JP2018056369A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】半導体装置の信頼性を向上する。
【解決手段】半導体チップを搭載したリードフレームを準備する工程S1と、放熱板を有する放熱フレームを準備する工程S2と、リードフレームと放熱フレームとを積層した状態で、半導体チップおよび放熱板を樹脂封止する工程S3と、を有する。そして、放熱フレームの枠体を、封止体を有するリードフレームから分離する工程S5の後に、封止体を有するリードフレームに対して、樹脂の未充填領域有無の検査S6を実施する。検査前に、検査領域を遮る放熱フレームの枠体を除去するため、透過光を用いた検査が可能となる。
【選択図】図3

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、半導体チップの下部に放熱板を内蔵した半導体装置の製造方法に適用して有効な技術に関する。
特開2012−9470号公報(特許文献1)には、ダムバー切断前に、樹脂モールド工程におけるレジン未充填不良を検査する技術が開示されている。
特開2010−56325号公報(特許文献2)には、半導体チップの下部に、リードの先端部と重なる程度に広い放熱板を配置した半導体装置が開示されている。ただし、放熱板は、樹脂封止工程前に、リードフレームに連結されている。
特開2012−9470号公報 特開2010−56325号公報
特許文献1に記載されたように、ハロゲンフリー化の流れの中で、高流動性封止樹脂(たとえば、多環芳香族エポキシ樹脂の使用、可撓化剤の増量、シリカ等の充填材の微細化および球形化など)が多用される傾向にある。その場合、半導体チップの樹脂封止の際の溶融樹脂の流れが分散的となり、樹脂の未充填不良も特定の箇所に集中せず、様々な個所にばらばらに出現する傾向が高い。従って、封止体の全周(4辺)に渡って、未充填不良の検査をする必要がある。
一方、半導体装置の高速化または高電力化を実現するために、放熱板を内蔵した半導体装置が使用されている。例えば、特許文献2のように、「かしめ技術」を用いて、樹脂封止工程前に放熱板をリードフレームに連結する方法が知られているが、この方法には、工程数が増加するため製造コストの増加、歩留りの低下という問題が内在している。
そこで、本願発明者は、「かしめ技術」を用いることなく、複数のリードを保持するリードフレームと、放熱板を保持するフレーム(以下、「放熱フレーム」と呼ぶ)と、を重ねた状態で樹脂封止工程を実施する方法を検討している。しかしながら、このような製造方法では、放熱フレームの影響で、樹脂の未充填不良の検査を実施できず、半導体装置の信頼性が低下するという課題が明らかになった。
つまり、放熱板を内蔵した半導体装置の信頼性の向上が求められている。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
一実施の形態による半導体装置の製造方法は、半導体チップを搭載したリードフレームを準備する工程と、放熱板を有する放熱フレームを準備する工程と、リードフレームと放熱フレームとを積層した状態で、半導体チップおよび放熱板を樹脂封止する工程と、を有する。そして、放熱フレームの枠体を、封止体を有するリードフレームから分離する工程の後に、封止体を有するリードフレームに対して、樹脂の未充填領域有無の検査を実施する。
一実施の形態によれば、放熱板を内蔵した半導体装置の信頼性を向上することができる。
一実施の形態の半導体装置の平面図である。 図1のA−A線における断面図である。 一実施の形態の半導体装置のプロセスフロー図である。 図3に示すリードフレーム準備工程のリードフレームの平面図である。 図4のB−B線における断面図である。 図4のC−C線における断面図である。 図3に示す放熱フレーム準備工程の放熱フレームの平面図である。 図7のD−D線における断面図である。 図7のE−E線における断面図である。 図3に示す樹脂封止工程の断面図(図4のB−B線に対応)である。 図3に示す樹脂封止工程の断面図(図4のC−C線に対応)である。 図3に示す樹脂封止工程の平面図である。 図3に示す樹脂封止工程完了後の平面図である。 図13のH−H線における断面図である。 図3に示すゲート部樹脂切断工程における断面図(図4のC−C線に対応)である。 図3に示す放熱フレーム分離工程における断面図(図4のC−C線に対応)である。 図3に示す放熱フレーム分離工程における断面図(図4のB−B線に対応)である。 図3に示す検査工程における断面図である。 図3に示す検査工程における検査領域の一部拡大平面図である。 図3に示すダム部切断工程における平面図である。 図3に示すリード形成工程における平面図である。
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。
(実施の形態)
本実施の形態では、QFP(Quad Flat Package)型半導体装置を例に説明する。
<半導体装置>
まず、本実施の形態の半導体装置SDの構成について、図1および図2を用いて説明する。図1は本実施の形態の半導体装置の平面図である。
図1に示すように、本実施の形態の半導体装置SDは、四角形の封止体1と複数本のリード12とを有する。封止体1は、4つの辺を有し、各辺において、辺に直交する方向に延在するように複数本のリード12が封止体1から突出している。
図1では、封止体1で覆われた半導体チップ2、チップ搭載部15および放熱板22を破線で示している。封止体1の中央部分には、四角形の半導体チップ2が配置されている。後述するが、半導体チップ2は、四角形のチップ搭載部15上に配置されており、チップ搭載部15の下には、円形の放熱板22が配置されている。
平面視にて、X方向およびY方向において、四角形のチップ搭載部15は、四角形の半導体チップ2より大きい。つまり、X方向およびY方向において、チップ搭載部15の一辺は、半導体チップ2の一辺よりも大きい。そして、半導体チップ2は、チップ搭載部15からはみ出すことなく、チップ搭載部15の内側に配置されている。ここで、X方向とY方向は、互いに直交し、図1の紙面の横方向をX方向、縦方向をY方向とするが、他の図面でも同様とする。
また、X方向およびY方向において、円形の放熱板22は、チップ搭載部15より大きい。すなわち、放熱板22の面積は、チップ搭載部15の面積より大きい。つまり、X方向およびY方向において、放熱板22の直径は、チップ搭載部15の一辺よりも大きい。そして、チップ搭載部15は、放熱板22からはみ出すことなく、放熱板22の内側に配置されている。
なお、四角形とは、略四角形も含み、例えば、四角形の角部が面取りされた形状も含む。また、放熱板22は、円形に限定されず、四角形、8角形等の多角形でも良い。
この半導体装置SDは、放熱板を内蔵したQFP(Quad Flat Package)型半導体装置である。
図2は、図1のA−A線に沿った断面図である。半導体装置SDは、半導体チップ2、複数本のリード12、チップ搭載部(タブ)15、放熱板22および封止体1を有する。
半導体チップ2は、例えば、シリコン(Si)からなる半導体基板で構成され、複数の半導体素子、複数の配線、および、複数のパッド電極(端子、外部電極、外部引出電極)3を有する。半導体素子は、例えば、MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)であり、配線およびパッド電極3は、例えば、銅(Cu)またはアルミニウム(Al)を主成分とする金属膜からなる。半導体チップ2の主面2aには、複数の半導体素子と複数のパッド電極3が形成されている。複数の半導体素子は、複数の配線(金属配線)により接続されて回路ブロックを構成し、回路ブロックは、配線を介してパッド電極3と電気的に接続されている。そして、複数のパッド電極3は、複数のリード12と電気的に接続されている。パッド電極3は、例えば、金(Au)または銅(Cu)を主成分とするワイヤ(ボンディングワイヤ)4により、例えば、銅(Cu)を主成分とするリード12に接続されている。
高流動性封止樹脂(例えば、多環芳香族エポキシ樹脂などのエポキシ樹脂)からなる封止体1は、半導体チップ2、ワイヤ4、リード12、チップ搭載部15、接着層5、および、放熱板22を覆っている。半導体チップ2は、接着層5によりチップ搭載部15に接着されている。封止体1は、平坦な主面1a、平坦な裏面1b、および、主面1aと裏面1b間を繋ぐ側面1cを有している。半導体装置SDを実装基板に実装した状態で、主面1aおよび裏面1bは、実装面MBに対して平行となる。なお、半導体装置SDを実装基板に実装した状態で、実装面MBに近い側を封止体1の裏面1b、遠い側を封止体1の主面1aと定義する。
複数のリード12は、半導体チップ2を取り囲むように配置されており、半導体チップ2を中心に放射状に延在している。複数のリード12は、基材である銅(Cu)で構成されており、各々のリード12は、封止体1の主面1a側である主面と、封止体1の裏面1b側である裏面とを有する。リード12は、封止体1の内部に位置するインナーリード部ILとアウターリード部OLとからなり、アウターリード部OLの主面および裏面は、半田メッキ膜12mで覆われている。
また、アウターリード部OLは、ガルウイング形状を有し、インナーリード部ILから連続して、直線的に、封止体1の外部に突出する突出部P1と、突出部P1から実装面MBに向かって延びる屈曲部P2と、実装面MBに対してほぼ平行に屈曲部P2から延在し、実装半田を介して実装基板に接続される接続部P3とを有している。図2では、リード12の裏面側を用いて突出部P1、屈曲部P2および接続部P3を定義しているが、主面側でも同様の定義となる。リード12の裏面において、アウターリード部OLは、突出部P1、屈曲部P2、および、接続部P3で構成されている。
放熱板22は、銅(Cu)を主成分とする板状部材であり、その主面は、チップ搭載部15の裏面に接触して配置されている。放熱板22およびチップ搭載部15において、封止体1の主面1a側の面を主面と呼び、封止体1の裏面1b側の面を裏面と呼ぶ。また、後述するリードフレームおよび放熱フレームでも、同様に、封止体1の主面1a側の面を主面と呼び、封止体1の裏面1b側の面を裏面と呼ぶ。
図2に示すように、放熱板22は、リード12のインナーリード部ILの一部と重なっている。つまり、放熱板22は、インナーリード部ILの一部と重なる程度に、大きくしているが、封止体1の外形よりも小さく、放熱板22の端部は封止体1の内部で終端している。また、放熱板22の裏面は、封止体1で覆われているが、放熱板22の裏面を封止体1の裏面1bから露出させた構造としても良い。
<半導体装置の製造方法>
次に、本実施の形態の半導体装置SDの製造方法を、図3を用いて説明する。図3は、半導体装置SDのプロセスフロー図である。図4は、図3に示すリードフレーム準備工程のリードフレームの平面図である。図5は、図4のB−B線に沿う断面図である。図6は、図4のC−C線における断面図である。図7は、図3に示す放熱フレーム準備工程の放熱フレームの平面図である。図8は、図7のD−D線に沿う断面図である。図9は、図7のE−E線における断面図である。図10は、図3に示す樹脂封止工程の断面図(図4のB−B線に対応)である。図11は、図3に示す樹脂封止工程の断面図(図4のC−C線に対応)である。図12は、図3に示す樹脂封止工程の平面図である。図13は、図3に示す樹脂封止工程完了後の平面図である。図14は、図13のH−H線における断面図である。図15は、図3に示すゲート部樹脂切断工程における断面図(図4のC−C線に対応)である。図16は、図3に示す放熱フレーム分離工程における断面図(図4のC−C線に対応)である。図17は、図3に示す放熱フレーム分離工程における断面図(図4のB−B線に対応)である。図18は、図3に示す検査工程における断面図である。図19は、図3に示す検査工程における検査領域の一部拡大平面図である。図20は、図3に示すダム部切断工程における平面図である。図21は、図3に示すリード成形工程における平面図である。
まず、図4〜図6に示すように、図3のプロセスフロー図のリードフレーム準備工程(ステップS1)を実施する。図4は、図3に示すリードフレーム準備工程のリードフレームの平面図である。
図4に示すように、リードフレーム10には、複数のデバイス領域DRが所定の間隔でX方向に配置されている。略4角形のデバイス領域DRは、1つの半導体装置SDを形成するための領域である。各デバイス領域DRは、X方向に延在する2つの横枠11aと、Y方向に延在する2つの縦枠11bによって囲まれている。デバイス領域DR間の縦枠11bには、Y方向に延在するスリット17が形成されている。そして、枠体11は、X方向に延在する2つの横枠11aと、2つの横枠11aを連結し、スリット17を有する複数の縦枠11bと、横枠11aと縦枠11bの交差部において、横枠11aおよび縦枠11bからデバイス領域DRの角部に突出する4つの凸部11cと、で構成されている。
デバイス領域DRの中央部には、四角形のチップ搭載部15が配置されており、チップ搭載部15の各角部は、吊りリード14を介して枠体11(具体的には、枠体11の凸部11c)に接続されている。チップ搭載部15の周囲には、複数のリード12が放射状に配置され、リード12の一端は、チップ搭載部15の近傍で終端しており、リード12の他端は、横枠11aまたは縦枠11bに接続されている。
ダム部13は、複数のリード12の延在方向と直交する方向に延在し、隣接するリード12間、および、リード12と凸部11c間、を接続している。ダム部13は、X方向に延在する2つの横ダム13aと、Y方向に延在する2つの縦ダム13bを有する。対向する2つの縦ダム13b(チップ搭載部15に近い側の辺)の間隔をX1、対向する2つの横ダム13a(チップ搭載部15に近い側の辺)の間隔をY1とする。
リードフレーム10は、例えば、銅(Cu)を主成分とする1枚の金属板に、プレス加工又はエッチング加工を施して、所望のパターンを形成するため、枠体11、リード12、チップ搭載部15、吊りリード14、ダム部13は、一体となっている。リードフレーム10の膜厚は、例えば、およそ0.15mmである。
さらに、チップ搭載部15上には、複数のパッド電極3を有する半導体チップ2が接着されており、パッド電極3は、ワイヤ4を介して、対応するリード12に接続されている。
図5は、図4のB−B線に沿う断面図であり、図6は、図4のC−C線における断面図である。図6に示すように、段差部16において、吊りリード14に曲げ加工が施されており、チップ搭載部15の裏面は、吊りリード14の裏面より距離dだけ低くなっている。言い換えると、チップ搭載部15の裏面は、吊りリード14の裏面より距離dだけ、封止体1の裏面1aに近い。
また、図5に示すように、チップ搭載部15の裏面は、リード12の裏面より距離dだけ低くなっている。言い換えると、チップ搭載部15の裏面は、リード12の裏面より距離dだけ、封止体1の裏面1aに近い。
次に、図7〜図9に示すように、図3のプロセスフロー図の放熱フレーム準備工程(ステップS2)を実施する。図7は、図3に示す放熱フレーム準備工程の放熱フレームの平面図である。
図7に示すように、放熱フレーム(放熱リードフレーム)20には、複数のデバイス領域DRが所定の間隔でX方向に配置されている。図7に示すデバイス領域DRは、図4に示すデバイス領域DRに対応している。各デバイス領域DRは、X方向に延在する2つの横枠21aと、Y方向に延在する2つの縦枠21bによって囲まれている。デバイス領域DR間の縦枠21bには、Y方向に延在するスリット25が形成されている。そして、枠体21は、X方向に延在する2つの横枠21aと、2つの横枠21aを連結し、スリット25を有する複数の縦枠21bと、で構成されている。放熱フレーム20のY方向の幅は、前述のリードフレーム10のY方向の幅と等しく、スリット17および25は、等しい形状を有し、対応する位置に配置されている。ただし、放熱リード20の横枠21aおよび縦枠21bの幅は、図4に示すリードフレーム10の横枠11aおよび縦枠11bの幅よりも広いため、図7に示すように、デバイス領域DRは、横枠21aおよび縦枠21bの一部を含んでいる。
デバイス領域DRの中央部には、円形の放熱板22が配置されており、放熱板22は、4ヶ所で、吊りリード23を介して枠体21に接続されている。
図7に示すように、X方向に延在する2つの横枠21aは、放熱板22側に辺21xを有し、Y方向に延在する2つの縦枠21bは、放熱板22側に辺21yを有する。そして、対向する辺21y間の間隔をX2、対向する辺21x間の間隔をY2とする。ここで、間隔X2は、前述の間隔X1よりも小であり(X2<X1)、間隔Y2は、前述の間隔Y1よりも小である(Y2<Y1)。従って、2つの辺21xおよび2つの辺21yに囲まれた領域の面積S2は、S2=X2×Y2と表せる。また、図4における、2つの横ダム13aと2つの縦ダム13bに囲まれた領域の面積S1は、S1=X1×Y1と表せる。従って、面積S2は、面積S1よりも小である(S2<S1)。
図8は、図7のD−D線に沿う断面図であり、図9は、図7のE−E線における断面図である。図9に示すように、段差部24において、吊りリード23に曲げ加工が施されており、放熱板22の裏面は、吊りリード23の裏面より距離dだけ低くなっている。言い換えると、放熱板22の裏面は、吊りリード23の裏面より距離dだけ、封止体1の裏面1aに近い。
放熱フレーム20は、例えば、銅(Cu)を主成分とする1枚の金属板に、プレス加工又はエッチング加工を施して、所望のパターンを形成するため、枠体21、放熱板22、および、吊りリード23は、一体となっている。放熱フレーム20の膜厚は、リードフレーム10の膜厚よりも厚く、例えば、およそ0.2mmである。
また、図8に示すように、放熱板22の裏面は、枠体21の裏面より距離dだけ低くなっている。言い換えると、放熱板22の裏面は、枠体21の裏面より距離dだけ、封止体1の裏面1aに近い。
なお、図3のプロセスフロー図のリードフレーム準備工程(ステップS1)と放熱フレーム準備工程(ステップS2)の順序は、逆でも良く、また、両者を並行して実施しても良い。
次に、図10〜図14に示すように、図3のプロセスフロー図の樹脂封止工程(ステップS3)を実施する。図10は、図3に示す樹脂封止工程の断面図(図4のB−B線に対応)である。図11は、図3に示す樹脂封止工程の断面図(図4のC−C線に対応)である。
図10および図11に示すように、放熱フレーム20の主面上にリードフレーム10の裏面を重ねた状態で、両者を金型30内に配置し、樹脂封止工程を実施する。
金型30は、上型31および下型32を有する。図10では、上型31を上側に、下型32を下側に配置した例を示すが、上型31を下側に、下型32を上側に配置しても良い。上型31は、合せ面31f、底面31bおよび側壁31sを有し、下型32は、合せ面32f、底面32bおよび側壁32sを有する。上型31および下型32を閉じた状態で、金型30にはキャビティ34と呼ばれる空間が形成されるが、このキャビティ34は、上型31の底面31bおよび側壁31sならびに下型32の底面32bおよび側壁32sで囲まれた空間である。
リードフレーム10の主面が、上型31の合せ面31fと接触し、放熱フレーム20の裏面が、下型32の合せ面32fと接触するように、上型31および下型32を閉めると、半導体チップ2、リード12の一部、ワイヤ4、チップ搭載部15、および、放熱板22は、キャビティ34内に配置される。図10に示すように、リードフレーム10のリード12の裏面は、放熱フレーム20の枠体21の主面に接触している。さらに、チップ搭載部15の裏面は、放熱板22の主面に接触しており、半導体チップ2で発生した熱を、チップ搭載部15を介して放熱板22に、容易に拡散、伝達させることができる。また、図11に示すように、放熱フレーム20の吊りリード23に設けられた段差部24は、リードフレーム10の吊りリード14に設けられた段差部16よりも、半導体チップ2またはチップ搭載部15から離れている。ただし、段差部24は、キャビティ34内に位置している。
次に、例えば、下型32に設けられたゲート部33からキャビティ34内に樹脂35を注入し、前述の封止体1を形成する。ゲート部33は、上型31に設けても良く、また、下型32および上型31の両方に設けても良い。
図12は、図3に示す樹脂封止工程の平面図であり、具体的には、リードフレーム10の平面図であるが、金型30および放熱フレーム20は、図示していない。図12の破線Fは、金型30のキャビティ34の領域を示しており、破線Fの内側がキャビティ34である。言い換えると、破線Fは、図10に示す上型31の側壁31sがリードフレーム10の主面と接触した位置、または、下型32の側壁32sが放熱フレーム20の裏面と接触した位置を表している。
また、図12において、破線Gが破線Fと重なっている。破線Gは、樹脂封止工程(ステップS3)における、図7で説明した放熱板22の辺21xおよび21yの位置を表している。破線Gの外側の領域(図12にハッチングを付した領域)は、リードフレーム10と、放熱フレーム20の枠体21とが重なった領域である。本実施の形態では、破線Gが破線Fと重なっているため、図10に示すように、放熱フレーム20の枠体21の放熱板22側の端部(辺21yと示す)は、キャビティ34に接触している。つまり、キャビティ34内が樹脂35で満たされ、封止体1が形成されると、枠体21の放熱板22側の端部(辺21yと示す)は、封止体1の側面1cと接触することとなる。言い換えると、放熱フレーム20の枠体21の放熱板22側の端部(辺21yまたは辺21x)は、キャビティ34を構成する金型30の側壁32sの位置と一致している。
なお、破線Gは、破線Fと重なるか、または、破線Fと、ダム13との間に位置することが肝要である。つまり、図10に示すように、縦ダム13b(および横ダム13a)が、放熱フレーム20の枠体21と重なっていることが肝要である。
次に、図13は、図3に示す樹脂封止工程完了後の平面図である。図14は、図13のH−H線における断面図である。図13および図14は、封止体1を金型30から取り出した状態を示している。なお、図13は、封止体1およびリードフレーム10を、封止体1の主面1a側から見た図面であるが、放熱フレーム20は、図示していない。図13および図14に示すように、封止体1の周囲に沿って、薄膜樹脂40が形成されている。図13および図14から明らかなように、薄膜樹脂40は、放熱フレーム20の枠体21上であって、封止体1と、隣接するリード12と、ダム部13と、で挟まれた領域に形成され、その膜厚は、リードフレーム10の膜厚とほぼ等しい。薄膜樹脂40の膜厚は、封止体1の厚さ(主面1aと裏面1b間の距離)よりも薄い。
次に、図15に示すように、図3のプロセスフロー図のゲート部樹脂切断工程(ステップS4)を実施する。
図15は、図3に示すゲート部樹脂切断工程における断面図(図4のC−C線に対応)である。図15に示すように、破線で示したゲート部樹脂33rを封止体1から分離する。
次に、図16および図17に示すように、図3のプロセスフロー図の放熱フレーム分離工程(ステップS5)を実施する。図16は、図3に示す放熱フレーム分離工程における断面図(図4のC−C線に対応)である。図17は、図3に示す放熱フレーム分離工程における断面図(図4のB−B線に対応)である。
図16に示すように、放熱フレーム20の吊りリード23と枠体21との境界部で、枠体21を吊りリード23から切断、分離する。これに伴い、図17に示すように、封止体1の外部で、リード12の裏面に接触していた放熱リード20の枠体21も分離される。
なお、ゲート部33が、放熱フレーム20側に位置する場合、ゲート部樹脂切断工程(ステップS4)と、放熱フレーム分離工程(ステップS5)と、を同時実施することができる。
次に、図18および図19に示すように、図3のプロセスフロー図の検査工程(ステップS6)を実施する。図18は、図3に示す検査工程における断面図である。図19は、図3に示す検査工程における検査領域の一部(図13の領域I)拡大平面図である。
図18に示すように、検査対象である、封止体1を備えたリードフレーム10に対して、封止体1の裏面1b側に照明装置41、封止体1の主面1a側にカメラ42を配置して、樹脂封止工程(ステップS3)における樹脂の未充填検査を実施する。すなわち、照明装置41とカメラ42の間に封止体1が配置されている。照明装置41は、例えば、複数の白色LEDがマトリックス配置された光源と、それらを覆う光拡散板と、からなる。カメラ42は、例えば、CCDカメラからなる。
図19に示すように、封止体1と、ダム部13aまたは13bと、隣接する複数のリード12と、で囲まれた領域が、完全に薄膜樹脂40で埋め込まれているかどうかを検査する。また、同様に、封止体1の角部においては、封止体1と、ダム部13aまたは13bと、リード12と、吊りリード14または枠体11と、で囲まれた領域が、完全に薄膜樹脂40で埋め込まれているかどうかを検査する。つまり、樹脂の未充填領域が存在した場合、照明装置41からの透過光をカメラ42で検出することで未充填領域を検出する。この検査は、封止体1の全周に対して実施する。
薄膜樹脂40は、前述のとおり、リードフレーム10とほぼ等しい0.15mmの膜厚を有し、樹脂中にはシリカ等も含まれるため、照明装置41からの白色光を、充分遮ることができる。
ここで、検査工程(ステップS6)の前に、放熱フレーム20の枠体21を、リードフレーム10から分離、除去しているため、照明装置41からの白色光が放熱フレーム20の枠体21で遮られることがなく、未充填領域の検出が可能となる。
また、検査対象である封止体1を備えたリードフレーム10の下側に照明装置41、上側にカメラ42を配置して検査することで、検査対象からのごみ(例えば、樹脂バリ)の落下、付着に起因するカメラ42の検出画像の誤認識を低減することができる。
次に、図20に示すように、図3のプロセスフロー図のダム部切断工程(ステップS7)を実施する。図20は、図3に示すダム部切断工程における平面図である。
図20に示すように、隣接リード12間のダム部13aおよび13bを、パンチ等の切断治具で、切断、除去し、隣接するリード12間を分離する。ダム部切断工程(ステップS7)では、ダム部13aおよび13bと同時に、薄膜樹脂40も同時に除去する。
図3のプロセスフロー図の樹脂封止工程(ステップS3)において、リードフレーム10のダム部13と重なるように、放熱フレーム20の枠体21が配置されていることで、薄膜樹脂40の膜厚を薄くすることができ、ダム部切断工程(ステップS7)において、封止体1の側面1cの欠けを低減することができる。
仮に、図12に示した破線Fが、ダム部13の外側(半導体チップ1またはチップ搭載部15の反対側、つまり、枠体13側)に位置していたら、図14から推測できるように、薄膜樹脂40の膜厚は、本実施の形態の2倍以上の膜厚となる。つまり、リードフレーム10の膜厚0.15mmと放熱フレーム20の膜厚0.2mmの和である膜厚0.35mmとなる。そして、ダム部切断工程(ステップS7)において、ダム部13と同時に、厚い薄膜樹脂40を切断するため、封止体1の側面1cに欠け、または、クラックが発生し、不良の原因となる。
次に、図3のプロセスフロー図のメッキ工程(ステップS8)を実施する。メッキ工程(ステップS8)では、封止体1の外部に位置するアウターリード部OLの主面、裏面および側面に半田メッキを付着する。
次に、図21および図2に示すように、図3のプロセスフロー図のリード形成工程(ステップS9)を実施する。図21は、図3に示すリード形成工程における平面図である。
まず、図21に示すように、リード12の他端をリードフレーム10の枠体11から切断、分離する。その後、図2に示す形状に、リード12を成形する。
次に、図3のプロセスフロー図の個片化工程(ステップS10)を実施する。図21に示す吊りリード14を、封止体1との境界部で切断することにより、図2にしめす半導体装置SDが完成する。
<本実施の形態の半導体装置の製造方法の主たる特徴と効果>
半導体チップ2を搭載したリードフレーム10と、放熱板22を有する放熱フレーム20と、を積層した状態で、半導体チップ2を樹脂封止して封止体1を形成する。そして、放熱フレーム20の枠体21を、封止体1を有するリードフレーム10から分離した後に、封止体1を有するリードフレーム10に対して、樹脂の未充填領域有無の検査を実施する。
放熱フレーム20の枠体21で、検査領域が遮られることが無いため、透過光を用いて、樹脂の未充填領域を検出する検査が可能となる。
透過光を用いた検査とすることで、樹脂の未充填領域の検出精度を向上することができる。例えば、反射光を用いた検査方法は、リード12と樹脂との間で、充分なコントラストが得られず、検出精度を向上させるのが困難である。
リードフレーム10と、放熱板22を有する放熱フレーム20と、を積層した状態で、半導体チップ2を樹脂封止して封止体1を形成するため、封止工程前に放熱板をリードフレームに連結する製造方法を用いた場合に比べ、放熱板22を内蔵した半導体装置SDの製造コストの低減または製造歩留りを向上できる。
また、封止体1の全周に沿って、樹脂の未充填領域を検出する検査を実施するため、ハロゲンフリーの高流動性樹脂を用いた場合でも、放熱板22を内蔵した半導体装置SDの信頼性を向上できる。
また、検査工程において、被検査体の下側に照明装置41を、被検査体の上側にカメラ42を配置することで、被検査体から落下、付着するごみに起因するカメラ42の誤認識を防止でき、検査精度を向上できる。
樹脂封止工程において、放熱フレーム20の枠体21の端部(辺21xまたは21y)は、リードフレーム10のダム部13と放熱板22との間に位置する。さらに具体的に言うと、放熱フレーム20の枠体21の端部(辺21xまたは21y)は、リードフレーム10のダム部13と金型30のキャビティ34との間に位置しているので、ダム部切断工程において、薄膜樹脂40の膜厚を薄くすることができ、封止体1の側面1cの欠けを低減することができる。さらに、図10に示すように、放熱フレーム20の枠体21の端部(辺21xまたは21y)は、合せ面32fと側壁32sの交点A上に位置しているのが好ましい。すなわち、放熱フレーム20の枠体21の端部(辺21xまたは21y)は、交点Aに接している。また、放熱フレーム20の枠体21の端部(辺21xまたは21y)は、ダム部13bの、チップ搭載部15側の端部よりも、金型30のキャビティ34側に位置しているのが好ましい。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
また、上記実施の形態では、QFP型半導体装置を例に説明したが、SOP(Small Outline Package)型半導体装置への適用も可能である。
QFP型半導体装置では、図1に示すように、リード12が封止体1の4つの辺から突出しているが、SOP型半導体装置の場合、平面視にて長方形の封止体の対向する2辺からリードが露出する点が異なるが、それ以外は、上記実施の形態と同様である。
DR デバイス領域
IL インナーリード部
OL アウターリード部
MB 実装面
P1 突出部
P2 屈曲部
P3 接続部
SD 半導体装置
1 封止体
1a 主面
1b 裏面
1c 側面
2 半導体チップ
2a 主面
2b 裏面
3 パッド電極(端子、外部電極、外部引出電極)
4 ワイヤ(ボンディングワイヤ)
5 接着層
10 リードフレーム
11 枠体
11a 横枠
11b 縦枠
11c 凸部
12 リード
12m 半田メッキ膜
13 ダム部
13a 横ダム
13b 縦ダム
14 吊りリード
15 チップ搭載部(タブ)
16 段差部
17 スリット
20 放熱フレーム
21 枠体
21a 横枠
21b 縦枠
21x、21y 辺
22 放熱板
23 吊りリード
24 段差部
25 スリット
30 金型
31 上型
31b 底面
31f 合せ面
31s 側壁
32 下型
32b 底面
32f 合せ面
32s 側壁
33 ゲート部
33r ゲート部樹脂
34 キャビティ
35 樹脂(封止樹脂)
40 薄膜樹脂
41 照明装置
42 カメラ

Claims (13)

  1. 以下の工程を含む半導体装置の製造方法、
    (a)第1主面と、前記第1主面と反対側の第1裏面と、を有する第1リードフレームを準備する工程であって、前記第1リードフレームは、その前記第1主面上に半導体チップが搭載されたチップ搭載部と、前記チップ搭載部の周囲に配置され、一端と他端とを有する複数のリードと、前記複数のリードの前記他端が接続される第1枠体と、前記複数のリードの前記一端と前記第1枠体との間に位置し、前記複数のリードを互いに連結するダム部と、前記チップ搭載部を前記第1枠体に連結する第1吊りリードと、を有する、
    (b)第2主面と、前記第2主面と反対側の第2裏面と、を有する第2リードフレームを準備する工程であって、前記第2リードフレームは、その前記第2主面上に前記チップ搭載部が搭載される放熱板と、前記放熱板の周囲を囲む第2枠体と、前記放熱板を前記第2枠体に連結する第2吊りリードと、を有する、
    (c)前記第2主面と前記第1裏面とが向き合うように、前記第1リードフレームと前記第2リードフレームとを重ねた状態で、前記第1リードフレームと前記第2リードフレームとを、キャビティ部を有する金型に配置し、前記半導体チップと、前記チップ搭載部と、前記放熱板と、を樹脂で封止し、封止体を形成する工程であって、前記キャビティ部を構成する前記金型の側壁は、前記ダム部よりも前記チップ搭載部側に位置しており、
    (d)前記封止体を前記金型から取り出し、前記第2枠体を前記封止体から切り離す工程、
    (e)前記(d)工程後に、前記封止体、前記ダム部および前記複数のリードに囲まれた領域に、前記樹脂が充填されているかどうかを検査する工程、
    を有する。
  2. 請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(e)工程は、前記封止体の全周に渡って実施する、半導体装置の製造方法。
  3. 請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記封止体は、前記第1主面側に位置する上面と、前記上面の反対側であり、かつ、前記第2裏面側に位置する下面を有し、
    前記(e)工程において、前記封止体の前記下面に面するように照明を、前記封止体の前記上面に面するようにカメラを配置する、半導体装置の製造方法。
  4. 請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記封止体は、照明とカメラの間に配置されている、半導体装置の製造方法。
  5. 請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(c)工程において、前記第2枠体の前記放熱板側の第1辺は、前記ダム部と前記金型の側壁との間に位置しており、
    前記(e)工程において、前記封止体は、照明とカメラの間に配置されている、半導体装置の製造方法。
  6. 請求項5に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(c)工程において、前記ダム部は、前記第2枠体に重なっている、半導体装置の製造方法。
  7. 請求項6に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記ダム部は、平面視における第1方向にて、互いに対向する第1ダム部および第2ダム部を有し、
    前記第2枠体は、前記第1方向にて、互いに対向する前記第1辺および第2辺を有し、
    前記第1方向にて、前記第1辺と前記第2辺との第1間隔は、前記第1ダム部と前記第2ダム部との第2間隔よりも小さい、半導体装置の製造方法。
  8. 請求項5に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第2枠体の前記放熱板側の第1辺は、前記金型の側壁が前記リードの前記第1主面と接触する位置と一致している、半導体装置の製造方法。
  9. 請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(c)工程において、前記金型は、前記キャビティ部に前記樹脂を注入するためのゲート部を有し、
    前記(d)工程では、前記封止体を前記金型から取り出した後、前記ゲート部の前記樹脂を、前記封止体から分離し、その後に、前記第2枠体を前記封止体から切り離す、半導体装置の製造方法。
  10. 請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(e)工程の後に、さらに、
    (f)前記ダム部を切断し、前記複数のリード間を分離する工程、
    を有する、半導体装置の製造方法。
  11. 請求項10に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(f)工程の後に、さらに、
    (g)前記複数のリードの前記他端を前記第1枠体から切断した後、前記複数のリードを成形する工程、
    を有する、半導体装置の製造方法。
  12. 請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
    平面視にて、前記放熱板の面積は、前記チップ搭載部の面積よりも広い、半導体装置の製造方法。
  13. 請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(d)工程において、前記封止体の外側で、前記第2吊りリードを切断することにより、前記第2枠体を前記封止体から切り離す、半導体装置の製造方法。
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