JP2015179737A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】基板との接合が強固で、信頼性の高い半導体装置を提供する。
【解決手段】アウターリード５がインナーリードを介してインナーリード吊りリード３と電気的に接続されることで、アウターリード切断面１１にもメッキ皮膜が形成され、封止樹脂１０から延出するアウターリード全表面に半田層が形成しやすくなる。また、インナーリード吊りリード３には第１の絞り部１２ａが設けられ、インナーリード吊りリードの切断時のダメージを抑制できる。
【選択図】図６

Description

本発明は、リードフレームを用いた半導体装置及びその製造方法に関する。
近年の携帯電子機器の小型化に伴い、使用される半導体パッケージにも小型化、薄型化でなおかつ実装強度を確保した半導体パッケージが必要とされている。半導体パッケージを小型化する対策として、外部端子を基板実装面に対して平行に出す、表面実装型パッケージが知られている。このタイプのパッケージとしてはＳＯＮ（Ｓｍａｌｌ Ｏｕｔｌｉｎｅ Ｎｏｎ−Ｌｅａｄ Ｐａｃｋａｇｅ）、ＱＦＮ（ Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｎｏｎ−Ｌｅａｄ Ｐａｃｋａｇｅ）などがある。これらのパッケージはＤＩＰ（Ｄｕａｌ Ｉｎｌｉｎｅ Ｐａｃｋａｇｅ）やＳＯＰ（Ｓｍａｌｌ Ｏｕｔｌｉｎｅ Ｐａｃｋａｇｅ）と比較すると基板に実装する際の外部電極が小さいため、基板実装後の半田フィレット形成が少なく実装強度が弱いという特徴がある。またこれらのパッケージの製造はスタンピング金型、もしくはエッチングによる加工で作成されるリードフレームを用いることが多い。リードフレームの材料には１９４ａｌｌｏｙ材や銅合金を使用するのが一般的である。
このリードフレームを用いた半導体装置の製造ではリードフレーム上に半導体チップを搭載し、半導体チップとリードフレームを電気的にワイヤで接続し樹脂封止加工を行い、バリ取り処理を行った後に、銅面に対して外装メッキ処理を行う。外装メッキ処理後、半導体装置を所定のサイズでリードフレームから切り離す。このように外装メッキ後にリードフレームから半導体装置を切り離すため、アウターリード切断面には外装メッキ皮膜が形成されない。そのため半導体装置を基板に実装する際、半田濡れ性が悪いという問題がある。これらの条件で作成された半導体パッケージの実装強度を向上させるため、アウターリード先端部の、平面形状や断面形状を変更し基板実装後の半田濡れ性を向上させるため半田フィレットを形成しやすくし実装強度を上げる形状が提案されている。（例えば、特許文献１、２参照）
特開２００６−１９４６５号公報 特開平７−４５７６９号公報
しかしながら、半導体装置の小型化、薄型化がすすむ中で、半導体装置の基板実装強度の更なる向上が求められている。本発明は、半導体装置の基板への半田接着強度を高め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、以下の手段を用いた。
まず、リードフレームのアイランド上に載置された半導体チップを覆う封止樹脂と、前記封止樹脂から側面に延出するアウターリードとからなる半導体装置であって、前記アウターリードと接続されたインナーリードと、前記インナーリードに接続し、前記封止樹脂から延出するインナーリード吊りリードと、前記アウターリード全表面に設けられたメッキ皮膜とからなり、前記インナー吊りリードは、平面視的に前記封止樹脂の外形と重畳する第１の絞り部を有することを特徴とする半導体装置とした。
また、前記インナーリード吊りリード部は、平面視的に前記封止樹脂内に第２の絞り部を有することを特徴とする半導体装置とした。
また、前記第１の絞り部にはＶノッチが設けられることを特徴とする半導体装置とした。
また、前記第１の絞り部と前記第２の絞り部の間にはスルーホールが設けられることを特徴とする半導体装置とした。
さらに、リードフレームのアイランド上に載置された半導体チップを覆う封止樹脂と、前記封止樹脂から側面に延出するアウターリードとからなる半導体装置の製造方法であって、前記アイランドと、前記アイランドと近接するインナーリードと、前記インナーリードに接続されたインナーリード吊りリードおよび前記アウターリードと、前記アイランドに接続されたアイランド吊りリードと、を備え、前記インナーリード吊りリードには第１の絞り部を有するリードフレームを準備する工程と、前記半導体チップをダイボンディングとワイヤーボンディングと樹脂封止する工程と、前記アウターリードの先端を切断する工程と、電解メッキにて前記アウターリードの切断面にメッキ皮膜を形成する工程と、前記インナーリード吊りリードおよび前記アイランド吊りリードを前記第１の絞り部で切断する工程と、からなることを特徴とする半導体装置の製造方法とした。
また、前記インナーリード吊りリードの切断とアイランド吊りリードの切断との間に電気特性検査工程を有することを特徴とする請求項５記載の半導体装置の製造方法とした。
本発明によれば、半導体装置を基板実装するにあたり、アウターリードの封止樹脂から露出している面全てに厚膜半田層を形成するため、基板との間に強固な接合が可能となる。また、リードフレームから半導体装置を切り離す時にインナーリードにストレスに掛かるダメージを抑制でき、半導体素子と電気的に接続されるワイヤとのインナーリードとの接続が確実に保たれ信頼性の向上を図ることができる。
本発明の半導体装置の第１の実施例を示す鳥瞰図である。（アウターリードを上にして図示） 本発明の半導体装置のＡ方向から見た側面図である。（アウターリードを下にして図示） 本発明の半導体装置のＡ方向から見たアウターリード拡大図である。 本発明の半導体装置のＢ方向から見た側面図である。 本発明の半導体装置のＢ方向から見たアウターリード拡大図である。 本発明の半導体装置の発明の製造方法を説明する図である。 本発明の半導体装置に用いるリードフレームの実施例を示す平面図である。 本発明の半導体装置の実施例を示す断面図である。
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の半導体装置の第１の実施例を示す鳥瞰図である。ここではアウターリード５を上側にして図示している。アウターリード５は、その上面（実装面）、側面（アウターリード切断面）、実装面と向い合う反対面、そして、実装面と反対面とアウターリード切断面のそれぞれと直角をなす面を有し、封止樹脂１０から延出している。また、ほぼ直方体の半導体装置の側面には、切断されたインナーリード吊りリード３とアイランド吊りリード４の断面が封止樹脂１０から露出している。
図２は、図１におけるＡ方向から見た側面図である。ここではアウターリード５を下側にして図示しており、基板に実装される場合の実装面は本図の下面になる。アウターリード５の周囲にはメッキ皮膜５ａが設けられ、基板実装側下面、反対側の上面、側面およびアウターリード切断面１１の全てがメッキ皮膜５ａで覆われている。
図３は、図１におけるＡ方向から見たアウターリード拡大図である。アウターリードの周囲全てがメッキ皮膜５ａで覆われ、基板実装側下面に形成されたメッキ皮膜５ａの下面は、封止樹脂本体下面よりも下方に位置する。
図４は、図１におけるＢ方向から見た側面図である。ここではアウターリード５を下面にして図示しており、基板に実装される場合の実装面は本図の下面である。アウターリード５の基板実装面側下面、反対側の上面およびアウターリード切断面１１が封止樹脂から露出し、アウターリードの露出面全てがメッキ皮膜５ａで覆われている。
図５は、図１におけるＢ方向から見たアウターリード拡大図である。
アウターリードは、封止樹脂１０の側面から延出しており、その切断面（紙面上、右端）にもメッキ皮膜５ａが被着していることを示している。
次に、本発明の半導体装置の製造方法について説明する。
図６は、本発明の半導体装置の第１の実施例の製造方法を示す鳥瞰図である。
図６（ａ）は、本実施例のリードフレーム１を示す鳥瞰図である。リードフレーム１は、のちに半導体チップを載置するアイランド６と、アイランド６と離れて配置されたインナーリード２と、インナーリード２とつながるアウターリード５、そして、インナーリード２はインナーリード吊りリード３、アイランド６はアイランド吊りリード４によってリードフレーム枠に接続されている。
インナーリード吊りリード３には第１の絞り部１２ａが形成されている。また、インナーリード２とアウターリード５の間には段差部があり、アウターリード下面がインナーリード下面よりも低くなるようにしている。なお、インナーリード下面はアイランド下面と同じ高さとなるようにしている。インナーリード吊りリード３とアイランド吊りリード４には折曲げ部があり、インナーリード２と接続する部分のインナーリード吊りリード３の下面に対し、周囲のリードフレーム枠と接続する部分のインナーリード吊りリード３の下面は相対的に低くなっている。
アイランド吊りリード４についても同様に、アイランド６と接続する部分のアイランド吊りリード４の下面に対し、周囲のリードフレーム枠と接続する部分のアイランド吊りリード４の下面は相対的に低くなっている。すなわち、本説明のリードフレームは、アイランドおよびインナーリードをアップセットしたリードフレームである。このようなリードフレーム１は、所定の厚さの１９４alloy材もしくは銅合金からなる板材の型打ち抜きと型押しによって形成できる。すなわち、アイランド６、インナーリード２、アウターリード５、インナーリード吊りリード３、アイランド吊りリード４の平面形状を決めるために板材の打ち抜きを行う。
次いで、アイランド６、インナーリード３、そして、インナーリード吊りリード３およびアイランド吊りリード４の一部が他の部分に対して相対的に高くなるように下から上方に型押しを行う。このとき、インナーリード２とアウターリード５との間に段差が形成されることになる。同時に、インナーリード吊りリード３およびアイランド吊りリード４にも折曲げ部が形成されることになる。
図６（ｂ）は、ワイヤーボンディング工程後の鳥瞰図である。成形されたリードフレーム１のアイランド６の上にペースト剤８を介して半導体チップ９をダイボンディングし、次いで、半導体チップ表面の電極パッドとインナーリード２とをワイヤ７を介して電気的に接続する。
図６（ｃ）は、樹脂封止工程後の鳥瞰図である。半導体チップ９，ワイヤ７，インナーリード２を覆うように封止樹脂１０にて封止する。図示されていないが、アイランド６の下面も封止樹脂１０によって覆われている。アウターリード５とインナーリード吊りリード３とアイランド吊りリード４の一部が封止樹脂１０から露出し、リードフレーム枠と繋がっている。このとき、インナーリード吊りリード３とアイランド吊りリード４の折曲げ部も封止樹脂１０の外に飛び出している。インナーリード吊りリード３が封止樹脂１０によって覆われる部分と露出する部分の境界には第１の絞り部１２ａが位置する。
図６（ｄ）は、アウターリード切断工程後の鳥瞰図である。封止樹脂１０の側面から露出するアウターリード５の先端部が切断され、リードフレーム枠と切り離され、切断面１１が形成されている。このとき、封止樹脂１０の異なる側面にはインナーリード吊りリード３とアイランド吊りリード４の一部が封止樹脂１０から露出しているが、リードフレーム枠と繋がった状態である。このため、リードフレーム枠とアウターリード切断面１１は電気的な接続を保持した状態であって、この形態で外装電界メッキを施すとアウターリード５の上面、底面、側面だけでなく切断面１１にもメッキ皮膜が形成されることになる。
図６（ｅ）は、外装メッキ工程を経て、インナーリード吊りリード３を切断した後の鳥瞰図である。アウターリード５の表面にはメッキ皮膜５ａが形成され、不要となったインナーリード吊りリード３は第１の絞り部で切断されてリードフレーム枠と切り離される。第１の絞り部は、インナーリード吊りリード３に比べて細く（断面積が小さい）なっているため切断時の負荷が小さく、封止樹脂内に封止されたインナーリードへ伝達されるダメージも小さい。これにより、インナーリードからワイヤが外れるという問題を回避することが可能となる。
アイランド吊りリード４はリードフレーム枠と繋がっているので複数個の半導体装置は１枚のリードフレームに搭載されている状態である。この状態で電気特性検査（ストリップテスト）を行うことで効率的な検査が可能となる。その後、アイランド吊りリード４を切り離して半導体装置を個片化して図６（ｆ）に示す形状を得る。
以上のような製造方法を経ることで、アウターリードの全面にメッキ皮膜が形成され、基板との接続が強固となるだけでなく、インナーリードとワイヤとの良好な接合を保持できる半導体装置を得ることができる。
図７は、本発明の半導体装置の他の実施例を示す平面図である。
図７（ａ）は、図６で説明した半導体装置に用いるリードフレームであって、第１の絞り部１２ａを有するリードフレームの平面図である。封止樹脂１０の外形とリードフレームの第１の絞り部１２ａが重なり合うことが本実施例の特徴である。第１の絞り部１２ａの存在によって、インナーリード吊りリードを切断した時のダメージを小さくすることが可能となる。
図７（ｂ）は、図７（ａ）の第１の絞り部１２ａに加え、第２の絞り部１２ｂを有するリードフレームの平面図である。封止樹脂１０の外形とリードフレームの第１の絞り部１２ａが重なり合うことに加え、第２の絞り部１２ｂを封止樹脂１０内に有する構成である。第１の絞り部１２ａの存在によって、インナーリード吊りリードを切断した時のダメージを小さくすることができ、かつ、第２の絞り部１２ｂの存在によって、外部からのダメージがインナーリードへ伝播することを緩和することができる。
図７（ｃ）が図７（ｂ）と異なる点は、第１の絞り部１２ａにさらにＶノッチを施し、絞りＶノッチ形状１２ｃとしたことである。Ｖノッチとは図８に示す断面図のとおり、のちにインナーリード吊りリードを切断する部分にＶノッチを配した形状である。これにより、インナーリード吊りリードを切断時の負荷がさらに小さくなり、封止樹脂内に封止されたインナーリードへ伝達されるダメージもさらに小さくなる。
図７（ｄ）が図７（ｂ）と異なる点は、インナーリード吊りリードの第１の絞り部１２ａと第２の絞り部１２ｂの間にスルーホールを設けたことである。スルーホールの中には封止樹脂が充填され、インナーリード吊りリードの切断時のダメージを内部に伝えにくいという効果を有する。スルーホールの存在は充填された封止樹脂による吊りリードの固定というだけでなく、第１の絞り部１２ａと第２の絞り部１２ｂの間のスルーホールの周囲のリードの断面積を小さくするため上記のような効果を有する。
１ リードフレーム
２ インナーリード
３ インナーリード吊りリード
４ アイランド吊りリード
５ アウターリード
５a メッキ皮膜
６ アイランド
７ ワイヤ
８ ペースト剤
９ 半導体チップ
１０ 封止樹脂
１１ アウターリード切断面
１２ａ 第１の吊りリード絞り部
１２ｂ 第２の吊りリード絞り部
１２ｃ 吊りリード絞りＶノッチ形状
１２ｄ 吊りリード部スルーホール形状

Claims (6)

  1. リードフレームのアイランド上に載置された半導体チップを覆う封止樹脂と、前記封止樹脂から側面に延出するアウターリードとからなる半導体装置であって、
    前記アウターリードと接続されたインナーリードと、
    前記インナーリードに接続し、前記封止樹脂から延出するインナーリード吊りリードと、
    前記アウターリード全表面に設けられたメッキ皮膜とを備え、
    前記インナーリード吊りリードは、平面視的に前記封止樹脂の外形と重畳する第１の絞り部を有することを特徴とする半導体装置。
  2. 前記インナーリード吊りリード部は、平面視的に前記封止樹脂内に第２の絞り部を有することを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  3. 前記第１の絞り部にはＶノッチが設けられることを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
  4. 前記第１の絞り部と前記第２の絞り部の間にはスルーホールが設けられることを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
  5. アイランドと、前記アイランドと近接するインナーリードと、前記インナーリードに接続されたインナーリード吊りリードおよびアウターリードと、前記アイランドに接続されたアイランド吊りリードと、を備え、前記インナーリード吊りリードには第１の絞り部を有するリードフレームを準備する工程と、
    半導体チップをダイボンディングとワイヤーボンディングと樹脂封止する工程と、
    前記アウターリードの先端を切断する工程と、
    電解メッキにて前記アウターリードの切断面にメッキ皮膜を形成する工程と、
    前記インナーリード吊りリードおよび前記アイランド吊りリードを前記第１の絞り部で切断する工程と、
    からなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  6. 前記インナーリード吊りリードの切断と前記アイランド吊りリードの切断の間に電気特性検査工程を有することを特徴とする請求項５記載の半導体装置の製造方法。
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