JP2014123614A

JP2014123614A - リードフレーム及びその製造方法

Info

Publication number: JP2014123614A
Application number: JP2012278033A
Authority: JP
Inventors: Yoshitoki Kajiwara; 義節梶原; Masahiro Kaneko; 政裕金子
Original assignee: Mitsui High Tec Inc
Current assignee: Mitsui High Tec Inc
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2014-07-03

Abstract

【課題】パッドとモールド樹脂の密着性を高めて、このリードフレームが使用された半導体装置の信頼性を高めるリードフレーム及びその製造方法を提供する。
【解決手段】搭載する半導体素子より広い面積のパッド１２を備えた半導体装置に使用するリードフレーム１０及びその製造方法であって、パッド１２の表側で半導体素子を搭載する素子搭載領域１５外に、第１の押し金型２８を用いる第１の潰し加工によって溝１６を形成し、溝１６より幅広の押し潰し部３０ａが隙間を有して複数設けられた第２の押し金型３０で第２の潰し加工を行い、溝１６の長手方向に間隔を有して、両側の溝壁２４、２５が溝１６の中央に傾斜した複数の樹脂掛止部１８を形成する。
【選択図】図１

Description

半導体素子を搭載するパッド（素子搭載部）を有するリードフレームにおいて、モールド樹脂との密着性を高めたリードフレーム及びその製造方法に関する。

ＩＣパッケージにおいて、パッケージの信頼性を確保するためには、パッドとモールド樹脂の密着性が重要である。この密着性が十分でないと、パッケージ内部に剥離が発生する虞れがあり、剥離した部分を起点としてクラックが発生する可能性がある。また、パッドにワイヤを配線しているパッケージにおいては、配線部分に剥離が生じ、ワイヤが断線する場合がある。
また、ＩＣパッケージの放熱性向上を目的として、パッドの裏面を露出させたパッケージにおいては、パッド抜け等の問題がある。

一方、リードフレームとモールド樹脂の接合性を確保するために、パッドの周囲にプレス加工によって逆テーパーを有するディンプルを複数設けることが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許第３３３９１７３号公報

しかしながら、特許文献１においては、ディンプルを上側に細くなる逆テーパーとしたので、ディンプルの表側の開口部が狭くなり、開口部から樹脂を充填するとディンプルの内部に空気が残り、ディンプル内へのモールド樹脂の未充填が発生することがある。これが発生すると、逆テーパーとなったディンプルと樹脂との係合が浅くなってパッドとモールド樹脂の密着性が低下するという問題があった。
特に、パワー型の半導体素子においては、パッドが加熱され易く、この場合、ディンプル内の気体が膨張し、ディンプルに覆い被さった樹脂を外側に押し出す内圧が発生する場合があった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、パッドとモールド樹脂の密着性を高めて、このリードフレームが使用された半導体装置の信頼性を高めるリードフレームの製造方法及びリードフレームを提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係るリードフレームの製造方法は、搭載する半導体素子より広い面積のパッドを備えた半導体装置に使用するリードフレームの製造方法であって、
前記パッドの表側で前記半導体素子を搭載する素子搭載領域外に、第１の押し金型を用いた第１の潰し加工によって溝を形成する第１工程と、
前記溝幅より幅広の押し潰し部が隙間を有して複数設けられた第２の押し金型で第２の潰し加工を行う第２工程とを有し、
前記溝の長手方向に間隔を有して、両側の溝壁が前記溝の中央側に傾斜した複数の樹脂掛止部を形成する。

これによって、溝の両側に押し潰し部による土手が断続的に形成されるが、土手の両端は溝に連続しているので、土手は平面視して円弧状となる。
第１の発明に係るリードフレームの製造方法において、前記溝は矩形状の前記素子搭載領域の側辺に沿って（前記半導体素子の側端に沿って）形成されるのが好ましい。これによって、パッドの残った部分の有効利用が図れるし、パッドとモールド樹脂の密着性も向上する。

第１の発明に係るリードフレームの製造方法において、前記溝の深さは前記パッドの厚みの０．０５〜０．５倍の範囲にあるのが好ましい。

前記目的に沿う第２の発明に係るリードフレームは、搭載する半導体素子より広い面積のパッドを備え、該パッドの裏面を露出させた半導体装置に使用するリードフレームであって、
前記パッドの表側で前記半導体素子を搭載する素子搭載領域外に溝が設けられ、しかも前記溝には間隔を有して表側方向に縮幅する樹脂掛止部が複数設けられている。

第２の発明に係るリードフレームにおいて、一つの前記樹脂掛止部の長さＬは前記溝に沿って隣り合う前記樹脂掛止部の隙間Ｓの０．３〜２倍の範囲にあるのが好ましい。

そして、第２の発明に係るリードフレームにおいて、前記樹脂掛止部の上側開口部の最狭部の幅ｗ１は、前記溝の最大幅ｗ２の０．２〜０．８倍の範囲にあるのが好ましい。

第１の発明に係るリードフレームの製造方法、及び第２の発明に係るリードフレームにおいては、溝の長手方向に間隔を有して、両側の溝壁が溝の中央に傾斜した複数の樹脂掛止部を有するので、嵌入したモールド樹脂が硬化して樹脂掛止部に引っ掛かり、モールド樹脂とパッドの剥離を防止できる。

更に溝に間隔を有して樹脂掛止部が設けられているので、溶融状態のモールド樹脂は樹脂掛止部が形成されていない溝の一方又は両方から樹脂掛止部に侵入し、この部分に残っていた空気は他方側の溝から排出されるので、樹脂掛止部のモールド樹脂の充填性が確保され、信頼性の高い半導体装置を提供できる。

なお、従来のようにディンプルを上側に細くなる逆テーパー状にした場合は、モールド樹脂によって上側開口部が閉塞されて内部に空気が残る可能性があるが、第１、第２の発明においては流れ込むモールド樹脂によって溝上側に形成される開口部が閉塞することはなく、溝内にモールド樹脂が充填される。

（Ａ）、（Ｃ）はそれぞれ本発明の第１の実施の形態に係るリードフレームの製造方法を示す断面図、（Ｂ）は同平面図である。同製造方法によって製造されたリードフレームの部分平面図である。（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同製造方法に使用する第２の押し金型の説明図である。（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の第２、第３の実施の形態に係るリードフレームの製造方法を示す断面図である。（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の第４、第５の実施の形態に係るリードフレームの製造方法を示す断面図、平面図である。（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の第６、第７の実施の形態に係るリードフレームの製造方法を示す平面図である。（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の第８、第９の実施の形態に係るリードフレームの製造方法を示す平面図、断面図である。

続いて、添付した図面を参照しながら、本発明を具体化した実施の形態（リードフレーム及びその製造方法）について説明する。
図２に示すように、本発明の第１の実施の形態に係るリードフレーム１０は、搭載する半導体素子より広い面積の矩形のパッド１２と、パッド１２の角部に連接されて角部を周囲から支持するサポートリード１３と、パッド１２の周囲に設けられた複数のインナーリード１４とを有している（なお、基本的な要素については、例えば、特開２０１０−４０５９５号公報記載のリードフレームと同様）。

パッド１２内表側であって、半導体素子の素子搭載領域１５の外側には、平面視して四角形の半導体素子の側端に隙間を有して、即ち、矩形状の素子搭載領域１５の側辺に沿って、溝１６が形成されている。この溝１６には、長手方向に隙間を有して複数の樹脂掛止部１８が設けられている。この樹脂掛止部１８は図１（Ｃ）に示すように、パッド１２の表面位置より下位置に形成された土手２１、２２を有し、土手２１、２２を形成する側壁（溝１６の両側の溝壁）２４、２５は溝１６の中央側に傾斜して表側方向に縮幅している。これによって、表側に狭くなる楔状の樹脂掛止部１８を構成している。なお、図１（Ｃ）は図２のＡ−Ａ’断面図を示す。

土手２１、２２は平面視すると図２に示すように溝１６の中央側が円弧状（扇状）となって中央が最大傾斜角度の側壁２４、２５を有する。この場合の対向する側壁２４、２５の上端に樹脂掛止部１８の上側開口部１９が形成される。この上側開口部１９の最狭部の幅ｗ１は溝１６の最大幅ｗ２の０．２〜０．８倍とするのがよい。この倍数が小さいと樹脂掛止部１８の強度が下がって樹脂掛止部１８の最狭部が破断し易くなり、この倍数が大きいと樹脂掛止力が小さくなる。

なお、溝１６の深さにもよるが、側壁２４、２５の傾斜角度は垂線に対して１０〜３０度の範囲で十分である。また、図２に示すように、樹脂掛止部１８の長さＬは、溝１６に沿って隣り合う樹脂掛止部１８の隙間Ｓの０．３〜２倍の範囲となって、リードフレーム１０の厚み（パッド１２の厚み）の０．２〜４倍程度となっている。溝１６の深さｄはリードフレーム１０の厚みの０．０５〜０．５倍程度となっている。これらの数字は具体例を記載したもので、本発明はこれらの数字に限定されるものではない。

リードフレーム１０は以上の構成となっているので、素子搭載領域１５に半導体素子を載せて、半導体素子とインナーリード１４とのワイヤボンディングを行った後、モールド金型に入れて樹脂封止をすると、ゲートに近い溝１６から液状のモールド樹脂（以下、樹脂ともいう）が流れ込み、樹脂掛止部１８を含む全ての空間領域が樹脂で満たされ硬化する。樹脂が硬化すると樹脂掛止部１８に充填された樹脂が下方に幅広となるのでリードフレーム１０と封止樹脂が密着して接合し、分離し難くなる。

続いて、本発明の第１の実施の形態に係るリードフレーム１０の製造方法について説明する。中央が素子搭載領域１５となる矩形のパッド１２を有し、その周囲にサポートリード１３及びインナーリード１４を有するリードフレーム中間材（完成前のリードフレームをいう）を用意する。そして、パッド１２の素子搭載領域１５の外側部分に、図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、断面長方形（更に詳細には細長長方形）の第１の押し金型２８による第１の潰し加工を行って、任意の長さの溝１６を形成する。

溝１６の深さｄは、リードフレーム１０の板厚（詳細にはパッド１２の厚み）の０．０５〜０．５倍程度となっている。溝１６の幅ｗ２はパッド１２の厚みの０．１〜３倍程度となっている。

次に、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すような第２の押し金型３０を用いて、図１（Ｃ）に示すように、溝１６の上に隙間を設けて土手２１、２２を形成する第２の潰し加工を行う。この実施の形態では、第２の押し金型３０に設けられた押し潰し部３０ａの幅は溝１６の幅の１．３〜２倍程度となっている。また、押し潰し部３０ａの長さ（即ち、樹脂掛止部１８の長さＬ）は隙間を有して複数並べて設けられた押し潰し部３０ａの隙間（即ち、樹脂掛止部１８の隙間Ｓ）の０．３〜２倍の範囲となっている。この押し潰し部３０ａの長さ及び隙間は樹脂掛止部１８の長さＬ及び隙間Ｓに一致する。

第２の押し金型３０によるリードフレーム１０の押し潰し代は、溝１６の深さｄの０．１〜０．３倍程度とする。これによって、図２に示すように、溝１６内に表面凹部が突出して円弧状となった土手２１、２２が形成される。土手２１、２２に続く側壁２４、２５は溝１６の中央方向に傾斜しているので、これによって、樹脂掛止部１８が形成され、樹脂封止した場合には、この部分がロック（楔）作用を発揮し、硬化した樹脂とリードフレーム１０との密着性が増す。なお、このような樹脂掛止部１８を形成するタイミングは、リードフレーム１０の作成中であればいつでもよい。

図４〜図７は、本発明の第１の実施の形態に係るリードフレーム１０及びその製造方法の他の例（第２〜第９の実施の形態）を示す。以下、これらについて説明する。なお、第１の押し金型は、第１の実施の形態と同様の働きをし、形成方法も同一であるので、以下の実施の形態においては、第１の実施の形態に係る発明と相違する点のみを説明する。

図４（Ａ）は本発明の第２の実施の形態に係るリードフレーム３３の製造方法を示すが、第２の押し金型３４の底面３５が円弧状となっている。これによって、樹脂掛止部３６の土手３７、３８が円弧状となり、表面の凹凸性が増して樹脂との密着性が向上する。

図４（Ｂ）には、本発明の第３の実施の形態に係るリードフレーム４０の製造方法を示すが、第２の押し金型４１の底面４２に断面山状の凹部４３、４４を設け、リードフレーム４０の土手４５、４６に山状の凸部４７、４８を形成している。これによって、リードフレーム４０と樹脂との接触面積が増え、密着性が向上する。

図５（Ａ）には、本発明の第４の実施の形態に係るリードフレーム５０の製造方法を示す。以上の実施の形態においては、第２の押し金型と溝１６の中心は一致していたが、この実施の形態においては、第２の押し金型５１の位置が溝１６の軸心に対して偏心している。これによって、土手５３、５４の位置も溝１６に対して偏心し、剥離の要因としてパッケージ内部構造等による方向性がある場合に効果がある。

図５（Ｂ）は、本発明の第５の実施の形態に係るリードフレーム５６の製造方法を示すが、樹脂掛止部は溝１６の端部５７に形成してもよく、溝１６の端部５７を断面矩形の第２の押し金型５８で押圧して３方に土手５９〜６１を形成している。

図６（Ａ）は溝６４が直線状ではなく曲がった場合の本発明の第６の実施の形態に係るリードフレーム６５を示すが、曲がった溝６４の両側に土手７０、７１が形成されて樹脂掛止部６６が複数設けられている。図６（Ｂ）は、更に溝６８の幅が均一でなく、幅が変わった場合の本発明の第７の実施の形態に係るリードフレーム６９を示すが、いずれの場合も溝６４、６８が直線状の平行溝ではないので、リードフレーム６５、６９の表裏方向の拘束だけでなく、横方向の拘束も働き、より強固に樹脂と接合する半導体素子を提供できる。なお、７０〜７３は土手を示す。

図７（Ａ）は本発明の第８の実施の形態に係るリードフレーム７５を示すが、溝７６の樹脂掛止部７７を有する部分の底面７８の幅が広くなっている。この部分に第２の押し金型を押し当てて、土手７９、８０を窪ませ、樹脂掛止部７７を形成している。これによって、上側開口部が概ね直線状となるので、溶融した樹脂が樹脂掛止部７７に侵入し易くなり、更に充填性が確保される。

図７（Ｂ）は本発明の第９の実施の形態に係るリードフレーム８３を示すが、溝８４の底面８５が断面円弧状となって、表面側に土手８６、８７を形成し、樹脂掛止部８８が形成されている。これによって樹脂掛止部８８の断面積を大きくし、溶融した樹脂が樹脂掛止部８８に侵入し易くなり、更に充填性が確保される。

本発明は前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲でその構成を変更することもできる。また、以上に説明した第１〜第９の実施の形態に係るリードフレーム、及びその製造方法を組み合わせて新たなリードフレーム、及びその製造方法を構成する場合も、本発明は適用される。
また、溝の長手方向の長さ、及びパッドの一辺に沿って配置する溝の数は適宜設定できる。更に、本発明に係るリードフレーム及びその製造方法は、モールド樹脂内にリードフレームのパッドの全部が埋設される場合の他、パッドの全部又は一部が露出される半導体装置に使用するリードフレームにも本発明は適用される。

１０：リードフレーム、１２：パッド、１３：サポートリード、１４：インナーリード、１５：素子搭載領域、１６、溝、１８：樹脂掛止部、１９：上側開口部、２１、２２：土手、２４、２５：側壁、２８：第１の押し金型、３０：第２の押し金型、３０ａ：押し潰し部、３３：リードフレーム、３４：第２の押し金型、３５：底面、３６：樹脂掛止部、３７、３８：土手、４０：リードフレーム、４１：第２の押し金型、４２：底面、４３、４４：凹部、４５、４６：土手、４７、４８：凸部、５０：リードフレーム、５１：第２の押し金型、５３、５４：土手、５６：リードフレーム、５７：端部、５８：第２の押し金型、５９〜６１：土手、６４：溝、６５：リードフレーム、６６：樹脂掛止部、６８：溝、６９：リードフレーム、７０〜７３：土手、７５：リードフレーム、７６：溝、７７：樹脂掛止部、７８：底面、７９、８０：土手、８３：リードフレーム、８４：溝、８５：底面、８６、８７：土手、８８：樹脂掛止部

Claims

搭載する半導体素子より広い面積のパッドを備えた半導体装置に使用するリードフレームの製造方法であって、
前記パッドの表側で前記半導体素子を搭載する素子搭載領域外に、第１の押し金型を用いた第１の潰し加工によって溝を形成する第１工程と、
前記溝幅より幅広の押し潰し部が隙間を有して複数設けられた第２の押し金型で第２の潰し加工を行う第２工程とを有し、
前記溝の長手方向に間隔を有して、両側の溝壁が前記溝の中央側に傾斜した複数の樹脂掛止部を形成することを特徴とするリードフレームの製造方法。
請求項１記載のリードフレームの製造方法において、前記溝は矩形状の前記素子搭載領域の側辺に沿って形成されることを特徴とするリードフレームの製造方法。
請求項１又は２記載のリードフレームの製造方法において、前記溝の深さは前記パッドの厚みの０．０５〜０．５倍の範囲にあることを特徴とするリードフレームの製造方法。
搭載する半導体素子より広い面積のパッドを備え、該パッドの裏面を露出させた半導体装置に使用するリードフレームであって、
前記パッドの表側で前記半導体素子を搭載する素子搭載領域外に溝が設けられ、しかも前記溝には間隔を有して表側方向に縮幅する樹脂掛止部が複数設けられていることを特徴とするリードフレーム。
請求項４記載のリードフレームにおいて、一つの前記樹脂掛止部の長さＬは前記溝に沿って隣り合う前記樹脂掛止部の隙間Ｓの０．３〜２倍の範囲にあることを特徴とするリードフレーム。
請求項４又は５記載のリードフレームにおいて、前記樹脂掛止部の上側開口部の最狭部の幅ｗ１は、前記溝の最大幅ｗ２の０．２〜０．８倍の範囲にあることを特徴とするリードフレーム。