JP2017188604A - リードフレーム及び半導体装置、並びにそれらの製造方法 - Google Patents

リードフレーム及び半導体装置、並びにそれらの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、外部端子部の樹脂の密着性が良好でかつ生産性が高い、フリップチップ実装に適したリードフレーム及び半導体装置、並びにそれらの製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】半導体素子60を実装可能な半導体素子実装領域12を表面側に有するとともに、該半導体素子実装領域の周囲に設けられた凹部13を有する導電性基板10と、前記半導体素子実装領域に相当する導電性基板の表面の前記半導体素子の電極61が電気的に接続可能な所定位置24から前記凹部に向かって延在して設けられた第1のめっき層21と、該第1のめっき層と連続して設けられ、前記凹部の側面及び底面の一部の領域14を覆うように外側に向かって延在して設けられた第2のめっき層22と、を有する。【選択図】図1

Description

本発明は、リードフレーム及び半導体装置、並びにそれらの製造方法に関する。
近年、携帯電話に代表されるように、電子機器の小型化・軽量化が急速に進み、それら電子機器に用いられる半導体装置も小型化・軽量化・高機能化が要求されている。特に、半導体装置の厚みについて、薄型化が要求されている。かかる要求に応えるため、QFN(Quad Flat No-Lead)等の金属材料を加工したリードフレームを用いた半導体装置ではなく、リードフレームに用いられた導電性基板を最終的に除去して完成させる形態の半導体装置が開発されてきている。
具体的には、導電性を有する基板の一面側に、所定のパターニングを施したレジストマスクを形成する。レジストマスクから露出した基板に導電性金属をめっきし、半導体素子搭載用のダイパッド部と外部と接続するためのリード部とを形成し、そのレジストマスクを除去することでリードフレームを形成する。形成したリードフレームに半導体素子を搭載し、ワイヤーボンディングした後に樹脂封止を行い、導電性基板を除去してダイパッド部やリード部を露出させ、半導体装置を完成させる。また、導電性基板の一部に凹部を形成し、その部分に導電性金属をめっきする方法も提案されている(例えば、特許文献1、2参照)。
特開平10−116935号公報 特開2006−93575号公報
ところで、半導体素子とリード部を連結するには、一般的には金線を使用したワイヤーボンディング方式が採用されていた。しかしながら、近年のAu価格の高騰に起因して、金線を使用せず、半導体素子とリード部とを直接接続するフリップチップ方式の採用が増加してきている。かかるフリップチップ方式では、外部機器と接続する外部端子部と、半導体素子と接続する内部端子部の位置が異なっている。この理由は、外部端子部の配置は標準化され、指定のピッチで配置されるが、チップサイズはコストダウンのため集積化されて小さくなる傾向にあり、内部端子部は、フリップチップ方式ではほぼチップサイズの外周部近隣に配置されるからである。このため、特許文献1、2の半導体装置では、外部端子部と内部端子部をめっき層で連結する内部リード部を形成する旨の記載がある。例えば、特許文献1の図27や、特許文献2の図1がこれに該当する。
上述の外部端子部と内部端子部の位置が異なる半導体装置において、特許文献1の半導体装置では、外部端子部を樹脂の突起で形成し、その表面層をめっきしている。このため、めっき層と樹脂との密着性が弱く、めっきが剥がれる等の不具合が発生する場合があるという問題があった。
特許文献2においては、導電性基板の一部に凹部を形成し、この凹部に配線基板等で使用するビアフィリング液を使用した穴埋め電気銅めっきを施している。しかし、特許文献2に記載のめっき構成でビアフィルめっき方法を用いると、めっき時間が長くなり、生産性が著しく悪くなるという問題があった。
そこで、本発明は、外部端子部と樹脂の密着性が良好で、かつ生産性が高いリードフレーム及び半導体装置、並びにそれらの製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係るリードフレームは、半導体素子を実装可能な半導体素子実装領域を表面側に有するとともに、該半導体素子実装領域の周囲に設けられた凹部を有する導電性基板と、
前記半導体素子実装領域に相当する導電性基板の表面の前記半導体素子の電極が電気的に接続可能な所定位置から前記凹部に向かって延在して設けられた第1のめっき層と、
該第1のめっき層と連続して設けられ、前記凹部の側面及び底面の一部の領域を覆うように外側に向かって延在して設けられた第2のめっき層と、を有する。
本発明の他の態様に係る半導体装置は、第1の水平面上に延びて設けられためっき層からなる外部リード部と、
該外部リード部と連続して延びためっき層からなり、前記第1の水平面よりも高い第2の水平面上に段差を有して設けられた内部リード部と、
該内部リード部に電極が電気的に接続されるとともに、前記第2の水平面上に実装された半導体素子と、
該半導体素子、前記内部リード部及び前記外部リード部を上面から封止する第1の樹脂と、
前記内部リード部の裏面及び前記外部リード部の前記内部リード部側の側面を下面から封止する第2の樹脂と、を有する。
本発明の他の態様に係るリードフレームの製造方法は、半導体素子の電極が接続可能な内部リード部と、該内部リード部よりも外側に設けられて外部機器が接続可能な外部リード部とを有するリードフレームの製造方法であって、
導電性基板の前記外部リード部を形成しようとする第1の領域と、該第1の領域よりも外側の第2の領域とを包含する第3の領域に凹部を形成する工程と、
該凹部に第1のめっき層を充填する工程と、
前記第1の領域に充填された前記第1のめっき層を除去する工程と、
前記内部リード部を形成しようとする第4の領域と、前記凹部内の前記第1の領域に跨るように連続的に延びる第2のめっき層を形成する工程と、
前記第2の領域に充填された前記第1のめっき層を除去する工程と、を有する。
本発明の他の態様に係る半導体装置の製造方法は、前記リードフレームの製造方法により製造されたリードフレームに半導体素子を実装するとともに、該半導体素子の電極を前記内部リード部に接続する工程と、
前記リードフレームの前記半導体素子が実装された面上を第1の樹脂で封止する工程と、
前記第2のめっき層の底面が露出するように、前記導電性基板を除去する工程と、
前記第1の領域にある前記第2のめっき層の底面と同一平面を形成するように、前記導電性基板の除去により窪んだ領域に第2の樹脂を充填する工程と、を有する。
本発明によれば、外部端子部の樹脂の密着性不良等の品質不具合を減少させ、かつ、生産性を向上させることができる。
本発明の実施形態に係るリードフレームの一例を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る半導体装置の一例を示す断面図である。 本発明の実施形態に係るリードフレームの製造方法の一例の前半の一連の工程を示した図である。図3(a)は、導電性基板用意工程の一例を示した図である。図3(b)は、凹部エッチング用レジスト形成工程の一例を示した図である。図3(c)は、凹部エッチング工程の一例を示した図である。図3(d)は、予備めっき工程の一例を示した図である。図3(e)は、凹部エッチング用レジスト剥離工程の一例を示した図である。 本発明の実施形態に係るリードフレーム50の製造方法の一例の後半の一連の工程を示した図である。図4(a)は、リード部めっき用レジスト形成工程の一例を示した図である。図4(b)は、外部リード部エッチング工程の一例を示した図である。図4(c)は、リードめっき工程の一例を示した図である。図4(d)は、リード部めっき用レジスト剥離工程の一例を示した図である。図4(e)は、予備めっき層エッチング工程の一例を示した図である。 本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例の一連の工程を示した図である。図5(a)は、バンプ形成工程の一例を示した図である。図5(b)は、半導体素子実装工程の一例を示した図である。図5(c)は、第1の樹脂封止工程の一例を示した図である。図5(d)は、導電性基板除去工程の一例を示した図である。図5(e)は、第2の樹脂封止工程の一例を示した図である。図5(f)は、切断工程の一例を示した図である。
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。
[リードフレーム及び半導体装置]
図1は、本発明の実施形態に係るリードフレームの一例を示す断面図である。本実施形態に係るリードフレーム50は、導電性基板10と、その表面11上に設けられた半導体素子実装領域12と、リード部20とを有する。導電性基板10の表面11の一部には、凹部13が形成されている。リード部20は、内部リード部21と外部リード部22からなる。内部リード部21は、半導体素子実装領域12の周囲、又は半導体素子実装領域12内の周縁部から周囲に亘り配置される。また、外部リード部22は、外部機器と接続するためのリード部20であり、導電性基板10の凹部13内の一部に形成される。外部リード部22は、内部リード部21よりも外側に延び、かつ凹部13内に形成されるため、内部リード部21よりも下方に配置される。なお、内部リード部21及び外部リード部22は、連続するめっき層からなる。本実施形態に係るリードフレームでは、内部リード部21を構成するめっき層と、外部リード部22を構成するめっき層は、連続する単一あるいは複数のめっきからなる積層めっきから構成されるのが一般的ではあるが、めっき層として連続して電気的に接続されていれば、異なるめっき材料から構成されてもよい。但し、製造の容易性やコスト低減を考慮すれば、同一のめっき材料から構成される方が好ましい。
リードフレーム50は、パターンにより半導体素子実装領域12を確保した上で、半導体素子を搭載するダイパッド部を作製する態様や、ダイパッド部を作製しない態様もある。つまり、本実施形態において、ダイパッド部の有無は構成上必須ではなく、半導体素子を実装可能な半導体素子実装領域12が確保されていれば、ダイパッド部は設けられていても設けられていなくてもよい。但し、以下の説明においては、半導体素子実装領域にダイパッド部を設けない態様について説明する。なお、ダイパッド部が設けられる場合、ダイパッド部と内部リード部21は、同一のめっき層で構成されてもよい。この場合、材質及び構造的にはダイパッド部と内部リード部21とは同一のめっき層として構成され、配置箇所、形状及び大きさのみが相違点である。また、ダイパッド部は、必ずしも内部リード部21と同一のめっき層で構成されなくてもよい。また、ダイパッド部が設けられる場合には、フリップチップ方式ではなく、ワイヤーボンディング方式が採用される。
導電性基板10は、表面11上及び凹部13内にリード部20が形成される基板であり、電気めっきによりリード部20を形成することが可能なように、導電性を有する材料から構成される。使用する導電性基板10の材質は、導電性を有すれば特に限定はないが、一般的には金属材料が用いられ、例えば、CuまたはCu合金等あるいはSUS材が使用される。CuまたはCu合金にNiめっき等を被覆した材料でも良い。
導電性基板10は、半導体装置製造過程で、半導体素子等を樹脂封止後、除去され得る基板である。除去方法としては導電性基板10を溶解除去する方法と、引き剥がし除去等の方法がある。溶解除去では、選択除去が可能なCuまたはCu合金等が用いられる。引き剥がし除去法では、リード部21を構成するめっき層と導電性基板10との密着力が比較的弱いSUS材やCuまたはCu合金にNiめっき等被覆した材料が使用される。
リード部20は、通常、同一のめっき層として構成され、導電性基板10の片面(表面11)にめっき加工により形成される。リード部20の内、外部リード部22は、導電性基板10に凹部(窪み)13を作製し、電気めっきにより凹部13の一部にめっき金属で形成されためっき層である。内部リード部20は、電気めっきにより導電性基板10の表面11上の一部に形成されためっき層である。
次に、図2を用いて、本発明の実施形態に係るリードフレームを用いた半導体装置の一例について説明する。図2は、本発明の実施形態に係る半導体装置の一例を示す断面図である。
図2に示すように、本発明の実施形態に係る半導体装置100においては、半導体素子60が、半導体素子60の電極61と内部リード部21とが、フリップチップ方式によりバンプ70等を介して接続されている。また、半導体素子60、バンプ70等の接続部、及びリード部20の外側の面を含めて全体が第1の封止樹脂81により樹脂封止されている。また、リード部20は、外部リード22の底面を除き、内側の面が第2の封止樹脂82で樹脂封止されている。外部リード部22の底面は、第2の封止樹脂82から露出し、外部機器とはんだ接合するための外部端子部23となる。
このように、内部リード部21は、フリップチップ方式にて半導体素子60が直接搭載される場合には、半導体素子実装領域12内の外周側端部領域(周縁部)まで到達するように設けられる。
なお、本発明の実施形態に係る半導体装置100は、ワイヤーボンディング方式による電極61と内部リード部21との接続も可能である。この場合には、第2の封止樹脂82の大きさを大きくし、内部リード部21を半導体素子実装領域12よりも外側に設け、第2の封止樹脂82上に実装された半導体素子60の電極61と内部リード部21とをボンディングワイヤー(図示せず)を介して接続する構成とすればよい。但し、以下の実施形態においては、フリップチップ方式を採用した例について説明する。
フリップチップ方式にて半導体素子60を内部リード部21上に実装する場合、内部リード部21の表面は、ワイヤーボンディングによる接続に用いられる場合よりも平坦であること(各内部リード部21間の厚さのばらつきを小さくすること)が要求される。よって、内部リード部21の表面は、フリップチップ方式で半導体素子60を実装可能な平坦度を有することが好ましい。一方、ワイヤーボンィング方式で半導体素子60の内部リード部21への電気的接続が行われる場合には、内部リード部21の表面の平坦度は大きな問題とはならず、上述のように、内部リード部21は、半導体素子実装領域12外の周囲に設けられていれば十分である。
外部リード部22の底面は、フリップチップ方式の場合も、ワイヤーボンディング方式の場合も、外部機器と接続される外部端子部23として機能する。よって、外部リード部22を形成する間隔は、ある程度標準規格で定まっている。一方で、半導体素子60の製作においては、サイズの制限は特に無く、小さければ小さいほど1枚のウエハ当たりの生産性は高いので、小型化が進んでいる。よって、半導体素子60の電極61と、外部リード部22との間には距離差が生じる場合が多く、この距離差を、延在して設けられる内部リード部21で接続することにより解消する。本発明の実施形態に係るリードフレーム50及び半導体装置100では、内部リード部21及び外部リード部22のめっき層を同時に一体で形成し、特に内部リード部21を平坦面上に形成されるめっき層とすることにより、フリップチップ方式に要求される平坦度を十分に満たすことができる。
また、図2に示す半導体装置100には、図1で存在していた導電性基板10は存在しない。導電性基板10は、第1の封止樹脂81により樹脂封止が行われた後、除去されている。つまり、図1で示したリードフレーム50の内部リード部21と半導体素子60の電極61とがフリップチップ実装によりバンプ70を介して接続された後、リードフレーム50上で第1の封止樹脂81により樹脂封止が行われる。樹脂封止の後、導電性基板10が除去される。その後、内部リード部21の下面を第2の封止樹脂82で封止することによりリード部20の剥がれを防止できる。
次に、本発明の実施形態に係るリードフレーム50及び半導体装置100の特徴について説明する。図1に示されるように、本発明の実施形態に係るリードフレーム50の特徴は、導電性基板10の表面11の所定位置から凹部13の一部に、連続的に一体でめっき層を形成することによりリード部20を構成することにある。リードフレーム50がかかる構成を有することにより、図2に示されるように、半導体装置100を作製するため、導電性基板10を除去した際に、外部リード部22の底面の外部端子部23と第1の封止樹脂81との面を同一面に構成することができ、外部端子部23への第1の封止樹脂81の樹脂被り不具合を確実に防止することができる。即ち、図1に示した状態で凹部13内に第1の封止樹脂81を充填すれば、凹部13の底面と外部リード部22の底面が同一平面上にあることから、第1の封止樹脂81は当然に外部リード部22の底面まで飛散すること無く外部リード部22の底面と同一面を形成する。そうすると、図2に示すように、外部端子部23に樹脂被り不具合を発生させること無く半導体装置100を構成することができる。
また、最後に第2の封止樹脂82を充填する際にも、外部端子部23と第1の封止樹脂81の底面が同一平面を構成しているため、第2の封止樹脂82の充填が容易であり、やはり外部端子部23への樹脂被りを容易に抑制することができる。即ち、底面に外部端子部の凸部があると、金型の形状も複雑化するため、樹脂の充填も複雑になり、外部端子部23への樹脂被り不具合が発生する可能性が高くなってしまうが、底面が平坦面であると、金型の作製も容易であり、樹脂封止も当然に容易となるので、樹脂モールドが必要な箇所にのみ十分な樹脂を供給でき、モールド成型の精度を高めることができる。
このように、本発明の実施形態に係る半導体装置100は、底面が平坦面をなしてコンパクトに構成され、かつ外部端子部23の樹脂被りが防止されているので、小型化かつ高品質の要請に沿うものである。本実施形態に係るリードフレーム50及び半導体装置100の特徴は、その製造方法も密接に関連しているので、以下、製造方法にも言及しながらその構成及び機能をより詳細に説明する。
図3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一例の前半の一連の工程を示した図である。図4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一例の後半の一連の工程を示した図である。以下、これらの図も適宜参照しながら本実施形態に係るリードフレーム50及び半導体装置100の特徴について更に説明する。
図3(a)に示されるように、リード部20は、導電性基板10に凹部13を作製し、その後、図3(d)に示されるように、凹部13の外側の領域を埋める予備めっき層30を形成すべく、予備めっきを行う。そして、図4(b)に示されるように、予備めっき層30は、その後、外部リード部22が形成される領域14の予備めっき層30を選択エッチングして、凹部13内の導電性基板10の表面を露出させる。その後、図4(c)に示されるように、内部リード部21が形成される導電性基板10の表面11と外部リード部22が形成される凹部13の予備めっき層30から露出した導電性基板10の表面の領域14にめっき層を連続的に一体で形成する。その後、図4(e)に示されるように、予備めっき層30を選択エッチングすることで、凹部13の一部に外部リード部22を形成する。これにより、導電性基板10の表面にリード部20を一体で形成することができる。
以下、詳細に説明する。
まず、図3(c)に示されるように、導電性基板10に凹部13を形成する。凹部13は、内部リード部21の下面を除き、外部リード部22を含む範囲である。かつ、少なくとも半導体装置100として樹脂封止する範囲とする。凹部13の底面は、樹脂封止後、半導体装置100の底面となる。このため、外部リード部22の周辺部は、外部リード部22の底面と同一平面となるように、少なくとも半導体装置100の完成時の大きさの範囲に凹部13を形成する。一般的には、内部リード部21の下面を含む半導体素子実装領域12の部分の導電性基板10の表面11が残り、半導体素子実装領域12の外側は、全体が凹部13になるように構成される。1枚のリードフレーム50に複数の半導体素装置100を搭載する場合、隣接する半導体装置100に枠部として残しても良いし、枠部をなくしてリードフレーム50の外枠部のみとしてもよい。搭載密度が高い場合は、リードフレーム50の強度が弱くなるため、半導体装置100毎に枠部を設けた方がよい。
凹部13の深さは、0.02mm〜0.10mmの範囲であることが好ましい。0.02mm以下だと第2の樹脂封止82の厚さが確保されず、未充填や割れ・欠けを生ずる恐れがある。0.10mm以上だと、図3(d)の予備めっき層30を形成する工程において、予備めっき層30が凹部13の全域を埋める時に、めっきのエッジ効果により導電性基板10の表面11より凸状に予備めっき層30が突出てしまう現象を生じ易くなる。例えば、このような上限と下限を満足する領域で、凹部13の深さを設定することが好ましい。凹部13の深さは、より好ましくは、0.03mm〜0.05mmの範囲である。
次に、図3(d)に示されるように、凹部13に予備めっきを行う。この予備めっきは、その後、予備めっき層30のみ選択エッチングすることを前提としている。このため、予備めっき層30のめっき金属は、導電性基板10とは異なる種類の金属を使用する。例えば、導電性基板10がCu合金の場合は、Niめっき、SUS材の場合はCuめっきを行う。
予備めっき層30の厚さは、凹部13の全体を埋める程度に行う。この時、めっきのエッジ効果により、凹部13の周辺部が凹部13の中央部より予備めっき層30が厚くなり、かつめっき厚さがばらつく原因ともなる。しかし、予備めっき層30は、内部リード部21等を形成するめっき層ではないため、レジスト膜等が形成できる程度のばらつきであれば支障はない。めっき厚さのばらつきは、±5μmの範囲内であることが好ましい。凹部13の深さを0.03mm〜0.05mmの範囲で構成すれば、めっき厚のばらつきも小さく抑えることができる。
その後、図4(a)に示されるように、リード部用レジストマスク45を形成し、外部リード部22を形成しようとする領域14の予備めっき層30を選択エッチングして除去する。これにより、外部リード部22を形成する領域14に凹部13の底面の導電性基板10の表面が露出する。なお、内部リード部21と外部リード部22は、一体で連続的にめっき加工されるため、内部リード部21と外部リード部22は、凹部13の側面の導電性基板10の表面が露出した面にて連結されるように配置する。
次に、リード部用レジストマスク45の開口部44から露出した導電性基板10の表面部分に、リード部20となるめっき層を形成する(以下、「リード部めっき層20」と呼んでもよいこととする)。リード部めっき層20の最表面めっき層は、主めっき層を形成後、予備めっき層30を選択エッチングするため、この時に溶解しないめっき層を主めっき層として選択する。リード部めっき層20の内部のめっき材料の構成については、特に限定しない。また、内部リード部21の上面が、半導体素子60との接続部となるため、接続性の良いめっき層であることが好ましい。外部リード部22の下面は、外部機器とはんだ合金等と接続される外部端子部23となるため、はんだ濡れ性の良好な金属がよい。また、めっき厚さは、特に制限はない。例えば、リード部めっき層20は、導電性基板10の表面11から、Auめっき0.003μm〜0.1μm、第1のPdめっき0.01μm〜0.2μm、Niめっき5.0μm〜40.0μm、第2のPdめっき0.01μm〜0.2μm、Auめっき0.003μm〜0.1μmの順で行う積層めっきでもよい。但し、リード部20と封止樹脂81、82との密着性や強度を考慮し、リード部めっき層20の中間層は、比較的強度のあるNiめっき層を配置し、めっき厚さを5.0μm〜40.0μmとするめっきを行うことが好ましい。リード部めっき層20は、予備めっき層30と異なり、凹部13の全体を埋める必要がないため、めっき厚さを薄くすることができ、かつ、めっきによるエッジ効果も抑えることができる。よって、内部端子部(内部リード部21)のめっきの厚さのバラツキを抑えることができる。よって、フリップチップ実装には好適である。
なお、導電性基板10に凹部13を作製し、リード部20をめっきにより一体形成することは、上述の特許文献2にも記載されている。即ち、特許文献2では、凹部にビアフィリング液を使用した穴埋め電気銅めっきを施している。このめっき液は、めっき電流が凹部底面に集中して凹部のめっきが厚くなり穴埋めを行うとこができる。但し、凹部と導電性基板上の内部リード部とを同時にめっきを行うため凹部と内部リード部の先端部にはめっき厚さに差が生じ、凹部が高くなる傾向にある。また、ビアフィリング液を使用した穴埋めめっきのため、凹部でない内部リード部のめっき厚さを個々に制御することは難しく、ばらつきが生じやすい。このため、平坦性を確保すること(内部リード部のめっき厚さのばらつきを抑えること)が難しい。特にフリップチップ方式の接続方法では、一般的に一つの半導体装置内のめっき厚の差を少なくとも3μm以下、好ましくは2μm以下に抑える必要があり、特許文献2に記載の半導体装置の製造方法では非常に難しい。また、ビアフィリング液を使用した穴埋めめっきの生産性は非常に悪く、一回のめっき時間は4時間であり量産には向かないことが解る。
これに対し、本発明の実施形態に係るリードフレーム50及び半導体装置100では、上述のように、リード部20のめっき層は、凹部13の全体を穴埋めせず、任意のめっき厚さに設定でき、かつ電気めっきで行うことにより、内部リード部21のめっき厚さのばらつきが少ないめっき層を形成することができる。
図4(e)に示されるように、その後、凹部13に残った予備めっき層30を除去することで本発明の実施形態に係るリードフレーム50を完成する。また、その後、半導体素子60を搭載し、第1の封止樹脂81で半導体素子60が搭載された面を樹脂封止し、導電性基板10を除去する。図5(d)に示すように半導体装置100の底面は、導電性基板10の凹部13を作製した所以外、内部リード部21の下面を含む半導体素子実装領域相当が第1の封止樹脂部81の底面から窪んだ形状になる。本発明の実施形態に係る半導体装置100では、この部分に第2の樹脂封止を行う。これは、内部リード部21の下面が露出したままだと、外部機器等と接触の可能性があるためである。このため、モールド金型等を使用して樹脂封止することも可能であるが、ポッティング装置等を使用し、内部リード部21の裏面等を含む封止樹脂部81の底面から窪んだ形状部に第2の封止樹脂82を被覆することでも良い。モールド金型が必要とせず安価に量産することが可能である。また、外部リード部22は、導電性基板10がある状態で第1の封止樹脂81により封止されるため、外部リード部22の底面を封止樹脂で覆われることはなく、樹脂被りの不具合を防止することもできる。
また、上述の特許文献1に記載されているように、予備めっきを行わず外部リード部22のみに凹部13を作製し、そこにリード部めっき層20を形成することもできる。しかし、特許文献1では、第2の封止樹脂82の記載はなく、内部リード部21の下面は絶縁膜で覆っている。この場合、外部機器等と接触する危険性はないが、絶縁膜は厚さが薄く樹脂突起よりリード部めっき層が剥がれるリスクが高い。また、仮に、特許文献の1の状態で第2の封止樹脂82を半導体装置100の下側に追加しても、外部リード部22は個別に突出した形状であり、ポッティング装置による方法ではリード部の樹脂被り不具合が発生する可能性が大きく、この方法の採用は難しい。モールド金型を使用した樹脂封止も、凹部13の高さが低く、高度な封止技術が必要となる。本発明では、予備めっきを行うことで、第2の樹脂封止82にポッティング装置を使用する方法で、安価にかつ外部リード部22の底面への樹脂被り不具合を防止することができる。
このように、本実施形態に係るリードフレーム50及び半導体装置100は、特許文献1、2に記載された発明と比較して、樹脂被り不具合を確実に防止できるとともに、製造が非常に簡素化されて容易になるという有利で優れた作用効果を奏する構成となっていることが分かる。
[リードフレームの製造方法]
次に、図3及び図4を再度用いて、リードフレームの製造方法を、最初から最後まで全体的に説明する。
図3は、本発明の実施形態に係るリードフレーム50の製造方法の一例の前半の一連の工程を示した図である。
図3(a)は、導電性基板用意工程の一例を示した図である。図3(a)に示されるように、本発明の実施形態に係るリードフレームを製造するに当たり、まずは導電性基板10を用意する。使用する導電性基板10の材質は、導電性が得られるものであれば特に限定はないが、一般的にCu合金又はCuあるいはSUS材が使用される。
図3(b)は、凹部エッチング用レジスト形成工程の一例を示した図である。凹部エッチング用レジスト形成工程では、詳細には、レジスト被覆、露光、現像を行い、エッチング用レジストマスク42を形成する。まず、導電性基板10の表・裏面全体を、レジスト40で被う。使用するレジスト40としては、ドライフィルムレジストのラミネート、又は液状レジストの塗布及び乾燥によるレジスト層の被覆等、従来からの公知の方法を用いて行うことができる。次に、露光では、前のレジスト被覆工程で導電性基板10の表・裏面にレジスト40を被覆した後、そのレジスト40上に、表面11側では凹部13を形成する位置に所望のパターンを形成したマスク(紫外光遮蔽ガラスマスク)を被せる。また、裏面16側では、全面を覆うパターンが形成されたマスク(紫外光遮蔽ガラスマスク)を被せる。そして、表裏両面について露光を行う。
現像では、マスクを除去してレジスト40を現像することにより、未硬化部分を除去して開口部41を形成し、導電性基板10の表面を露出させる。これにより、硬化して残留したレジスト40と開口部41からなるエッチング用レジストマスク42が形成される。
図3(c)は、凹部エッチング工程の一例を示した図である。図3(c)に示されるように、凹部エッチング工程では、形成したレジストマスクをエッチング用レジストマスク42として、導電性基板10の表面11よりエッチング加工を行い、凹部13を形成する。凹部13の深さは0.02mm〜0.10mmの範囲である。より好ましくは、0.03mm〜0.05mmの範囲である。
図3(d)は、予備めっき工程の一例を示した図である。予備めっき工程では、図3(c)で形成したエッチング用レジストマスク42をそのまま使用し、図3(c)で形成した凹部13に、予備めっき層30を形成する。予備めっき層30は、後に選択エッチングにより部分的に除去する必要があるため導電性基板10と性質の異なるめっき材料で形成することが好ましい。例えば、導電性基板10がCu合金の場合はNiめっき、SUS材の場合はCuめっきを行う。
図3(e)は、凹部エッチング用レジスト剥離工程の一例を示した図である。凹部エッチング用レジスト剥離工程では、硬化しているレジスト40を剥離する。これにより、導電性基板10の凹部13の内部全体を埋めた状態の予備めっき層31が形成される。
図4は、本発明の実施形態に係るリードフレーム50の製造方法の一例の後半の一連の工程を示した図である。
図4(a)は、リード部めっき用レジスト形成工程の一例を示した図である。リード部めっき用レジスト形成工程では、詳細には、レジスト被覆、露光、現像を行い、リード部めっき用レジストマスク45を形成する。導電性基板10の凹部13に予備めっき層30で埋められた部分を含む導電性基板10の表面11と、導電性基板10の裏面16を、レジスト43で被う。使用するレジスト43としては、ドライフィルムレジストのラミネート、又は液状レジストの塗布及び乾燥によるレジスト層の被覆等、従来からの公知の方法を用いて行うことができる。次に露光では、前のレジスト被覆で導電性基板10の表・裏面にレジスト43を被覆した後、表面11には、リード部20となる位置に所望のパターンが形成されたマスク(紫外光遮蔽ガラスマスク)、裏面16には全面を覆うパターンが形成されたマスク(紫外光遮蔽ガラスマスク)を被せ、露光を行う。
現像では、マスクを除去してレジスト43を現像することにより、リード部20となる、内部リード部21と外部リード部22を形成する部分の未硬化部を除去して開口部44を形成し、導電性基板10の表面11と、予備めっき層30の内側の一部の表面を露出させる。これにより、硬化して残留したレジスト43と開口部44からなるリード部めっき用マスク45が形成される。
図4(b)は、外部リード部エッチング工程の一例を示した図である。外部リード部エッチング工程では、図4(b)に示されるように、形成したレジストマスクをリード部エッチング用レジストマスク45として、凹部13内部の予備めっき層30のみを選択的にエッチングし、外部リード部22となる領域14に形成した所望のパターンに、導電性基板10を露出させる。
図4(c)は、リードめっき工程の一例を示した図である。リード部めっき工程では、図4(a)で形成したリード部めっき用レジストマスク45を使用し、図4(b)で予備めっき層30を選択的にエッチングすることで露出した凹部13の表面の領域14上と、開口部44から露出した導電性基板10の表面11の平坦面上とが連続した領域に、内部リード部20を構成するリード部めっき層を形成する。かかるリード部めっき層20は、導電性基板10が露出した領域に一体的かつ連続的に形成される。導電性基板10の平坦面を有する表面11から、凹部13の側面及び底面を連続的に覆うように延在して形成される。リード部めっき層20は、内部リード部21の上面が半導体素子との接続部となるため接続性の良いめっき材料が用いられることが好ましい。外部リード部22の下面は、外部機器とはんだ合金等と接続される外部端子部23となるため、はんだ濡れ性の良好な金属がよい。また、めっき厚さは、特に制限はない。例えば、導電性基板10の表面11から、Auめっき0.003μm〜0.1μm、Pdめっき0.01μm〜0.2μm、Niめっき5.0μm〜40.0μm、Pdめっき0.01μm〜0.2μm、Auめっき0.003μm〜0.1μmの順で積層してめっきを行ってもよい。
図4(d)は、リード部めっき用レジスト剥離工程の一例を示した図である。リード部めっき用レジスト剥離工程では、硬化しているレジスト43を剥離する。
図4(e)は、予備めっき層エッチング工程の一例を示した図である。予備めっき層エッチング工程では、図4(e)に示されるように、凹部13内部の予備めっき層30のみを選択的にエッチングして除去し、導電性基板10上にリード部20のみを形成したリードフレーム50を得る。なお、必要に応じ、所定の寸法に切断しシート状にしても良い。
このように、上述の各工程を順に経ることにより、本発明の実施形態に係るリードフレーム50が作製される。
[半導体装置の製造方法]
次に、図5を用いて、上述の製造方法によって作製されたリードフレーム50を用いて半導体装置100を製造する半導体装置の製造方法の一例について説明する。なお、図5では、半導体素子60と内部リード部20の接続方法がフリップチップ方式である例を挙げて説明する。但し、この例は一例であり、半導体素子60と内部リード部20との接続方法は、公知のワイヤーボンディング方式でも可能であることは言うまでも無い。
図5は、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例の一連の工程を示した図である。
図5(a)は、バンプ形成工程の一例を示した図である。バンプ形成工程においては、リードフレーム50の内部リード部21のボンディング領域24に、半導体素子60と接続するためのバンプ70を形成する。なお、フリップチップ方式の場合、半導体素子実装領域12と内部リード部21のボンディング領域24は重複し、半導体素子実装領域12の外周端領域に内部リード部21のボンディング領域24が設けられる。
図5(b)は、半導体素子実装工程の一例を示した図である。半導体素子実装工程では、半導体素子60の電極61が、図5(a)で形成されたバンプ70と接続され、内部リード部21の上側に半導体素子60が搭載されるとともに、電極61と内部リード部21とが電気的にも接続される。
図5(c)は、第1の樹脂封止工程の一例を示した図である。第1の樹脂封止工程では、半導体素子60を搭載したリードフレーム50の表面全体を、第1の封止樹脂81により封止する。
図5(d)は、導電性基板除去工程の一例を示した図である。導電性基板除去工程では、第1の封止樹脂81による樹脂封止部分から、導電性基板10を除去する。導電性基板10の除去は、溶解液を用いて導電性基板10を溶解除去する。あるいは、導電性基板10を引き剥がし除去でもよい。その際、内部リード部21と外部リード部22とが段差構造を有するため、第1の封止樹脂81とリード部20との密着性を向上させることができる。なお、導電性基板10を除去した際、第1の封止樹脂81の端部には、導電性基板10の表面11と凹部13との段差の部分に段差部83が形成される。
図5(e)は、第2の樹脂封止工程の一例を示した図である。第2の樹脂封止工程では、図5(d)で導電性基板10が除去され、内部リード部21の下面及び内側の側面を第2の封止樹脂82により封止する。これにより、第2の封止樹脂82から外部リード部22の底面が露出した半導体装置100が得られる。
図5(f)は、切断工程の一例を示した図である。最後に、図5(f)に示すように、所定の半導体装置100の寸法になるように切断し、半導体装置100完成させる。その際、第1の封止樹脂81の段差部83も切り落とされて除去されることになる。
なお、第1の樹脂封止後、図5(d)の導電性基板10を除去する工程において、溶解除去法を用いる場合、内部リード部21の下面及び内側側面の半導体素子実装領域12に相当する導電性基板10は、凹部13の深さ分、溶解除去する厚さが厚くなる。そこで、それに相当する分を、導電性基板10の裏面16に、裏面凹部(図示せず)として作製しても良い。
裏面凹部の作製方法は、図3(b)の凹部エッチングレジスト用マスク形成工程で裏面側に裏面凹部を作製するように裏面のレジスト40に開口部を設け、図3(c)の凹部エッチング工程において裏面凹部を作製する。そして、図3(d)の予備めっき工程において予備めっき層30を裏面凹部にも形成する。そして、図4(e)の予備めっき層エッチング工程において、裏面凹部に形成した予備めっき層30を選択エッチングして、予備めっき層30を除去する。上記の一連の処理を行うことで、内部リード部21の下面等の半導体素子実装領域12に相当する導電性基板10の下面に凹部を形成することができる。これにより、導電性基板を除去する時、ほぼ同時に導電性基板10を除去することができる。
[実施例1]
本発明の実施形態に係るリードフレームの製造方法を実施した実施例について説明する。
まず、導電性基板を用意する。古河電工製EFTEC64T板厚0.125mmのCu合金を準備した。次に、旭化成製AQ2558ドライフィルムレジストを基板両面にラミネートした。次に、露光、現像を行い、凹部エッチング用レジストマスクを形成した。露光はエッチングパターンを形成したガラスマスクをドライフィルム上にセットし紫外線で感光させてパターンを露光した。次に未露光部を現像にて除去した。これにより表面は外部リード部となる位置が開口部となる所望のパターン、裏面は全面を覆うパターンが形成されたレジストマスクが形成された。
次に、形成したレジストマスクを凹部エッチング用レジストマスクとして、導電性基板の表面よりエッチング加工を行い、凹部を形成した。凹部の深さは0.04mmとした。
次に、形成したエッチング用レジストマスクをそのまま使用し、形成した凹部に、予備めっき層を形成した。予備めっき層は、Niめっきを0.04mm形成した。
次に、凹部エッチング用レジスト剥離工程でエッチング用レジストマスクを剥離し除去した。これにより、導電性基板の凹部を予備めっきで埋めた状態の導電性基板が出来た。
次に、リードめっき用レジストマスクを形成した。まず、導電性基板の凹部に予備めっき層で埋められた表面と、導電性基板の裏面を、レジストで被った。使用するレジストは凹部エッチング用レジストマスクと同じとした。表面には、半導体素子と接続できるような内部リード部と、予備めっき層と一部が重複し外部リード部となる位置に所望のパターンが形成されたガラスマスク、裏面には全面を覆うパターンが形成されたガラスマスクで露光を行った。現像では、未露光部を現像することにより、内部リード部と予備めっき層と重複させた外部リード部を形成する部分を除去して開口部を形成し、導電性基板の表面と、予備めっき層の一部の表面を露出させる。これにより、硬化して残留したレジストと開口部からなるリードめっき用マスクが形成された。
次に、形成したリードめっき用レジストマスクを外部リードエッチング用レジストマスクとして、凹部内部の予備めっき層のみを選択的にエッチングし、外部リード部となる位置に形成した所望のパターンに、導電性基板を露出させた。
次に、先に形成したリードめっき用レジストマスクを使用し、予備めっき層を選択的にエッチングすることで露出した導電性基板の凹部表面と、内部リード部で構成するリード部めっき層を形成した。リード部めっき層は、Niめっき10.0μm、Pdめっき0.05μm、Auめっき0.005μmの順でめっきした。
次に、硬化しているリードめっき用レジストマスクを剥離し除去した。
次に、予備めっきエッチング工程で、露出している予備めっき層であるNiめっきを除去した。
次に、所定の寸法に切断しシート状にした。ここまででリードフレームが完成した。
次に、上述により完成したリードフレームを使用し、内部リード部にバンプを形成し、半導体素子の電極部とバンプをフリップチップ接続した。その後、第1の封止樹脂で半導体素子が搭載された面を樹脂封止し、その後、導電性基板を溶解除去した。この時、半導体装置の底面は、導電性基板の凹部を作製した所以外、内部リード部の下面を含む半導体素子搭載領域相当が第1の封止樹脂部底面より窪んだ形状になり、この部分に第2の樹脂封止をポッティング装置により行った。最後に、予定の寸法になるように切断し、半導体装置を完成させた。
[実施例2]
実施例2では、実施例1において、凹部の深さを0.02mm、予備めっき層のめっき厚さを0.02mm、リードめっき層のNiめっきの厚さを0.01mmとした。その他は、実施例1と同じとした。
[実施例3]
実施例3では、実施例1において、凹部の深さを0.1mm、予備めっき層のめっき厚さを0.1mm、リードめっき層のNiめっきの厚さを0.02mmとした。その他は、実施例1と同じとした。
[実施例4]
実施例4では、実施例1において、導電性基板を除去し易くする為に導電性基板の裏面側に凹み形状を有する構造とした。詳細には、凹部エッチング用レジスト形成工程で裏面側に内部リード部下面等の半導体素子搭載領域に相当する部分に裏面凹部を作製するようにレジストマスクに開口部を設けた。凹部エッチング工程で裏面凹部を作製した。凹部のエッチング深さは、0.04mmとした。予備めっき工程では、予備めっき層を裏面凹部にも形成した。予備めっき除去工程で、裏面凹部に形成した予備めっき部を選択エッチングして、予備めっきを除去した。上記を行うことで、内部リード部下面等の半導体素子搭載領域に相当する導電性基板の下面に凹部を形成した。その他は、実施例1と同じとした。
上述の実施例1乃至実施例4において、フリップチップ実装を行い、半導体装置を完成することができた。めっき層の剥がれや外部端子部への樹脂被り不具合等も無く、良好な半導体装置を得ることができた。
以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施形態及び実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態及び実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
10 導電性基板
11 表面
12 半導体素子実装領域
13 凹部
20 リード部(リード部めっき層)
21 内部リード部
22 外部リード部
23 外部端子部
24 ボンディング部
30 予備めっき層
50 リードフレーム
60 半導体素子
61 電極
70 バンプ
81、82 封止樹脂
83 段差部
100 半導体装置

Claims (16)

  1. 半導体素子を実装可能な半導体素子実装領域を表面側に有するとともに、該半導体素子実装領域の周囲に設けられた凹部を有する導電性基板と、
    前記半導体素子実装領域に相当する導電性基板の表面の前記半導体素子の電極が電気的に接続可能な所定位置から前記凹部に向かって延在して設けられた第1のめっき層と、
    該第1のめっき層と連続して設けられ、前記凹部の側面及び底面の一部の領域を覆うように外側に向かって延在して設けられた第2のめっき層と、を有するリードフレーム。
  2. 前記第2のめっき層は、前記凹部の前記半導体素子実装領域側と反対側の側面には到達しない請求項1に記載のリードフレーム。
  3. 前記所定位置は、前記半導体素子をフリップチップ接続可能な前記半導体素子実装領域内の位置である請求項1又は2に記載のリードフレーム。
  4. 前記第2のめっき層の底面は、前記導電性基板を除去したときに外部端子部として機能する請求項1乃至3のいずれか一項に記載のリードフレーム。
  5. 連続する前記第1のめっき層と前記第2のめっき層の組は、放射状に複数設けられた請求項1乃至4のいずれか一項に記載のリードフレーム。
  6. 第1の水平面上に延びて設けられためっき層からなる外部リード部と、
    該外部リード部と連続して延びためっき層からなり、前記第1の水平面よりも高い第2の水平面上に段差を有して設けられた内部リード部と、
    該内部リード部に電極が電気的に接続されるとともに、前記第2の水平面上に実装された半導体素子と、
    該半導体素子、前記内部リード部及び前記外部リード部を上面から封止する第1の樹脂と、
    前記内部リード部の裏面及び前記外部リード部の前記内部リード部側の側面を下面から封止する第2の樹脂と、を有する半導体装置。
  7. 前記第2の樹脂は、下面が前記第1の水平面と同一面となるように設けられた請求項6に記載の半導体装置。
  8. 前記半導体素子は、前記内部リード部に前記電極がフリップチップ接続されている請求項6又は7に記載の半導体装置。
  9. 前記内部リード部及び前記外部リード部を構成する前記めっき層は、放射状に複数個延びて設けられた請求項6乃至8のいずれか一項に記載の半導体装置。
  10. 前記第1の樹脂と前記第2の樹脂は、同一の樹脂からなる請求項6乃至9のいずれか一項に記載された半導体装置。
  11. 半導体素子の電極が接続可能な内部リード部と、該内部リード部よりも外側に設けられて外部機器が接続可能な外部リード部とを有するリードフレームの製造方法であって、
    導電性基板の前記外部リード部を形成しようとする第1の領域と、該第1の領域よりも外側の第2の領域とを包含する第3の領域に凹部を形成する工程と、
    該凹部に第1のめっき層を充填する工程と、
    前記第1の領域に充填された前記第1のめっき層を除去する工程と、
    前記内部リード部を形成しようとする第4の領域と、前記凹部内の前記第1の領域に跨るように連続的に延びる第2のめっき層を形成する工程と、
    前記第2の領域に充填された前記第1のめっき層を除去する工程と、を有するリードフレームの製造方法。
  12. 前記第1のめっき層と前記第2のめっき層の最表層は、異なるめっき材料からなるめっき層である請求項11に記載のリードフレームの製造方法。
  13. 前記第2の領域に充填された前記第1のめっき層を除去する工程は、前記第1のめっき層のみをエッチングし、前記第2のめっき層をエッチングしないエッチング液を用いて行われる請求項12に記載のリードフレームの製造方法。
  14. 前記第4の領域は、半導体素子とフリップチップ接続が可能な位置に設定される請求項11乃至13のいずれか一項に記載のリードフレームの製造方法。
  15. 請求項11乃至14のいずれか一項に記載のリードフレームの製造方法により製造されたリードフレームに半導体素子を実装するとともに、該半導体素子の電極を前記内部リード部に接続する工程と、
    前記リードフレームの前記半導体素子が実装された面上を第1の樹脂で封止する工程と、
    前記第2のめっき層の底面が露出するように、前記導電性基板を除去する工程と、
    前記第1の領域にある前記第2のめっき層の底面と同一平面を形成するように、前記導電性基板の除去により窪んだ領域に第2の樹脂を充填する工程と、を有する半導体装置の製造方法。
  16. 前記第1の樹脂は、前記凹部より外側の平坦面を有する第5の領域も含めて封止され、
    前記導電性基板の除去により前記凹部と前記平坦面との段差が生じた前記第5の領域を切り落として除去する工程を更に有する請求項15に記載の半導体装置の製造方法。
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