JP2017005124A - リードフレーム、リードフレームの製造方法、および半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりもリードフレームと封止樹脂との密着力を向上させ、半導体装置の信頼性を向上させることができる技術を提供する。
【解決手段】半導体素子が搭載される素子搭載部を有するリードフレームの当該素子搭載部に、第１のディンプル１０ａと第２のディンプル１０ｂを含む複数のディンプル１０を形成した。また、第１の第１のディンプル１０ａには、内周壁１２ａの一部を内方に突出させて４つの返し部１１ａを形成し、第２のディンプル１０ｂには、内周壁１２ｂの一部を内方に突出させて４つの返し部１１ｂを形成した。また、第１のディンプル１０ａには仮想直線Ｖ１，Ｖ２上に位置するように４つの返し部１１ａを形成し、第２のディンプル１０ｂには、仮想直線Ｖ１，Ｖ２と４５度をなす仮想直線Ｖ３，Ｖ４上に位置するように４つの返し部１１ｂを形成した。
【選択図】図４

Description

本発明は、リードフレーム、リードフレームの製造方法、および半導体装置に関する。

周知の通り、ＩＣ（Integrated Circuit）チップ、ＬＳＩ（Large Scale Integration）チップ等の半導体素子を基板上に搭載した構成の半導体装置には、様々な種類のものがある。そのひとつに樹脂封止型の半導体装置がある。樹脂封止型の半導体装置では、リードフレームに半導体素子を搭載するとともに、その半導体素子を絶縁性の樹脂で封止した構成になっている。また、樹脂封止型の半導体装置では、リードフレームと半導体素子とを電気的に接続し、当該接続部を含めて、半導体素子の周囲を樹脂封止することにより、１つのパッケージを形成している。このため、この種の半導体装置は、半導体パッケージとも呼ばれている。半導体パッケージは、通常、製造後に保管され、要求に応じてエンドユーザーに提供される。エンドユーザーは、入手した半導体パッケージを半田リフローなどによって配線基板等に実装し、最終的な電子機器を製造する。

このような電子機器の製造プロセスでは、いくつかの問題点が確認されている。そのひとつに、半導体装置を保管している間の水分の吸収に起因する問題がある。この問題は次のようなメカニズムで起こる。
一般に、樹脂封止型の半導体装置において、半導体素子を封止する封止樹脂は、当該半導体装置を配線基板等に実装するまでの保管中に、空気中の水分を吸収する性質がある。封止樹脂に吸収された水分は、半導体装置の実装時の半田リフロー工程で加えられる熱によって急激に気化膨張する。このため、半田リフロー工程で封止樹脂自体に大きな応力が発生する。したがって、リードフレームと封止樹脂との密着力が低い場合は、両者の界面に剥離が生じたり、封止樹脂に亀裂が発生したりする。このような欠陥の発生は、半導体装置の信頼性を低下させる原因となる。このため、保管期間が長期にわたる場合でも、リードフレームと封止樹脂との界面に、水分の気化膨脹による応力に十分に耐え得るだけの高い密着性を備えた半導体装置の提供が強く望まれている。

そこで従来においては、リードフレームの表面に凹凸を形成することにより、リードフレームと封止樹脂との密着性を向上させる技術が種々提案されている（たとえば、特許文献１〜３を参照）。

特開平５−２１８２７５号公報 特開平８−７８６０６号公報 特開２０１２−２８８２２号公報

しかしながら、従来から提案されている技術だけでは、上記欠陥の発生率を低下させることに限界があった。特に近年では、地球環境保護の観点から、半導体装置を配線基板等に実装する際の半田リフロー工程で使用される半田が、鉛含有半田から鉛フリー半田（無鉛半田）に切り替えられ、このことが上記欠陥（剥離、亀裂）の発生率を高める一因になっている。その理由は、以下のとおりである。

一般に、鉛含有半田の融点は約１８０〜２２０℃であるのに対して、無鉛半田の融点はそれよりも高い約２４０〜２６０℃となる。このため、無鉛半田を使用する場合は、必然的に半田リフロー工程を約２４０〜２６０℃の高温で実施する必要がある。しかし、半田リフロー工程に適用する処理温度が高温になればなるほど、半導体装置に強い熱ストレスがかかり、その結果、上記欠陥の発生率が高くなってしまう。

本発明の主な目的は、従来よりもリードフレームと封止樹脂との密着力を向上させ、半導体装置の信頼性を向上させることができる技術を提供することにある。

本発明の第１の態様は、
半導体素子が搭載される素子搭載部を有するリードフレームであって、
少なくとも前記素子搭載部に複数のディンプルが形成され、
前記複数のディンプルには、当該ディンプルの内周壁の一部を内方に突出させた返し部がそれぞれ形成され、
前記複数のディンプルは、前記返し部が形成された第１のディンプルと、当該第１のディンプルとは異なる向きで前記返し部が形成された第２の返し部と、を少なくとも含む
ことを特徴とするリードフレームである。

上記第１の態様に記載のリードフレームにおいては、素子搭載部を含むリードフレーム全面が、粗化処理された粗化面であることが好ましい。
また、このリードフレームの製造方法としては、
半導体素子が搭載される素子搭載部に相当する部分にディンプル加工によって複数のディンプルを形成するディンプル加工工程と、
前記ディンプル加工工程の後、前記素子搭載部を含むリードフレーム全面に粗化処理を施す粗化処理工程と、
を備えることが好ましい。

本発明の第２の態様は、
少なくとも素子搭載部に複数のディンプルが形成されたリードフレームと、
前記リードフレームの素子搭載部に搭載された半導体素子と、
前記半導体素子を封止する封止樹脂と、を備え、
前記複数のディンプルには、当該ディンプルの内周壁の一部を内方に突出させた返し部がそれぞれ形成され、
前記複数のディンプルは、前記返し部が形成された第１のディンプルと、当該第１のディンプルとは異なる向きで前記返し部が形成された第２の返し部と、を少なくとも含む
ことを特徴とする半導体装置である。

本発明によれば、従来よりもリードフレームと封止樹脂との密着力を向上させ、半導体装置の信頼性を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る樹脂封止型の半導体装置の構成例を示す側断面図である。 本発明の実施形態に係るリードフレームの素子搭載部の構造を説明する平面図である。 第１のディンプルの構造を説明するもので、図中（Ａ）は平面図、（Ｂ）はＫ−Ｋ位置での断面図である。 図２の一部を拡大した平面図である。 粗化面を説明する断面図である。 本発明の実施形態に係るリードフレームの製造方法の工程フロー図である。 Ｖ溝を有するサンプルの例を示す図である。 オーバーハング形状の溝を有するサンプルの例を示す図である。 ディンプルを有するサンプルの例を示す図である。 ディンプルを有するサンプルの他の例を示す図である。 剪断剥離強度測定の様子を説明する図である。 ディンプルの配置例を説明する図である。 本発明の他の適用例を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜半導体装置の構成＞
図１は本発明の実施形態に係る樹脂封止型の半導体装置の構成例を示す側断面図である。
図示した半導体装置１は、大きくは、リードフレーム２と、半導体素子３と、封止樹脂４と、を備えた構成になっている。リードフレーム２は、複数のリード５と、素子搭載部６と、を備えている。半導体素子３は、たとえば、ＩＣチップ、ＬＳＩチップ等を構成するものである。半導体素子３は、素子搭載部６に搭載されている。半導体素子３は、たとえば、図示しないダイボンド材を用いて素子搭載部６の上面に固定されている。

リード５は、半導体素子３と外部の電気回路等とを電気的に接続するための端子となる。リード５は、素子搭載部６の周囲に、たとえば放射状をなして複数配置されている。複数のリード５のうち、一部のリード５は素子搭載部６につながっており、他のリード５は、ボンディングワイヤ７を介して半導体素子３に電気的に接続されている。ボンディングワイヤ７は、たとえば、アルミニウム、金等の金属細線を用いて構成される。素子搭載部６につながるリード５は、吊りリードとも呼ばれる。吊りリードは、素子搭載部６を支持するためにリードフレーム２に形成されるものである。各々のリード５は、当該リード５の長さ方向において、インナーリード部５ａとアウターリード部５ｂとに区分されている。インナーリード部５ａは、封止樹脂４によって封止されている。アウターリード部５ｂは、封止樹脂４の側部から外側に突出している。アウターリード部５ｂは、必要に応じて所定の形状（たとえば、Ｌ字形など）に曲げられる。

封止樹脂４は、素子搭載部６に搭載された半導体素子３と、これに接続されたボンディングワイヤ７とを封止している。封止樹脂４の一部は、半導体素子３の周囲で素子搭載部６の上面と、素子搭載部６の側面とに接している。また、封止樹脂４の他の一部は、インナーリード部５ａの表面（全面）に接している。封止樹脂４としては、たとえば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。

素子搭載部６は、リードフレーム２のなかでアイランド部またはダイパッド部とも呼ばれる部分である。素子搭載部６は、たとえば半導体素子３がパワー半導体チップである場合に、半導体素子３が発生する熱を効率良く逃がすために、リード５よりも厚く形成されている。一例を記述すると、リード５の厚み寸法は０．６ｍｍ、素子搭載部６の厚み寸法は２．０ｍｍに設定される。また、素子搭載部６の上面は、リード５の上面よりも一段低く形成されている。素子搭載部６とリード５の段差は、ディプレス加工等によって形成することが可能である。素子搭載部６の下面は、封止樹脂４で封止されることなく、外部に露出している。

（方向の定義付け）
本実施形態では、リードフレーム２の主表面（上面および下面）に平行な平面をＸ−Ｙ平面とし、このＸ−Ｙ平面内で直交する二方向のうちの一方をＸ方向、他方をＹ方向とする。また、これらＸ方向およびＹ方向に直交する方向をＺ方向とするとともに、Ｚ方向の一方を上側（または上方）、Ｚ方向の他方を下側（または下方）とする。

＜リードフレームの構成＞
続いて、上記構成の半導体装置１に用いて好適なリードフレームの構成について説明する。

図２は本発明の実施形態に係るリードフレームの素子搭載部の構造を説明する平面図である。
図示のように、リードフレーム２の素子搭載部６は、Ｘ方向に平行な２つの辺部６ａ，６ａと、Ｙ方向に平行な２つの辺部６ｂ，６ｂとによって平面視矩形状に形成されている。ここで記述する矩形の概念には、長方形と正方形の両方を含むものとする。素子搭載部６の上面６ｃには、複数のディンプル１０が形成されている。各々のディンプル１０は、素子搭載部６の上面６ｃに所定の深さで凹状に形成されている。

素子搭載部６の上面６ｃに複数のディンプル１０を形成するにあたっては、実際に半導体素子３が接合される領域（以下、「素子接合領域」という。）を除いて素子搭載領域の周囲だけにディンプル１０を形成してもよいし、素子搭載領域を含めて素子搭載部６の上面６ｃ全域にディンプル１０を形成してもよい。また、必要に応じて、リードフレーム２の素子搭載部６以外の部分（たとえば、リード５の表面）にディンプル１０を形成したり、素子搭載部６の両面（上面および下面）にディンプル１０を形成したりしてもよい。

複数のディンプル１０は、第１のディンプル１０ａと、第２のディンプル１０ｂとを含んでいる。第１のディンプル１０ａと第２のディンプル１０ｂとは、基本的な構造は同じである。ただし、Ｘ−Ｙ平面におけるディンプル全体の向きは異なっている。そこで、まずは、第１のディンプル１０ａを例にとってその構造を詳しく説明し、その後で、第１のディンプル１０ａと第２のディンプル１０ｂの向きの違いについて説明する。

なお、以降の説明では、第１のディンプル１０ａと第２のディンプル１０ｂを特に区別する必要がないときは、それらをまとめて「ディンプル１０」と記載する。また、第１のディンプル１０ａの構成要素と第２のディンプル１０ｂの構成要素を区別する必要があるときは、第１のディンプル１０ａの構成要素に参照符号ａを付し、第２のディンプル１０ｂの構成要素に参照符号ｂを付すこととする。

（ディンプルの構造）
図３は第１のディンプルの構造を説明するもので、図中（Ａ）は平面図、（Ｂ）はＫ−Ｋ位置での断面図である。
第１のディンプル１０ａには複数（図例では４つ）の返し部１１ａが形成されている。第１のディンプル１０ａの内周壁１２ａは、返し部１１ａの形成部位を除いて、平面視矩形（図例では正方形）に形成されている。返し部１１ａは、第１のディンプル１０ａの内周壁１２ａの一部を、第１のディンプル１０ａの内方（中心側）に突出させた状態で形成されている。

第１のディンプル１０ａは、素子搭載部６の上面６ｃを基準に、所定の深さで形成されている。さらに詳述すると、第１のディンプル１０ａは、深さｄ１で形成された深底部１３ａと、深底部１３ａよりも浅い深さｄ２で形成された４つの浅底部１４ａと、を有している。返し部１１ａの形成部位では、深底部１３ａから浅底部１４ａにかけて迫り出し面１５ａが迫り出している。迫り出し面１５ａは、深底部１３ａ側にくらべて浅底部１４ａ側のほうが、第１のディンプル１０ａの内方に突き出すように斜めに迫り出している。そして、この迫り出し面１５ａと浅底部１４ａとによって返し部１１ａが形成されている。

返し部１１ａは、第１のディンプル１０ａの内周壁１２ａの各辺に１つずつ形成されている。また、返し部１１ａは、内周壁１２ａの各辺の長さ方向の中間部に設けられている。４つの返し部１１ａのうち、Ｋ−Ｋ線上に形成された２つの返し部１１ａは、Ｘ方向で互いに対向しており、他の２つの返し部１１ａは、Ｙ方向で互いに対向している。

（ディンプルの向き）
次に、第１のディンプル１０ａと第２のディンプル１０ｂの向きの違いについて、図４を用いて説明する。図４は図２の一部を拡大した平面図である。
第１のディンプル１０ａと第２のディンプル１０ｂとは、Ｘ−Ｙ平面内において、返し部１１ａ，１１ｂを含むディンプル全体の向き（方向性）が、互いに４５度異なっている。以下、詳しく説明する。

まず、１個の第１のディンプル１０ａに着目すると、第１のディンプル１０ａの内周壁１２ａは、上述したように返し部１１ａの形成部位を除いて、基本的に４つの辺で平面視矩形状に区画されている。内周壁１２ａを区画する４つの辺のうち、２つの辺はＸ方向と平行に配置され、他の２つの辺はＹ方向と平行に配置されている。これに対して、４つの返し部１１ａは、Ｘ方向とＹ方向に向いて配置されている。すなわち、４つの返し部１１ａのうち、２つの返し部１１ａは、Ｘ方向に平行な第１の仮想直線Ｖ１上に配置され、他の２つの返し部１１ａは、Ｙ方向に平行な第２の仮想直線Ｖ２上に配置されている。そして、第１の仮想直線Ｖ１上に配置された２つの返し部１１ａは、それぞれ第１の仮想直線Ｖ１上で内周壁１２ａから内方に突き出すように形成され、第２の仮想直線Ｖ２上に配置された２つの返し部１１ａは、それぞれ第２の仮想直線Ｖ２上で内周壁１２ａから内方に突き出すように形成されている。

一方、１個の第２のディンプル１０ｂに着目すると、第２のディンプル１０ｂの内周壁１２ｂを区画する４つの辺は、Ｘ方向に対して４５度の傾きをもって配置されている。また、第２のディンプル１０ｂに形成された４つの返し部１１ｂのうち、２つの返し部１１ｂは、Ｘ方向に対して一方向に４５度傾いた第３の仮想直線Ｖ３上に配置され、他の２つの返し部１１ｂは、Ｘ方向に対して他方向に４５度傾いた第４の仮想直線Ｖ４上に配置されている。そして、第３の仮想直線Ｖ３上に配置された２つの返し部１１ｂａは、それぞれ第３の仮想直線Ｖ３上で内周壁１２ｂから内方に突き出すように形成され、第４の仮想直線Ｖ４上に配置された２つの返し部１１ａは、それぞれ第４の仮想直線Ｖ４上で内周壁１２ｂから内方に突き出すように形成されている。

以上のことから、第１のディンプル１０ａと第２のディンプル１０ｂとは、ディンプル全体の向きが４５度異なっており、これにしたがって返し部１１ａと返し部１１ｂの向きも４５度異なっている。

また、上記図２に示す素子搭載部６の上面６ｃでは、第１のディンプル１０ａと第２のディンプル１０ｂとが千鳥状に配置されている。この点を図４を用いて詳しく説明する。まず、Ｘ方向においては、第１のディンプル１０ａが一定のピッチＰｘで配置されている。そして、このピッチＰｘの半分の位置に第２のディンプル１０ｂが配置されている。同様に、Ｙ方向においては、第１のディンプル１０ａが一定のピッチＰｙ（図例ではＰｘ＝Ｐｙ）で配置されている。そして、このピッチＰｙの半分の位置に第２のディンプル１０ｂが配置されている。また、第３の仮想直線Ｖ３上では、第１のディンプル１０ａと第２のディンプル１０ｂとが交互に配置されている。同様に、第４の仮想直線Ｖ４上では、第１のディンプル１０ａと第２のディンプル１０ｂとが交互に配置されている。

（ディンプルのサイズ）
ディンプル１０は、たとえば、次のようなサイズで形成することが好ましい。
すなわち、ディンプル１０の内周壁１２の一辺の長さＬ（図３参照）については、０．２ｍｍ以上、０．３ｍｍ以下とし、上述したディンプル１０のピッチＰｘ，Ｐｙについては、０．４５ｍｍ以上、０．６ｍｍ以下とするのが好ましい。また、上述した深底部１３の深さｄ１については、０．０７５ｍｍ以上、０．３２５ｍｍ以下とし、上述した浅底部１４の深さｄ２については、０．０２５ｍｍ以上、０．１７５ｍｍ以下（ただし、ｄ１＞ｄ２の条件を満たす）とするのが好ましい。また、内周壁１２からの返し部１１の突出量Ｅ（図３参照）については、０．０１ｍｍ以上、０．１２５ｍｍ以下とするのが好ましい。

また、本実施形態においては、図５に示すように、リードフレーム２の全面が、粗化処理された粗化面２１になっている。この粗化面２１は、ディンプル１０のサイズよりも小さい、微小な凹凸をなす面である。粗化面２１は、上述した素子搭載部６を含めて、リードフレーム２全面に形成されている。このため、上述のように素子搭載部６の上面に形成されたディンプル１０の各構成要素（返し部１１、内周壁１２、深底部１３、浅底部１４、迫り出し面１５）も、それぞれ粗化面２１になっている。粗化面２１の表面粗さ（ＪＩＳ Ｂ０６０１−２００１）は、算術平均粗さ（Ｒａ）で０．２５μｍ以上、最大高さ（Ｒｚ）で２．０μｍ以上に設定するのが好ましい。その理由は、粗化面２１の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．２５μｍ未満の場合は、半導体素子３の樹脂封止に際して粗化面２１を封止樹脂４で覆ったときに、封止樹脂４に対して十分なアンカー効果が得られにくく、粗化面２１の最大高さ（Ｒｚ）が２．０μｍ未満でも、封止樹脂４に対して十分なアンカー効果が得られにくくなるからである。

＜リードフレームの製造方法＞
図６は本発明の実施形態に係るリードフレームの製造方法の工程フロー図である。
本発明の実施形態に係るリードフレームの製造方法は、大きくは、ディンプル加工工程Ｓ１と、打ち抜き加工工程Ｓ２と、粗化処理工程Ｓ３と、検査・梱包工程Ｓ４と、を備える。このうち、ディンプル加工工程Ｓ１と打ち抜き加工工程Ｓ２は、いずれもプレス加工に属するものである。ディンプル加工工程Ｓ１と打ち抜き加工工程Ｓ２は、順送型によって連続的に行われる。以下、各工程について説明する。

（ディンプル加工工程Ｓ１）
まず、ディンプル加工工程Ｓ１で用いるリードフレーム素材について説明する。
リードフレーム素材には、これに搭載される半導体素子の特性に応じた所定の熱伝導率および所定の電気伝導度を有する金属の薄板が用いられる。リードフレーム素材として好適に使用可能な金属材料としては、たとえば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等を挙げることができる。また、リードフレーム素材の板厚は、好ましくは、０．０８ｍｍ以上、３．００ｍｍ以下の範囲内で適宜設定するとよい。さらに、リードフレームに所定の強度と耐熱性等の特性を持たせるために、上記の金属材料に、所定量の鉄、亜鉛、リン、すず、ニッケル等の添加元素を添加してもよい。また、リードフレーム素材の形態は、平条材または所定の金属材料からなる薄板の両表面に所定の金属材料からなる薄板を金属学的に接合した材料（異形条材）を用いることもできる。

ディンプル加工工程Ｓ１では、上述したリードフレーム素材に２回にわたって潰しのプレス加工（潰し加工）を施すことにより、上記の素子搭載部６に相当する部分に複数のディンプル１０を形成する。その際、１回目のプレス加工では、リードフレーム素材の表面を深さｄ１で押し潰すことにより、リードフレーム素材の表面に平面視正方形の凹みを形成する。この段階で、ディンプル１０の内周壁１２と深底部１３とが形成される。ただし、内周壁１２の形状は、上記図３に示すような最終形状にはなっていない。

次に、２回目のプレス加工では、リードフレーム素材の表面を深さｄ２で押し潰すことにより、ディンプル１０の内周壁１２の一部を変形させる。この段階で、ディンプル１０の浅底部１４と迫り出し面１５とが形成される。また、ディンプル１０の内周壁１２の一部には、浅底部１４と迫り出し面１５とによって返し部１１が形成される。

また、第１のディンプル１０ａと第２のディンプル１０ｂは、上記２回のプレス加工によって同時に形成することが好ましい。ただし、本発明を実施するうえでは、必ずしも第１のディンプル１０ａと第２のディンプル１０ｂを同時に形成する必要はない。すなわち、最初に２回のプレス加工によって第１のディンプル１０ａを形成し、その後、２回のプレス加工によって第２のディンプル１０ｂを形成してもよい。また、順序を逆にして、最初に第２のディンプル１０ｂを形成し、その後で第１のディンプル１０ａを形成してもよい。

本実施形態においては、ディンプル加工工程Ｓ１の後に打ち抜き加工工程Ｓ２を設けている。この工程順を採用している理由は、ディンプル加工では、リードフレーム素材に伸びや反り、ひずみなどが生じるが、その後で打ち抜き加工を行うことで、ディンプル加工時に生じたひずみ等が開放され、良好な外形寸法、平面度が得られるためである。

（打ち抜き加工工程Ｓ２）
打ち抜き加工工程Ｓ２では、上述のように複数のディンプル１０が形成されたリードフレーム素材に対して、たとえば、順送金型を用いた打ち抜きのプレス加工（打ち抜き加工）を施すことにより、上述したリード５や素子搭載部６を含むリードフレームパターンを形成する。このとき形成するリードフレームパターンには、図示しないダムバーなども含まれる。ダムバーは、上記の半導体素子３を封止樹脂４で封止する際に、硬化前の封止樹脂４が不要な部分まで流れ出すことを防止するためのものである。

なお、リードフレーム素材に打ち抜き加工を施した段階では、たとえば、短冊状のリードフレームが得られる。また、ディンプル加工工程Ｓ１や打ち抜き加工工程Ｓ２を含むプレス加工のなかでは、必要に応じて、リードフレームのリード５を所定の形状に曲げる曲げ加工を行うことがある。リードフレームの洗浄は、打ち抜き加工後に行えばよい。

（粗化処理工程Ｓ３）
粗化処理工程Ｓ３では、上記のディンプル形成工程Ｓ１によって複数のディンプル１０が形成され、かつ、上記の打ち抜き加工工程Ｓ２によってリードフレームパターンが形成されたリードフレームに対して、粗化処理を施す。粗化処理は、リードフレーム素材の表面をエッチングによって粗化することができるエッチング液（以下、「エッチャント」ともいう。）を用いて行う。エッチング液としては、たとえば、リードフレーム素材を銅の条材で構成した場合は、硫酸系エッチャントを用いることができる。粗化処理は、たとえば、エッチング液を貯留したエッチング槽のなかにリードフレームを浸漬させることにより、素子搭載部６を含むリードフレーム全面に施す。これにより、素子搭載部６を含めて、リードフレーム２全面に粗化面２１（図５参照）が形成される。

（検査・梱包工程Ｓ４）
検査・梱包工程Ｓ４では、まず、リードフレームの外観検査を実施する。外観検査では、たとえば、リードフレームに傷や変形、凹みなどがないかどうかを検査する。次に、リードフレームの梱包を実施する。リードフレームの梱包は、外観検査で良品と判断したリードフレームを、たとえば、所定の個数ずつ梱包用の容器に収納することで行う。

次に、このような製造方法によって得られるリードフレームを用いて、上記図１に示す半導体装置を製造する場合の手順について簡単に説明する。
半導体装置の製造は、以下に記述するダイボンディング工程、ワイヤボンディング工程、樹脂封止工程、個片化工程の順に行われる。

（ダイボンディング工程）
まず、リードフレーム２の素子搭載部６にダイボンド材（不図示）を用いて半導体素子３を搭載する。ダイボンド材としては、たとえば、エポキシ系の導電性ペーストを用いることができる。ダイボンディング工程では、リードフレームを所定の温度で所定の時間だけ加熱する。

（ワイヤボンディング工程）
次に、図示しないワイヤボンディング装置を用いて、半導体素子３の電極部とリード５のインナーリード部５ａとを、ボンディングワイヤ７により接続する。ちなみに、図１においては、インナーリード５ａ側をファーストボンディング、半導体素子３側をセカンドボンディングとして、両者の間にループ状にボンディングワイヤ７を掛け渡した例を示している。もちろん、これとは逆に、半導体素子３側をファーストボンディング、インナーリード部５ａ側をセカンドボンディングとしてワイヤボンディングを行ってもよい。ワイヤボンディング工程では、リードフレームを所定の温度で所定の時間だけ加熱する。

（樹脂封止工程）
次に、半導体素子３やボンディングワイヤ７を封止樹脂４で封止する。樹脂封止の方法としては、たとえば、トランスファー成形法や射出成形法などを利用することができる。この樹脂封止においては、適度な流動性を有する硬化前の封止樹脂４が、上述したディンプル１０や粗化面２１に流れ込む。また、ディンプル１０では、深底部１３や浅底部１４の凹み部分、さらには返し部１１の下側部分にも封止樹脂４が回り込む。このため、リードフレーム２と封止樹脂４との接触面積が増加する。また、封止樹脂４が硬化することにより、リードフレーム２と封止樹脂４との間にアンカー効果が得られる。樹脂封止工程では、封止樹脂４の原料となる溶融樹脂を成形用金型のキャビティに充填した後、当該成形用金型内を所定の温度で所定の時間だけ加熱することにより、封止樹脂４を硬化させる。

（個片化工程）
その後は、必要に応じて、リード５の曲げ加工が行われるとともに、半導体装置１が１個単位でリードフレーム２から切り離される。

＜実施形態の効果＞
本発明の実施形態によれば、以下に記述する１つまたは複数の効果が得られる。

（１）本実施形態においては、リードフレーム２の素子搭載部６の上面６ｃに、第１のディンプル１０ａと第２のディンプル１０ｂとを含む複数のディンプル１０を形成するとともに、第１のディンプル１０ａの返し部１１ａと第２のディンプル１０ｂの返し部１１ｂとを互いに異なる向きで形成している。このため、素子搭載部６に搭載された半導体素子３を封止樹脂４で封止した際には、各々のディンプル１０に封止樹脂４が充填されることにより、返し部１１と封止樹脂４の引っ掛かりによる強いアンカー効果が得られる。このアンカー効果は、仮に複数のディンプル１０を第１のディンプル１０ａだけで構成したとすると、返し部１１ａの向きに応じて方向依存性を持つことになる。この点、本実施形態では、第１のディンプル１０ａの返し部１１ａと第２のディンプル１０ｂの返し部１１ｂを異なる向きで形成している。このため、アンカー効果の方向依存性が小さくなる。これにより、Ｘ−Ｙ平面内でより多くの方向からの応力に対して剥離強度を高めることができる。したがって、従来よりもリードフレーム２と封止樹脂４との密着力を向上させ、剥離等の欠陥の発生を抑制することができる。その結果、半導体装置１の信頼性を向上させることが可能となる。

（２）本実施形態においては、第１のディンプル１０ａの返し部１１ａと第２のディンプル１０ｂの返し部１１ｂを、４５度異なる向きで形成している。このため、Ｘ−Ｙ平面内のほぼ全方向にわたってバランス良く剥離強度を高めることができる。

（３）本実施形態においては、リードフレーム２の素子搭載部６に複数のディンプル１０を形成する場合に、第１のディンプル１０ａと第２のディンプル１０ｂを千鳥状に配置することにより、高い密度でディンプル１０を形成することができる。

（４）本実施形態においては、ディンプル加工工程Ｓ１の後に粗化処理工程Ｓ３を設けることにより、複数のディンプル１０が形成された素子搭載部６を含めて、リードフレーム２全面を粗化面２１としている。このため、素子搭載部６に形成されたディンプル１０の各構成要素（返し部１１、内周壁１２、深底部１３、浅底部１４、迫り出し面１５）も、微小な凹凸をなす粗化面２１となる。したがって、ディンプル１０によるアンカー効果をより一層高めることができる。

（５）本実施形態においては、ディンプル加工工程Ｓ１および打ち抜き加工工程Ｓ２を含む一連のプレス加工を終えた後に粗化処理工程Ｓ３を行うため、リードフレーム２の粗化面２１に存在する微小な凹凸が、プレス加工によって潰れてしまうことがない。したがって、粗化処理の効果を損なうことなくリードフレームを製品化することができる。

以下に、本発明者が行った剥離試験の内容と結果について記述する。
この剥離試験を行うにあたっては、樹脂封止に用いるリードフレームとして、以下に記述するサンプルを用意した。

（サンプル１）
板厚が０．６ｍｍの部分と２．０ｍｍの部分が混在した異形条材のリードフレーム素材（銅材）を用いて、素子搭載部６に相当する部分（板厚２．０ｍｍの部分）の表面に、次の条件でディンプル加工を施すことにより、第１のディンプル１０ａと第２のディンプル１０ｂを形成した。
内周壁１２の一辺の長さＬ＝０．２０ｍｍ
Ｘ方向またはＹ方向で隣り合うディンプル１０間のピッチＰｘ，Ｐｙ＝０．５ｍｍ
各ディンプル１０における深底部１３の深さｄ１＝０．１ｍｍ
各ディンプル１０における浅底部１４の深さｄ２＝０．０５ｍｍ

また、ディンプル加工後に、リードフレーム素材に打ち抜き加工を行ってリードフレームパターンを形成した後、リードフレーム素材を所定の長さに切断することにより、短冊状のリードフレームを得た。

次に、得られたリードフレームに硫酸系エッチャントを用いて粗化処理を施すことにより、素子搭載部６を含むリードフレームの全面に粗化面２１を形成し、これをサンプル１とした。サンプル１の粗化面２１の表面粗さを、ＪＩＳ Ｂ０６０１−２００１に準拠する接触式表面粗さ測定器を用いて１８箇所測定したところ、算術平均粗さ（Ｒａ）は、０．２５μｍ〜０．３３μｍで、最大高さ（Ｒｚ）は、２．１μｍ〜３．４μｍであった。

（サンプル２）
板厚が３．０ｍｍの平条のリードフレーム素材（銅材）を用いて、素子搭載部６に相当する部分の表面に、次の条件でディンプル加工を施すことにより、第１のディンプル１０ａと第２のディンプル１０ｂを形成した。
内周壁１２の一辺の長さＬ＝０．２０ｍｍ
Ｘ方向またはＹ方向で隣り合うディンプル１０間のピッチＰｘ，Ｐｙ＝０．４５ｍｍ
各ディンプル１０における深底部１３の深さｄ１＝０．１５ｍｍ
各ディンプル１０における深底部１３の深さｄ２＝０．０７５ｍｍ
その後は、上記サンプル１と同様に、打ち抜き加工、リードフレームの切断、粗化処理等を行った。このため、サンプル２についても、粗化面２１の表面粗さは、算術平均粗さ（Ｒａ）が、０．２５μｍ〜０．３３μｍで、最大高さ（Ｒｚ）が、２．１μｍ〜３．４μｍであった。

（サンプル３）
板厚が０．５ｍｍの銅の平条材からなるリードフレーム素材を用いて、ディンプル加工および粗化処理のいずれも行うことなく、打ち抜き加工でリードフレームパターンを形成したものを、サンプル３とした。

（サンプル４）
板厚が０．５ｍｍの銅の平条材からなるリードフレーム素材を用いて、ディンプル加工および粗化処理のいずれも行うことなく、打ち抜き加工でリードフレームパターンを形成し、かつ、素子搭載部に相当する部分の表面に図７に示すようなＶ溝２２を形成したものを、サンプル４とした。Ｖ溝２２の角度は９０度、深さは０．１ｍｍ、長さは５ｍｍとした。

（サンプル５）
板厚が１．２６ｍｍの銅の平条材からなるリードフレーム素材を用いて、ディンプル加工および粗化処理のいずれも行うことなく、打ち抜き加工でリードフレームパターンを形成し、かつ、素子搭載部に相当する部分の表面に図８に示すようなオーバーハング形状の溝２３を形成したものを、サンプル５とした。図示した溝２３は、リードフレームの表面を２回のＶ溝加工で順に押し潰すことにより形成した。

（サンプル６）
上記サンプル２との比較で、第１のディンプル１０ａおよび第２のディンプル１０ｂのうちいずれか一方（図例では第２のディンプル１０ｂ）だけをディンプル加工により形成し、粗化処理を行わないものを、サンプル６とした（図９参照）。

（サンプル７）
上記サンプル２との比較で、第１のディンプル１０ａと第２のディンプル１０ｂをディンプル加工により形成した後、粗化処理を行わないものを、サンプル７とした（図１０参照）。

（サンプル８）
上記サンプル２との比較で、ディンプル加工を行わず、めっきによって粗化処理を行ったものを、サンプル８とした。粗化処理では、リードフレームの表面をアルカリや酸で前処理した後、リードフレームの全面にめっきを施した。その際、まず、塩化ニッケルとほう酸からなるニッケルめっき浴を用いて、電流密度２Ａ/ｄｍ^２で２分間めっきを行うことにより、厚さが約１μｍの結晶核となるニッケルめっきをリードフレームの表面に形成した。次に、その上にスルファミン酸ニッケルめっき浴を用いて、電流密度２Ａ/ｄｍ^２で２分間めっきを行うことにより、厚さ約１μｍのニッケルめっき層をリードフレームの表面に形成した。

上記サンプル２との比較で、ディンプル加工を行わず、エッチングによって粗化処理を行ったものを、サンプル９とした。

次に、各々のサンプル１〜９を用いて、剪断剥離強度測定のための試験片を以下のとおり作製した。
まず、前処理として、ダイボンディング工程やワイヤボンディング工程での加熱を模擬するために、各サンプル１〜９を加熱した。具体的には、ダイボンディング工程の加熱条件にあわせて、たとえば酸化雰囲気中で１７０℃で２時間加熱し、さらにワイヤボンディング工程の加熱条件にあわせて、たとえば２５０℃で１分間加熱した。

次に、各々のサンプル１〜９の表面にそれぞれ樹脂をモールドした。その際、樹脂封止工程の加熱条件にあわせて、たとえば１８０℃で６時間加熱することにより、樹脂を硬化させた。これにより、平面視サイズが８ｍｍ×８ｍｍの大きさの金属板からなるリードフレーム部と、このリードフレーム部の表面に２ｍｍ×２ｍｍの大きさでモールドした樹脂部とを有する試験片を得た。

次に、サンプル１〜９に対応するそれぞれの試験片について、剪断剥離強度測定を実施した。
剪断剥離強度測定では、図１１に示すように、リードフレーム部２５ａと樹脂部２５ｂとを有する試験片２５をステージ２６上に載せた。その際、ステージ２６上に固定されているストッパー２７にリードフレーム部２５ａの一辺を突き当てた状態で、ステージ２６上に試験片２５を固定した。そして、この状態のもとで、矢印方向から樹脂部２５ｂに加圧具２８を押し当てて、リードフレーム部２５ａと樹脂部２５ｂとの接着面に剪断力を加え、両者を剥離させた。その際、リードフレーム部２５ａから樹脂部２５ｂが剥離したときの剥離荷重を、剪断剥離強度（単位：ＭＰａ）として測定した。その結果を、表１に示す。この表１においては、サンプル１を用いて作製した試験片を「試験片１」、サンプル２を用いて作製した試験片を「試験片２」とし、以下同様に表記している。また、樹脂硬化後、温度８５℃、湿度８５％、７２時間の条件で吸湿試験を行い、さらに温度２００℃、時間４０秒で半田耐熱試験を行ったものを上記同様に測定し、当該試験の前後で、剪断剥離強度がどの程度低下するかを評価した。この評価は、吸湿試験および半田耐熱試験後の剪断剥離強度の低下度合いに応じて、「○（良）」、「△「普通」」「×（不良）」の三段階で行った。

＜変形例等＞
本発明の技術的範囲は上述した実施の形態に限定されるものではなく、発明の構成要件やその組み合わせによって得られる特定の効果を導き出せる範囲において、種々の変更や改良を加えた形態も含む。

たとえば、上記実施形態においては、ディンプル１０の内周壁１２の各辺に１つずつ返し部１１を形成したが、これに限らず、各辺に複数個ずつ返し部１１を形成してもよい。

また、上記実施形態においては、ディンプル１０の内周壁１２の平面視形状を矩形状としたが、本発明はこれに限らず、たとえば矩形以外の多角形、あるいは円形など、種々の形状に変更が可能である。

また、上記実施形態においては、第１のディンプル１０ａの返し部１１ａと、第２のディンプル１０ｂの返し部１１ｂを、４５度異なる向きに形成したが、この角度については、たとえば、３０度、６０度など、任意に変更可能である。また、図示はしないが、返し部１１の向きが異なる３つ以上のディンプルを混在させて形成することも可能である。

また、上記実施形態においては、第１のディンプル１０ａと第２のディンプル１０ｂを千鳥状に配置したが、これ以外にも、たとえば図１２に示すように、Ｘ方向およびＹ方向で第１のディンプル１０ａと第２のディンプル１０ｂが隣り合うように格子状に配置してもよい。また、千鳥状に配置する場合は、上記図２および図４において、第１のディンプル１０ａと第２のディンプル１０ｂの位置を互いに入れ替えてもよい。

また本発明は、リードフレームへの適用に限らず、たとえば図１３に示すように、ヒートスプレッダ３１や、これを用いた半導体装置３０に適用してもよい。図示した半導体装置３０においては、ヒートスプレッダ３１の上面に半導体素子３２が搭載されている。また、半導体素子３２の周囲にはリード３３が配置されている。半導体素子３２とリード３３とは、ボンディングワイヤ３４によって電気的に接続されている。また、半導体素子３３は、封止樹脂３５によって封止されている。かかる構成の半導体装置３０に本発明を適用する場合は、ヒートスプレッダ３１の上面に上記同様に複数のディンプル１０を形成したり、ヒートスプレッダ３２全面を粗化面２１としたりすることにより、上記同様の効果が得られる。

＜本発明の好ましい態様＞
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
（付記１）
半導体素子が搭載される素子搭載部を有するリードフレームであって、
少なくとも前記素子搭載部に複数のディンプルが形成され、
前記複数のディンプルには、当該ディンプルの内周壁の一部を内方に突出させた返し部がそれぞれ形成され、
前記複数のディンプルは、前記返し部が形成された第１のディンプルと、当該第１のディンプルとは異なる向きで前記返し部が形成された第２の返し部と、を少なくとも含む
ことを特徴とするリードフレーム。
（付記２）
前記第１のディンプルに形成された返し部の向きと、前記第２のディンプルに形成された返し部の向きとが、４５度異なっている
ことを特徴とする付記１に記載のリードフレーム。
（付記３）
前記第１のディンプルと前記第２のディンプルとが千鳥状に配置されている
ことを特徴とする付記１または付記２に記載のリードフレーム。
（付記４）
前記素子搭載部は、互いに直交するＸ方向およびＹ方向のうち、Ｘ方向に平行な２つの辺部と、Ｙ方向に平行な２つの辺部とによって平面視矩形に形成され、
前記第１のディンプルには、前記Ｘ方向に平行な第１の仮想直線上と前記Ｙ方向に平行な第２の仮想直線上にそれぞれ前記返し部が形成され、
前記第２のディンプルには、前記Ｘ方向に対して一方向に４５度傾いた第３の仮想直線上と前記Ｘ方向に対して他方向に４５度傾いた第４の仮想直線上にそれぞれ前記返し部が形成されている
ことを特徴とする付記２に記載のリードフレーム。
（付記５）
前記素子搭載部を含むリードフレーム全面が、粗化処理された粗化面になっている
ことを特徴とする付記１〜４のいずれか１つに記載のリードフレーム。
（付記６）
前記粗化面の表面粗さは、算術平均粗さ（Ｒａ）で０．２５μｍ以上、最大高さ（Ｒｚ）で２．０μｍ以上である
ことを特徴とする付記５に記載のリードフレーム。
（付記７）
付記５または付記６に記載のリードフレームの製造方法であって、
半導体素子が搭載される素子搭載部に相当する部分にディンプル加工によって複数のディンプルを形成するディンプル加工工程と、
前記ディンプル加工工程の後、前記素子搭載部を含むリードフレーム全面に粗化処理を施す粗化処理工程と、
を備えることを特徴とするリードフレームの製造方法。
（付記８）
少なくとも素子搭載部に複数のディンプルが形成されたリードフレームと、
前記リードフレームの素子搭載部に搭載された半導体素子と、
前記半導体素子を封止する封止樹脂と、を備え、
前記複数のディンプルには、当該ディンプルの内周壁の一部を内方に突出させた返し部がそれぞれ形成され、
前記複数のディンプルは、前記返し部が形成された第１のディンプルと、当該第１のディンプルとは異なる向きで前記返し部が形成された第２の返し部と、を少なくとも含む
ことを特徴とする半導体装置。

１…半導体装置
２…リードフレーム
３…半導体素子
４…封止樹脂
５…リード
６…素子搭載部
７…ボンディングワイヤ
１０（１０ａ，１０ｂ）…ディンプル
１１（１１ａ，１１ｂ）…返し部
１２（１２ａ，１２ｂ）…内周壁

Claims (6)

1. 半導体素子が搭載される素子搭載部を有するリードフレームであって、
   少なくとも前記素子搭載部に複数のディンプルが形成され、
   前記複数のディンプルには、当該ディンプルの内周壁の一部を内方に突出させた返し部がそれぞれ形成され、
   前記複数のディンプルは、前記返し部が形成された第１のディンプルと、当該第１のディンプルとは異なる向きで前記返し部が形成された第２の返し部と、を少なくとも含む
   ことを特徴とするリードフレーム。
2. 前記第１のディンプルに形成された返し部の向きと、前記第２のディンプルに形成された返し部の向きとが、４５度異なっている
   ことを特徴とする請求項１に記載のリードフレーム。
3. 前記第１のディンプルと前記第２のディンプルとが千鳥状に配置されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のリードフレーム。
4. 前記素子搭載部を含むリードフレーム全面が、粗化処理された粗化面になっている
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のリードフレーム。
5. 請求項４に記載のリードフレームの製造方法であって、
   半導体素子が搭載される素子搭載部に相当する部分にディンプル加工によって複数のディンプルを形成するディンプル加工工程と、
   前記ディンプル加工工程の後、前記素子搭載部を含むリードフレーム全面に粗化処理を施す粗化処理工程と、
   を備えることを特徴とするリードフレームの製造方法。
6. 少なくとも素子搭載部に複数のディンプルが形成されたリードフレームと、
   前記リードフレームの素子搭載部に搭載された半導体素子と、
   前記半導体素子を封止する封止樹脂と、を備え、
   前記複数のディンプルには、当該ディンプルの内周壁の一部を内方に突出させた返し部がそれぞれ形成され、
   前記複数のディンプルは、前記返し部が形成された第１のディンプルと、当該第１のディンプルとは異なる向きで前記返し部が形成された第２の返し部と、を少なくとも含む
   ことを特徴とする半導体装置。

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