき層２６を最終的には除去したが、必ずしも除去せずともよく、折り曲げられた第１の下地めっき層２６をそのまま残すことで製造工程の削減や、樹脂封止した際の樹脂との密着性向上に役立たせることもできる。

そして、図５（Ｆ）に示すように、リードフレーム１６からカバーテープ３１を除去する。続いて、図６（Ｇ）に示すワイヤボンディング工程により、ハーフエッチングが終了したリードフレーム１６の素子搭載部１７に半導体素子１９を搭載した後、半導体素子１９の電極パッド部２１とワイヤボンディング部１３との電気的接続をボンディングワイヤ２２で行う。なお、半導体素子１９の素子搭載部１７への取付けは、Ａｇ・エポキシ系樹脂からなる接着剤を使用できるが、その他の導電性の接着剤又は絶縁性の接着剤でもよい。

そして、図６（Ｈ）に示す樹脂封止工程により、半導体素子１９とワイヤボンディング部１３との接続が終了したリードフレーム１６の表面側を樹脂１１で封止する。更に、図６（Ｉ）に示す第３のエッチング工程では、リードフレーム１６を浸食するアルカリエッチング液を使用して、裏面側のハーフエッチング（サードエッチング）を行う。このとき、めっき１４はレジスト膜として機能するため、エッチング処理により外部接続端子部１５（導体端子１８）がそれぞれ独立し、その先端に第２のめっき部１４が残存する。

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、ワイヤボンディング部と外部接続端子部とで構成される各端子がモールド樹脂内に埋没している（外部接続端子部の先端面のみがモールド樹脂から露出している）半導体装置等、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の半導体装置並びにその製造方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。また、前記実施の形態においては、リードフレーム材の裏面側全部を覆ったカバーテープの除去を、第１のエッチング工程が終了した直後に行ったが、裏面側のハーフエッチングを行う前であれば、いつ行ってもよい。

１０：半導体装置、１１：樹脂、１２：第１のめっき部、１３：ワイヤボンディング部、１４：第２のめっき部、１５：外部接続端子部、１６：リードフレーム、１７：素子搭載部、１８：導体端子、１９：半導体素子、２０：リードフレーム材、２１：電極パッド部、２２：ボンディングワイヤ、２３：凹部、２４、２５、２７、２８：レジスト膜、２６：第１の下地めっき層、２９：第２の下地めっき層、３０：下地めっき層、３１：カバーテープ

Claims

一方側が、表面に第１のめっき部が形成されたワイヤボンディング部となって、他方側が、表面に第２のめっき部が形成された外部接続端子部となった複数の導体端子が配置され、前記ワイヤボンディング部と半導体素子の各電極パッド部がボンディングワイヤで電気的に連結され、前記半導体素子、前記ボンディングワイヤ、及び該半導体素子を搭載したリードフレームが、樹脂で樹脂封止されている半導体装置の製造方法であって、
前記ワイヤボンディング部に、第１の下地めっきを施す第１のめっき工程と、
前記第１の下地めっき上と前記外部接続端子部に、第２の下地めっきと貴金属めっきとを順次施す第２のめっき工程と、
前記リードフレーム材の一方側をエッチング処理して、前記第1の下地めっきを前記ワイヤボンディング部の先端周囲より突出させる第１のエッチング工程と、
前記第１のエッチング工程により突出した前記第１の下地めっきを前記導体端子の側面側へ折り曲げる折り曲げ工程と、
前記折り曲げ工程と同時又は折り曲げ工程の後に、前記リードフレーム材の一方側を再度エッチングする第２のエッチング工程と、
前記第２のエッチング工程を行なったリードフレーム材の素子搭載部に前記半導体素子を搭載して、該半導体素子の電極パッド部と前記ワイヤボンディング部とを電気的に接続するワイヤボンディング工程と、
前記ワイヤボンディング工程を行なったリードフレーム材の一方側を樹脂で封止する樹脂封止工程と、
前記樹脂封止工程を行なったリードフレーム材の他方側をエッチング処理して、前記外部接続端子部をそれぞれ独立させる第３のエッチング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。
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記第１の下地めっき上に形成される前記第２の下地めっきは、前記第１の下地めっきより形成領域が小さいことを特徴とする半導体装置の製造方法。
請求項１又は２記載の半導体装置の製造方法において、前記第１の下地めっきと、前記第２の下地めっきとは同一金属からなることを特徴とする半導体装置の製造方法。