JP2014154785A - 樹脂封止型半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

樹脂封止型半導体装置およびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】リード部端面にメッキ層が存在しなくても、半導体装置をプリント基板等の実装基板にハンダの接合剤により接合した際に、封止樹脂部から露出したリード部の上面部分を介してリード部端面にもハンダフィレットが形成される半導体装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】ダイパッド部上に搭載された半導体素子と、ダイパッド部にその先端部が対向して配置された複数のリード部と、半導体素子の電極とリード部とを接続した金属細線と、それらを部分的に樹脂封止した樹脂封止型半導体装置のダイパッド部の底面部とリード部のリード底面部と外側面部と上側端部を封止樹脂から露出し、リード上側端部の上に封止樹脂の無い切り欠き部を形成した後、リード底面部およびリード上側端部にメッキ層を施す。
【選択図】図５

Description

本発明は、ＱＦＮ、ＤＦＮと称されるノンリードタイプの樹脂封止型半導体装置と、その製造方法に関するものである。特に、リード端子部の実装信頼性を向上させた樹脂封止型半導体装置と、その製造方法に関するものである。
近年、電子機器の小型化に対応するために、半導体部品の高密度実装が要求され、それにともなって、半導体部品の小型化、薄型化が進んでいる。ＢＧＡやＣＳＰパッケージと並んで、リードフレームを用いた小型パッケージとして、ＤＦＮやＱＦＮ型の半導体装置が実用化されている。
図７（ａ）は、従来のＤＦＮパッケージの裏面図、図７（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図である。ＤＦＮパッケージは、リード部１３とダイパッド部１２に搭載された半導体素子１１とを封止樹脂１６によって封止し、その裏面から複数のリード部１３とダイパッド部１２を露出させている。複数のリード部１３は、パッケージ裏面において対向する２方向に整列され、それらが外部リードを形成している。また、複数のリード部１３は、封止樹脂１６内において金属細線１４を介して半導体素子１１の表面電極に電気的に接続されている。
ＤＦＮパッケージは、複数のリード部１３を樹脂１６から外部へ突出させないため、実装基板への実装面積を小さくすることができるという利点をもつ。また、ダイパッド部１２を封止樹脂１６から露出させることで、内部の発熱を効率良く外部へ放散させることができる。但し、ＤＦＮパッケージには、ダイパッド部１２を封止樹脂１６内に封止する構造もある。ＱＦＮパッケージは、パッケージ裏面において４方向に外部リードを露出させた構成である。
図８は、樹脂封止後のフレームを上から見た上面図であり、続く図９は、図８に図示したフレームの切断後のＢ−Ｂ断面図である。図８および図９に示すように、フレーム枠の各ダイパッド部１２に搭載された半導体素子１１を封止樹脂１６で封止した後、切断ラインに沿って、ダイシング装置の回転ブレードによって封止樹脂１６とリード部１３とを同時に切断し、図１０に示すように個々の半導体装置に個片化する方法が採用されている。（例えば、特許文献１参照）
特表２００２−５１９８４８号公報（第７図）
しかしながら、この種の樹脂封止型半導体装置は、樹脂封止後、リード部１３の切断箇所を回転ブレードで切断してフレームから分離し、個々の半導体装置を得るが、リード部１３をフレームから切断して形成するため、図１１に示すようにリード部１３の切断部の端面には、メッキ層１７が存在せず、半導体装置をプリント基板等の実装基板２０にハンダ１８を用いて接合した際に、リード部１３の封止樹脂部から露出した側面部分にはハンダ１８によるハンダフィレットが形成されず、実装強度が弱くなり実装信頼性が低下する恐れがあった。
図面を参照して実装された状態を説明すると、図１１は図１０に示した円内の拡大図であり、半導体装置のリード部１３を示している。リード切断されたリード部１３の封止樹脂１６から露出したリード部１３の端面部には、他のリード部１３の外部表面に形成されているメッキ層１７が存在しない。したがって、実装された状態を拡大した模式断面図である図１２に示すように、半導体装置を実装基板２０にハンダ１８等の接合剤により実装した際、リード部１３の端面部分にハンダフィレットが形成されずに実装強度が低下してしまう。
本発明は，上記課題を解決し、ＤＦＮあるいはＱＦＮタイプの樹脂封止型半導体装置の基板実装の強度向上および実装信頼性を高めることのできる半導体装置およびその製造方法を提供するものである。
上記課題を解決するために、以下のような手段を用いた。
まず、ダイパッド部と、前記ダイパッド部上に搭載された半導体素子と、前記ダイパッド部に対向して配置された複数のリード部と、前記半導体素子の複数の電極と前記複数のリード部とを接続している金属細線と、前記複数のリード部が部分的に露出するように、前記ダイパッド部、前記半導体素子および前記複数のリード部を封止している封止樹脂と、を有し、前記複数のリード部は、前記封止樹脂から露出した、底面であるリード底面部と先端であるリード外側面部と上面の一部であるリード上側端部とを備えており、前記リード底面部は前記封止樹脂の底面と同一面内にあり、前記リード底面部および前記リード上側端部はメッキ層を有しており、前記リード上側端部の鉛直上方には前記封止樹脂の無い切り欠き部を介して前記封止樹脂が存在することを特徴とする樹脂封止型半導体装置とした。
また、前記リード外側面部が前記封止樹脂の側面よりも外側に突出していることを特徴とする樹脂封止型半導体装置とした。
また、前記リード外側面部が前記封止樹脂の側面と同一面であることを特徴とする樹脂封止型半導体装置とした。
また、前記リード底面部のメッキ層および前記リード上側端部のメッキ層は、鉛、ビスマス、スズ、銅、銀、パラジウム、金のいずれか一つの金属層もしくは２つ以上の合金層からなることを特徴とする樹脂封止型半導体装置とした。
また、前記切り欠き部は、コの字型であることを特徴とする樹脂封止型半導体装置とした。
また、前記ダイパッド部の底面部が前記封止樹脂から露出していることを特徴とする樹脂封止型半導体装置とした。
また、前記リード部が、インナーリード部とアウターリード部からなり、インナーリード部がアウターリード部よりも高くなるように折り曲げられていることを特徴とする樹脂封止型半導体装置とした。
また、ダイパッド部および前記ダイパッド部に対向して配置された複数のリード部を１ユニットとして、そのユニットを複数有したフレームもしくは電鋳基板を準備する工程と、
前記フレームもしくは電鋳基板の第１面に封止シートを貼り付ける工程と、前記リード部の前記第１面と反対側の第２面に可溶性フィルムを形成する工程と、前記フレームもしくは電鋳基板の前記ダイパッド部の各々に半導体素子を搭載し、前記リード部と前記半導体素子表面の電極を金属細線で接続する工程と、前記複数のリード部のリード底面部が露出するように、前記ダイパッド部と前記半導体素子と前記リード部とを封止樹脂により樹脂封止する工程と、前記可溶性フィルムを溶解除去し、空洞部を形成する工程と、
前記フレームもしくは電鋳基板をメッキ浴に浸して前記リード底面部と前記リード上側端部にメッキ層を形成する工程と、前記第１面側から前記リード部に第１の切断を施して、前記空洞部に至る第１の溝を形成する工程と、前記第１面と反対側の第２面側から前記封止樹脂を第２の切断を施して、前記フレームから樹脂封止型半導体装置を分離する工程と、からなることを特徴とする樹脂封止型半導体装置の製造方法を用いた。
また、前記第１の切断がパンチ切断であって、前記第２の切断が回転ブレード切断であることを特徴とする樹脂封止型半導体装置の製造方法を用いた。
また、前記第１の切断がパンチ切断であって、前記第２の切断もパンチ切断であることを特徴とする樹脂封止型半導体装置の製造方法を用いた。
また、前記第１の切断が回転ブレード切断であって、前記第２の切断もパンチ切断であることを特徴とする樹脂封止型半導体装置の製造方法を用いた。
また、前記回転ブレードにおける切断幅が前記パンチ切断における切断幅よりも広く、前記空洞部の幅よりも狭いことを特徴とする樹脂封止型半導体装置の製造方法を用いた。
そして、前記回転ブレードにおける切断幅と前記パンチ切断における切断幅とが同じであって、前記空洞部の幅よりも狭いことを特徴とする樹脂封止型半導体装置の製造方法を用いた。
上記手段を用いることで、本発明の樹脂封止型半導体装置をプリント基板等の実装基板のランド部にハンダ接合した際、リード部に設けられたリード上側端部１９ｂのメッキ層までハンダフィレットが形成されるため、実装強度が向上し、実装信頼性を高めることができる。さらに、基板実装時、リード端面部に形状良好なハンダフィレットが形成されることにより、実装後の接合部の外観検査時の認識精度を向上させ、認識不良を防止することができる。
本発明の一実施例の半導体素子搭載したフレームの上面図である。 本発明の一実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示すであり、（ａ）は上面図、（ｂ）〜（ｄ）は断面図である。 図２に引き続く本発明の一実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図（ｅ）〜（ｉ）である。 図３に引き続く本発明の一実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図（ｊ）〜（ｋ）である。 本発明の一実施形態の樹脂封止型半導体装置を示す断面図である。 本発明の一実施形態の樹脂封止型半導体装置を示す断面図（実装状態拡大図）である。 従来の樹脂封止型半導体装置を示す図である。 従来の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示すフレーム上面図である。 従来の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図である。 従来の樹脂封止型半導体装置の断面図である。 従来の樹脂封止型半導体装置を示す断面図（リード部拡大図）である。 従来の樹脂封止型半導体装置を示す断面図（実装状態拡大図）である。 従来の樹脂封止型半導体装置を示す断面図（実装状態拡大図）である。
以下、本発明の樹脂封止型半導体装置およびその製造方法の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
まず、本実施例のフレームについて説明する。
図１は本実施例の半導体素子搭載したフレームもしくは電鋳基板の上面図であり、図２（ａ）は半導体素子搭載前のフレーム上面図、図２（ｂ）〜図４（ｋ）は、半導体装置の製造方法を示す断面図である。本実施例の半導体装置は、図１に示すように、フレームは銅（Ｃｕ）材からなり、ダイパッド部１２上に搭載された半導体素子１１と、ダイパッド部１２にその先端部が対向して配置された複数のリード部１３とを１ユニットとして、そのユニットを複数有した構成になる。図中の破線は、半導体素子１１を搭載して樹脂封止型半導体装置を構成する場合、封止樹脂１６で封止する領域を示しており、また二点鎖線で示したラインは、半導体素子１１を搭載した後、樹脂封止し、樹脂封止型半導体装置を構成した後、各々の半導体装置に分離する切断ラインを示している。
次に本実施例の樹脂封止型半導体装置について説明する。図５は、図１に示すフレームを用いて製造されたひとつの樹脂封止型半導体装置を示す図であり、図１内の右上に示されるＢ−Ｂ切断線に沿った断面図である。
図５に示すように、フレームのダイパッド部１２上に半導体素子１１が搭載され、その半導体素子１１上の電極とリード部１３のインナーリード部とが金属細線１４により電気的に接続されている。リード部１３は、インナーリード部とアウターリード部からなり、インナーリード部がアウターリード部よりも高くなるように折り曲げられている。そしてダイパッド部１２上の半導体素子１１、金属細線１４、リード部１３は封止樹脂１６により封止されている。ダイパッド部１２の半導体素子１１搭載面と反対側である裏面は封止樹脂１６から露出し、その露出面はメッキ層１７により被覆されている。メッキ層１７は、鉛、ビスマス、スズ、銅、銀、パラジウム、金のいずれかの金属もしくは複数の金属の合金から成り、電解メッキ法もしくは無電解メッキ法によって形成される。ダイパッド部１２の端面にはダイパッドの厚みを薄くした肉薄部２５が設けられ、肉薄部２５の裏面には封止樹脂１６が回り込んでダイパッド１２が封止樹脂１６から抜けにくい構造となっている。
リード部１３のインナーリード部は封止樹脂１６によって封止されているが、ダイパッド部１２裏面および封止樹脂１６底面と同一平面となるアウターリード部のリード底面部１９ａは封止樹脂１６から露出し、その露出面にはメッキ層１７が被覆されている。封止樹脂１６の側面にはリード部１３のアウターリード部のリード上側端部１９ｂが露出するようにコの字型の切り欠き部２２が設けられ、アウターリード部のリード上側端部１９ｂ上にもメッキ層１７が形成され、被覆されている。リードの先端はリードが切断されたリード外側面部１９ｃであり、メッキはされていない。
図６は、図５に示した樹脂封止型半導体装置を基板に実装した状態を示す図である。実装基板２０には導電性のランド部２１が設けられており、封止樹脂型半導体装置のダイパッド部１２の裏面およびリード部１３のアウターリード部のリード底面部１９ａとメッキ層１７およびハンダ１８を介して接合される。メッキ層１７表面はハンダ１８が濡れ易い性質を有するためリード底面部１９ａ、リード上側端部１９ｂ、リード外側面部１９ｃを覆うようにハンダフィレットが形成されるため、実装強度が向上し、実装信頼性を高めることができる。比較のために、切り欠き部の無い従来の樹脂封止型半導体装置を基板実装した様子を図１３に示す。この例は封止樹脂１６からリード部１３が大きく突出する構造である。これに対し、図６に示す樹脂封止型半導体装置の場合は、封止樹脂１６の外形（端面）から突出するリード部１３は僅かであり、樹脂封止型半導体装置の小型化にも寄与する構造となっている。また、僅かのリード部突出は、樹脂封止型半導体装置の上面からの外観検査に際しても有効な特徴である。
上記では、インナーリード部がアウターリード部よりも高くなるように折り曲げられているリード部を例に説明したが、リードフラットタイプの樹脂封止型半導体装置でも同様の構造は採用できる。
次に本実施形態の封止樹脂型半導体装置の製造方法について説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、フレーム内に半導体素子が載置される矩形状のダイパッド部１２とそのダイパッド部１２に先端部が対向して配置された複数のリード部１３とを１ユニットとして、そのユニットを複数有した銅材よりなるリードフレームを用意する。リードフレームの底面側には、封止シート１５が貼付されており、この封止シート１５はリード部１３の底面に封止樹脂が回り込まないように保護し、リード部１３の底面を露出させるための機能部材となっている。
図２（ｂ）は、図２（ａ）に示されるＣ−Ｃ切断線に沿った断面図である。封止シート１５上にダイパッド部１２の裏面とリード部１３のアウターリード部のリード底面部が接着し、インナーリード部はアウターリード部よりも高くなるように折り曲げられ、封止シート１５に接着していない。
図２（ｃ）は、アウターリード部の上面に水溶性テープ２３を選択的に貼り付けた状態を示す図である。ここでは、断面が矩形の水溶性テープ２３を用いている。水溶性テープに代えてレジストやコーティング材であっても構わない。水溶性テープ２３は図１において破線で示される封止樹脂１６の全幅にわたり設ける。
図２（ｄ）に示すように、リードフレームの各ユニットのダイパッド部１２上に銀ペースト等の接着剤（図示せず）により、それぞれ半導体素子１１をダイボンディングし、その後、図３（ｅ）に示すように、ワイヤーボンディング法により半導体素子１１上の電極パッド（図示せず）とリード部１３のインナーリード部とを金属細線１４により電気的に接続する。
次に図３（ｆ）に示すように、トランスファーモールド法により、エポキシ系樹脂よりなる封止樹脂１６により、リードフレームの外囲としてダイパッド部１２、半導体素子１１、リード部１３のインナーリード部およびアウターリード部の一部、そして金属細線１４を封止するとともに、リードフレームのダイパッド部１２およびリード部１３の底面に密着させていた封止シート１５を取り除く。この状態では、ダイパット１２およびリード部１３が封止樹脂１６から露出している。
次に図３（ｇ）に示すように、水処理にて水溶性テープ２３を溶解させ空洞部２４を形成する。断面が矩形の水溶性テープ２３を用いたので、空洞部２４の断面も矩形となっている。水溶性テープに代えてレジストを使用した場合はイソプロピルアルコールなどの溶剤で処理することでレジストを溶解させ空洞部２４を形成することができる。コーティング材の場合もこれを溶解する溶剤を用いることで空洞部２４を形成することができる。
次に図３（ｈ）に示すように、ダイパッド部１２裏面およびリード１３のアウターリード部のリード底面部、そして空洞部２４に露出するアウターリード部の上面にメッキ層１７を形成する。ここでは、スズ１００％組成のメッキ層を電解メッキ法により形成する。メッキ層１７の形成は、電解メッキによる方法の他、無電解メッキを使用してもよい。
次に図３（ｉ）に示すように、アウターリード部のリード底面部側から金型パンチを用いてリード部１３のアウターリード部をパンチ切断すると、図４（ｊ）に示すように、その切断ラインは空洞部２４に達する狭溝となる。
次に図４（ｋ）に示すように、パンチ切断と反対側である封止樹脂１６側（図では下側）から回転ブレードによりカットをし、空洞部２４に届く溝を形成する。このときの溝幅はパンチ切断で形成された狭溝よりも広く、空洞部２４の幅よりも狭いことが望ましい。
これにより、個々に分離されて図５に示す樹脂封止型半導体装置となる。このとき、空洞部２４は分断されて封止樹脂１６の側面の設けられる切り欠き部２２となる。そして、パンチ切断により形成された溝の溝幅と回転ブレードによって形成された溝の溝幅とから理解できるように、リード部１３の先端であるリード部外側面部１９ｃは封止樹脂の側面よりもわずかに突出することになる。
以上では、回転ブレードにおける切断幅がパンチ切断における切断幅よりも広い場合の実施例を説明したが、アウターリード部側からの切断と封止樹脂側からの切断を同じ幅とし、これらの切断幅が空洞部の幅よりも狭くすることでも良い。この場合は、リード部外側面部が封止樹脂の側面と同一面になる。これを実現するために、アウターリード部側からの切断と封止樹脂側からの切断の両方をパンチ切断するという手法を用いても良いし、両方を回転ブレード切断すると手法を用いても良い。
上記説明においては、断面が矩形の水溶性テープ２３を用いた実施例について説明したので、空洞部２４の断面も矩形となり、切り欠き部２２はコの字型となった。上述のように、水溶性テープ２３に代えてレジストやコーティング材を用いることも可能であり、その場合、選択的に配置されたレジストやコーティング材の断面は、必ずしも矩形とはならず、円あるいは長円を半分に切断したような形状となることもある。従って、空洞部２４の断面も円あるいは長円を半分に切断したような形状となり、切り欠き部２４はこれらをさらに半分にした、円あるいは長円を４分の１に切断したような形状となる。
以上、本発明の樹脂封止型半導体装置およびその製造方法において、樹脂封止型半導体装置は、半導体装置をプリント基板等の実装基板２０のランド部２１にハンダ１８により接合した際、リード部１３に設けられたリード上側端部１９ｂにメッキ層１７を有しているので、リード部１３の側面部分にハンダフィレットが形成され、実装強度が向上し、実装信頼性を高めることができる。さらに、基板実装時、リード端面部に形状良好なハンダフィレットが形成されることにより、実装後の接合部の外観検査時の認識精度を向上させ、認識不良を防止することができる。
１１ 半導体素子
１２ ダイパッド部
１３ リード部
１４ 金属細線
１５ 封止シート
１６ 封止樹脂
１７ メッキ層
１８ ハンダ
１９ａ リード底面部
１９ｂ リード上側端部
１９ｃ リード外側面部
２０ 実装基板
２１ ランド部
２２ 切り欠き部
２３ 水溶性テープ
２４ 空洞部
２５ 肉薄部

Claims (13)

  1. ダイパッド部と、
    前記ダイパッド部上に搭載された半導体素子と、
    前記ダイパッド部の少なくとも２辺に対向して配置された複数のリード部と、
    前記半導体素子の表面に設けられた複数の電極と前記複数のリード部とを接続している金属細線と、
    前記複数のリード部が部分的に露出するように、前記ダイパッド部、前記半導体素子および前記複数のリード部を封止している封止樹脂と、を有し、
    前記複数のリード部は、前記封止樹脂から露出した、底面であるリード底面部と先端であるリード外側面部と上面の一部であるリード上側端部とを備えており、
    前記リード底面部は前記封止樹脂の底面と同一面内にあり、
    前記リード底面部および前記リード上側端部はメッキ層を有しており、
    前記リード上側端部の鉛直上方には前記封止樹脂の無い切り欠き部を介して前記封止樹脂が存在することを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
  2. 前記切り欠き部の断面は、コの字型であることを特徴とする請求項１に記載の樹脂封止型半導体装置。
  3. 前記ダイパッド部の底面部が前記封止樹脂から露出していることを特徴とする請求項１又は２に記載の樹脂封止型半導体装置。
  4. 前記リード外側面部が前記封止樹脂の側面よりも外側に突出していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか1項に記載の樹脂封止型半導体装置。
  5. 前記リード外側面部が前記封止樹脂の側面と同一面であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか1項に記載の樹脂封止型半導体装置。
  6. 前記リード底面部のメッキ層および前記リード上側端部のメッキ層は、鉛、ビスマス、スズ、銅、銀、パラジウムおよび金の中から選ばれた一つの金属からなる金属層もしくは二つ以上の金属の合金からなる合金層であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の樹脂封止型半導体装置。
  7. 前記複数のリード部は、それぞれインナーリード部とアウターリード部からなり、前記インナーリード部が前記アウターリード部よりも高くなるように折り曲げられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の樹脂封止型半導体装置。
  8. ダイパッド部および前記ダイパッド部に対向して配置された複数のリード部を１ユニットとして、そのユニットを複数有したフレームもしくは電鋳基板を準備する工程と、
    前記フレームもしくは電鋳基板の第１面に封止シートを貼り付ける工程と、
    前記複数のリード部の前記第１面と反対側の第２面に可溶性フィルムを形成する工程と、
    前記フレームもしくは電鋳基板の前記ダイパッド部の各々に半導体素子を搭載し、前記複数のリード部と前記半導体素子表面の電極を金属細線で接続する工程と、
    前記複数のリード部のリード底面部が露出するように、前記ダイパッド部と前記半導体素子と前記複数のリード部とを封止樹脂により樹脂封止する工程と、
    前記可溶性フィルムを溶解除去し、前記封止樹脂に空洞部を形成する工程と、
    前記フレームもしくは電鋳基板をメッキ浴に浸して前記リード底面部とリード上側端部にメッキ層を形成する工程と、
    前記第１面側から前記複数のリード部に第１の切断を施して、前記空洞部に至る第１の溝を形成する工程と、
    前記第１面と反対側の第２面側から前記封止樹脂に第２の切断を施して、前記フレームから樹脂封止型半導体装置を分離する工程と、
    からなることを特徴とする樹脂封止型半導体装置の製造方法。
  9. 前記第１の切断がパンチ切断であり、前記第２の切断が回転ブレード切断であることを特徴とする請求項８記載の樹脂封止型半導体装置の製造方法。
  10. 前記第１の切断がパンチ切断であり、前記第２の切断もパンチ切断であることを特徴とする請求項８記載の樹脂封止型半導体装置の製造方法。
  11. 前記第１の切断が回転ブレード切断であり、前記第２の切断がパンチ切断であることを特徴とする請求項８記載の樹脂封止型半導体装置の製造方法。
  12. 前記第２の切断による切断幅が前記第１の切断による切断幅よりも広く、前記空洞部の幅よりも狭いことを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の樹脂封止型半導体装置の製造方法。
  13. 前記第２の切断による切断幅と前記第１の切断による切断幅とが同じであって、前記空洞部の幅よりも狭いことを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の樹脂封止型半導体装置の製造方法。
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