JP2018085480A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

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篤志 錦沢
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Tadatoshi Danno
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Abstract

【課題】ダイパッド上のめっき層と樹脂の接触面からの剥離を防いだ半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置PKGは、半導体チップCPと、ダイパッドDPと、複数のリードLDと、封止部MRとを備えている。ダイパッドDPおよび複数のリードLDは、銅を主成分とする金属材料からなる。ダイパッドDPの上面には、銀めっき層、金めっき層、または白金めっき層からなるめっき層PL1が形成されている。半導体チップCPは、ダイパッドDPの上面のめっき層PL1上に、接合材BDを介して搭載されており、めっき層PL1は、封止部MRと接触しないように、接合材BDで覆われている。
【選択図】図7

Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、例えば、チップ搭載部上に半導体チップを搭載してパッケージ化した半導体装置およびその製造方法に好適に利用できるものである。
ダイパッド上に半導体チップを搭載し、半導体チップのパッド電極とリードとをワイヤを介して電気的に接続し、それらを樹脂封止することにより、半導体パッケージ形態の半導体装置を製造することができる。
特開2014−179541号公報(特許文献1)には、ダイパッド上にSiCチップを搭載してパッケージ化した半導体装置に関する技術が記載されている。特開平8−46116号公報(特許文献2)には、リードフレームの粗面化処理に関する技術が記載されている。
特開2014−179541号公報 特開平8−46116号公報
チップ搭載部上に半導体チップを搭載してパッケージ化した半導体装置において、信頼性を向上させることが望まれる。
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。
一実施の形態によれば、半導体装置は、半導体チップと、チップ搭載部と、複数のリードと、封止体と、を備えている。前記チップ搭載部および前記複数のリードは、銅を主成分とする金属材料からなる。前記チップ搭載部の主面には、銀めっき層、金めっき層、または白金めっき層からなるめっき層が形成されている。前記半導体チップは、前記チップ搭載部の前記主面の前記めっき層上に、第1接合材を介して搭載されており、前記めっき層は、前記封止体と接触しないように、前記第1接合材で覆われている。
一実施の形態によれば、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
一実施の形態である半導体装置の上面図である。 一実施の形態である半導体装置の下面図である。 一実施の形態である半導体装置の平面透視図である。 一実施の形態である半導体装置の平面透視図である。 一実施の形態である半導体装置の平面透視図である。 一実施の形態である半導体装置の平面透視図である。 一実施の形態である半導体装置の断面図である。 一実施の形態である半導体装置の部分拡大平面透視図である。 一実施の形態である半導体装置の製造工程を示すプロセスフロー図である。 一実施の形態である半導体装置を製造するためのリードフレームを示す平面図である。 図10のリードフレームの断面図である。 ダイボンディング工程を示す平面図である。 ダイボンディング工程を示す断面図である。 ワイヤボンディング工程を示す平面図である。 ワイヤボンディング工程を示す断面図である。 モールド工程を示す平面図である。 モールド工程を示す断面図である。 リード加工工程を示す断面図である。 第1検討例の半導体装置の断面図である。 第2検討例の半導体装置の断面図である。 第2検討例の半導体装置の平面透視図である。 第2検討例の半導体装置の平面透視図である。 第2検討例の半導体装置の平面透視図である。 第2検討例の半導体装置の平面透視図である。 変形例の半導体装置の断面図である。 変形例の半導体装置の断面図である。 図26の半導体装置の部分拡大平面透視図である。
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。
以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
また、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。
(実施の形態)
本発明の一実施の形態の半導体装置を図面を参照して説明する。
<半導体装置(半導体パッケージ)の構造について>
図1は、本発明の一実施の形態である半導体装置PKGの上面図であり、図2は、半導体装置PKGの下面図(裏面図)であり、図3〜図6は、半導体装置PKGの平面透視図であり、図7は、半導体装置PKGの断面図であり、図8は、半導体装置PKGの一部を拡大した平面透視図(部分拡大平面透視図)である。
図3には、封止部MRを透視したときの半導体装置PKGの上面側の平面透視図が示されている。また、図4は、図3において、更にワイヤBWを透視(省略)したときの半導体装置PKGの上面側の平面透視図が示されている。また、図5は、図4において、更に半導体チップCPを透視(省略)したときの半導体装置PKGの上面側の平面透視図が示されている。また、図6は、図4において、更に接合材BDを透視(省略)したときの半導体装置PKGの上面側の平面透視図が示されている。図6は、平面図であるが、理解を簡単にするために、ダイパッドDPの上面DPaに形成されているめっき層PL1にハッチングを付してある。また、図1および図3〜図6では、半導体装置PKGの向きは同じであり、また、図3〜図6では、封止部MRの外周の位置を点線で示してある。また、図1〜図3のA−A線の位置での半導体装置PKGの断面が、図7にほぼ対応している。また、図8では、半導体装置PKGにおけるダイパッドDP付近を拡大して示してある。なお、図8では、ダイパッドDPの上面上に搭載されている半導体チップCPの位置(外周位置)を実線で示し、ダイパッドDPの上面DPaに形成されているめっき層PL1の位置(外周位置)を二点鎖線で示し、接合材BDの位置(外周位置)を一点鎖線で示し、半導体チップCPにおける回路形成領域CCを点線で示してある。
図1〜図8に示される本実施の形態の半導体装置(半導体パッケージ)PKGは、樹脂封止型の半導体パッケージ形態の半導体装置であり、ここではQFP(Quad Flat Package)形態の半導体装置である。以下、図1〜図8を参照しながら、半導体装置PKGの構成について説明する。
図1〜図8に示される本実施の形態の半導体装置PKGは、半導体チップCPと、半導体チップCPを搭載するダイパッドDPと、導電体によって形成された複数のリードLDと、半導体チップCPの複数のパッド電極PDと複数のリードLDとを電気的に接続する複数のワイヤBWと、これらを封止する封止部(封止体)MRとを備えている。
樹脂封止部(樹脂封止体)としての封止部MRは、例えば熱硬化性樹脂材料などの樹脂材料などからなり、フィラーなどを含むこともできる。例えば、フィラーを含むエポキシ樹脂などを用いて封止部MRを形成することができる。エポキシ系の樹脂以外にも、低応力化を図る等の理由から、例えばフェノール系硬化剤、シリコーンゴムおよびフィラー等が添加されたビフェニール系の熱硬化性樹脂を、封止部MRの材料として用いても良い。
封止部MRは、一方の主面である上面MRaと、上面MRaの反対側の主面である下面(裏面、底面)MRbと、上面MRaおよび下面MRbに交差する側面MRc1,MRc2,MRc3,MRc4と、を有している。すなわち、封止部MRの外観は、上面MRa、下面MRbおよび側面MRc1,MRc2,MRc3,MRc4で囲まれた薄板状とされている。封止部MRの側面MRc1,MRc2,MRc3,MRc4のうち、側面MRc1と側面MRc3とが互いに反対側に位置し、側面MRc2と側面MRc4とが互いに反対側に位置し、側面MRc1と側面MRc2,MRc4とが互いに交差し、側面MRc3と側面MRc2,MRc4とが互いに交差している。
封止部MRの平面形状、すなわち、封止部MRの上面MRaおよび下面MRbの平面形状は、例えば矩形状(長方形状)に形成されており、この矩形の角に丸みを帯びさせることもでき、また、この矩形の4つの角のうち、任意の角を落とす(面取りする)こともできる。
複数のリードLDのそれぞれは、一部が封止部MR内に封止され、他の一部が封止部MRの側面から封止部MRの外部に突出している。以下では、リードLDのうちの封止部MR内に位置する部分をインナリード部と呼び、リードLDのうちの封止部MR外に位置する部分をアウタリード部と呼ぶものとする。
なお、本実施の形態の半導体装置PKGは、各リードLDの一部(アウタリード部)が封止部MRの側面から突出した構造であり、以下ではこの構造に基づいて説明するが、この構造に限定されるものではなく、例えば、封止部MRの側面から各リードLDがほとんど突出せず、かつ封止部MRの下面MRbで各リードLDの一部が露出した構成(QFN(Quad Flat Non leaded package)型の構成)などを採用することもできる。
ダイパッドDPは、半導体チップCPを搭載するチップ搭載部である。ダイパッドDPの平面形状は、例えば矩形状に形成されている。ダイパッドDPは、一方の主面である上面DPaと、上面DPaの反対側の主面である下面(裏面、底面)DPbと、封止部MRの側面MRc1に沿った側面と、封止部MRの側面MRc2に沿った側面と、封止部MRの側面MRc3に沿った側面と、封止部MRの側面MRc4に沿った側面と、を有している。ダイパッドDPの各側面は、上面MRaおよび下面MRbに交差している。
ダイパッドDPは封止部MR内に封止されているが、封止部MRの下面MRbからダイパッドDPの下面DPbが露出されている。ダイパッドDPの上面DPaおよび側面は、封止部MRから露出されていない。なお、図2および図7には、封止部MRの下面MRbからダイパッドDPの下面DPbが露出されている場合が示されているが、他の形態として、封止部MRの下面MRbからダイパッドDPが露出しないようにすることもでき、その場合は、ダイパッドDPの下面DPbは封止部MRで覆われた状態になる。
ダイパッドDPと複数のリードLDとは、導電体で構成されており、好ましくは銅(Cu)を主成分とする金属材料からなり、具体的には、銅(Cu)または銅合金からなる。ダイパッドDPと複数のリードLDにおける銅(Cu)の含有率は、好ましくは、約95原子%以上である。また、ダイパッドDPと複数のリードLDとは、同じ材料(金属材料)で形成されていることが好ましく、これにより、ダイパッドDPおよび複数のリードLDが連結されたリードフレームを作製しやすくなり、リードフレームを用いた半導体装置PKGの製造が容易になる。
半導体装置PKGが有する複数のリードLDは、平面視においてダイパッドDPの周囲に配置されている。このため、半導体装置PKGが有する複数のリードLDは、封止部MRの側面MRc1側に配置された複数のリードLDと、封止部MRの側面MRc2側に配置された複数のリードLDと、封止部MRの側面MRc3側に配置された複数のリードLDと、封止部MRの側面MRc4側に配置された複数のリードLDとで構成されている。
すなわち、ダイパッドDPと封止部MRの側面MRc1との間に、封止部MRの側面MRc1に沿って、複数のリードLDのインナリード部が配置(配列)され、ダイパッドDPと封止部MRの側面MRc2との間に、封止部MRの側面MRc2に沿って、複数のリードLDのインナリード部が配置(配列)されている。また、ダイパッドDPと封止部MRの側面MRc3との間に、封止部MRの側面MRc3に沿って、複数のリードLDのインナリード部が配置(配列)され、ダイパッドDPと封止部MRの側面MRc4との間に、封止部MRの側面MRc4に沿って、複数のリードLDのインナリード部が配置(配列)されている。
封止部MRの側面MRc1側に配置された複数のリードLDの各アウタリード部は、封止部MRの側面MRc1から封止部MR外に突出している。また、封止部MRの側面MRc2側に配置された複数のリードLDの各アウタリード部は、封止部MRの側面MRc2から封止部MR外に突出している。また、封止部MRの側面MRc3側に配置された複数のリードLDの各アウタリード部は、封止部MRの側面MRc3から封止部MR外に突出している。また、封止部MRの側面MRc4側に配置された複数のリードLDの各アウタリード部は、封止部MRの側面MRc4から封止部MR外に突出している。
各リードLDのアウタリード部は、アウタリード部の端部近傍の下面が封止部MRの下面MRbとほぼ同一平面上に位置するように、折り曲げ加工されている。リードLDのアウタリード部は、半導体装置PKGの外部接続用端子部(外部端子)として機能する。
ダイパッドDPの平面形状を構成する矩形の四隅には、それぞれ吊りリードTLが一体的に形成されている。各吊りリードTLは、ダイパッドDPと同じ材料によりダイパッドDPと一体的に形成されている。ダイパッドDPの外縁の四隅のそれぞれに、吊りリードTLが一体的に形成され、その吊りリードTLは、平面矩形状の封止部MRの四隅に向かって、封止部MR内を延在している。吊りリードTLは、封止部MRの形成後に封止部MRから突出する部分が切断されており、吊りリードTLの切断により生じた切断面(端面)が封止部MRの四隅側面で露出している。
ダイパッドDPの上面DPa上には、半導体チップCPが、その表面(上面)を上に向け、かつ、その裏面(下面)をダイパッドDPに向けた状態で搭載されている。ダイパッドDPの平面寸法(平面積)は、半導体チップCPの平面寸法(平面積)よりも大きく、平面視において、半導体チップCPは、ダイパッドDPの上面に内包されている。
ここで、半導体チップCPにおいて、互いに反対側に位置する2つの主面のうち、複数のパッド電極PDが形成されている側の主面を半導体チップCPの表面と呼び、この表面とは反対側でかつダイパッドDPに対向する側の主面を半導体チップCPの裏面と呼ぶものとする。
半導体チップCPは、例えば、単結晶シリコンなどからなる半導体基板(半導体ウエハ)の主面に種々の半導体素子または半導体集積回路を形成した後、ダイシングなどにより半導体基板を各半導体チップに分離して製造したものである。半導体チップCPは、その厚さと交差する平面形状が矩形状である。半導体チップCPの平面寸法は、例えば2mm×2mm程度であるが、これに限定されない。
なお、ダイパッドDPの上面DPaには、めっき層(めっき膜)PL1が形成されている。めっき層PL1は、好ましくは、銀(Ag)めっき層、金(Au)めっき層、または白金(Pt)めっき層である。このため、めっき層PL1は、好ましくは、めっき法で形成された銀層(Ag層)、金層(Au層)または白金層(Pt層)である。めっき層PL1は、ダイパッドDPの上面DPa全体に形成されているのではなく、ダイパッドDPの上面DPaの一部(中央部付近)に部分的に形成されている。
半導体チップCPは、ダイパッドDPの上面DPaのめっき層PL1上に、接合材(接合材層、接着層)BDを介して搭載されている。すなわち、半導体チップCPの裏面が、接合材BDを介してダイパッドDPの上面DPaのめっき層PL1に接合(接着)されて固定されている。半導体チップCPは、封止部MR内に封止されており、封止部MRから露出されない。
接合材BDは、導電性材料と樹脂材料とを含有する導電性接合材からなる。接合材BDとして、銀(Ag)ペーストのような導電性ペースト型の接合材(接着材)を好適に用いることができるが、製造された半導体装置PKGにおいては、接合材BDは既に硬化している。
ダイパッドDPは、半導体チップCPで発生した熱を放散するためのヒートシンクとしての機能も有することができる。半導体チップCPで発生した熱は、接合材BDおよびめっき層PL1を介してダイパッドDPに伝導される。封止部MRの下面MRbからダイパッドDPの下面DPbが露出する場合は、半導体チップCPからダイパッドDPに伝導された熱を、封止部MRから露出されるダイパッドDPの下面DPbから、半導体装置PKGの外部に放散することができる。半導体チップCPとダイパッドDPとの間に介在する接合材BDは、導電性を有しているため、熱伝導率が高くなる。接合材BDの熱伝導率が高いことは、半導体チップCPで発生した熱を、接合材BDを介してダイパッドDPに効率よく伝導させる上で、有利に作用する。また、半導体チップCPの裏面に裏面電極が形成されている場合は、接合材BDが導電性を有することで、半導体チップCPの裏面電極を、導電性の接合材BDおよびめっき層PL1を介して、ダイパッドDPに電気的に接続することができる。
本実施の形態の半導体装置PKGにおいては、ダイパッドDPの上面DPaに形成されているめっき層PL1は、接合材BDで覆われており、封止部MRとは接していない。すなわち、図5〜図8からも分かるように、ダイパッドDPの上面DPaにおいてめっき層PL1が形成されている領域は、接合材BDが配置されている領域に平面視において内包されており、めっき層PL1全体が接合材BDで覆われているため、めっき層PL1と封止部MRとは、接触していない。つまり、めっき層PL1の下面全体が、ダイパッドDPの上面DPaに接し、めっき層PL1の上面全体と側面全体とが、接合材BDに接しているため、めっき層PL1は封止部MRとは接していない。
また、図7および図8などからも分かるように、めっき層PL1の平面寸法(平面積)は、半導体チップCPの平面寸法(平面積)よりも小さく、平面視において、めっき層PL1は半導体チップCPに内包されている。めっき層PL1が半導体チップCPに平面視において内包されていることで、半導体チップCPにおける外周領域はめっき層PL1と平面視において重なっておらず、半導体チップCPにおける外周領域よりも内側の領域が、めっき層PL1と平面視において重なっている。このため、めっき層PL1全体上に接合材BDが存在し、その上に半導体チップCPが存在しており、また、半導体チップCPにおける外周領域よりも内側の領域の下方に接合材BDおよびめっき層PL1が存在しているが、半導体チップCPにおける外周領域の直下には、接合材BDは存在するが、めっき層PL1は存在していない。半導体チップCPにおける外周領域の直下の接合材BDの下には、めっき層PL1が形成されていない領域のダイパッドDPの上面が存在している。
接合材BDは、半導体チップCPの裏面全体の下方に存在しているため、めっき層PL1が半導体チップCPに平面視において内包されていれば、必然的に、めっき層PL1全体が接合材BDで覆われることになり、めっき層PL1が封止部MRと接触するのを的確に防ぐことができる。詳細は後述するが、本実施の形態では、めっき層PL1が封止部MRと接触しないようにしたことで、封止部MRの剥離を抑制または防止して、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
半導体チップCPの表面には、複数のパッド電極(パッド、ボンディングパッド)PDが形成されている。半導体チップCPの複数のパッド電極PDと、複数のリードLDとは、複数のワイヤ(ボンディングワイヤ)BWを介してそれぞれ電気的に接続されている。すなわち、各ワイヤBWの一端が半導体チップCPのパッド電極PDに接続され、各ワイヤBWの他端がリードLDに接続されており、それによって、半導体チップCPのパッド電極PDとリードLDとがワイヤBWを介して電気的に接続される。
半導体チップCPの表面は、矩形状の平面形状を有しており、封止部MRの側面MRc1に沿った辺(側面MRc1側の辺)と、封止部MRの側面MRc2に沿った辺(側面MRc2側の辺)と、封止部MRの側面MRc3に沿った辺(側面MRc3側の辺)と、封止部MRの側面MRc4に沿った辺(側面MRc4側の辺)とを有している。半導体チップCPの表面において側面MRc1側の辺に沿って配列する複数のパッド電極PDが、封止部MRの側面MRc1側に配置された複数のリードLDに、複数のワイヤBWを介して電気的に接続されている。また、半導体チップCPの表面において側面MRc2側の辺に沿って配列する複数のパッド電極PDが、封止部MRの側面MRc2側に配置された複数のリードLDに、複数のワイヤBWを介して電気的に接続されている。半導体チップCPの表面において、側面MRc3側の辺に沿って配列する複数のパッド電極PDが、封止部MRの側面MRc3側に配置された複数のリードLDに、複数のワイヤBWを介して電気的に接続されている。半導体チップCPの表面において側面MRc4側の辺に沿って配列する複数のパッド電極PDが、封止部MRの側面MRc4側に配置された複数のリードLDに、複数のワイヤBWを介して電気的に接続されている。
ワイヤ(ボンディングワイヤ)BWは、導電性の接続部材であり、より特定的には導電性のワイヤである。ワイヤBWは、金属からなるため、金属線(金属細線)とみなすこともできる。ワイヤBWとしては、金(Au)ワイヤ、銅(Cu)ワイヤ、あるいはアルミニウム(Al)ワイヤなどを好適に用いることができる。ワイヤBWは、封止部MR内に封止されており、封止部MRから露出されない。各リードLDにおいて、ワイヤBWの接続箇所は、封止部MR内に位置するインナリード部(より特定的にはインナリード部の上面)である。
また、各リードLDのインナリード部の上面に、めっき層PL2を設けることもできる。めっき層PL2を設けた場合は、各ワイヤBWの一方の端部(パッド電極PDに接続された側とは反対側の端部)は、リードLDのインナリード部の上面のめっき層PL2に接続される。ワイヤBWをリードLDのインナリード部の上面のめっき層PL2に接続することで、ワイヤBWの接続強度を高めることができる。めっき層PL2は、上記めっき層PL1と同じ材料により形成することができる。すなわち、めっき層PL1が銀(Ag)めっき層の場合は、めっき層PL2も銀(Ag)めっき層からなり、めっき層PL1が金(Au)めっき層の場合は、めっき層PL2も金(Au)めっき層からなり、めっき層PL1が白金(Pt)めっき層の場合は、めっき層PL2も白金(Pt)めっき層からなることが好ましい。めっき層PL2と上記めっき層PL1とが同じ材料により形成されていれば、めっき層PL2とめっき層PL1とを同じ(共通の)めっき工程で形成することが可能になるので、リードフレームを作製しやすくなり、リードフレームを用いた半導体装置PKGの製造が容易になる。
<半導体装置の製造工程について>
次に、上記図1〜図8に示される半導体装置PKGの製造工程(組立工程)について説明する。図9は、上記図1〜図8に示される半導体装置PKGの製造工程を示すプロセスフロー図である。図10〜図18は、半導体装置PKGの製造工程中の平面図または断面図である。図10〜図18のうち、図10、図12、図14および図16が平面図であり、図11、図13、図15、図17および図18が断面図であり、断面図としては、上記図7に相当する断面が示されている。
半導体装置PKGを製造するには、まず、リードフレームLFを準備し(図9のステップS1)、また、半導体チップCPを準備する(図9のステップS2)。リードフレームLFと半導体チップCPとは、どちらを先に準備してもよく、また、同時に準備してもよい。
図10および図11に示されるように、リードフレームLFは、フレーム枠(図示せず)と、フレーム枠に連結された複数のリードLDと、フレーム枠に複数の吊りリードTLを介して連結されたダイパッドDPと、を一体的に有している。リードフレームLFは、銅(Cu)を主成分とする金属材料からなり、具体的には、銅(Cu)または銅(Cu)合金からなる。リードフレームLFのダイパッドDPの上面DPaには、めっき層PL1が形成されている。また、リードフレームLFの各リードLDの先端部(インナリード部の先端部)の上面には、めっき層PL2が形成されている。めっき層PL1,PL2は、めっき法(好ましくは電解めっき法)を用いて形成することができる。リードフレームのダイパッドDPの上面DPaに形成されているめっき層PL1の平面寸法(平面積)は、後で搭載する半導体チップCPの平面寸法(平面積)よりも小さい。
リードフレームLFは、金属板(銅板または銅合金板)を加工することにより作製することができるが、金属板を加工してリードフレームLFを作製した後、リードフレームLFのダイパッドDPの上面のめっき層PL1と、リードフレームLFのリードLDのインナリード部の上面のめっき層PL2とを、めっき法(好ましくは電解めっき法)を用いて形成する。めっき層PL1とめっき層PL2とは、同じめっき工程で形成することができる。これにより、めっき層PL1が形成されたダイパッドDPと、めっき層PL2が形成された複数のリードLDとを一体的に有するリードフレームLFを準備することができる。
次に、図12および図13に示されるように、半導体チップCPのダイボンディング工程を行って、リードフレームLFのダイパッドDP(めっき層PL1)上に半導体チップCPを導電性の接合材BD1を介して搭載する(図9のステップS3)。ステップS3のダイボンディング工程は、具体的には、次のようにして行うことができる。
すなわち、まず、リードフレームLFのダイパッドDPの上面DPa上に、接合材BD1を供給(塗布)する。接合材BD1は、導電性材料と樹脂材料とを含有する導電性接合材からなるが、銀(Ag)ペーストのような導電性ペースト型の接合材(接着材)を、接合材BD1として好適に用いることができる。接合材BD1が含有する導電性材料としては、銀(Ag)粒子のような金属粒子を好適に用いることができる。
接合材BD1は、後で上記接合材BDになるものであるが、この段階の接合材BD1は、まだ硬化しておらず、粘性を有している。すなわち、この段階の接合材BD1は、ペースト状の(流動性のある)接合材である。接合材BD1は、リードフレームのダイパッドDPの上面DPaにおいて、チップ搭載予定領域(半導体チップCPを搭載する予定の領域)に供給(塗布)される。リードフレームのダイパッドDPの上面DPaにおいて、半導体チップCPを搭載する予定の領域には、めっき層PL1が形成されているため、ダイパッドDPの上面DPaのめっき層PL1上に、接合材BD1が供給(塗布)されることになる。
なお、この時点(接合材BD1供給後でかつ半導体チップCPを搭載する前の時点)では、めっき層PL1は、接合材BD1で完全に覆われているわけではなく、平面視において、めっき層PL1は、まだ接合材BD1に内包されてはいない。この時点では、めっき層PL1の一部は、接合材BDで覆われずに露出している。
それから、リードフレームのダイパッドDPの上面DPaのチップ搭載予定領域に半導体チップCPを配置(搭載)する。この際、半導体チップCPは、半導体チップCPの表面側が上方を向き、半導体チップCPの裏面側が下方(すなわちダイパッドDPの上面DPa側)を向くように、フェイスアップでダイパッドDPの上面DPa上に配置される。すなわち、半導体チップCPは、半導体チップCPの裏面がダイパッドDPの上面と対向するように、ダイパッドDPの上面DPaに配置される。リードフレームのダイパッドDPの上面DPaにおいて、半導体チップCPを搭載する予定の領域には、めっき層PL1が形成されているため、ダイパッドDPの上面DPaのめっき層PL1上に、接合材BD1を介して半導体チップCPが配置(搭載)されることになる。
ダイパッドDPの上面DPaのチップ搭載予定領域にペースト状の(すなわち流動性のある)接合材BD1を配置した状態で(すなわち接合材BD1が硬化していない状態で)、半導体チップCPをダイパッドDPの上面DPaのチップ搭載予定領域に配置する。この際、半導体チップCPの表面(パッド電極PDが形成された側の主面)に対して、半導体チップCPの表面に略垂直な方向の荷重(力)が印加される。このため、半導体チップCPの裏面によって接合材BD1が押し拡げられ、半導体チップCPの裏面とダイパッドDPの上面DPaとの間の領域全体に接合材BD1が拡がることになる。これにより、半導体チップCPの裏面とダイパッドDPの上面DPaとの間に、接合材BD1が充填された状態となるが、ダイパッドDPの上面DPaにはめっき層PL1が形成されているため、半導体チップCPの裏面とめっき層PL1との間に、接合材BD1が充填された状態となる。また、半導体チップCPの裏面によって押し広げられた接合材BD1は、平面視において、半導体チップCPから若干はみ出た状態になり得る。
ダイパッドDPの上面DPaに形成されているめっき層PL1の平面寸法(平面積)は、半導体チップCPの平面寸法(平面積)よりも小さく、めっき層PL1が半導体チップCPに平面視において内包されるように、半導体チップCPが配置される。すなわち、搭載された半導体チップCPは、平面視において、めっき層を内包している。このため、ダイパッドDP上に半導体チップCPを配置すると、めっき層PL1全体が接合材BD1で覆われた状態になり、めっき層PL1は露出されなくなる。すなわち、ダイパッドDP上に半導体チップCPを配置すると、めっき層PL1は、めっき層PL1が露出しないように、接合材BDで覆われた状態になる。
このように、半導体チップCPを搭載する際に、半導体チップCPに対して、半導体チップCPの表面(パッド電極PDが形成された側の主面)に略垂直な方向の荷重が印加されることで、接合材BD1が半導体チップCPの裏面によって押し広げられ、それによって、めっき層PL1が接合材BD1で完全に覆われ、平面視においてめっき層PL1が接合材BD1に内包されるようになる。
次に、熱処理(ベーク処理)を行って、接合材BD1を硬化させる(図9のステップS4)。これにより、接合材BD1が硬化して、接合材BDとなる。接合材BDは、接合材BD1が硬化したものである。接合材BD1が含有する樹脂材料として、熱硬化性の樹脂材料を用いれば、熱処理により接合材に含まれる熱硬化性樹脂材料を硬化させ、それによって接合材BD1を硬化させることができる。半導体チップCPは、硬化した接合材BD1(すなわち接合材BD)によって、ダイパッドDP(めっき層PL1)に接合されて固定される。ダイパッドDPの上面DPaに形成されているめっき層PL1は、全体が接合材BDで覆われているため、露出されない。すなわち、ダイパッドDPの上面DPaに形成されているめっき層PL1は、硬化した接合材BDで完全に覆われているため、露出部を有さない状態になっている。これにより、後で封止部MRを形成した際に、めっき層PL1が封止部MRと接するのを防止できる。
また、ダイボンディング時に、接合材BD1は半導体チップCPの裏面によって押し拡げられるため、半導体チップCPは、平面視において、接合材BD1に内包され、従って、接合材BD1を硬化した後は、半導体チップCPは、平面視において、接合材BDに内包される。
次に、図14および図15に示されるように、ワイヤボンディング工程を行う(図9のステップS5)。
ステップS5のワイヤボンディング工程では、半導体チップCPの複数のパッド電極PDとリードフレームLFの複数のリードLDとの間を、複数のワイヤBWを介してそれぞれ電気的に接続する。
次に、モールド工程(樹脂成形工程)による樹脂封止を行って、図16および図17に示されるように、半導体チップCPおよびそれに接続された複数のワイヤBWを封止部MRによって封止する(図9のステップS6)。このステップS6のモールド工程によって、半導体チップCP、ダイパッドDP、複数のリードLDのインナリード部、複数のワイヤBWおよび吊りリードTLを封止する封止部MRが形成される。ダイパッドDPの上面DPaに形成されているめっき層PL1は、全体が接合材BDで覆われているため、ステップS6で封止部MRを形成しても、めっき層PL1は封止部MRと接触しない。すなわち、めっき層PL1が露出していない状態でモールド工程を行って封止部MRを形成するため、めっき層PL1は封止部MRと接触しない。また、図17の場合は、ダイパッドDPの下面DPbは、封止部MRの下面MRbから露出される。
次に、封止部MRから露出しているリードLDのアウタリード部に必要に応じてめっき処理を施してから、封止部MRの外部において、リードLDおよび吊りリードTLを所定の位置で切断して、リードフレームLFのフレーム枠から分離する(図9のステップS7)。
次に、図18に示されるように、封止部MRから突出するリードLDのアウタリード部を折り曲げ加工(リード加工、リード成形)する(図9のステップS8)。
このようにして、上記図1〜図8に示されるような半導体装置PKGが製造される。
<検討例について>
図19は、本発明者が検討した第1検討例の半導体装置(半導体パッケージ)PKG101の断面図であり、上記図7に相当する断面図が示されている。
図19に示される第1検討例の半導体装置PKG101は、主として以下の点が、本実施の形態の半導体装置PKGと相違している。
すなわち、図19に示される第1検討例の半導体装置PKG101においては、上記ダイパッドDPに相当するダイパッドDP101上に、半導体チップCPが、上記接合材BDに相当する接合材BD101を介して搭載されているが、ダイパッドDP101の上面に、上記めっき層PL1に相当するものは形成されていない。このため、図19に示される第1検討例の半導体装置PKG101においては、めっき層が形成されていないダイパッドDP101の上面上に、半導体チップCPの裏面が、接合材BD101を介して接合されて固定されている。他の構成は、図19に示される第1検討例の半導体装置PKG101も、上記半導体装置PKGとほぼ同様であるので、ここではその繰り返しの説明は省略する。
ダイパッドDP101は、ダイパッドDPと同様の材料からなり、具体的には、銅を主成分とする金属材料(銅または銅合金)からなる。このため、ダイボンディング工程を行ってダイパッドDP101の上面上に半導体チップCPを搭載する前に、銅または銅合金からなるダイパッドDP101の表面(露出表面)が酸化される懸念がある。ダイボンディング工程を行う前にダイパッドDP101の上面が酸化されてしまうと、ダイパッドDP101の上面上に接合材BD101を介して半導体チップCPを搭載した場合に、その接合材BD101とダイパッドDP101との界面に、酸化層(以下、界面酸化層と称す)が介在することになる。この界面酸化層は、ダイボンディング工程の前に、ダイパッドDP101の露出表面が酸化されたことで形成された酸化層に対応している。界面酸化層は、接合材BD101やダイパッドDP101に比べて、熱伝導率が低い。このため、接合材BD101とダイパッドDP101との界面に界面酸化層が存在することは、半導体チップCPからダイパッドDP101への熱伝導経路の熱抵抗を増加させるように作用する。
すなわち、図19に示される第1検討例の半導体装置PKG101においては、半導体チップCPからダイパッドDP101への熱伝導経路の熱抵抗は、半導体チップCPと接合材BD101との界面の熱抵抗と、接合材BD101の熱抵抗と、接合材BD101とダイパッドDP101との界面の熱抵抗と、の合計になる。接合材BD101とダイパッドDP101との界面に界面酸化層が形成されていると、接合材BD101とダイパッドDP101との界面の熱抵抗が大きくなってしまい、それに伴い、半導体チップCPからダイパッドDP101への熱伝導経路の熱抵抗が大きくなってしまう。
このため、図19に示される第1検討例の半導体装置PKG101においては、接合材BD101とダイパッドDP101との界面に界面酸化層が存在することで、半導体チップCPからダイパッドDP101への熱伝導経路の熱抵抗が大きくなり、半導体チップCPからダイパッドDP101への放熱効率が低くなってしまう懸念がある。半導体チップCPからダイパッドDP101への熱伝導経路の熱抵抗が大きくなって、半導体チップCPからダイパッドDP101への放熱効率が低くなると、半導体チップCPの発熱に起因して半導体チップCPの温度が上昇しやすくなる。半導体チップCPの温度上昇は、半導体装置PKG101の信頼性や性能の低下につながるため、できるだけ抑制することが望ましい。
図20は、本発明者が検討した第2検討例の半導体装置(半導体パッケージ)PKG201の断面図であり、上記図7や上記図19に相当する断面図が示されている。図21〜図24は、第2検討例の半導体装置PKG201の平面透視図であり、上記図3〜図6にそれぞれ相当するものである。すなわち、図21には、封止部MRを透視したときの半導体装置PKG201の平面透視図が示され、また、図22には、図21において、更にワイヤBWを透視(省略)したときの半導体装置PKG201の平面透視図が示されている。また、図23には、図22において、更に半導体チップCPを透視(省略)したときの半導体装置PKG201の平面透視図が示され、また、図24には、図23において、更に接合材BD201を透視(省略)したときの半導体装置PKG201の平面透視図が示されている。図24は、平面図であるが、理解を簡単にするために、ダイパッドDP201の上面に形成されているめっき層PL201にハッチングを付してある。
図20〜図24に示される第2検討例の半導体装置PKG201は、ダイパッドDP201の上面にめっき層PL201を形成している点が、図19に示される第1検討例の半導体装置PKG101と相違している。
すなわち、図20〜図24に示される第2検討例の半導体装置PKG201においては、上記ダイパッドDPに相当するダイパッドDP201上に、半導体チップCPが、上記接合材BDに相当する接合材BD201を介して搭載されており、ダイパッドDP201の上面に、めっき層PL201が形成されている。このため、図20〜図24に示される第2検討例の半導体装置PKG201においては、ダイパッドDP201の上面のめっき層PL201上に、接合材BD201を介して半導体チップCPが搭載されている。すなわち、半導体チップCPの裏面が、ダイパッドDP201の上面のめっき層PL201に、接合材BD201を介して接合されて固定されている。
めっき層PL201は、上記めっき層PL1に相当するものであるが、第2検討例の半導体装置PKG201におけるめっき層PL201の面積は、本実施の形態の上記半導体装置PKGにおける上記めっき層PL1の面積と相違しており、めっき層PL201の面積は、上記めっき層PL1の面積よりも大きい。すなわち、図20〜図24に示される第2検討例の半導体装置PKG201においては、めっき層PL201の面積は、半導体チップCPの面積よりも大きく、平面視において、半導体チップCPは、めっき層PL201に内包されている。平面視において、めっき層PL201における外周部上には、半導体チップCPも接合材BD201も存在していない。このため、めっき層PL201における外周部は、封止部MRに接している。従って、図20〜図24に示される第2検討例の半導体装置PKG201においては、めっき層PL201は、接合材BD201で覆われた部分(接合材BD201に接する部分)と、接合材BD201で覆われずに封止部MRで覆われた部分(封止部MRに接する部分)と、を有している。
ダイパッドDP201は、上記ダイパッドDP,DP101と同様の材料からなり、めっき層PL201は、上記めっき層PL1と同様の材料からなる。具体的には、めっき層PL201は、上記めっき層PL1と同様に、銀(Ag)、金(Au)または白金(Pt)からなる。このため、上記めっき層PL1と同様に、めっき層PL201も、酸化されにくい材料から形成されていることになる。従って、ダイボンディング工程を行う前までに、銅または銅合金からなるダイパッドDP101の露出表面は酸化される懸念があるが、めっき層PL201の露出表面は、酸化されずに済む。このため、ダイパッドDP201の上面のめっき層PL201上に接合材BD201を介して半導体チップCPを搭載した場合に、その接合材BD201とめっき層PL201との界面には、酸化層(界面酸化層)は介在せずに済み、めっき層PL201の表面が直接的に接合材BD201と接触することになる。また、めっき層PL201は、銀(Ag)、金(Au)または白金(Pt)からなるため、熱伝導率が高い。このため、図20〜図24に示される第2検討例の半導体装置PKG201においては、ダイパッドDP201の上面上にめっき層PL201を設けてそのめっき層PL201上に接合材BD201を介して半導体チップCPを搭載したことで、半導体チップCPからダイパッドDP201への熱伝導経路の熱抵抗を抑制することができる。従って、図19に示される第1検討例の半導体装置PKG101よりも、図20〜図24に示される第2検討例の半導体装置PKG201の方が、半導体チップ(CP)からダイパッド(DP101,DP201)への放熱効率を向上させることができる。
しかしながら、本発明者の検討により、図20〜図24に示される第2検討例の半導体装置PKG201において、次のような課題が生じることが分かった。
図20〜図24に示される第2検討例の半導体装置PKG201においては、めっき層PL201の表面の一部(めっき層PL201における外周部表面)は、封止部MRで覆われており、封止部MRと接触している。すなわち、図20〜図24に示される第2検討例の半導体装置PKG201においては、めっき層PL201の面積が半導体チップCPの面積よりも大きいことから、めっき層PL201の一部が、接合材BDで覆われなくなり、封止部MRに接触してしまう。特に、平面視における半導体チップCPの角部の近傍で、めっき層PL201が接合材BDで覆われにくくなり、めっき層PL201における封止部MRに接触する面積が大きくなりやすい。しかしながら、めっき層PL201と封止部MRとの密着性は、比較的低い。具体的には、めっき層PL201が形成されていない領域のダイパッドDP201の表面と封止部MRとの密着性に比べて、めっき層PL201と封止部MRとの密着性は、低い。
このため、図20〜図24に示される第2検討例の半導体装置PKG201においては、めっき層PL201の表面と封止部MRとが接触している部分の密着性が低いことから、そこが、封止部MRの剥離が生じやすい箇所となる。封止部MRの剥離が一か所でも生じてしまうと、そこが起点となって封止部の剥離が進行してしまい、封止部MRの剥離箇所が拡がりやすい。封止部MRの剥離が拡がることは、封止部MRの剥離箇所を通じて水分の侵入を招くなど、半導体装置の信頼性の低下につながる。このため、樹脂封止型の半導体装置の信頼性を向上させる上では、封止部MRの剥離を防ぐことが有効である。
従って、図20〜図24に示される第2検討例の半導体装置PKG201の場合は、めっき層PL201の表面と封止部MRとが接触している箇所を起点として、封止部MRの剥離が生じる懸念があり、半導体装置の信頼性が低下してしまう。一方、図19に示される第1検討例の半導体装置PKG101の場合は、上述したように、半導体チップCPからダイパッドDP101への熱伝導経路の熱抵抗が大きくなって、半導体チップCPからダイパッドDP101への放熱効率が低くなってしまう懸念がある。これは、半導体チップCPの発熱により半導体チップCPの温度が上昇しやすくなることにつながるため、半導体装置PKG101の信頼性や性能を低下させる虞がある。
<主要な特徴と効果について>
本実施の形態の半導体装置PKGは、半導体チップCPと、半導体チップCPを搭載するチップ搭載部であるダイパッドDPと、複数のリードLDと、半導体チップCP、ダイパッドDPの少なくとも一部および複数のリードLDの少なくとも一部を封止する封止部MR(封止体)と、備えている。ダイパッドDPおよび複数のリードLDは、銅を主成分とする金属材料からなる。ダイパッドDPの上面DPaにはめっき層PL1が形成されており、めっき層PL1は、銀めっき層、金めっき層、または白金めっき層からなる。半導体チップCPは、ダイパッドDPの上面DPaのめっき層PL1上に接合材BD(第1接合材)を介して搭載されている。めっき層PL1は、封止部MRと接触しないように、接合材BDで覆われている。
本実施の形態の主要な特徴のうちの一つは、ダイパッドDPの上面DPaにめっき層PL1が形成され、半導体チップCPは、ダイパッドDPの上面DPaのめっき層PL1上に接合材BDを介して搭載されていることである。これにより、上記第1検討例に関連して説明したような課題を解決することができる。これについて、以下に説明する。
本実施の形態とは異なり、ダイパッドDPの上面DPaにめっき層PL1が形成されていない場合が、上記図19の第1検討例の半導体装置PKG101にほぼ相当している。本実施の形態とは異なり、ダイパッドDPの上面DPaにめっき層PL1が形成されていなければ、上記第1検討例の半導体装置PKG101に関連して説明した課題が発生する懸念がある。簡単に言えば、半導体チップCPを搭載するための接合材(BD101)とダイパッド(DP101)との界面に酸化層(界面酸化層)が介在してしまい、半導体チップCPからダイパッド(DP101)への熱伝導経路の熱抵抗が大きくなり、半導体チップCPからダイパッド(DP101)への放熱効率が低くなってしまう懸念がある。
それに対して、本実施の形態では、ダイパッドDPの上面DPaにめっき層PL1が形成されており、めっき層PL1は、銀めっき層、金めっき層、または白金めっき層からなる。めっき層PL1は、酸化されにくい材料(銀(Ag)、金(Au)または白金(Pt))からなるため、銅を主成分とする金属材料からなるダイパッドDPよりも酸化されにくい。このため、ダイボンディング工程を行う前までに、銅を主成分とする金属材料からなるダイパッドDPの露出表面は酸化される懸念があるが、めっき層PL1の露出表面は、酸化されずに済む。このため、ダイパッドDPの上面のめっき層PL1上に接合材BDを介して半導体チップCPを搭載した場合に、その接合材BDとめっき層PL1との界面には、酸化層(界面酸化層)は介在せずに済み、めっき層PL1の表面が直接的に接合材BDと接触することになる。また、めっき層PL1は、銀(Ag)めっき層、金(Au)めっき層、または白金(Pt)めっき層からなるため、熱伝導率が高い。このため、本実施の形態の半導体装置PKGにおいては、ダイパッドDPの上面DPaにめっき層PL1を設けてそのめっき層PL1上に接合材BDを介して半導体チップCPを搭載したことで、半導体チップCPからダイパッドDPへの熱伝導経路の熱抵抗を抑制することができる。従って、図19に示される第1検討例の半導体装置PKG101よりも、本実施の形態の半導体装置PKGの方が、半導体チップ(CP)からダイパッド(DP,DP101)への放熱効率を向上させることができる。これにより、半導体装置の信頼性を向上させることができる。また、半導体装置の性能を向上させることができる。
本実施の形態の主要な特徴のうちの他の一つは、めっき層PL1は、封止部MRと接触しないように、接合材BDで覆われていることである。これにより、上記第2検討例に関連して説明したような課題を解決することができる。これについて、以下に説明する。
上記図20〜図24の第2検討例の場合は、めっき層PL201の表面の一部(めっき層PL201における外周部表面)は、接合材BD201で覆われずに封止部MRで覆われており、封止部MRと接触している。しかしながら、めっき層PL201と封止部MRとの密着性は比較的低いため、めっき層PL201の表面と封止部MRとが接触している箇所が、封止部MRの剥離が生じやすい箇所となり、そこを起点として、封止部MRの剥離が進行する懸念があり、半導体装置の信頼性が低下してしまう。
つまり、本実施の形態とは異なり、めっき層PL1の表面の一部(例えばめっき層PL1における外周部表面)が、接合材BDで覆われずに封止部MRと接触していた場合には、接合材BDと封止部MRとが接触する箇所が、封止部MRの剥離が生じやすい箇所となり、そこを起点として、封止部MRの剥離が進行する懸念がある。
それに対して、本実施の形態では、めっき層PL1は、封止部MRと接触しないように、接合材BDで覆われているため、めっき層PL1と封止部MRとが接触している箇所は、生じずに済む。すなわち、ダイパッドDPの上面DPaに形成されためっき層PL1全体が接合材BDで覆われているため、めっき層PL1と封止部MRとが直接的に接触している箇所は、生じずに済む。めっき層PL1と封止部MRとが接触している箇所があると、そこが封止部MRの剥離の起点になり得るが、本実施の形態では、ダイパッドDPの上面DPaに形成されためっき層PL1全体が接合材BDで覆われていることで、めっき層PL1と封止部MRとが接触しないですむため、めっき層PL1と封止部MRとの接触箇所を起点として封止部MRの剥離が進行する現象を防ぐことができる。このため、図20〜図24の第2検討例よりも、本実施の形態の方が、封止部MRの剥離を抑制または防止でき、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
また、本実施の形態では、平面視において、めっき層PL1が半導体チップCPに内包されていることが好ましく、これにより、めっき層PL1全体が接合材BDで覆われた構造を、的確に得ることができる。すなわち、ダイボンディング工程では、硬化前の接合材(BD1)が半導体チップCPの裏面で押し拡げられるため、接合材(BD1)を硬化させた後は、半導体チップCPの裏面全体の下方に硬化した接合材BDが存在した状態になる。このため、めっき層PL1の平面寸法(平面積)を半導体チップCPの平面寸法(平面積)よりも小さくしておき、めっき層PL1が半導体チップCPに平面視において内包されるようにしておけば、必然的に、めっき層PL1全体が接合材BDで覆われることになり、めっき層PL1が封止部MRと接触するのを的確に防ぐことができる。
また、めっき層PL1が封止部MRと接触していた場合に、めっき層PL1と封止部MRとの間の密着性が低くなるのは、めっき層PL1の表面の平坦性が高いためである。すなわち、めっき法で形成しためっき層PL1の表面(上面)の平坦性は、めっき層PL1が形成されていない領域のダイパッドDPの上面DPaの平坦性よりも高くなっている。言い換えると、めっき層PL1が形成されていない領域のダイパッドDPの上面DPaの表面粗さは、めっき層PL1の表面(上面)の表面粗さよりも粗くなっている。これは、めっき法を用いると、表面の平坦性が高い膜(めっき膜)が成膜されることを反映している。このため、本実施の形態とは異なり、めっき層PL1が封止部MRと接触してしまうと、めっき層PL1が形成されていない領域のダイパッドDPの上面MRaと封止部MRとの密着性に比べて、めっき層PL1と封止部MRとの密着性が低くなってしまう。しかしながら、本実施の形態では、めっき層PL1の表面の平坦性が高くとも、めっき層PL1全体が接合材BDで覆われることで、表面の平坦性が高いめっき層PL1が封止部MRと接触するのを防ぐことができるため、表面の平坦性が高いめっき層PL1が封止部MRと接触することに起因して封止部MRが剥離するのを、防止することができる。
封止部MRの密着性が相対的に低い箇所があれば、その箇所が起点となって封止部MRの剥離が進行する虞がある。このため、封止部MRの剥離を防ぐには、封止部MRの密着性が相対的に低い箇所があれば、それに対して対策を施すことが有効である。上記第2検討例の半導体装置PKG201では、めっき層PL201と封止部MRとの密着性が低くなることから、本実施の形態では、めっき層PL1全体を接合材BDで覆うことで、めっき層PL1と封止部MRとが接触しないようにしている。
また、接合材BD,BD201と封止部MRとの密着性は比較的高く、第2検討例の半導体装置PKG201におけるめっき層PL201と封止部MRと密着性よりも、接合材BD,BD201と封止部MRとの密着性の方が高い。このため、封止部MRの剥離を防ぐには、本実施の形態のように、めっき層PL1全体を接合材BDで覆って、めっき層PL1と封止部MRとが接触しないようにすることが有効であり、密着性が比較的高い接合材BDと封止部MRとの接触箇所は、減らさなくともよい。接合材BDと封止部MRとの密着性が高い理由の一つは、接合材BDが、導電性材料と樹脂材料とを含有する導電性接合材からなるからである。
本実施の形態とは異なり、接合材BDが半田であれば、半田と封止部MRとの密着性は比較的低いため、めっき層PL1全体を接合材BDで覆って、めっき層PL1と封止部MRとが接触しないようにしたとしても、半田と封止部MRとの密着性が低いことで、半田と封止部MRとの接触箇所が起点となって封止部MRの剥離が進行する虞がある。
それに対して、本実施の形態では、接合材BDとしては、半田を用いずに、導電性材料と樹脂材料とを含有する導電性接合材を用いている。封止部MRは樹脂材料を含んでおり、一方、接合材BDも樹脂材料を含んでいることで、接合材BDと封止部MRとの密着性は高くなる。また、接合材BDは、導電性材料も含んでいるため、接合材BDの熱伝導性も高くなり、これも、半導体チップCPからダイパッドDPへの熱伝導経路の熱抵抗を抑制するように作用し、半導体チップCPからダイパッドDPへの放熱効率を向上させるように作用する。このため、本実施の形態および後述の変形例は、接合材BDが、導電性材料と樹脂材料とを含有する導電性接合材からなる場合に適用すれば、その効果は極めて大きくなる。
ダイボンディング時に使用する接合材(上記接合材BD1に対応)としては、導電性ペースト型の接合材を好適に用いることができ、銀(Ag)ペーストが特に好ましい。銀(Ag)ペーストは、導電性材料としての銀(Ag)粒子と、樹脂材料とを含んでいる。ダイボンディング時は、接合材(BD1)は、まだ硬化しておらず、ペースト状であり、粘性を有しているが、ダイボンディング後の熱処理(ベーク処理)により、ペースト状の接合材(BD1)が硬化して、硬化した接合材BDとなる。接合材BD1が含有する樹脂材料として、熱硬化性の樹脂材料を用いれば、熱処理により接合材に含まれる熱硬化性樹脂材料を硬化させ、それによって接合材BD1を硬化させることができる。硬化した接合材BDが、樹脂材料を含有することで、接合材BDと封止部MRとの密着性が高くなり、封止部MRと接合材BDとの間の界面では、封止部MRの剥離は生じにくくなる。
また、ダイボンディング時に使用する接合材BD1としては、導電性材料としての金属粒子(好ましくは銀(Ag)粒子)と樹脂材料とを含有するペースト状の接合材を好適に用いることができるが、ダイボンディング後の熱処理(上記ステップS4に相当する熱処理)で接合材BD1に含まれる金属粒子を焼結させる場合もあり得る。この場合、接合材BDは、焼結金属(金属粒子の焼結体)からなり、接合材BD1に含まれていた金属粒子が銀(Ag)粒子であれば、接合材BDを構成する焼結金属は、焼結銀(焼結Ag)である。この場合、焼結金属(好ましくは焼結銀)からなる接合材BD中には、樹脂材料はほとんど残存していないが、焼結金属の内部には多数の隙間が存在しているため、モールド工程で封止部MRを形成した際に、焼結金属からなる接合材BD中の隙間に封止部MRを構成する樹脂材料が侵入することができる。このため、焼結金属(好ましくは焼結銀)からなる接合材BDと封止部MRとの密着性は、比較的高くなり、具体的には、第2検討例の半導体装置PKG201におけるめっき層PL201と封止部MRと密着性よりも高くなり、また、接合材BDとして半田を用いた場合のその半田と封止部MRとの密着性よりも高くなる。このため、本実施の形態および後述に変形例は、接合材BDが、焼結金属(好ましくは焼結銀)からなる場合に適用しても、その効果は極めて大きくなる。
このため、接合材BDが、導電性材料(好ましくは銀粒子のような金属粒子)と樹脂材料とを含有する導電性接合材からなる場合と、接合材BDが焼結金属(好ましくは焼結銀)からなる場合とが、接合材BDと封止部MRとの密着性が高くなるため、好ましい。従って、接合材BD1としては、導電性材料(好ましくは銀粒子のような金属粒子)と樹脂材料とを含有する導電性接合材を用いれば、接合材BDと封止部MRとの密着性が高くなるため、好ましいと言える。
なお、ダイボンディングで半田を用いた場合は、その半田は、一端溶融した後に固化される。このため、半田は、焼結金属には該当しない。また、半田は、導電性材料と樹脂材料とを含有する導電性接合材にも該当しない。溶融後に固化した半田は、焼結体が有するような隙間は形成されず、また、樹脂材料も含んでいないため、半田と樹脂封止部との密着性は、焼結金属と樹脂封止部との密着性や、導電性材料および樹脂材料を含有する導電性接合材と樹脂封止部との密着性よりも、低くなる。このため、本実施の形態および後述の変形例では、接合材BDとしては、半田ではなく、上述のように、導電性材料(好ましくは銀粒子のような金属粒子)と樹脂材料とを含有する導電性接合材か、あるいは、焼結金属(好ましくは焼結銀)を採用することが好ましい。
また、ダイパッドDPの下面DPbは、封止部MRの下面MRbから露出する場合と、露出しない場合とがあり得る。ダイパッドDPの下面DPbが封止部MRの下面MRbから露出する場合は、半導体チップCPからダイパッドDPに伝導された熱を、封止部MRの下面MRbから露出するダイパッドDPの下面DPbから、半導体装置PKGの外部に放熱することができる。このため、ダイパッドDPの下面DPbが封止部MRの下面MRbから露出させた半導体装置においては、半導体チップCPからダイパッドDPへの熱伝導経路の熱抵抗をできるだけ低くすることが重要であり、それによって、半導体チップCPで生じた熱をダイパッドDPを経由して半導体装置の外部に効率的に放熱することができるようになり、半導体装置の放熱特性を向上させることができる。このため、めっき層PL1を設けたことで半導体チップCPからダイパッドDPへの熱伝導経路の熱抵抗を抑制することができる本実施の形態および後述の変形例は、ダイパッドDPの下面DPbが封止部MRの下面MRbから露出する場合に適用すれば、その効果は極めて大きい。
上述したように、めっき層PL1の平面寸法(平面積)を半導体チップCPの平面寸法(平面積)よりも小さくし、めっき層PL1が半導体チップCPに平面視において内包されるようにすることが好ましく、これにより、めっき層PL1全体が接合材BDで覆われた構造を的確に得ることができる。しかしながら、めっき層PL1は、半導体チップCPからダイパッドDPへの熱伝導経路の熱抵抗を抑制するために設けている。このため、めっき層PL1の平面寸法(平面積)を小さくし過ぎると、めっき層PL1を設けたことで半導体チップCPからダイパッドDPへの熱伝導経路の熱抵抗を抑制する効果は、小さくなってしまう。このため、めっき層PL1の平面寸法(平面積)は、ある程度大きくすることが望ましく、具体的には、めっき層PL1の面積は、半導体チップCPの面積の70%以上であることが好ましい。これにより、半導体チップCPとめっき層PL1とが平面視において重なる面積をある程度確保することができるため、めっき層PL1を設けたことによる半導体チップCPからダイパッドDPへの熱伝導経路の熱抵抗を抑制する効果を、的確に得ることができる。
また、半導体チップCPにおいて熱が発生するのは、半導体チップCPにおける回路形成領域CCである。ここで、回路形成領域CCは、半導体チップCPにおいて、種々の回路(半導体集積回路)が形成されている領域に対応している。半導体チップCPの回路形成領域CCには、MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)などの半導体素子が形成されている。このため、半導体チップCPにおける回路形成領域CCで発生した熱を、接合材BDおよびめっき層PL1を経由してダイパッドDPに伝導しやすくすることが望ましい。この観点で、平面視において、半導体チップCPにおける回路形成領域CCは、めっき層PL1に内包されていることが好ましい。これにより、半導体チップCPにおける回路形成領域CCの直下に、接合材BDとめっき層PL1との積層構造が存在することになるため、半導体チップCPの回路形成領域CCで発生した熱を、接合材BDおよびめっき層PL1を経由してダイパッドDPに効率的に伝導させることができ、半導体チップCPからダイパッドDPへの放熱効率を効率的に向上させることができるようになる。従って、めっき層PL1の平面寸法(平面積)を、半導体チップCPの平面寸法(平面積)よりも小さく、かつ、半導体チップCPにおける回路形成領域CCの平面寸法(平面積)よりも大きくして、平面視において、めっき層PL1が半導体チップCPに内包され、かつ、半導体チップCPの回路形成領域CCがめっき層PL1に内包されるようにすることが、より好ましい。これにより、めっき層PL1全体が接合材BDで覆われた構造を的確に得ることができるとともに、半導体チップCPからダイパッドDPへの放熱効率を効率的に向上させることができる。
また、ダイボンディング工程では、半導体チップCPの搭載位置が、設計位置よりも若干ずれてしまう場合もあり得るが、そのような場合でも、搭載された半導体チップCPがめっき層PL1を平面視において内包するようにしておけば、より好ましい。すなわち、ダイボンディング時の半導体チップCPの位置ずれに対するマージンをある程度確保して、めっき層PL1を設計しておくことが、より好ましい。この観点で、平面視において、半導体チップCPの外周(外周を構成する辺)とめっき層PL1の外周(外周を構成する辺)との間の間隔K1は、0.1mm程度かそれ以上に設定しておくことがより好ましい(すなわちK1≧0.1mm)。言い換えると、平面視において、めっき層PL1の外周縁部は半導体チップCPの外周縁部よりも内側にあるが、めっき層PL1の外周縁部が半導体チップCPの外周縁部よりも0.1mm以上内側にあれば、より好ましい。そうすることで、たとえダイボンディング時に半導体チップCPの位置ずれが生じた場合でも、搭載した半導体チップCPがめっき層PL1を平面視において内包しやすくなる。これにより、ダイボンディング工程の管理が容易になり、半導体装置の製造工程を行いやすくなる。また、半導体装置の製造歩留まりを向上させることができる。なお、間隔K1は、図8に示されている。
また、本実施の形態とは異なり、上記第2検討例のように、めっき層PL201と封止部MRとが接する場合には、めっき層PL201と封止部MRとの界面で剥離が生じてそこを起点として剥離が進行すると、その剥離は半導体チップCPと封止部MRとの界面にまで到達し、半導体チップCPと封止部MRとの界面での剥離につながる虞がある。半導体チップCPと封止部MRとの界面で剥離が生じることは、半導体チップCPへの影響が大きいため、できるだけ防ぐことが、半導体装置(半導体パッケージ)の信頼性向上の点で、重要である。このため、半導体チップCPと封止部MRとの界面に連続的に繋がる封止部MRの界面において、封止部MRの密着性が低い箇所ができるだけ生じないようにすることが、半導体チップCPと封止部MRとの界面での剥離を的確に防止して半導体装置の信頼性向上を図る上で、極めて重要である。
そこで、本実施の形態では、半導体チップCPと封止部MRとの界面に連続的に繋がる封止部MRの界面において、封止部MRの密着性が低い箇所が生じないように、接合材BDと封止部MRとが接触しないようにし、また、接合材BDを工夫し、また、後述の変形例ではダイパッドDPを粗面化している。このような工夫により、半導体チップCPと封止部MRとの界面に連続的に繋がる封止部MRの界面において、封止部MRの密着性を全体的に向上させることができるため、半導体チップCPと封止部MRとの界面での剥離につながるような封止部MRの剥離を的確に防止でき、半導体装置の信頼性を的確に向上させることができる。
また、ダイパッドDPの下面DPbが封止部MRの下面MRbから露出する場合には、ダイパッドDPと封止部MRとの界面が封止部MRの下面MRbで露出することになる。この場合、封止部MRの下面MRbで露出する、ダイパッドDPと封止部MRとの界面から、水分が侵入して半導体チップCPにまで伝達されてしまうことを防ぐために、半導体チップCPと封止部MRとの界面での剥離につながるような封止部MRの剥離を防ぐことは、極めて重要になる。この点でも、本実施の形態および以下の変形例は、ダイパッドDPの下面DPbが封止部MRの下面MRbから露出する場合に適用すれば、その効果は極めて大きい。
<変形例について>
封止部MRの密着性が相対的に低い箇所があれば、その箇所が起点となって封止部MRの剥離が進行する虞がある。このため、封止部MRの剥離を防ぐには、封止部MRの密着性が相対的に低い箇所があれば、それに対して対策を施すことが有効である。本実施の形態では、めっき層PL1全体を接合材BDで覆うことで、めっき層PL1と封止部MRとが接触しないようにしているため、めっき層PL1と封止部MRとの密着性を気にする必要はない。また、上述のように、接合材BDとして、導電性材料(好ましくは銀粒子のような金属粒子)と樹脂材料とを含有する導電性接合材を用いるか、あるいは、焼結金属(好ましくは焼結銀)を用いることにより、接合材BDと封止部MRとの密着性を高くすることができる。このため、封止部MRの剥離を防ぐためのめっき層PL1と接合材BDとに対する対策は施されている。従って、めっき層PL1が形成されていない領域のダイパッドDPの表面と封止部MRとの密着性を向上できれば、封止部MRの剥離を防ぐ効果は、更に高まることになる。
そこで、めっき層PL1が形成されていない領域のダイパッドDPの表面と封止部MRとの密着性を向上する対策を施した変形例の半導体装置PKG(PKG1)について、図25を参照して以下に説明する。
図25は、本実施の形態の半導体装置PKGの変形例を示す断面図であり、上記図7に対応するものである。図25では、ダイパッドDPおよびリードLDにおいて、粗面化された領域を、細かい凹凸で模式的に示してある。図25に示される変形例の半導体装置PKGを、以下では、符号PKG1を付して半導体装置PKG1と称することとする。
図25に示される変形例の半導体装置PKG1は、以下の点が、上記図1〜図8の半導体装置PKGと相違している。
すなわち、図25に示される変形例の半導体装置PKGに1おいては、封止部MRに接する部分のダイパッドDPの表面に、粗面化処理が施されている。また、図25に示される変形例の半導体装置PKG1においては、封止部MRに接する部分のリードLDの表面に、粗面化処理が施されている。すなわち、ダイパッドDPの表面(上面および側面)と、リードLDのインナリード部の表面(上面、側面および下面)とに、粗面化処理が施されている。他の構成は、図25に示される変形例の半導体装置PKG1も、上記図1〜図8の半導体装置PKGとほぼ同様であるので、ここではその繰り返しの説明は省略する。
図25に示される変形例の半導体装置PKG1を製造する場合は、次のようにして、リードフレームLFを準備することができる。
すなわち、金属板(銅板または銅合金板)を加工してリードフレームLFを作製した後、リードフレームLFのダイパッドDPの上面のめっき層PL1と、リードフレームLFのリードLDのインナリード部の上面のめっき層PL2とを、めっき法(好ましくは電解めっき法)を用いて形成し、その後、リードフレームLFに対して粗面化処理を施す。これにより、粗面化処理が施され、かつ、めっき層PL1,PL2が形成されたリードフレームLFが準備される。
あるいは、金属板(銅板または銅合金板)を加工してリードフレームLFを作製した後、リードフレームLFに対して粗面化処理を施し、その後、リードフレームLFのダイパッドDPの上面のめっき層PL1と、リードフレームLFのリードLDのインナリード部の上面のめっき層PL2とを、めっき法(好ましくは電解めっき法)を用いて形成する。これにより、粗面化処理が施され、かつ、めっき層PL1,PL2が形成されたリードフレームLFが準備される。
粗面化処理は、対象物(対象面)の表面粗さを粗くする処理であり、例えばエッチングを用いて行うことができる。なお、表面粗さの程度を表す指標としては、算術平均粗さ(Ra)などがある。本実施の形態および変形例でも、算術平均粗さ(Ra)を表面粗さの程度を表す指標として好適に用いることができる。
めっき層PL1,PL2形成工程(めっき工程)と、粗面化処理工程とは、どちらが先でも良い。めっき層PL1,PL2形成工程(めっき工程)の後に、粗面化処理工程を行った場合は、めっき層PL1の直下のダイパッドDPの上面は、粗面化処理されておらず、また、めっき層PL2の直下のリードLD(インナリード部)の上面も、粗面化処理されていない。
めっき層PL1,PL2形成工程(めっき工程)の後に、粗面化処理工程を行った場合は、粗面化処理に使用する薬液(例えばエッチング液)にめっき層PL1,PL2がさらされることになるが、銅を主成分とする金属材料からなるリードフレームLFに比べて、銀(Ag)、金(Au)または白金(Pt)からなるめっき層PL1,PL2は、その薬液によってエッチングされにくい。このため、めっき層PL1,PL2は、粗面化処理の影響をほとんど受けず、めっき層PL1で覆われていない領域のダイパッドDPの表面と、めっき層PL2で覆われていない領域のリードLDのインナリード部の表面とが、選択的に粗面化されることになる。めっき層PL1,PL2は、粗面化処理の影響をほとんど受けずに済むため、後でめっき層PL2にワイヤを接続する際に、不都合は生じないで済む。
一方、粗面化処理工程の後に、めっき層PL1,PL2形成工程(めっき工程)を行った場合は、めっき層PL1の直下のダイパッドDPの上面も、粗面化処理されており、また、めっき層PL2の直下のリードLD(インナリード部)の上面も、粗面化処理されている。粗面化処理工程の後にめっき層PL1,PL2を形成した場合は、粗面化された面上にめっき層PL1,PL2が形成されることになるが、その場合でも、めっき法で形成されためっき層PL1,PL2の表面の平坦度はある程度高い。このため、後でめっき層PL2にワイヤを接続する際に、不都合は生じないで済む。
図25に示される変形例の半導体装置PKG1を製造する場合は、ステップS1で準備されたリードフレームLFにおいて、ダイパッドDPのうち、封止部MRで覆われる予定の領域は、粗面化されている。また、ステップS1で準備されたリードフレームLFにおいて、リードLDのうち、封止部MRで覆われる予定の領域は、粗面化されている。ステップS1で準備されたリードフレームLFにおいて、ダイパッドDPおよびリードLDのそれぞれにおいて、封止部MRで覆われずに露出される予定の領域は、粗面化されていないことが好ましい。
リードフレームLFに粗面化処理を施したこと以外は、半導体装置の製造工程は、図25に示される変形例の半導体装置PKG1の場合も、上記図9〜図18を参照して説明した製造工程とほぼ同様であるので、ここではその繰り返しの説明は省略する。
ダイパッドDPの封止部MRに接する面は、粗面化されずにある程度平坦な表面を有する場合よりも、粗面化されて粗い表面を有する場合の方が、封止部MRとの密着性が高くなる。リードLDについても、同様である。
図25に示される変形例の半導体装置PKG1においては、ダイパッドDPの封止部MRと接触する領域は、粗面化されている。具体的には、ダイパッドDPの側面全体と、ダイパッドDPの上面DPaのうちのめっき層PL1が形成されていない領域とは、粗面化されている。これにより、ダイパッドDPと封止部MRとが接する領域において、ダイパッドDPと封止部MRとの密着性を向上させることができる。このため、封止部MRの剥離を防ぐ効果を、更に高めることができる。なお、めっき層PL1で覆われている領域のダイパッドDPの上面DPaは、封止部MRとは接しないため、粗面化されていても、粗面化されていなくともよい。
また、図25に示される変形例の半導体装置PKG1においては、リードLDの封止部MRと接触する領域は、粗面化されている。具体的には、リードLDのインナリード部の上面と側面と下面とは、粗面化されている。これにより、リードLDと封止部MRとの密着性を向上させることができる。なお、めっき層PL2で覆われている領域のリードLD(インナリード部)の上面は、封止部MRとは接しないため、粗面化されていても、粗面化されていなくともよい。
また、リードLDのアウタリード部は、粗面化しないことが好ましい。なぜなら、リードフレームLFにおいて、リードLDのアウタリード部も粗面化してしまうと、モールド工程で封止部MRを形成した際に、リードフレームLFのリードLDのアウタリード部にも樹脂材料が樹脂バリとして付着してしまい、その樹脂バリを除去しにくくなるからである。各リードLDにおいて、インナリード部は粗面化するが、アウタリード部は粗面化しないことで、リードLDのインナリード部と封止部MRとの密着性を高めることができるとともに、リードLDのアウタリード部に樹脂バリが残るのを防止しやすくなる。
また、ダイパッドDPにおいて、封止部MRを形成すると封止部MRに接する部分は、粗面化することが好ましいが、封止部MRを形成しても封止部MRで覆われずに露出される部分は、粗面化しないことが好ましい。すなわち、図25の変形例の半導体装置PKG1のように、ダイパッドDPの下面DPbを封止部MRの下面MRbから露出させた場合は、ダイパッドDPの下面DPbは、粗面化しないことが好ましい。なぜなら、リードフレームLFのダイパッドDPにおいて、封止部MRを形成しても封止部MRで覆われずに露出される部分(ここではダイパッドDPの下面DPb)も粗面化してしまうと、そこに、封止部MRを形成した際の樹脂バリが付着してしまい、その樹脂バリを除去しにくくなるからである。このため、ダイパッドDPにおいて、封止部MRを形成すると封止部MRで覆われる部分は粗面化するが、封止部MRで覆われずに露出される部分(ここではダイパッドDPの下面DPb)は粗面化しないことで、ダイパッドDPと封止部MRとの密着性を高めることができるとともに、ダイパッドDPの露出面(ここではダイパッドDPの下面DPb)に樹脂バリが残るのを防止しやすくなる。
また、ダイパッドDPの下面DPbが封止部MRで覆われて露出されない場合は、ダイパッドDPの下面DPbにも粗面化処理を施すことが好ましく、これにより、ダイパッドDPの下面DPbと封止部MRとの密着性を向上させることができる。
ダイパッドDPおよびリードLDにおいて、粗面化された領域は、粗面化されていない領域よりも、表面粗さが粗くなっている。
このため、変形例の半導体装置PKG1においては、ダイパッドDPの上面DPaのうち、めっき層PL1が形成されていない領域の表面粗さは、リードLDのうち、封止部MRから露出する領域(アウタリード部)の表面粗さよりも粗くなっている。また、ダイパッドDPの側面の表面粗さは、リードLDのうち、封止部MRから露出する領域(アウタリード部)の表面粗さよりも粗くなっている。これにより、ダイパッドDPと封止部MRとの密着性を向上させることができるとともに、リードLDのアウタリード部に樹脂バリが残るのを防止しやすくなる。また、リードLDのうち、封止部MRで覆われた領域(インナリード部)の表面粗さは、リードLDのうち、封止部MRから露出する領域(アウタリード部)の表面粗さよりも粗くなっている。これにより、リードLDと封止部MRとの密着性を向上させることができるとともに、リードLDのアウタリード部に樹脂バリが残るのを防止しやすくなる。
なお、リードLDのうち、封止部MRから露出する領域(アウタリード部)の表面上に、めっき層(外装めっき層)を形成する場合もある。この場合、リードLDのうち、封止部MRから露出する領域(アウタリード部)の表面粗さは、外装めっき層の表面粗さではなく、外装めっき層の下地のリードLD(銅を主成分とするリードLD)自身の表面粗さである。
また、上述のように、ダイパッドDPの下面DPbが封止部MRの下面MRbから露出している場合は、ダイパッドDPの下面DPbには粗面化処理を施さないことが好ましい。そうした場合は、ダイパッドDPの上面DPaのうち、めっき層PL1が形成されていない領域の表面粗さと、ダイパッドDPの側面の表面粗さとは、ダイパッドDPの下面DPbの表面粗さよりも粗くなる。これにより、ダイパッドDPと封止部MRとの密着性を向上させることができるとともに、ダイパッドDPの下面DPbに樹脂バリが残るのを防止しやすくなる。また、リードLDのうち、封止部MRで覆われた領域(インナリード部)の表面粗さは、ダイパッドDPの下面DPbの表面粗さよりも粗くなる。これにより、リードLDと封止部MRとの密着性を向上させることができるとともに、ダイパッドDPの下面DPbに樹脂バリが残るのを防止しやすくなる。
また、めっき層PL1,PL2は、めっき法で形成しているため、表面の平坦性は高い。このため、ダイパッドDPの上面のうち、めっき層PL1が形成されていない領域の表面粗さは、めっき層PL1(の上面)の表面粗さよりも粗くなっており、これは、図25の変形例の半導体装置PKG1と、上記図1〜図8の半導体装置PKGとで、共通である。しかしながら、図25の変形例の半導体装置PKG1の場合は粗面化処理を施している分、ダイパッドDPの上面におけるめっき層PL1が形成されていない領域の表面粗さと、めっき層PL1の表面粗さとの差は、図25の変形例の半導体装置PKG1の方が、上記図1〜図8の半導体装置PKGよりも、大きくなる。
本実施の形態の半導体装置PKGの更なる変形例について、図26および図27を参照して以下に説明する。
図26は、本実施の形態の半導体装置PKGの更なる変形例を示す断面図であり、上記図7に対応するものである。図26に示される変形例の半導体装置PKGを、以下では、符号PKG2を付して半導体装置PKG2と称することとする。図27は、図26の半導体装置PKG2の一部を拡大した平面透視図(部分拡大平面透視図)であり、上記図8に対応するものである。図27では、半導体装置PKG2におけるダイパッドDP付近を拡大して示してある。なお、上記図8と同様に、図27では、ダイパッドDPの上面上に搭載されている半導体チップCPの位置(外周位置)を実線で示し、ダイパッドDPの上面DPaに形成されているめっき層PL1aの位置(外周位置)を二点鎖線で示し、接合材BDaの位置(外周位置)を一点鎖線で示し、半導体チップCPにおける回路形成領域CCを点線で示してある。
図26および図27に示される変形例の半導体装置PKG2が、上記図1〜図8の半導体装置PKGと相違しているのは、めっき層PL1aの平面寸法と半導体チップCPの平面寸法との関係である。
すなわち、図26および図27に示される変形例の半導体装置PKG2においては、ダイパッドDPの上面DPaに、上記めっき層PL1に相当するめっき層PL1aが形成されている。そして、ダイパッドDPの上面DPaのめっき層PL1a上に、上記接合材BDに相当する接合材BDaを介して、半導体チップCPが搭載されている。めっき層PL1aは、平面寸法(平面積)以外は上記めっき層PL1と同様であり、接合材BDaは、平面寸法(平面積)以外は上記接合材BDと同様である。
上記図1〜図8の半導体装置PKGにおいては、めっき層PL1の平面寸法(平面積)は、半導体チップCPの平面寸法(平面積)よりも小さく、平面視において、めっき層PL1は半導体チップCPに内包されている。それに対して、図26および図27に示される変形例の半導体装置PKG2においては、めっき層PL1aの平面寸法(平面積)は、半導体チップCPの平面寸法(平面積)よりも大きく、平面視において、半導体チップCPがめっき層PL1に内包されている。
つまり、上記図1〜図8の半導体装置PKGのめっき層PL1よりも、図26および図27に示される変形例の半導体装置PKG2のめっき層PL1aの方が、平面寸法(平面積)が大きくなっている。そして、上記図1〜図8の半導体装置PKGの場合は、平面視において、半導体チップCPがめっき層PL1を内包しているのに対して、図26および図27に示される変形例の半導体装置PKG2の場合は、平面視において、めっき層PL1aが半導体チップCPを内包している。
但し、めっき層(PL1,PL1a)が封止部MRと接触しないように接合材(BD,BDa)で覆われている点は、上記図1〜図8の半導体装置PKGと図26および図27に示される変形例の半導体装置PKG2とで共通である。
このため、図26および図27に示される変形例の半導体装置PKG2の場合も、平面視においてめっき層PL1aが接合材BDaに内包され、めっき層PL1a全体が接合材BDaで覆われており、それによって、めっき層PL1aが封止部MRと接触しないようになっている。
図26および図27に示される変形例の半導体装置PKG2の場合も、ダイパッドDPの上面DPaに形成されためっき層PL1a全体が接合材BDaで覆われているため、めっき層PL1aと封止部MRとが接触している箇所は、生じずに済む。めっき層PL1aと封止部MRとが接触している箇所があると、そこが封止部MRの剥離の起点になり得るが、ダイパッドDPの上面DPaに形成されためっき層PL1a全体が接合材BDaで覆われていることで、めっき層PL1aと封止部MRとが接触しないですむため、めっき層PL1aと封止部MRとの接触箇所を起点として封止部MRの剥離が進行する現象を防ぐことができる。このため、上記図20〜図24の第2検討例よりも、図26および図27に示される変形例の半導体装置PKG2の方が、封止部MRの剥離を抑制または防止でき、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
但し、図26および図27に示される変形例の半導体装置PKG2よりも、上記図1〜図8の半導体装置PKGの方が、以下の点で有利である。
すなわち、図26および図27に示される変形例の半導体装置PKG2よりも、上記図1〜図8の半導体装置PKGの方が、めっき層(PL1,PL1a)全体が接合材(BD,BDa)で覆われた構造、すなわち、めっき層(PL1,PL1a)と封止部MRとが接触しない構造、を得やすい。
ダイボンディング工程では、硬化前の接合材(BD1)が半導体チップCPの裏面で押し拡げられるため、接合材(BD1)を硬化させた後は、半導体チップCPの裏面全体の下方に硬化した接合材BDが存在した状態になる。このため、上記図1〜図8の半導体装置PKGの場合のように、めっき層PL1の平面寸法を半導体チップCPの平面寸法よりも小さくしておき、めっき層PL1が半導体チップCPに平面視において内包されるようにしておけば、必然的に、めっき層PL1全体が接合材BDで覆われることになり、めっき層PL1が封止部MRと接触するのを容易かつ的確に防ぐことができる。
一方、図26および図27に示される変形例の半導体装置PKG2の場合は、ダイボンディング工程で硬化前の接合材(BD1)を半導体チップCPの裏面で押し拡げるだけでは、めっき層PL1aを接合材(BD1)で完全に覆うには十分ではない。このため、図26および図27に示される変形例の半導体装置PKG2の場合は、ダイボンディング用の接合材(BD1)をダイパッドDP(めっき層PL1a)上に供給(塗布)する工程を工夫して、めっき層PL1aが完全に接合材BDaで覆われるようにする必要がある。例えば、ダイパッドDPの上面DPa(めっき層PL1a)上に銀(Ag)ペーストのような導電性ペースト型の接合材(BD1)を供給(塗布)する際に、その銀(Ag)ペーストの供給量(塗布量)を増やしたり、その銀(Ag)ペーストが排出されるノズルの数を増やすなどの工夫を行うことで、めっき層PL1aが完全に接合材BDaで覆われるようにする。
このため、図26および図27に示される変形例の半導体装置PKG2の場合よりも、平面視においてめっき層PL1が半導体チップCPに内包されている上記図1〜図8の半導体装置PKGの場合の方が、めっき層PL1全体が接合材BDで覆われてめっき層PL1と封止部MRとが接触しない構造を、より容易かつ的確に得ることができる。従って、図26および図27に示される変形例の半導体装置PKG2の場合よりも、上記図1〜図8の半導体装置PKGの場合の方が、半導体装置の信頼性をより向上させることができ、また、半導体装置の製造歩留まりをより向上させることができ、また、半導体装置の製造工程の管理がより容易になる。
また、図26および図27に示される変形例の半導体装置PKG2の場合は、ダイパッドDPの上面DPa(めっき層PL1a)上に供給(塗布)する銀(Ag)ペースト(接合材BD1)の量を増やす必要があることから、半導体装置の製造コストの増加を招いてしまう。このため、半導体装置の製造コストを抑制する観点でも、図26および図27に示される変形例の半導体装置PKG2の場合よりも、上記図1〜図8の半導体装置PKGの場合の方が、有利である。
また、図26および図27に示される変形例の半導体装置PKG2の場合は、ダイパッドDPの上面DPa(めっき層PL1a)上に銀(Ag)ペースト(接合材BD1)を供給(塗布)する際に、その銀(Ag)ペーストが排出されるノズルの数を増やすことが有効であるが、ノズルの数を増やすには、製造装置(銀ペースト塗布装置)の変更が必要になってしまう。それに対して、上記図1〜図8の半導体装置PKGの場合は、一般的な製造装置(銀ペースト塗布装置)を用いて、ダイパッドDPの上面DPa(めっき層PL1)上に銀(Ag)ペースト(接合材BD1)を供給(塗布)することができる。この観点でも、図26および図27に示される変形例の半導体装置PKG2の場合よりも、上記図1〜図8の半導体装置PKGの場合の方が、有利である。
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前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言うまでもない。
BD,BDa,BD1,BD101,BD201 接合材
BW ワイヤ
CC 回路形成領域
CP 半導体チップ
DP,DP101,DP201 ダイパッド
DPa 上面
DPb 下面
LD リード
LF リードフレーム
MR 封止部
MRa 上面
MRb 下面
PD パッド電極
PKG,PKG1,PKG101,PKG201 半導体装置
PL1,PL1a,PL2,PL201 めっき層
TL 吊りリード

Claims (20)

  1. 半導体チップと、
    前記半導体チップを搭載する主面、および前記主面と反対側の裏面を有するチップ搭載部と、
    複数のリードと、
    前記半導体チップ、前記チップ搭載部の少なくとも一部、および前記複数のリードの少なくとも一部、を封止する封止体と、
    を備える半導体装置であって、
    前記チップ搭載部および前記複数のリードは、銅を主成分とする金属材料からなり、
    前記チップ搭載部の前記主面には、めっき層が形成され、
    前記めっき層は、銀めっき層、金めっき層、または白金めっき層からなり、
    前記半導体チップは、前記チップ搭載部の前記主面の前記めっき層上に、第1接合材を介して搭載されており、
    前記めっき層は、前記封止体と接触しないように、前記第1接合材で覆われている、半導体装置。
  2. 請求項1記載の半導体装置において、
    平面視において、前記めっき層は前記半導体チップに内包されている、半導体装置。
  3. 請求項2記載の半導体装置において、
    前記めっき層の面積は、前記半導体チップの面積の70%以上である、半導体装置。
  4. 請求項2記載の半導体装置において、
    平面視において、前記半導体チップにおける回路形成領域は、前記めっき層に内包されている、半導体装置。
  5. 請求項1記載の半導体装置において、
    前記第1接合材は、導電性材料と樹脂材料とを含有する導電性接合材からなる、半導体装置。
  6. 請求項1記載の半導体装置において、
    前記第1接合材は、焼結金属からなる、半導体装置。
  7. 請求項1記載の半導体装置において、
    前記チップ搭載部の前記裏面は、前記封止体から露出されている、半導体装置。
  8. 請求項1記載の半導体装置において、
    前記半導体チップの複数のパッド電極と前記複数のリードとを電気的に接続する複数のワイヤを更に有し、
    前記封止体は、前記複数のワイヤを封止している、半導体装置。
  9. 請求項1記載の半導体装置において、
    前記チップ搭載部の前記主面のうち、前記めっき層が形成されていない第1領域の表面粗さは、前記めっき層の表面粗さよりも粗い、半導体装置。
  10. 請求項9記載の半導体装置において、
    前記チップ搭載部の前記主面のうち、前記めっき層が形成されていない前記第1領域の表面粗さは、前記複数のリードのうち、前記封止体から露出する第2領域の表面粗さよりも粗い、半導体装置。
  11. 請求項1記載の半導体装置において、
    前記チップ搭載部の前記封止体接する領域は、粗面化されている、半導体装置。
  12. 請求項1記載の半導体装置において、
    前記めっき層は銀めっき層である、半導体装置。
  13. (a)めっき層が形成された主面を有するチップ搭載部と、複数のリードと、を有するリードフレームを準備する工程、
    (b)前記リードフレームの前記チップ搭載部の前記主面の前記めっき層上に、接合材を介して半導体チップを搭載する工程、
    (c)前記接合材を硬化させる工程、
    (d)前記半導体チップと前記チップ搭載部の少なくとも一部と前記複数のリードの少なくとも一部とを封止する封止体を形成する工程、
    を有する半導体装置の製造方法であって、
    前記(a)工程で準備された前記リードフレームは、銅を主成分とする金属材料からなり、
    前記めっき層は、銀めっき層、金めっき層、または白金めっき層からなり、
    前記(b)工程では、前記接合材は導電性材料と樹脂材料とを含有しており、前記半導体チップを搭載すると、前記めっき層は、前記めっき層が露出しないように、前記接合材で覆われる、半導体装置の製造方法。
  14. 請求項13記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(b)工程後で、前記(c)工程前に、
    (b1)前記半導体チップの複数のパッド電極と前記複数のリードとを複数のワイヤを介して電気的に接続する工程、
    を更に有し、
    前記封止体は、前記複数のワイヤも封止する、半導体装置の製造方法。
  15. 請求項13記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(b)工程で搭載された前記半導体チップは、平面視において、前記めっき層を内包している、半導体装置の製造方法。
  16. 請求項15記載の半導体装置の製造方法において、
    前記めっき層の面積は、前記半導体チップの面積の70%以上である、半導体装置の製造方法。
  17. 請求項13記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(c)工程では、前記接合材は、前記導電性材料として複数の銀粒子を含有している、半導体装置の製造方法。
  18. 請求項13記載の半導体装置の製造方法において、
    前記チップ搭載部の前記主面とは反対側の裏面は、前記封止体から露出される、半導体装置の製造方法。
  19. 請求項13記載の半導体装置の製造方法において、
    前記めっき層は、銀めっき層である、半導体装置の製造方法。
  20. 請求項13記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(a)工程で準備された前記リードフレームにおいて、前記チップ搭載部のうち、前記封止体で覆われる予定領域は、粗面化されている、半導体装置の製造方法。
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