JP2013201169A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】別々に構成されているチップ搭載部とリードフレームを物理的に固定して製造される半導体装置の信頼性向上を図ることができる半導体装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】チップ搭載部TABに形成されている第1接合部分JU1に、吊りリードHLに形成されている第2接合部分JU2を嵌め込むことにより、チップ搭載部TABと吊りリードHLとを物理的に固定する。具体的に、第1接合部分JU1は、チップ搭載部TABの表面に設けられた凹部から構成されており、第2接合部分JU2は、吊りリードHLの一部を構成している。
【選択図】図8

Description

本発明は、半導体装置およびその製造技術に関し、特に、半導体チップを搭載するチップ搭載部を物理的に固定したリードフレームを使用して製造された半導体装置(パッケージ)およびその製造技術に適用して有効な技術に関する。
特開2009−289892号公報(特許文献1)には、リードフレームと放熱板とを結合孔と突起により、結合する技術が記載されている。具体的には、放熱板に突起を形成し、この突起に対応するリードフレームの所定箇所に結合孔を形成する。そして、放熱板に形成した突起を、リードフレームに形成した結合孔に嵌め込むことにより、放熱板とリードフレームとを、結合するとしている。
特開2009−289892号公報
半導体装置は、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)などの半導体素子と多層配線を形成した半導体チップと、この半導体チップを覆うように形成されたパッケージから形成されている。パッケージには、(1)半導体チップに形成されている半導体素子と外部回路とを電気的に接続するという機能や、(2)湿度や温度などの外部環境から半導体チップを保護し、振動や衝撃による破損や半導体チップの特性劣化を防止する機能がある。さらに、パッケージには、(3)半導体チップのハンドリングを容易にするといった機能や、(4)半導体チップの動作時における発熱を放散し、半導体素子の機能を最大限に発揮させる機能なども合わせ持っている。
このようなパッケージの一形態として、例えば、QFP(Quad Flat Package)に代表されるように、リードフレームを使用することにより、パッケージ(半導体装置)を製造する技術が確立している。通常、リードフレームと、半導体チップを搭載するチップ搭載部(ヘッダ)は一体化して形成されていることが多いが、チップ搭載部の放熱効率を向上させるため、チップ搭載部をリードフレームよりも厚くする技術がある。この技術では、チップ搭載部の厚さとリードフレームの厚さが異なるため、チップ搭載部とリードフレームとを一体的に形成することが困難である。このことから、チップ搭載部とリードフレームとを別体で構成し、別々に構成されているチップ搭載部とリードフレームとを物理的に固定することが行なわれている。この場合、例えば、チップ搭載部にエンボス加工を施し、この加工箇所に合致するリードフレームの位置に穴(孔)を開ける。これにより、チップ搭載部に形成した突起を、リードフレームに形成した穴に挿入し、挿入した突起の上部を潰すことで、チップ搭載部をリードフレームに固定する方法が一般的に使用されている。
ここで、上述した固定方法では、突起の製造ばらつきや突起を穴にスムーズに挿入することを考慮して、突起径に比べて穴径は大きくなっている。このため、突起は穴に挿入された状態で動くことができることから、挿入した突起の上部を潰す工程が、突起の中心と穴の中心がずれた状態で行なわれることも起り得る。この場合、突起上部の潰された部分は穴の周囲を均一に押さえるようには形成されず、穴の周囲の一部だけを押さえるように形成されることになる。このような固定状態では、チップ搭載部とリードフレームとをしっかり固定することができず、がたつきが発生することになる。
このようながたつきが発生すると、例えば、リードフレームが変形することにより、ワイヤボンディング工程で圧着不良が発生する場合がある。また、モールド工程(樹脂封止工程)において、リードフレームを金型でクランプした際にリードフレームの変形が発生し、ワイヤの変形や断線、樹脂封止体の形状異常などが発生する場合がある。つまり、チップ搭載部とリードフレームとを上述した一般的な方法で物理的に固定する場合、製造される半導体装置(パッケージ)の信頼性に影響を与える可能性が高いのである。
本発明の目的は、別々に構成されているチップ搭載部とリードフレームを物理的に固定して製造される半導体装置の信頼性向上を図ることができる技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
一実施の形態における半導体装置において、半導体チップを搭載する第1部材と吊りリードとの固定は、第1部材に形成された凹部からなる第1接合部分に、吊りリードの第2接合部分を嵌め込むことにより行なわれるものである。
また、一実施の形態における半導体装置の製造方法は、半導体チップを搭載する第1部材に形成された凹部からなる第1接合部分に、吊りリードの第2接合部分を嵌め込むことにより、第1部材を吊りリードに固定したリードフレームを使用して、半導体装置を製造することを特徴とするものである。
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
一実施の形態によれば、別々に構成されているチップ搭載部とリードフレームを物理的に固定して製造される半導体装置の信頼性向上を図ることができる。
従来技術における半導体装置の構成を示す図である。 図1のA−A線で切断した断面図である。 従来の半導体装置を製造する際に使用されるリードフレームの構成を示す平面図である。 図3のA−A線で切断した断面図である。 チップ搭載部と吊りリードとのエンボス加工による理想的な固定状態を示す断面図である。 チップ搭載部と吊りリードとのエンボス加工による固定状態の一例を示す断面図である。 本発明の実施の形態における半導体装置の構成を示す図である。 図7のA−A線で切断した断面図である。 実施の形態の半導体装置を製造する際に使用されるリードフレームの構成を示す平面図である。 図9のA−A線で切断した断面図である。 チップ搭載部をリードフレームに固定する工程の流れを示すフローチャートである。 チップ搭載部のうち、凹部からなる第1接合部分近傍の領域を拡大した図である。 (a)〜(c)は、第1固定構造を製造する過程を示す図である。 (a)〜(c)は、第2固定構造を製造する過程を示す図である。 (a)〜(b)は、第3固定構造を製造する過程を示す図である。 (a)〜(c)は、第4固定構造を製造する過程を示す図である。 後工程処理の流れを示すフローチャートである。 変形例1におけるリードフレームの構成を示す図である。 図18のA−A線で切断した断面図である。 (a)は、変形例1におけるリードフレームの構成を示す平面図であり、(b)は、検討例におけるリードフレームの構成を示す平面図である。 (a)は、変形例1における半導体装置の構成を示す平面図であり、(b)は、検討例における半導体装置の構成を示す平面図である。 (a)は、変形例1を示す図21(a)のA−A線で切断した断面図であり、(b)は、検討例を示す図21(b)のB−B線で切断した断面図である。 (a)は、変形例1における半導体装置の外観構成を示す上面図であり、(b)は、検討例における半導体装置の外観構成を示す上面図である。 (a)は、変形例1における半導体装置の外観構成を示す下面図であり、(b)は、検討例における半導体装置の外観構成を示す下面図である。 変形例2におけるリードフレームに対して、チップ搭載工程(ダイボンディング工程)およびワイヤボンディング工程を施した後の状態を示す図である。 変形例2における半導体装置の外観構成を示す下面図である。 角部の定義を説明する図である。 変形例3におけるリードフレームに対して、チップ搭載工程(ダイボンディング工程)およびワイヤボンディング工程を施した後の状態を示す図である。 変形例3における半導体装置の外観構成を示す下面図である。 変形例4における半導体装置の構成を示す図である。 図30のA−A線で切断した断面図である。
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。
<本発明者が見出した課題の詳細>
半導体装置を構成するパッケージの一形態として、例えば、QFP(Quad Flat Package)に代表されるように、リードフレームを使用することにより、パッケージ(半導体装置)を製造する技術が確立している。通常、リードフレームと、半導体チップを搭載するチップ搭載部(ヘッダ)は一体化して形成されていることが多いが、チップ搭載部の放熱効率を向上させるため、チップ搭載部をリードフレームよりも厚くする技術がある。この技術では、チップ搭載部の厚さとリードフレームの厚さが異なるため、チップ搭載部とリードフレームとを一体的に形成することが困難である。このことから、チップ搭載部とリードフレームとを別体で構成し、別々に構成されているチップ搭載部とリードフレームとを物理的に固定することが行なわれている。
以下に示す本実施の形態では、このようにチップ搭載部とリードフレームが別体で構成され、チップ搭載部とリードフレームとを物理的に固定するタイプのパッケージを対象にしている。まず、上述したタイプの従来のパッケージについて簡単に説明し、この従来のパッケージが有する課題の詳細について説明する。
図1は、従来技術における半導体装置PKPの構成を示す図である。図1において、従来の半導体装置PKPは、矩形形状のチップ搭載部TABを有し、このチップ搭載部TAB上に、例えば、矩形形状をした半導体チップCHPが搭載されている。この半導体チップCHPの外縁部には、複数のパッドPDが配列されている。そして、チップ搭載部TABの周囲には、複数のリードLDと吊りリードHLが配置されており、半導体チップCHPに形成されているパッドPDとリードLDが、例えば、金属線からなるワイヤWで電気的に接続されている。一方、チップ搭載部TABにはエンボス部(突起部)EBが形成されており、このエンボス部EBが吊りリードHLに形成された開口部(孔)OPに挿入されることによって、チップ搭載部TABと吊りリードHLが物理的に固定されている。なお、図1で説明した半導体装置PKPの構成要素は、例えば、樹脂からなる封止体で封止されているが、図1では、封止体の内部の構成要素を説明するため、封止体を透視して示している。
続いて、図2は、図1のA−A線で切断した断面図である。図2に示すように、チップ搭載部TAB上には、例えば、半田(図示せず)を介して半導体チップCHPが搭載されており、半導体チップCHPに形成されているパッドPDと、チップ搭載部TABの周囲(例えば、図2に示すチップ搭載部TABの左側)に配置されているガルウィング形状のリードLDが、ワイヤWで電気的に接続されている。一方、図2において、チップ搭載部TABの右側には、吊りリードHLが配置されており、この吊りリードHLとチップ搭載部TABが物理的に固定されている。具体的には、チップ搭載部TABに形成された突起状のエンボス部EBを吊りリードHLに形成された開口部(孔)OPに挿入し、かつ、エンボス部EBの上部を物理的に潰すことにより、チップ搭載部TABと吊りリードHLが物理的に固定されている。そして、チップ搭載部TABの上面、半導体チップCHP、ワイヤW、リードLDの一部、および、吊りリードHLは、封止体MRで封止されている。なお、図2から明らかなように、チップ搭載部TABの厚さは、リードLDの厚さや吊りリードHLの厚さよりも充分に厚くなっていることから、チップ搭載部TABの熱容量は大きくなる。また、チップ搭載部TABの裏面(下面)は、封止体MRから露出しているため、半導体チップCHPで発生した熱は、チップ搭載部TABから効率的に半導体装置PKPの外部へ放散される。
従来技術における半導体装置PKPは、上記のように構成されており、以下では、さらに、半導体装置PKPの製造工程中で使用されるリードフレームLFPの構成について説明する。図3は、従来の半導体装置PKPを製造する際に使用されるリードフレームLFPの構成を示す平面図であり、図4は、図3のA−A線で切断した断面図である。図3に示すように、従来のリードフレームLFPは、中央部に別体で構成されるチップ搭載部TABが配置され、このチップ搭載部TABの周囲に複数のリードLDおよび吊りリードHLが配置されている。これらの複数のリードLDと吊りリードHLとは、タイバーで接続されている。このタイバーによって、樹脂封止する際、複数のリードLDの間の隙間から樹脂が漏れ出すことを防止することができる。そして、リードフレームLFPの一部を構成する吊りリードHLと、チップ搭載部TABとは、チップ搭載部TABに形成された突起状のエンボス部EBを、吊りリードHLに形成した開口部OPに挿入して固定されている。具体的には、図4に示すように、チップ搭載部TABの一部領域に対してエンボス加工を施すことにより、チップ搭載部TABの上面(表面)から突出したエンボス部EBを形成する。ここで、エンボス加工とは、チップ搭載部TABの裏面を押し上げ、押し上げた裏面に対応する表面を浮かすことにより、チップ搭載部TABの裏面をへこませるとともに、チップ搭載部TABの表面に突起状のエンボス部EBを形成する加工方法として定義される。そして、エンボス部EBを形成した位置に対応する位置に配置される吊りリードHLの一部に開口部(孔)OPを設け、この開口部OPにエンボス部EBを挿入する。その後、開口部OPに挿入したエンボス部EBの上部を潰す。これにより、エンボス部EBを開口部OPに挿入した状態で固定することができる。このようにして、従来技術では、チップ搭載部TABに対してエンボス加工することにより形成されたエンボス部EBを、吊りリードHLに形成された開口部OPに挿入し、エンボス部EBの上部を潰すことにより、互いに別体として分離されているチップ搭載部TABと吊りリードHLとを物理的に固定していることがわかる。
ところが、本発明者が上述したエンボス加工による固定方法を検討したところ、以下に示す問題点が存在することを新たに見出したので、この問題点について、図面を参照しながら説明する。
まず、図5は、チップ搭載部TABと吊りリードHLとのエンボス加工による理想的な固定状態を示す断面図である。図5に示すように、チップ搭載部TABに形成されたエンボス部EBがしっかりと吊りリードHLに形成された開口部(孔)OPに挿入され、挿入されたエンボス部EBの上部が潰されることにより、チップ搭載部TABと吊りリードHLが確実に固定されている。このような理想状態では、エンボス部EBと開口部OPの間に隙間が生じないため、固定不良の問題は生じないが、実際には、上述した理想的なエンボス加工による固定は実現されにくく、図6に示すような固定状態になることが懸念される。
図6は、チップ搭載部TABと吊りリードHLとのエンボス加工による固定状態の一例を示す断面図である。図6に示すように、実際には、チップ搭載部TABに形成されるエンボス部EBの形状や径(幅)にばらつきが生じることやエンボス部EBをスムーズに開口部OPに挿入できるようにすることを考慮して、吊りリードHLに形成される開口部OPの径をエンボス部EBの径よりも大きくして余裕を持たせている。
これにより、エンボス部EBの径にある程度のばらつきがあっても、開口部OPの径にマージンを持たせているため、エンボス部EBが開口部OPに挿入できなくなる不都合を回避することができる。
このように開口部OPの径にマージンを持たせる構成は、開口部OPにエンボス部EBを確実に挿入する観点から望ましい構成ということができるが、一方で、図6に示すような固定不良が発生する可能性が高まる。
つまり、チップ搭載部TABに形成されているエンボス部EBの径よりも、吊りリードHLに形成されている開口部OPの径のほうが大きいため、エンボス部EBは開口部OPに挿入された状態で動くことができる。このことから、挿入したエンボス部EBの上部を潰す工程が、エンボス部EBの中心と開口部OPの中心がずれた状態で行なわれることも起り得る。すなわち、エンボス部EBの上部を潰すタイミングによっては、図6に示すように、エンボス部EBの中心と開口部OPの中心がずれた状態で固定される場合がある。
特に、エンボス部EBが開口部OPの中で片寄せされた状態で固定される場合、片寄せされたエンボス部EBの反対側には大きな隙間が生じてしまう。この場合、エンボス部EBの上部を潰した部分は、開口部OPの周囲を均一に押さえるようには形成されず、開口部OPの周囲の一部だけを押さえるように形成されることになる。
この結果、エンボス部EBと開口部OPの間に固定不良が生じ、チップ搭載部TABと吊りリードHLの固定が不安定となる。つまり、チップ搭載部TABと吊りリードHLが確実に固定されずに、がたつきが発生することになる。
特に、このようながたつきが発生すると、開口部OPとエンボス部EBの上部を潰した部分とが干渉し、互いに磨耗することで、開口部OPの径は大きくなるとともに、エンボス部EBの上部を潰した部分は細ることになる。これにより、がたつきは、悪化することとなり、ひどい場合には、開口部OPからエンボス部EBが抜けることも起こり得る。
さらには、エンボス加工では、チップ搭載部TABの裏面が凹むことから、チップ搭載部TABを固定した状態で、エンボス部EBの上部を潰すにしても、エンボス部EBに相対する裏面に凹みが形成されているため、チップ搭載部TAB自体を固定しても、エンボス部EBに対応した裏面は浮くことになる。
このことから、エンボス部EBに対応した裏面をしっかり固定した状態で、エンボス部EBの上面を潰すことができず、図6に示すように、エンボス部EBがずれた状態で固定される可能性が高くなる。すなわち、エンボス加工による固定方法では、吊りリードHLに形成される開口部OPの径をエンボス部EBの径よりも大きくしていることと、エンボス部EBに対応した裏面が浮いていることを主要因として、チップ搭載部TABと吊りリードHLとの固定が確実に行なわれずに、がたつきが発生する可能性が高まるのである。
このように、チップ搭載部TABと吊りリードHLとの固定にがたつきが発生すると、リードフレームLFPが変形しやすくなる。そして、リードフレームLFPに変形が発生すると、半導体チップCHPに形成されているパッドと、リードフレームに形成されているリードとを電気的に接続するワイヤボンディング工程に悪影響を及ぼすことになる。具体的に、ワイヤボンディング工程では、例えば、キャピラリを使用して半導体チップCHPに形成されたパッド上に金属線からなるボールをファーストボンディングし、その後、キャピラリから金属線(ワイヤ)を繰り出しながら、キャピラリをリードへ移動し、キャピラリをリードに押し当てることにより、金属線(ワイヤ)をリードにセカンドボンディングする。このとき、キャピラリをパッドに押し当てる際だけでなく、キャピラリをリードに押し当てる際にも、キャピラリからリードへ超音波を印加することにより、ワイヤの圧着性を向上させている。ところが、チップ搭載部TABと吊りリードHLとの固定にがたつきが発生して、リードフレームが変形していると、キャピラリでリードをしっかり押さえることができなくなる。その結果、キャピラリからリードへ超音波が充分に伝達されず、ワイヤのリードへの圧着不良が起こりやすくなる。また、樹脂封止工程においては、金型でリードフレームをクランプした状態で樹脂封止が行なわれるが、チップ搭載部TABと吊りリードHLとの固定にがたつきが発生すると、金型でリードフレームをクランプする際、リードフレームの変形が発生しやすくなる。このようなリードフレームの変形が樹脂封止工程で発生すると、パッドとリードとを接続するワイヤに負担がかかり、ワイヤの変形や断線が発生したり、樹脂封止工程で形成される封止体の形状異常などが発生する可能性が高まる。以上のように、チップ搭載部TABと吊りリードHLとの固定にがたつきが発生すると、これによって、リードフレームの変形が生じやすくなり、ワイヤの圧着特性の悪化や封止体の形状異常に代表される問題点が顕在化する。この結果、従来のエンボス加工による固定構造では、半導体装置の信頼性低下を招くことになる。
そこで、本実施の形態では、チップ搭載部TABと吊りリードHLとの固定にがたつきが発生することを防止できる工夫を施している。以下に、この工夫を施した本実施の形態における技術的思想について、図面を参照しながら説明する。
<実施の形態におけるパッケージ(半導体装置)の構成>
図7は、本実施の形態における半導体装置PK1の構成を示す図である。図7において、半導体装置PK1の構成要素は、例えば、樹脂からなる封止体で封止されているが、図7では、封止体の内部の構成要素を説明するため、封止体を透視して示している。
まず、図7に示すように、本実施の形態における半導体装置PK1の中央部には、略矩形形状をしたチップ搭載部(ダイパッド)TABが配置されており、このチップ搭載部TABの上面上に、平面視において、チップ搭載部TABよりも面積の小さな矩形形状をした半導体チップCHPが搭載されている。言い換えれば、平面視において、チップ搭載部TABが半導体チップCHPを内包するように、チップ搭載部TABの上面上に半導体チップCHPが配置されている。ここで、チップ搭載部TABは、ヘッダやタブといった様々な呼び方もされるため、本明細書において、チップ搭載部TABとヘッダとタブは、同じ意味の単語として使用する。
上述した半導体チップCHPには集積回路が形成されている。具体的に、半導体チップCHPを構成する半導体基板には、複数のMOSFETなどの半導体素子が形成されている。そして、半導体基板の上層には層間絶縁膜を介して多層配線が形成されており、これらの多層配線が半導体基板に形成されている複数のMOSFETと電気的に接続されて集積回路が構成されている。つまり、半導体チップCHPは、複数のMOSFETが形成されている半導体基板と、この半導体基板の上方に形成された多層配線を有している。このように半導体チップCHPには、複数のMOSFETと多層配線によって集積回路が形成されているが、この集積回路と外部回路とのインタフェースをとるために、半導体チップCHPにはパッドPDが形成されている。このパッドPDは、多層配線の最上層に形成されている最上層配線の一部を露出することにより形成されている。そして、複数のパッドPDは、半導体チップCHPの外縁部に沿って配置されている。このことから、半導体チップCHPに形成されている半導体素子は、多層配線を介してパッドPDと電気的に接続されていることになる。つまり、半導体チップCHPに形成されている半導体素子と多層配線により集積回路が形成され、この集積回路と半導体チップCHPの外部とを接続する端子として機能するものがパッドPDである。
次に、チップ搭載部TABの周囲には、複数のリードLDと吊りリードHLが配置されている。そして、パッドPDは、例えば、金属線からなるワイヤWでリードLDと接続されている。このことから、半導体チップCHPに形成されている集積回路は、パッドPD→ワイヤW→リードLD→外部接続機器の経路によって、半導体装置PK1(パッケージ)の外部と電気的に接続することができることがわかる。つまり、半導体装置PK1に形成されているリードLDから電気信号を入力することにより、半導体チップCHPに形成されている集積回路を制御することができることがわかる。また、集積回路からの出力信号をリードLDから外部へ取り出すこともできることがわかる。そして、本実施の形態では、チップ搭載部TABと吊りリードHLとが物理的に固定されている。本実施の形態では、チップ搭載部TABと吊りリードHLとを物理的に固定する構造に特徴がある。具体的に、チップ搭載部TABに形成された第1接合部分JU1と、吊りリードに形成された第2接合部分JU2により、チップ搭載部TABと吊りリードHLが物理的に固定されている。
続いて、半導体装置PK1の断面構造について説明する。図8は、図7のA−A線で切断した断面図である。図8に示すように、チップ搭載部TAB上には、例えば、半田を介して半導体チップCHPが搭載されており、半導体チップCHPに形成されているパッドPDと、チップ搭載部TABの周囲(例えば、図8に示すチップ搭載部TABの左側)に配置されているガルウィング形状のリードLDが、ワイヤWで電気的に接続されている。一方、図8において、チップ搭載部TABの右側には、吊りリードHLが配置されており、この吊りリードHLとチップ搭載部TABが物理的に固定されている。そして、チップ搭載部TABの上面、半導体チップCHP、ワイヤW、リードLDの一部、吊りリードHL、第1接合部分JU1、および、第2接合部分JU2は、封止体MRで封止されている。なお、図8から明らかなように、チップ搭載部TABの厚さは、リードLDの厚さや吊りリードHLの厚さよりも充分に厚くなっていることから、チップ搭載部TABの熱容量は大きくなる。また、チップ搭載部TABの裏面(下面)は、封止体MRから露出しているため、半導体チップCHPで発生した熱は、チップ搭載部TABから効率的に半導体装置PK1の外部へ放散されるようになっている。なお、このチップ搭載部TABの裏面(下面)は、半導体装置PK1を実装基板に実装した際、実装基板の対応するパターンと半田付けされる(半田付け可能な)面である。
チップ搭載部TAB、リードLD、および、吊りリードHLは、例えば、銅材や鉄とニッケルとの合金である42アロイ(42Alloy)などから形成されており、ワイヤWは、例えば、金(Au)や銅(Cu)、および、アルミニウム(Al)などから構成されている。また、半導体チップCHPは、例えば、シリコンや化合物半導体(GaAsなど)から形成されている。
ここで、本実施の形態における特徴は、図8に示すように、チップ搭載部TABに形成されている第1接合部分JU1に、吊りリードHLに形成されている第2接合部分JU2を嵌め込むことにより、チップ搭載部TABと吊りリードHLとを物理的に固定している点にある。具体的に、第1接合部分JU1は、チップ搭載部TABの表面に設けられた凹部から構成されており、第2接合部分JU2は、吊りリードHLの一部を構成している。そして、凹形状をした第1接合部分JU1に、吊りリードHLと一体化した第2接合部分JU2を嵌め込むことにより、チップ搭載部TABと吊りリードHLが物理的に固定されていることになる。これにより、本実施の形態によれば、チップ搭載部TABと吊りリードHLとの接続信頼性を向上させることができ、この結果、半導体装置PK1の信頼性を向上させることができる。
例えば、図4に示す従来技術のように、エンボス加工されたエンボス部EBを開口部OPに挿入した後、エンボス部EBの上部を潰して、チップ搭載部TABと吊りリードHLとを物理的に固定する場合は、開口部OPの径にマージンを持たせる必要があるため、がたつきが発生しやすくなる。これに対し、本実施の形態では、例えば、図8に示すように、凹形状をした第1接合部分JU1に、吊りリードHLの一部を構成する第2接合部分JU2を嵌め込むことにより、チップ搭載部TABと吊りリードHLとを物理的に固定しているため、第1接合部分JU1と第2接合部分JU2との間に隙間が存在しない。つまり、がたつきの発生起因となる隙間が、第1接合部分JU1と第2接合部分JU2との間に存在しないので、チップ搭載部TABと吊りリードHLとを確実に固定できるのである。
さらに、例えば、図4に示す従来技術によれば、チップ搭載部TABの下面のうち、エンボス部EBに相対するチップ搭載部TABの下面の領域にエンボス加工による凹みが形成されている。このため、チップ搭載部TAB自体を固定しても、エンボス部EBに対応した下面は浮くことになる。このことから、エンボス部EBに対応した下面をしっかり固定した状態で、エンボス部EBの上面を潰すことができず、例えば、図6に示すように、エンボス部EBがずれた状態で固定される可能性が高くなる。これに対し、本実施の形態では、チップ搭載部TABの上面に凹部からなる第1接合部分JU1が形成されており、この第1接合部分JU1に、吊りリードHLの一部である第2接合部分JU2が嵌め込まれている。この場合、例えば、チップ搭載部TABに形成される凹部からなる第1接合部分JU1は、チップ搭載部TABの上面に対してプレス加工することにより形成される。つまり、本実施の形態では、図4に示す従来技術のように、チップ搭載部TABにエンボス加工を施して、チップ搭載部TABから突出するエンボス部EBを形成するものではない。このことから、本実施の形態では、チップ搭載部TABの下面のうち、第1接合部分JU1と第2接合部分JU2の接合領域に相対するチップ搭載部TABの下面の領域に凹みは存在せず、平坦なままである。したがって、凹部からなる第1接合部分JU1に、吊りリードHLの一部からなる第2接合部分JU2を嵌め込む際、第1接合部分JU1に相対するチップ搭載部TABの下面領域をしっかり押さえつけた状態にすることができる。このため、第1接合部分JU1に第2接合部分JU2を確実に嵌め込むことができる。
以上のように、本実施の形態は、凹形状をした第1接合部分JU1に、吊りリードHLの一部を構成する第2接合部分JU2を嵌め込むことにより、チップ搭載部TABと吊りリードHLとを物理的に固定するという第1特徴点を備える。また、本実施の形態では、第1接合部分JU1に相対するチップ搭載部TABの下面領域を平坦に維持することができるため、この下面領域をしっかり押さえつけた状態で、凹部からなる第1接合部分JU1に、吊りリードHLの一部からなる第2接合部分JU2を嵌め込むことができるという第2特徴点を備える。このように、本実施の形態によれば、上述した第1特徴点と第2特徴点を備えることにより、チップ搭載部TABと吊りリードHLとの接続信頼性を向上することができるのである。
なお、吊りリードHLの一部を構成する第2接合部分JU2の幅は、吊りリードHLの他の部分の幅と同じであってもよいし、異なっていてもよい。ただし、凹部(溝部)からなる第1接合部分JU1と第2接合部分JU2の間の接合強度を向上する観点からは、吊りリードHLの一部を構成する第2接合部分JU2の幅が、吊りリードHLの他の部分の幅よりも大きいことが望ましい。なぜなら、この場合、第1接合部分JU1と第2接合部分JU2とが接触する面積が大きくなるので、第1接合部分JU1と第2接合部分JU2との接合強度を向上できるからである。
<実施の形態におけるリードフレームの構成>
本実施の形態における半導体装置PK1は、上記のように構成されており、以下では、さらに、半導体装置PK1の製造工程中で使用されるリードフレームLF1の構成について説明する。図9は、本実施の形態の半導体装置PK1を製造する際に使用されるリードフレームLF1の構成を示す平面図であり、図10は、図9のA−A線で切断した断面図である。また、図11は、チップ搭載部をリードフレームに固定する工程の流れを示すフローチャートである。図9に示すように、本実施の形態のリードフレームLF1は、中央部に別体で構成されるチップ搭載部TABが配置され、このチップ搭載部TABの周囲に複数のリードLDおよび吊りリードHLが配置されている。これらの複数のリードLDと吊りリードHLとは、タイバーで接続されている。このタイバーによって、樹脂封止する際、複数のリードLDの間の隙間から樹脂が漏れ出すことを防止することができる。そして、リードフレームLF1の一部を構成する吊りリードHLと、チップ搭載部TABとは、チップ搭載部TABに形成された凹部からなる第1接合部分JU1に、吊りリードHLと一体的に形成された第2接合部分JU2嵌め込むことにより、固定されている。具体的には、図10に示すように、チップ搭載部TABの一部領域に対してプレス加工やエッチング加工を施すことにより、チップ搭載部TABの上面(表面)に凹部からなる第1接合部分JU1を形成する(図11のS101)。そして、第1接合部分JU1を形成した位置に対応する位置に配置される吊りリードHLの一部に、例えば、折り曲げ加工によって第2接合部分JU2を設ける(図11のS102)。その後、第1接合部分JU1を形成したチップ搭載部TABの下面を押さえた(支えた)状態で、この第2接合部分JU2を第1接合部分JU1に嵌め込む(図11のS103)。これにより、第2接合部分JU2を第1接合部分JU1に嵌め込んだ状態で、チップ搭載部TABをリードフレームLF1の吊りリードHLに固定することができる。このようにして、本実施の形態では、チップ搭載部TABに形成された第1接合部分JU1に、吊りリードHLの一部を構成する第2接合部分JU2を嵌め込むことにより、互いに別体として分離されているチップ搭載部TABと吊りリードHLとを物理的に固定できることがわかる。
上記では、凹部からなる第1接合部分JU1に、吊りリードHLの一部を構成する第2接合部分JU2に嵌め込むことにより、チップ搭載部TABを吊りリードHLに固定することについて説明したが、詳細には、第1接合部分JU1に第2接合部分JU2を嵌め込む固定構造には、様々なバリエーションがある。以下では、このような様々なバリエーションの固定構造について、図面を参照しながら説明する。
<第1固定構造>
図12は、チップ搭載部TABのうち、凹部からなる第1接合部分JU1近傍の領域を拡大した図であり、第1接合部分JU1の上方には、吊りリードと一体化した第2接合部分JU2の断面が示されている。図12において、第1接合部分JU1の深さをT1とし、第1接合部分JU1の幅をW1としている。一方、第2接合部分JU2の厚さをT2とし、第2接合部分JU2の幅をW2としている。このとき、第1接合部分JU1の幅W1は、第2接合部分JU2の幅W2以上であり(幅W1≧幅W2)、具体的には、例えば、幅W1=幅W2+10μm〜20μmとなっている。また、第2接合部分JU2の幅W2は、第2接合部分JU2の厚さT2以上となっている(幅W2≧厚さT2)。さらに、第2接合部分JU2の厚さT2は、例えば、0.1mm〜0.25mmとなっている。
このような前提のもと、まず、第1固定構造について説明する。図13(a)〜図13(c)は、第1固定構造を製造する過程を示す図である。第1固定構造は、第1接合部分JU1の深さT1に比べて、第2接合部分JU2の厚さT2が小さいことを前提とした構造である。まず、図13(a)に示すように、凹部からなる第1接合部分JU1に第2接合部分JU2を嵌め込む。このとき、第1接合部分JU1の深さT1に比べて、第2接合部分JU2の厚さT2が小さいため、第2接合部分JU2の全体が第1接合部分JU1に埋め込まれるとともに、第2接合部分JU2の表面がチップ搭載部TABの上面よりも低くなるように嵌め込まれる。
続いて、図13(b)に示すように、大パンチPS1により、第2接合部分JU2を嵌め込んだチップ搭載部TABに圧力を加えながら押し当てる。このとき、大パンチPS1の一端は、第1接合部分JU1の端部よりも20μm〜30μm程度外側に配置される。つまり、大パンチPS1の接触面積は、第1接合部分JU1を内包するとともに、第1接合部分JU1の外側領域までも包含する。
この結果、図13(c)に示すように、第1接合部分JU1の外側領域に存在するチップ搭載部TABの上面が圧縮され、これによって、第2接合部分JU2が第1接合部分JU1に圧着される。つまり、チップ搭載部TABと吊りリードHLの固定が、第1接合部分JU1に第2接合部分JU2を挿入して圧着することにより行なわれる。すなわち、大パンチPS1を使用した圧着により、第1接合部分JU1の端部は潰され、これによって、図13(c)に示すように、第2接合部分JU2の端部は、第1接合部分JU1の端部で覆われることになる。言い換えれば、第1接合部分JU1から露出している第2接合部分JU2の表面領域の面積は、第1接合部分JU1の底面(凹部の底面)の面積よりも小さくなる。このようにして、第1固定構造が形成される。この第1固定構造によれば、確実に、第2接合部分JU2が第1接合部分JU1に圧着されるため、チップ搭載部TABと吊りリードとの接続信頼性を向上することができる。特に、第1固定構造によれば、第2接合部分JU2の端部は、第1接合部分JU1の端部で覆われることになることから、圧着後に、第2接合部分JU2が第1接合部分JU1から抜け出るポテンシャルを小さくすることができる。さらに、第1固定構造は、大パンチPS1による圧着工程により形成することができ、接着部材などを使用しないため、工程の簡略化を図ることができるとともに、不要なコスト上昇を抑制できる利点が得られる。
<第2固定構造>
続いて、第2固定構造について説明する。図14(a)〜図14(c)は、第2固定構造を製造する過程を示す図である。このとき、第2固定構造において、第1接合部分JU1の深さをT1とし、第1接合部分JU1の幅をW1としている。一方、第2接合部分JU2の厚さをT2とし、第2接合部分JU2の幅をW2としている。ここで、第1接合部分JU1の幅W1は、第2接合部分JU2の幅W2以上であり(幅W1≧幅W2)である。また、第2固定構造は、第1接合部分JU1の深さT1と、第2接合部分JU2の厚さT2が、ほぼ等しいことを前提とした構造である。
まず、図14(a)に示すように、凹部からなる第1接合部分JU1に第2接合部分JU2を嵌め込む。このとき、第1接合部分JU1の深さT1と、第2接合部分JU2の厚さT2が、ほぼ等しいことから、第2接合部分JU2の全体が第1接合部分JU1に埋め込まれるとともに、第2接合部分JU2の表面の高さとチップ搭載部TABの上面の高さが、ほぼ面一になるように嵌め込まれる。
次に、図14(b)に示すように、小パンチPS2により、第1接合部分JU1に嵌め込んだ第2接合部分JU2の表面の一部に圧力を加えながら押し当てる。このとき、小パンチPS2の一端は、第1接合部分JU1の端部よりも10μm程度内側に配置される。つまり、小パンチPS1の接触面積は、第2接合部分JU2の表面に内包される。
この結果、図14(c)に示すように、第2接合部分JU2の内側領域の上面の一部が圧縮され、これによって、第2接合部分JU2が第1接合部分JU1に圧着される。つまり、チップ搭載部TABと吊りリードHLの固定が、第1接合部分JU1に第2接合部分JU2を挿入して圧着することにより行なわれる。すなわち、第1接合部分JU1を構成する凹部の側面間の幅の中には、凹部の底面の幅よりも大きいものが存在するように、第2接合部分JU2が第1接合部分JU1に嵌め込まれる。これにより、圧着された第2接合部分JU2は、容易に第1接合部分JU1から外れずに、しっかり、第1接合部分JU1に固定することができる。言い換えれば、第2接合部分JU2の上面には、へこみ部が形成されていることになる。そして、このへこみ部の高さは、第1接合部分JU1の上面(チップ搭載部TABの上面)の高さよりも低くなる。このようにして、第2固定構造が形成される。この第2固定構造によれば、確実に、第2接合部分JU2が第1接合部分JU1に圧着されるため、チップ搭載部TABと吊りリードHLとの接続信頼性を向上することができる。特に、第2固定構造によれば、第1接合部分JU1を構成する凹部の側面間の距離が、凹部の底面の幅よりも大きくなることから、圧着後に、第2接合部分JU2が第1接合部分JU1から抜け出るポテンシャルを小さくすることができる。さらに、第2固定構造は、小パンチPS2による圧着工程により形成することができ、接着部材などを使用しないため、工程の簡略化を図ることができるとともに、不要なコスト上昇を抑制できる利点が得られる。
<第3固定構造>
次に、第3固定構造について説明する。図15(a)〜図15(b)は、第3固定構造を製造する過程を示す図である。第3固定構造は、第1接合部分JU1の深さT1と、第2接合部分JU2の厚さT2が、ほぼ等しいことを前提とした構造である。さらに、第3固定構造では、第1接合部分JU1を構成する凹部の幅と、第2接合部分JU2の幅が、ほぼ等しくなっている。
まず、図15(a)に示すように、凹部からなる第1接合部分JU1に第2接合部分JU2を嵌め込む準備をする。その後、図15(b)に示すように、例えば、大パンチPS1を用意する。このとき、大パンチPS1の底面の面積は、第1接合部分JU1を内包するとともに、第1接合部分JU1の外側領域までも包含する大きさとなっている。そして、この大パンチPS1を使用することにより、第1接合部分JU1を構成する凹部に、第2接合部分JU2を嵌め込む。このとき、第1接合部分JU1の深さT1と、第2接合部分JU2の厚さT2が、ほぼ等しいことから、第2接合部分JU2の全体が第1接合部分JU1に埋め込まれるとともに、第2接合部分JU2の表面の高さとチップ搭載部TABの上面の高さが、ほぼ面一になるように嵌め込まれる。さらに、第3固定構造では、第1接合部分JU1を構成する凹部の幅と、第2接合部分JU2の幅が、ほぼ等しいため、第2接合部分JU2が第1接合部分JU1に、しっかり嵌め込まれる。つまり、第1接合部分JU1を構成する凹部の幅と、第2接合部分JU2の幅が、ほぼ等しいことから、凹部の内部に第2接合部分JU2を嵌め込みにくくなるが、これによって、一端、第2接合部分JU2を第1接合部分JU1に嵌め込んでしまうと、第1接合部分JU1から第2接合部分JU2が外れにくくなるのである。
ここで、第3固定構造において、第1接合部分JU1を構成する凹部の幅と、第2接合部分JU2の幅が、ほぼ等しいという構成は、第2接合部分JU2を第1接合部分JU1に嵌め込んだ際、第2接合部分JU2が第1接合部分JU1に、しっかり固定されることを念頭においたものである。
なお、第3固定構造においては、第1接合部分JU1の幅をW1とし、第2接合部分JU2の幅をW2とした場合、幅W1<幅W2のように構成することもできる。この場合、第1接合部分JU1を構成する凹部の幅W1が、第2接合部分JU2の幅W2よりも小さくなっていることから、凹部の内部に第2接合部分JU2を嵌め込みにくくなるが、一端、第2接合部分JU2を第1接合部分JU1に嵌め込んでしまうと、第1接合部分JU1から第2接合部分JU2が外れにくくなる。つまり、幅W1<幅W2のように構成する場合、より強固な固定力を得ることができる。
このような第3固定構造によれば、第2接合部分JU2を第1接合部分JU1に挿入するだけで固定することができるとともに、接着部材などを使用しない。このことから、第3固定構造によれば、工程の簡略化を図ることができるとともに、不要なコスト上昇を抑制できる利点が得られる。
<第4固定構造>
続いて、第4固定構造について説明する。図16(a)〜図16(c)は、第4固定構造を製造する過程を示す図である。第4固定構造は、第1接合部分JU1の幅W1よりも、第2接合部分JU2の幅W2が小さいことを前提とした構造である。
まず、例えば、図16(a)に示すように、プレス加工やエッチング加工によって形成された凹部からなる第1接合部分JU1をチップ搭載部TABに形成する。そして、図16(b)に示すように、凹部の内壁に、例えば、半田や接着材からなる接着部材ADHを塗布する。その後、図16(c)に示すように、接着部材ADHを塗布した凹部に、第2接合部分JU2を嵌め込む。この結果、第1接合部分JU1と第2接合部分JU2の間に接着部材ADHが介在することになる。これにより、第2接合部分JU2は、接着部材ADHによって、確実に第1接合部分JU1へ固定されることになる。つまり、第4固定構造によれば、第1接合部分JU1と第2接合部分JU2を接着部材ADHで接着していることから、第1接合部分JU1と第2接合部分JU2の接着強度を向上させることができる。このことから、第4固定構造によれば、第1接合部分JU1と第2接合部分JU2との接続信頼性を向上することができ、これによって、チップ搭載部TABと吊りリードの確実な固定を実現することができる。
<第1固定構造〜第4固定構造に共通する本質(特徴)>
上述したように、本実施の形態において、互いに別体から構成されるチップ搭載部TABと吊りリードHLとを固定する技術として、例えば、第1固定構造〜第4固定構造を挙げることができる。これらの第1固定構造〜第4固定構造に共通する本質(特徴)は、凹部からなる第1接合部分JU1に、吊りリードHLの一部を構成する第2接合部分JU2に嵌め込むことにより、チップ搭載部TABを吊りリードHLに固定する点にある。
そして、第1固定構造から第4固定構造には、上述した共通する特徴が存在するため、この特徴点により、第2接合部分JU2を第1接合部分JU1に固定する際、最終的には、第1接合部分JU1と第2接合部分JU2の間に隙間が存在せず、これによって、チップ搭載部TABと吊りリードHLとを確実に固定できるという顕著な効果を得ることができるのである。
言い換えれば、従来技術においては、エンボス加工により、チップ搭載部TABに凸部を形成し、この凸部に吊りリードHLに形成した開口部OPを挿入する構成を取っている。この場合、凸部の形状ばらつきを考慮して形成された開口部OPのマージンは、凸部の上部を潰して固定した最終形態後にも残存するため、このマージンに起因するがたつきが存在して問題点として顕在化する。
これに対し、本実施の形態1における技術的思想では、プレス加工やエッチング加工により、チップ搭載部TABに凹部を形成し、この凹部に吊りリードHLの一部を嵌め込んでいる。この場合、例えば、第1固定構造〜第4固定構造から明らかなように、第2接合部分JU2を第1接合部分JU1に嵌め込んだ後の最終固定形態においては、第1接合部分JU1と第2接合部分JU2の間に隙間が存在しない。このことから、本実施の形態1においては、第1接合部分JU1と第2接合部分JU2との固定部にがたつきが発生しにくく、これによって、チップ搭載部TABと吊りリードHLとを確実に固定できるのである。
このように、本実施の形態1における技術的思想と、従来技術とは、チップ搭載部TABと吊りリードHLを固定する構造がまったく逆であり、チップ搭載部TABと吊りリードHLの確実な固定は、本実施の形態にように、チップ搭載部TABに凹部を形成し、この凹部に吊りリードHLの一部を嵌め込む構成によってこそ実現できるものである。つまり、本実施の形態1における技術的思想は、従来技術では得ることが困難な顕著な効果を得ることができるのである。
ここで、本明細書でいう「隙間が存在しない」とは以下に示すような概念である。すなわち、本明細書でいう「隙間が存在しない」とは、隙間がまったくないということに限定するものではなく、実質的に隙間がないということが妥当と考えられる場合も含む概念である。例えば、実質的に隙間がない場合とは、第1接合部分JU1と第2接合部分JU2とが接触し合っている部分(接着材を介して密着している場合も含む)の面積が、第1接合部分JU1と第2接合部分JU2とが接触し合っていない部分の面積よりも大きくなっている接合状態を含むものである。また、例えば、第1接合部分JU1と第2接合部分JU2のそれぞれの表面のわずかな凹凸によって微視的に接触していない部分が存在しても、この部分を本明細書では「隙間」と呼ばないものとする。さらに、例えば、第1接合部分JU1のコーナ部において、第2接合部分JU2の一部が変形しきれずに若干の隙間を形成していても、第2接合部分JU2のその他の部分が第1接合部分JU1に接触し、課題を解決する程度に接合力が得られている状態であれば、この状態も、実質的に隙間が存在しない状態というものとする。
<実施の形態における半導体装置の製造方法>
本実施の形態における半導体装置は、上記のように構成されており、以下に、その製造方法について説明する。
まず、平面視において、略円盤形状をした半導体ウェハを用意する。そして、半導体ウェハ上に半導体素子を形成する。半導体素子を形成する工程は、例えば、成膜技術、エッチング技術、熱処理技術、イオン注入技術、あるいは、フォトリソグラフィ技術などの製造技術を使用することにより形成される。例えば、半導体素子としては、シリコン基板上に形成されたMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、バイポーラトランジスタを挙げることができる。さらに半導体素子として、抵抗素子、容量素子あるいはインダクタ素子に代表される受動素子も形成される。
続いて、半導体素子を形成した半導体ウェハ上に配線層を形成する。配線層は、層間絶縁膜上に形成された金属膜をパターニングすることにより形成される。通常、配線層は、多層配線構造とすることが多いが単層の配線層としてもよい。配線層を構成する配線は、例えば、アルミニウム膜を使用した配線や、銅膜を使用した配線(ダマシン配線)から構成される。その後、配線層の最上層にパッドを形成する。以上のようにして、前工程処理が実施された半導体ウェハを得ることができる。
そして、半導体ウェハに対してバックグラインド処理を施すことにより、半導体ウェハの厚さを薄くした後、後工程処理を実施する。図17は、後工程処理の流れを示すフローチャートである。まず、後工程処理を実施する前に、本実施の形態におけるリードフレームを用意する。具体的には、図11に示すような工程を経ることにより、チップ搭載部を吊りリードに固定したリードフレームを準備する。例えば、チップ搭載部の一部領域に対してプレス加工やエッチング加工を施すことにより、チップ搭載部の上面(表面)に凹部からなる第1接合部分を形成する(図11のS101)。そして、第1接合部分を形成した位置に対応する位置に配置される吊りリードの一部に、例えば、折り曲げ加工によって第2接合部分を設ける(図11のS102)。その後、第1接合部分を形成したチップ搭載部の下面を押さえつけた状態で、この第2接合部分を第1接合部分に嵌め込む(図11のS103)。これにより、第2接合部分を第1接合部分に嵌め込んだ状態で、チップ搭載部をリードフレームの吊りリードに固定することができる。このようにして、チップ搭載部を吊りリードに固定したリードフレームを形成することができる。
続いて、後工程処理を実施する。まず、集積回路が形成された半導体ウェハをダイシングすることにより、半導体ウェハに形成されている各チップ領域を切断して、半導体チップを取得する(図17のS201)。そして、リードフレームに固定されているチップ搭載部に、取得した半導体チップを搭載した後(図17のS202)、半導体チップに形成されているパッドと、リードフレームに形成されているリードとをワイヤで接続する(図17のS203)。その後、半導体チップ、ワイヤ、吊りリードの一部、リードの一部を樹脂で封止する(図17のS204)。そして、リードフレームに形成されているタイバーを切断した後(図17のS205)、樹脂から露出しているリードの表面にめっき膜を形成する(図17のS206)。続いて、樹脂の表面に、例えば、レーザー光を使用することにより、マークを形成した後(図17のS207)、樹脂から突き出ているリードを成形する(図17のS208)。このようにして半導体装置(パッケージ)を形成した後、電気的特性検査が実施され、良品と判断された半導体装置が製品として出荷される。以上のようにして、本実施の形態における半導体装置を製造することができる。
以上のように、本実施の形態における半導体装置の製造方法によれば、チップ搭載部TABが吊りリードHLが確実に固定された状態のリードフレームを使用することができる、このため、チップ搭載部TABと吊りリードHLとの間に発生するがたつきを抑制することができる。このことは、半導体装置の製造工程中にリードフレームLFが変形しにくくなることを意味している。つまり、本実施の形態によれば、チップ搭載部TABと吊りリードHLとの固定にがたつきが発生しにくくなっていることから、例えば、ワイヤボンディング工程において、キャピラリによりリードの押さえムラを抑制できる。この結果、キャピラリからリードへの超音波の伝達を確実に行なうことができ、これによって、ワイヤのリードへの圧着不良を防止することができる。
また、樹脂封止工程においては、金型でリードフレームをクランプした状態で樹脂封止が行なわれる。このとき、本実施の形態では、チップ搭載部TABと吊りリードHLとの固定にがたつきが発生しにくくなっていることから、金型でリードフレームをクランプする際に発生するリードフレームの変形を抑制することができる。したがって、本実施の形態によれば、リードフレームの変形が樹脂封止工程で発生しにくくなるため、パッドとリードとを接続するワイヤにかかる負担を低減することができる。この結果、本実施の形態によれば、ワイヤの断線や、樹脂封止工程で形成される封止体の形状異常などの発生を抑制することができる。以上のように、本実施の形態では、チップ搭載部TABと吊りリードHLとの固定を確実に行なうことができるので、リードフレームの変形を抑制することができる。これにより、本実施の形態によれば、リードフレームの変形に起因するワイヤの圧着特性の悪化や封止体の形状異常を防止することができ、これによって、半導体装置の信頼性向上を図ることができる。
<変形例1>
次に、変形例1について説明する。本変形例1では、チップ搭載部TABの角部に、チップ搭載部TABと吊りリードHLとの接続部を設けている例について説明する。
図18は、本変形例1におけるリードフレームLF2の構成を示す図である。図18に示すように、中央部には、矩形形状をしたチップ搭載部TABが配置されており、このチップ搭載部TABの周囲を囲むように、複数のリードLDが形成されている。そして、本変形例1の特徴は、吊りリードHLがチップ搭載部TABの角部(コーナ部)に配置されており、この角部において、チップ搭載部TABが吊りリードHLに固定されている点にある。つまり、本変形例1においては、チップ搭載部TABの角部において、チップ搭載部TABに形成された第1接合部分JU1に、吊りリードHLの一部を構成する第2接合部分JU2が固定されている。図19は、図18のA−A線で切断した断面図である。具体的に、図19に示すように、チップ搭載部TABに形成された第1接合部分JU1は、凹部形状をしており、この凹部からなる第1接合部分JU1に、吊りリードHLを折り曲げ加工して形成された第2接合部分JU2が嵌め込まれていることがわかる。
このように構成されている本変形例1においても、前記実施の形態と同様に、第2接合部分JU2を第1接合部分JU1に固定する際、最終的には、第1接合部分JU1と第2接合部分JU2の間に隙間が存在せず、これによって、チップ搭載部TABと吊りリードとを確実に固定できるという顕著な効果を得ることができる。
さらに、本変形例1においては、チップ搭載部TABと吊りリードHLとを接続する接続部を、矩形形状をしたチップ搭載部TABの角部に配置しているので、接続部に邪魔されることなく、複数のリードLDを高密度に配置することができる。すなわち、本変形例1では、チップ搭載部TABと吊りリードHLとを接続する接続部が、チップ搭載部TABの角部に配置されているため、チップ搭載部TABの4辺の周囲全体に複数のリードLDを配置することができるのである。これにより、本変形例1によれば、互いに別体から構成されるチップ搭載部TABと吊りリードHLとを固定するタイプのリードフレームであっても、接続部に邪魔されることなく、チップ搭載部TABの周囲に複数のリードLDを高密度に配置することができる。このことは、半導体装置の小型化を図ることができることを意味している。つまり、本変形例1では、前記実施の形態と同様に、チップ搭載部TABと吊りリードHLとの接続信頼性を向上できるとともに、半導体装置の小型化を実現できるという顕著な効果を得ることができるのである。
以下では、本変形例1における半導体装置の優位性を、本発明者が検討した検討例と対比しながら説明する。図20(a)は、本変形例1におけるリードフレームLF2の構成を示す平面図であり、図20(b)は、検討例におけるリードフレームLFP2の構成を示す平面図である。図20(a)において、本変形例1におけるリードフレームLF2では、矩形形状をしたチップ搭載部TABの角部(コーナ部)に第1接合部分JU1と第2接合部分JU2による接続部が形成されている。つまり、本変形例1では、チップ搭載部TABの角部において、凹部からなる第1接合部分JU1に、吊りリードHLの一部を構成する第2接合部分JU2が嵌め込まれている。これにより、チップ搭載部TABと吊りリードHLが接続部によって固定されている。この結果、本変形例1によれば、接続部に邪魔されることなく、矩形形状をしたチップ搭載部TABの4辺の周囲に沿って、複数のリードLDを高密度に配置することができる。特に、図20(a)に示すように、例えば、本変形例においては、チップ搭載部TABの1辺に沿って、20本のリードLDを配置することができている。
これに対し、図20(b)に示す検討例でも、矩形形状をしたチップ搭載部TABの角部に、チップ搭載部TABと吊りリードHLを接続する接続部が形成されている。ただし、検討例において、この接続部は、エンボス加工されたエンボス部EBを、吊りリードHLに設けられた開口部に挿入し、エンボス部EBの上部を潰すことにより形成されている。このとき、図20(b)に示すように、エンボス部EBのサイズが大きくなることから、図20(b)に示す検討例の接続部は、図20(a)に示す本変形例1の接続部よりも占有面積が大きくなってしまうことがわかる。例えば、図20(b)に示すように、検討例においては、チップ搭載部TABの1辺に沿って、18本のリードLDしか配置することができなくなることがわかる。
つまり、図20(b)に示すように、エンボス加工による接続部を採用する場合、たとえ、チップ搭載部TABの角部に接続部を設けても、図20(a)に示す本変形例1における接続部よりもサイズが大きくなるのである。このように、凹部からなる第1接合部分JU1に、吊りリードHLの一部を構成する第2接合部分JU2を嵌め込む本変形例1における接続部の構成は、接続信頼性を向上できるとともに、接続部自体のサイズも小さくすることができるのである。このことから、例えば、図20(a)に示すように、凹部からなる第1接合部分JU1に、吊りリードHLの一部を構成する第2接合部分JU2を嵌め込む本変形例1における接続部の構成を採用する場合、図20(b)に示す検討例に比べて、接続信頼性を向上できるだけでなく、接続部の占有面積も低減することができることがわかる。
具体的に、例えば、図20(a)に示す本変形例1の場合、チップ搭載部TABの1辺に沿って、20本のリードLDを配置することができるのに対し、図20(b)に示す検討例の場合、チップ搭載部TABの1辺に沿って、18本のリードLDしか配置することができない。このことは、チップ搭載部TABの4辺に沿って配置されているリードLDの本数の合計は、図20(a)に示す本変形例1の場合、80本になるのに対し、図20(b)に示す検討例の場合、72本となり、その差は8本にもなる。このことは、リードフレームLF2とリードフレームLFP2のサイズを同じにする場合、本変形例1のほうが検討例よりも高密度にリードLDを配置できることを意味する。言い換えれば、リードフレームLF2とリードフレームLFP2に同じ本数のリードLDを形成する場合、本変形例1のリードフレームLF2のサイズを検討例のリードフレームLFP2のサイズよりも小さくできることを意味している。
続いて、図21(a)は、本変形例1における半導体装置PK2の構成を示す平面図であり、図21(b)は、検討例における半導体装置PKP2の構成を示す平面図である。まず、図21(a)において、本変形例1における半導体装置PK2は、図20(a)に示すリードフレームLF2を使用して形成されている。具体的には、チップ搭載部TAB上に半導体チップCHPが搭載されており、この半導体チップCHPの外縁部に沿って、複数のパッドPDが配置されている。この複数のパッドPDのそれぞれは、半導体チップCHPの周囲に配置されているリードLDとワイヤWによって電気的に接続されている。
このとき、本変形例1における半導体装置PK2では、チップ搭載部TABの角部において、第1接合部分JU1に第2接合部分JU2が嵌め込まれて、チップ搭載部TABと吊りリードHLが固定されている。このことから、図21(a)に示す本変形例1においては、チップ搭載部TABの一辺に沿って、20本のリードLDを配置することができる。したがって、本変形例1における半導体チップCHPでは、矩形形状をした半導体チップCHPの1辺に沿って、例えば、20個のパッドPDを配置することができ、これらの20個のパッドPDが20本のリードLDとワイヤWで電気的に接続されることになる。
一方、図21(b)において、検討例における半導体装置PKP2は、図20(b)に示すリードフレームLFP2を使用して形成されている。具体的に、検討例における半導体装置PKP2においても、チップ搭載部TAB上に半導体チップCHPが搭載されており、この半導体チップCHPの外縁部に沿って、複数のパッドPDが配置されている。この複数のパッドPDのそれぞれは、半導体チップCHPの周囲に配置されているリードLDとワイヤWによって電気的に接続されている。このとき、検討例における半導体装置PKP2では、チップ搭載部TABの角部において、エンボス加工されたエンボス部EBが吊りリードHLに形成された開口部に挿入されて、エンボス部EBの上部を潰すことにより、チップ搭載部TABと吊りリードHLが固定されている。このことから、図21(b)に示す検討例においては、チップ搭載部TABの一辺に沿って、18本のリードLDしか配置することができなくなる。したがって、検討例における半導体チップCHPでは、矩形形状をした半導体チップCHPの1辺に沿って、例えば、18個のパッドPDしか配置することができず、これらの18個のパッドPDが18本のリードLDとワイヤWで電気的に接続されることになる。
以上のことから、図21(a)に示す本変形例1における半導体装置PK2のサイズと、図21(b)に示す検討例における半導体装置PKP2のサイズを同じにする場合、本変形例1のほうが検討例よりも高密度にリードLDを配置できることがわかる。別の言い方をすれば、本変形例1における半導体装置PK2と検討例における半導体装置PKP2に同じ本数のリードLDを形成する場合、本変形例1の半導体装置PK2のサイズを検討例の半導体装置PKP2のサイズよりも小さくできることになる。したがって、本変形例1によれば、チップ搭載部TABと吊りリードHLとの接続信頼性を向上できるだけでなく、半導体装置PK2のサイズを小型化できることがわかる。
次に、図22(a)は、本変形例1を示す図21(a)のA−A線で切断した断面図を示し、図22(b)は、検討例を示す図21(b)のB−B線で切断した断面図を示している。まず、図22(a)に示す本変形例1においては、チップ搭載部TAB上に半導体チップCHPが搭載されており、半導体チップCHPに形成されているパッドPDと、ガルウィング形状に加工されたリードLDがワイヤWで電気的に接続されている。また、チップ搭載部TABと吊りリードHLは、チップ搭載部TABに形成された凹部からなる第1接合部分JU1に、吊りリードHLの一部を構成する第2接合部分JU2を嵌め込むことにより接続されている。このため、本変形例1でも、前記実施の形態と同様に、第2接合部分JU2を第1接合部分JU1に固定する際、最終的には、第1接合部分JU1と第2接合部分JU2の間に隙間が存在せず、これによって、チップ搭載部TABと吊りリードHLとを確実に固定できるという効果を得ることができる。
なお、図22(a)において、半導体チップCHP、ワイヤW、リードLDの一部、および、吊りリードHLを覆うように、例えば、樹脂からなる封止体MRが形成されている。そして、図22(a)から明らかなように、チップ搭載部TABの厚さは、リードLDの厚さや吊りリードHLの厚さよりも充分に厚くなっている。このことから、チップ搭載部TABの熱容量は大きくなる。また、チップ搭載部TABの裏面(下面)は、封止体MRから露出しているため、半導体チップCHPで発生した熱は、チップ搭載部TABから効率的に半導体装置PK2の外部へ放散される。
一方、図22(b)に示す検討例においても、チップ搭載部TAB上に半導体チップCHPが搭載されており、半導体チップCHPに形成されているパッドPDと、ガルウィング形状に加工されたリードLDがワイヤWで電気的に接続されている。また、チップ搭載部TABと吊りリードHLは、エンボス加工されたエンボス部EBが吊りリードHLに形成された開口部に挿入されて、エンボス部EBの上部を潰すことにより、固定されている。このため、図22(b)に示す検討例においては、開口部の径にマージンを持たせる必要があるため、がたつきが発生しやすくなる。これに対し、本変形例1では、例えば、図22(a)に示すように、凹形状をした第1接合部分JU1に、吊りリードHLの一部を構成する第2接合部分JU2を嵌め込むことにより、チップ搭載部TABと吊りリードHLとを物理的に固定している。このため、第1接合部分JU1と第2接合部分JU2の間に隙間が存在せず、これによって、チップ搭載部TABと吊りリードHLとを確実に固定できることがわかる。
なお、図22(b)においても、半導体チップCHP、ワイヤW、リードLDの一部、および、吊りリードHLを覆うように、例えば、樹脂からなる封止体MRが形成されている。そして、図22(b)から明らかなように、チップ搭載部TABの厚さは、リードLDの厚さや吊りリードHLの厚さよりも充分に厚くなっている。このことから、チップ搭載部TABの熱容量は大きくなる。また、チップ搭載部TABの裏面(下面)は、封止体MRから露出しているため、半導体チップCHPで発生した熱は、チップ搭載部TABから半導体装置PKP2の外部へ放散される。
ただし、図22(b)に示す検討例においては、エンボス加工されたチップ搭載部TABの下面にへこみ部が形成されており、このへこみ部に樹脂が充填されている。このため、図22(b)に示す検討例においては、封止体MRから露出するチップ搭載部TABの下面の面積が小さくなってしまう。これに対し、図22(a)に示す本変形例1においては、エンボス加工を施していないことから、チップ搭載部TABの下面が面一となっており、これによって、封止体MRから露出するチップ搭載部TABの下面の面積を大きくすることができる。別の表現をすると、平面視において、チップ搭載部TABと吊りリードHLとが固定されている部分は、チップ搭載部TABの下面と重なっているとも言える。
この結果、図22(a)に示す本変形例1によれば、図22(b)に示す検討例よりも、封止体MRから露出するチップ搭載部TABの下面の面積を大きくすることができる。したがって、図22(a)に示す本変形例1によれば、図22(b)に示す検討例よりも、半導体チップCHPで発生した熱を効率良く外部へ放散させることができる。このことから、図22(a)に示す本変形例1によれば、図22(b)に示す検討例よりも、封止体MRの内部の温度上昇を抑制することができ、これによって、封止体MRに封止されている半導体チップCHPの熱による熱暴走を抑制することができる。つまり、図22(a)に示す本変形例1の半導体装置PK2によれば、図22(b)に示す検討例の半導体装置PKP2よりも、信頼性向上を図ることができる。
続いて、図23(a)は、本変形例1における半導体装置PK2の外観構成を示す上面図であり、図23(b)は、検討例における半導体装置PKP2の外観構成を示す上面図である。図23(a)において、本変形例1における半導体装置PK2の外形形状は略矩形形状をしており、略矩形形状をした封止体MRからリードLDの一部分(アウタリードと呼ばれる)が突出している。このとき、図23(a)に示す本変形例1における半導体装置PK2では、封止体MRの1辺から20本のリードLDが突き出ていることから、封止体MRの4辺全体からは、80本のリードLDが突き出ていることになる。
これに対し、図23(b)においても、検討例における半導体装置PKP2の外形形状は略矩形形状をしており、略矩形形状をした封止体MRからリードLDの一部分(アウタリード)が突出している。このとき、図23(b)に示す検討例における半導体装置PKP2では、封止体MRの1辺から18本のリードLDが突き出ていることから、封止体MRの4辺全体からは、72本のリードLDが突き出ていることになる。
したがって、図23(a)に示す本変形例1における半導体装置PK2のサイズと、図23(b)に示す検討例における半導体装置PKP2のサイズが同じ場合、本変形例1のほうが検討例よりも高密度にリードLDを配置できることがわかる。このことから、本変形例1によれば、半導体装置PK2のサイズを小型化できることがわかる。
さらに、図24(a)は、本変形例1における半導体装置PK2の外観構成を示す下面図であり、図24(b)は、検討例における半導体装置PKP2の外観構成を示す下面図である。図24(a)に示す本変形例1では、封止体MRの下面からチップ搭載部TABの下面が露出していることがわかる。同様に、図24(b)に示す検討例でも、封止体MRの下面からチップ搭載部TABの下面が露出していることがわかる。ここで、図24(b)に示す検討例においては、チップ搭載部TABの角部がエンボス加工されているため、エンボス加工されて凹んでいる領域は封止体MRで覆われていることになる。一方、図24(a)に示す本変形例1においては、エンボス加工されていないため、チップ搭載部TABの下面が平坦になっており、チップ搭載部TABの下面全面が封止体MRから露出している。この結果、図24(a)に示す本変形例におけるチップ搭載部TABの露出面積は、図24(b)に示す検討例におけるチップ搭載部TABの露出面積よりも大きくなり、放熱効率を向上させることができる。
<変形例2>
次に、変形例2について説明する。本変形例2では、チップ搭載部TABにワイヤ接続部WCNを設ける例について説明する。
図25は、本変形例2におけるリードフレームLF3に対して、チップ搭載工程(ダイボンディング工程)およびワイヤボンディング工程を施した後の状態を示す図である。図25において、本変形例2では、矩形形状をしたチップ搭載部TAB上に半導体チップCHPが搭載されており、この矩形形状をした半導体チップCHPの外縁部に沿って複数のパッドPDが形成されている。一方、矩形形状をしたチップ搭載部TABの周囲を囲むように複数のリードLDが配置されている。そして、半導体チップCHPに形成されているパッドPDとリードLDがワイヤWによって電気的に接続されている。
図25に示す本変形例2においても、矩形形状をしたチップ搭載部TABの角部(コーナ部)にチップ搭載部TABと吊りリードHLとを接続する接続部を配置している。したがって、本変形例2においても、接続部に邪魔されることなく、複数のリードLDを高密度に配置することができる。すなわち、本変形例2でも、チップ搭載部TABと吊りリードHLとを接続する接続部が、チップ搭載部TABの角部に配置されているため、チップ搭載部TABの4辺の周囲全体に複数のリードLDを配置することができるのである。これにより、本変形例2によれば、互いに別体から構成されるチップ搭載部TABと吊りリードHLとを固定するタイプのリードフレームLF3であっても、接続部に邪魔されることなく、チップ搭載部TABの周囲に複数のリードLDを高密度に配置することができる。この結果、本変形例2においても、チップ搭載部TABと吊りリードHLとの接続信頼性を向上できるとともに、半導体装置の小型化を実現できる。
このことから、本変形例2によれば、チップ搭載部TABの上面領域を大きく取ることができる。言い換えれば、チップ搭載部TABと吊りリードHLとを接続する接続部に邪魔されることなく、チップ搭載部TABの面積を確保することができる。そこで、本変形例2では、この確保されるスペースを有効活用しようとするものである。
図25に示すように、本変形例2の特徴は、チップ搭載部TAB内にワイヤ接続部WCNを設けている点にある。つまり、本変形例2では、チップ搭載部TABと吊りリードHLとを接続する接続部をチップ搭載部TABの角部に形成することにより確保されるチップ搭載部TAB内のスペースにワイヤ接続部WCNを設けている点に特徴がある。すなわち、本変形例2においては、図25に示すように、チップ搭載部TAB内にワイヤ接続部WCNが形成されている。そして、半導体チップCHPに形成されているパッドPDの中には、基準電位(GND電位)を供給する基準電位供給用パッドが含まれており、この基準電位供給用パッドとワイヤ接続部WCNが基準電位用ワイヤWGで電気的に接続されている。これにより、半導体チップCHPに供給される基準電位の安定性を向上させることができる。すなわち、チップ搭載部TABに形成されているワイヤ接続部WCNに外部から基準電位を供給するとともに、このワイヤ接続部WCNと複数の基準電位用ワイヤWGで半導体チップCHPを接続する。これにより、半導体チップCHPとワイヤ接続部WCNとの間の抵抗を小さくすることができる結果、電位変動を少なくすることができ、安定した基準電位を半導体チップCHPに供給することができるからである。
このとき、チップ搭載部TABに形成されるワイヤ接続部WCNは、チップ搭載部TABの上面領域のうち、半導体チップCHPが搭載されているチップ搭載領域よりも外側の外縁領域に形成することができる。特に、本変形例2においては、図25に示すように、半導体チップCHPの中心が、チップ搭載部TABの中心線CLからずれるように配置することが望ましい。なぜなら、例えば、図25に示すように、中心線CLに対して、半導体チップCHPを左側にずらすように配置することにより、チップ搭載部TABの中心線CLより右側の領域に大きなスペースを確保することができ、このスペースにワイヤ接続部WCNを形成しやすくなるからである。
ここで、本変形例2においては、図25に示すように、平面視において、チップ搭載領域とワイヤ接続部WCNの間のチップ搭載部TABの上面領域に、スリットSLが形成されている。以下に、このスリットSLを設ける理由について説明する。例えば、ワイヤ接続部WCNと半導体チップCHPとを基準電位用ワイヤWGで接続する観点からは、上述したスリットSLを設ける必要はないように思われる。
ところが、スリットSLを設けない場合、半導体チップCHPが中心線CLから左側にずれて配置されていることから、ワイヤ接続部WCNの面積が大きくなる。このとき、ワイヤ接続部WCNも、例えば、樹脂からなる封止体で封止されることになる。この場合、ワイヤ接続部WCN自体が樹脂と接触することになる。すると、例えば、半導体装置に熱負荷サイクルが印加された場合、ワイヤ接続部WCNを構成する銅材と、封止体を構成する樹脂との間の膨張率の相違により、ワイヤ接続部WCNが封止体から剥離してしまうおそれが高まる。さらには、ワイヤ接続部WCNを構成する銅材と、封止体を構成する樹脂との間の膨張率の相違により、ワイヤ接続部WCNに接続されている基準電位用ワイヤWGにせん断応力が加わり、断線に至る不具合が発生するポテンシャルが高まる。この現象は、ワイヤ接続部WCNと封止体の接触面積が大きくなればなるほど顕在化しやすいと考えることができる。
そこで、本変形例2では、チップ搭載領域とワイヤ接続部WCNの間のチップ搭載部TABの上面領域に、スリットSLを形成している。これにより、図25に示すように、ワイヤ接続部WCNの面積を小さくすることができ、これによって、ワイヤ接続部WCNと封止体との接触面積を低減することができるのである。この結果、本変形例2によれば、ワイヤ接続部WCNを構成する銅材と、封止体を構成する樹脂との間の膨張率の相違に起因するワイヤ接続部WCNの剥離や基準電位用ワイヤWGの断線を効果的に防止することができる。以上にように、スリットSLは、ワイヤ接続部WCNの剥離や基準電位用ワイヤWGの断線を抑制するために設けられていることがわかる。
図26は、本変形例2における半導体装置PK3の外観構成を示す下面図である。図26に示すように、略矩形形状をした封止体MRから複数のリードLDの一部分(アウターリード)が突き出ていることがわかる。そして、例えば、樹脂からなる封止体MRの下面には、チップ搭載部TABの下面が露出している。このとき、本変形例2では、チップ搭載部TABにスリットSLが形成されており、このスリットSLの内部には樹脂が充填されていることがわかる。そして、スリットSLの外側領域(チップ搭載部TABの外縁領域)には、ワイヤ接続部WCNが設けられており、このワイヤ接続部WCNの下面も封止体MRから露出していることがわかる。このようにして、本変形例2においても、ワイヤ接続部WCNを含むチップ搭載部TABの下面が露出しているため、封止体MRで覆われている半導体チップから発生した熱を効率良く、外部へ放散させることができる。
ここで、本明細書でいう矩形形状をしたチップ搭載部TABの「角部(コーナ部)」の定義について説明する。図27は、チップ搭載部TABの平面形状を示す模式図である。図27において、チップ搭載部TABの中心を原点とし、この中心から横方向に延在する座標軸をX軸、チップ搭載部TABの中心から縦方向に延在する座標軸をY軸とする。このようにX軸とY軸とを定義すると、チップ搭載部TABは、X軸とY軸からなる座標軸によって第1象限から第4象限に分割される。このとき、各象限は、チップ搭載部TABの「角CN」を含んでおり、本明細書でいう「角部CNR」は、各象限に含まれる斜線を付した領域として定義される。具体的に、本明細書でいう「角部CNR」は、矩形領域から構成される。そして、この矩形領域を構成する辺SDC1は、チップ搭載部TABの辺SD1の1/4よりも小さく、矩形領域を構成する辺SDC2は、チップ搭載部TABの辺SD2の1/4よりも小さくなっている。
<変形例3>
次に、変形例3について説明する。本変形例3では、チップ搭載部TABの角部の延長上に、チップ搭載部TABと吊りリードHLとを接続する接続部を設ける例について説明する。
図28は、本変形例3におけるリードフレームLF4に対して、チップ搭載工程(ダイボンディング工程)およびワイヤボンディング工程を施した後の状態を示す図である。図28において、本変形例3では、矩形形状をしたチップ搭載部TAB上に半導体チップCHPが搭載されており、この矩形形状をした半導体チップCHPの外縁部に沿って複数のパッドPDが形成されている。一方、矩形形状をしたチップ搭載部TABの周囲を囲むように複数のリードLDが配置されている。そして、半導体チップCHPに形成されているパッドPDとリードLDがワイヤWによって電気的に接続されている。
図28に示す本変形例3においては、矩形形状をしたチップ搭載部TABの角部(コーナ部)の延長上にチップ搭載部TABと吊りリードHLとを接続する接続部を配置している。ただし、本変形例3においては、第1接合部分JU1と第2接合部分JU2との接続部が封止体で封止される封止領域R1の外側に形成されている。この場合であっても、接続部に邪魔されることなく、複数のリードLDを高密度に配置することができる。すなわち、本変形例3でも、チップ搭載部TABと吊りリードHLとを接続する接続部が、チップ搭載部TABの角部の延長上に配置されているため、チップ搭載部TABの4辺の周囲全体に複数のリードLDを配置することができるのである。これにより、本変形例3によれば、互いに別体から構成されるチップ搭載部TABと吊りリードHLとを固定するタイプのリードフレームLF4であっても、接続部に邪魔されることなく、チップ搭載部TABの周囲に複数のリードLDを高密度に配置することができる。この結果、本変形例3においても、チップ搭載部TABと吊りリードHLとの接続信頼性を向上できるとともに、半導体装置PK4の小型化を実現できる。
ここで、本変形例3においても、前記実施の形態と同様に、半導体チップCHP、ワイヤW、リードLDの一部を樹脂で封止した後、リードフレームLF4に形成されているタイバーを切断する。このとき、凹部からなる第1接合部分JU1に第2接合部分JU2を嵌め込んで形成された接続部が封止領域R1の外側に形成されることから、タイバーの切断工程において、接続部も切り離される。すなわち、第1接合部分JU1および第2接合部分JU2を、封止体から分離するように切断される。この結果、本変形例3では、最終的に形成される半導体装置PK4から接続部が切り離されることになり、最終的な半導体装置PK4に接続部の痕跡は残らないことになる。
図29は、本変形例3における半導体装置PK4の外観構成を示す下面図である。図29に示すように、略矩形形状をした封止体MRから複数のリードLDの一部分(アウターリード)が突き出ていることがわかる。そして、例えば、樹脂からなる封止体MRの下面には、チップ搭載部TABの下面が露出している。このようにして、本変形例3においても、チップ搭載部TABの下面が露出しているため、封止体MRで覆われている半導体チップから発生した熱を効率良く、外部へ放散させることができる。
<変形例4>
続いて、変形例4について説明する。本変形例4では、半導体チップCHP1上に別の半導体チップCHP2が搭載された半導体装置PK5について説明する。
図30は、本変形例4における半導体装置PK5の構成を示す図であり、図31は、図30のA−A線で切断した断面図である。図30において、本変形例4における半導体装置PK5は、チップ搭載部TAB上に半導体チップCHP1が搭載されており、この半導体チップCHP1の外縁部に沿って、複数のパッドPD1が配置されている。この複数のパッドPD1のそれぞれは、半導体チップCHP1の周囲に配置されているリードLDとワイヤWによって電気的に接続されている。さらに、本変形例4においては、半導体チップCHP1上に別の半導体チップCHP2が搭載されている。つまり、本変形例4においては、チップ搭載部TAB上に積層された半導体チップCHP1と半導体チップCHP2が搭載されている。そして、半導体チップCHP2の主面(表面)には、複数のパッドPD1の内側に複数のパッドPD1とは別の複数のパッドPD3が形成されており、この複数のパッドPD3のそれぞれは、半導体チップCHP1の表面に形成されているパッドPD2とワイヤWによって電気的に接続されている。ここで、本変形例4における半導体装置PK5においても、チップ搭載部TABの角部において、第1接合部分JU1と第2接合部分JU2により、チップ搭載部TABと吊りリードHLが固定されている。この結果、本変形例4においても、半導体装置PK5の小型化を実現できる。
次に、図31に示すように、本変形例5における半導体装置PK5は、チップ搭載部TAB上に半導体チップCHP1が搭載されており、半導体チップCHP1に形成されているパッドPD1と、ガルウィング形状に加工されたリードLDがワイヤWで電気的に接続されている。そして、半導体チップCHP1上に半導体チップCHP2が搭載されており、半導体チップCHP1に形成されているパッドPD2と、半導体チップCHP2に形成されているパッドPD3がワイヤWで電気的に接続されている。
また、図31に示すように、チップ搭載部TABと吊りリードHLは、チップ搭載部TABに形成された凹部からなる第1接合部分JU1に、吊りリードHLの一部を構成する第2接合部分JU2を嵌め込むことにより接続されている。このため、本変形例4でも、前記実施の形態と同様に、第2接合部分JU2を第1接合部分JU1に固定する際、最終的には、第1接合部分JU1と第2接合部分JU2の間に隙間が存在せず、これによって、チップ搭載部TABと吊りリードHLとを確実に固定できるという効果を得ることができる。
なお、図31において、半導体チップCHP1、半導体チップCHP2、ワイヤW、リードLDの一部、および、吊りリードHLを覆うように、例えば、樹脂からなる封止体MRが形成されている。そして、図31から明らかなように、チップ搭載部TABの厚さは、リードLDの厚さや吊りリードHLの厚さよりも充分に厚くなっている。このことから、チップ搭載部TABの熱容量は大きくなる。また、チップ搭載部TABの裏面(下面)は、封止体MRから露出しているため、半導体チップCHP1や半導体チップCHP2で発生した熱は、チップ搭載部TABから効率的に半導体装置PK5の外部へ放散される。
特に、本変形例4においては、チップ搭載部TAB上に積層して半導体チップCHP1と半導体チップCHP2が配置されている。このため、本変形例4においては、半導体チップCHP1と半導体チップCHP2がともに熱源となるため、より高い放熱効率が要求される。この点に関し、本変形例4では、上述したように、チップ搭載部TABの厚さが厚くなって熱容量が大きくなっているとともに、チップ搭載部TABの下面が封止体MRから露出している。このことから、本変形例4においては、半導体チップCHP1および半導体チップCHP2という複数の熱源が存在する場合であっても、効率良く熱源から発生した熱を外部に放散することができる。このとき、本変形例4においては、より発熱しやすい半導体チップCHP1を下層に配置することが望ましい。なぜなら、下層に配置される半導体チップCHP1は、ヒートシンクとなるチップ搭載部TABに直接接触しているため、下層に配置されている半導体チップCHP1で発生した熱を効率良く、チップ搭載部TABから外部へ放散できるからである。例えば、積層半導体チップのうち、下層には、制御回路が形成された制御回路用半導体チップを配置し、上層にメモリ回路が形成されたメモリ用半導体チップを配置することができる。
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
なお、上述のMOSFETは、ゲート絶縁膜を酸化膜から形成する場合に限定するものではなく、ゲート絶縁膜を広く絶縁膜から形成するMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)をも含むものと想定している。つまり、本明細書では、便宜上MOSFETという用語を使用しているが、このMOSFETは、MISFETをも含む意図の用語として本明細書では使用している。
本発明は、半導体装置を製造する製造業に幅広く利用することができる。
ADH 接着部材
CHP 半導体チップ
CHP1 半導体チップ
CHP2 半導体チップ
CL 中心線
CN 角
CNR 角部
EB エンボス部
HL 吊りリード
JU1 第1接合部分
JU2 第2接合部分
LD リード
LFP リードフレーム
LFP2 リードフレーム
LF1 リードフレーム
LF2 リードフレーム
LF3 リードフレーム
LF4 リードフレーム
MR 封止体
OP 開口部
PD パッド
PD1 パッド
PD2 パッド
PD3 パッド
PKP 半導体装置
PKP2 半導体装置
PK1 半導体装置
PK2 半導体装置
PK3 半導体装置
PK4 半導体装置
PK5 半導体装置
PS1 大パンチ
PS2 小パンチ
R1 封止領域
SD1 辺
SD2 辺
SDC1 辺
SDC2 辺
SL スリット
TAB チップ搭載部
T1 深さ
T2 厚さ
W ワイヤ
WCN ワイヤ接続部
WG 基準電位用ワイヤ
W1 幅
W2 幅

Claims (27)

  1. (a)表面に複数のパッドが形成された半導体チップと、
    (b)前記半導体チップが搭載された上面と、前記上面とは反対側の下面と、を有する第1部材と、
    (c)前記第1部材と固定された吊りリードと、
    (d)前記第1部材の周囲に配置された複数のリードと、
    (e)前記半導体チップに形成されている前記複数のパッドのそれぞれと、前記複数のリードのそれぞれとを電気的に接続する複数のワイヤと、
    (f)前記半導体チップ、前記第1部材の一部、前記吊りリードの一部、前記複数のリードの一部、および、前記複数のワイヤを封止する封止体と、を有し、
    前記第1部材には、凹部からなる第1接合部分が形成され、
    前記吊りリードは、第2接合部分を含み、
    前記第1部材と前記吊りリードの固定は、前記第1接合部分に前記第2接合部分を嵌め込むことにより行なわれていることを特徴とする半導体装置。
  2. 請求項1に記載の半導体装置であって、
    前記第1部材と前記吊りリードの固定は、前記第1接合部分に前記第2接合部分を挿入して圧着することにより行なわれていることを特徴とする半導体装置。
  3. 請求項2に記載の半導体装置であって、
    前記凹部の深さは、前記第2接合部分の厚さよりも大きいことを特徴とする半導体装置。
  4. 請求項3に記載の半導体装置であって、
    前記第1接合部分の端部は潰されていることを特徴とする半導体装置。
  5. 請求項4に記載の半導体装置であって、
    前記第2接合部分の端部は、前記第1接合部分の端部で覆われていることを特徴とする半導体装置。
  6. 請求項5に記載の半導体装置であって、
    前記第1接合部分から露出している前記第2接合部分の上面領域の面積は、前記第1接合部分の底面の面積よりも小さいことを特徴とする半導体装置。
  7. 請求項2に記載の半導体装置であって、
    前記凹部の側面間の幅の中には、前記凹部の底面の幅よりも大きいものが存在することを特徴とする半導体装置。
  8. 請求項7に記載の半導体装置であって、
    前記第2接合部分の上面には、へこみ部が形成されていることを特徴とする半導体装置。
  9. 請求項8に記載の半導体装置であって、
    前記へこみ部の高さは、前記第1接合部分の上面の高さよりも低いことを特徴とする半導体装置。
  10. 請求項1に記載の半導体装置であって、
    前記第1接合部分を構成する前記凹部の幅は、前記第2接合部分の幅と等しいことを特徴とする半導体装置。
  11. 請求項1に記載の半導体装置であって、
    前記第1接合部分を構成する前記凹部の幅は、前記第2接合部分の幅よりも大きく、
    前記第1接合部分と前記第2接合部分との間に接着部材が介在することを特徴とする半導体装置。
  12. 請求項1に記載の半導体装置であって、
    前記第2接合部分の幅は、前記第2接合部分の厚さ以上であることを特徴とする半導体装置。
  13. 請求項1に記載の半導体装置であって、
    前記第2接合部分は、前記吊りリードの一部を構成していることを特徴とする半導体装置。
  14. 請求項13に記載の半導体装置であって、
    前記第2接合部分の幅は、前記吊りリードの他の部分の幅よりも大きいことを特徴とする半導体装置。
  15. 請求項1に記載の半導体装置であって、
    前記第1部材は、矩形形状をしており、
    前記第1接合部分は、前記第1部材の角部領域に形成されていることを特徴とする半導体装置。
  16. 請求項15に記載の半導体装置であって、
    前記第1部材は、ワイヤ接続部を有し、
    前記半導体チップの前記複数のパッドの中には、基準電位を供給する基準電位供給用パッドが含まれており、
    前記基準電位供給用パッドと前記ワイヤ接続部とは、基準電位供給用ワイヤで電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
  17. 請求項16に記載の半導体装置であって、
    前記ワイヤ接続部は、前記第1部材の上面領域のうち、前記半導体チップが搭載されているチップ搭載領域よりも外側の外縁領域に形成されていることを特徴とする半導体装置。
  18. 請求項17に記載の半導体装置であって、
    前記半導体チップは、前記半導体チップの中心が、前記第1部材の中心線からずれるように配置されていることを特徴とする半導体装置。
  19. 請求項18に記載の半導体装置であって、
    平面視において、前記チップ搭載領域と前記ワイヤ接続部の間の前記第1部材の上面領域には、スリットが形成されていることを特徴とする半導体装置。
  20. 請求項1に記載の半導体装置であって、
    前記第1部材の下面のうち、前記第1接合部分と前記第2接合部分の接合領域に相対する前記第1部材の下面の領域は平坦であることを特徴とする半導体装置。
  21. 請求項1に記載の半導体装置であって、
    前記第1接合部分と前記第2接合部分は、前記封止体で封止されていることを特徴とする半導体装置。
  22. 請求項1に記載の半導体装置であって、
    前記第1部材の下面は、前記封止体から露出していることを特徴とする半導体装置。
  23. 請求項1に記載の半導体装置であって、
    前記第1部材の厚さは、前記複数のリードの厚さ、および、前記吊りリードの厚さよりも厚いことを特徴とする半導体装置。
  24. 請求項1に記載の半導体装置であって、
    前記半導体チップの表面上に、さらに、別の半導体チップが搭載されていることを特徴とする半導体装置。
  25. (a)吊りリードと複数のリードとを有し、かつ、前記吊りリードと固定された第1部材とを有するリードフレームを準備する工程と、
    (b)前記(a)工程後、前記第1部材上に、半導体チップを搭載する工程と、
    (c)前記(b)工程後、前記半導体チップの表面に配置された複数のパッドのそれぞれと、前記複数のリードのそれぞれとを、ワイヤで電気的に接続する工程と、
    (d)前記(c)工程後、前記半導体チップ、前記吊りリードの一部分、前記複数のリードの一部分、および、前記ワイヤを封止体により封止する工程と、
    (e)前記(d)工程後、前記封止体から露出している前記吊りリードの一部分および前記複数のリードの一部分を切断する工程と、を有し、
    前記第1部材と前記吊りリードの固定は、前記第1部材に形成された凹部からなる第1接合部分に、前記吊りリードの第2接合部分を嵌め込むことにより行なわれていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  26. 請求項25に記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記第1接合部分および前記第2接合部分は、前記封止体により封止されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  27. 請求項25に記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記第1接合部分および前記第2接合部分は、前記封止体の外側に形成されており、
    前記(e)工程は、前記第1接合部分および前記第2接合部分を、前記封止体から分離するように切断することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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