JP2018117043A - リードフレーム基板およびその製造方法、ならびに半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

リードフレーム基板およびその製造方法、ならびに半導体装置およびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】絶縁層を有する半導体装置をより薄く作製することが可能なリードフレーム基板及びその製造方法並びに半導体装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】リードフレーム基板10は、ダイパッド11と、ダイパッド11から離間して配置されたリード部12と、ダイパッド11とリード部12とを支持する絶縁層14とを備えている。ダイパッド11は、半導体素子を収容するチップ収容凹部11aと、チップ収容凹部11aの周囲に設けられ、絶縁層14の表面14cを覆うダイパッド周縁凸部11bとを有する。
【選択図】図3

Description

本発明は、リードフレーム基板およびその製造方法、ならびに半導体装置およびその製造方法に関する。
従来、薄型の半導体装置を作製するための各種の方法が知られている。例えば、特許文献1には、電解銅箔の表面に配線を形成し、銅箔の配線面にポリイミドフィルムを接着した後、レーザを用いて配線の接続用端子部を露出させ、その後銅箔をエッチングによって除去する技術が開示されている。
特開2002−110858号公報
しかしながら、従来のポリイミドフィルム付き半導体パッケージにおいては、ある程度厚みのある金属層上に半導体素子を搭載しているため、半導体パッケージの全体の厚みを十分に薄くすることができないという課題がある。
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、絶縁層を有する半導体装置をより薄く作製することが可能な、リードフレーム基板およびその製造方法、ならびに半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、リードフレーム基板であって、ダイパッドと、前記ダイパッドから離間して配置されたリード部と、前記ダイパッドと前記リード部とを支持する絶縁層とを備え、前記ダイパッドは、半導体素子を収容するチップ収容凹部と、前記チップ収容凹部の周囲に設けられ、前記絶縁層の表面を覆うダイパッド周縁凸部とを有することを特徴とするリードフレーム基板である。
本発明は、前記リード部は、中央に位置するリード中央凹部と、前記リード中央凹部の周囲に設けられ、前記絶縁層の表面を覆うリード周縁凸部とを有することを特徴とするリードフレーム基板である。
本発明は、前記ダイパッド周縁凸部は、前記ダイパッドの周縁全体にわたって形成されていることを特徴とするリードフレーム基板である。
本発明は、前記絶縁層の裏面に設けられた支持基材を更に備えたことを特徴とするリードフレーム基板である。
本発明は、前記チップ収容凹部の裏面が外方に露出していることを特徴とするリードフレーム基板である。
本発明は、前記絶縁層のうち前記チップ収容凹部に対応する位置に、絶縁層凹部が形成されていることを特徴とするリードフレーム基板である。
本発明は、前記絶縁層凹部に絶縁層貫通孔が形成されていることを特徴とするリードフレーム基板である。
本発明は、前記絶縁層のうち前記ダイパッド及び前記リード部に覆われていない領域に、非貫通の表面側凹部が形成されていることを特徴とするリードフレーム基板である。
本発明は、半導体装置であって、ダイパッドと、前記ダイパッドから離間して配置されたリード部と、前記ダイパッドと前記リード部とを支持する絶縁層と、前記ダイパッド上に搭載された半導体素子と、前記半導体素子と前記リード部とを電気的に接続する導電部材と、前記ダイパッドと、前記リード部と、前記半導体素子と、前記導電部材とを封止する封止樹脂とを備え、前記ダイパッドは、前記半導体素子を収容するチップ収容凹部と、前記チップ収容凹部の周囲に設けられ、前記絶縁層の表面を覆うダイパッド周縁凸部とを有することを特徴とする半導体装置である。
本発明は、前記絶縁層のうち前記チップ収容凹部の裏面に対応する位置に、絶縁層凹部が形成されていることを特徴とする半導体装置である。
本発明は、リードフレーム基板の製造方法において、支持基材を準備する工程と、前記支持基材上に、所定位置に絶縁層開口部が形成された絶縁層を設ける工程と、前記支持基材および前記絶縁層上に、めっき加工用の電極層を形成する工程と、前記電極層の一部をレジストによって覆うとともに、前記電極層のうち前記レジストに覆われていない部分にめっきを施すことにより、ダイパッドおよびリード部を形成する工程と、前記レジスト及び前記支持基材をそれぞれ除去する工程とを備え、前記ダイパッドおよび前記リード部を形成する工程において、前記ダイパッドには、半導体素子を収容するチップ収容凹部と、前記チップ収容凹部の周囲に設けられ、前記絶縁層の表面を覆うダイパッド周縁凸部とがそれぞれ形成されることを特徴とするリードフレーム基板の製造方法である。
本発明は、前記絶縁層を設ける工程において、前記絶縁層のうち前記ダイパッドの前記チップ収容凹部に対応する位置に、絶縁層凹部が形成されることを特徴とするリードフレーム基板の製造方法である。
本発明は、前記リードフレーム基板を準備する工程と、前記リードフレーム基板の前記ダイパッドの前記チップ収容凹部に半導体素子を搭載する工程と、前記半導体素子と前記リードフレーム基板の前記リード部とを導電部材により電気的に接続する工程と、前記ダイパッドと、前記リード部と、前記半導体素子と、前記導電部材とを封止樹脂により封止する工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
本発明によれば、絶縁層を有する半導体装置をより薄く作製することができる。
図1は、本発明の第1の実施の形態によるリードフレーム基板を示す平面図。 図2は、本発明の第1の実施の形態によるリードフレーム基板を示す底面図。 図3は、本発明の第1の実施の形態によるリードフレーム基板を示す断面図(図1のIII−III線断面図)。 図4は、本発明の第1の実施の形態によるリードフレーム基板の変形例を示す断面図。 図5は、本発明の第1の実施の形態による半導体装置を示す平面図。 図6は、本発明の第1の実施の形態による半導体装置を示す断面図(図5のVI−VI線断面図)。 図7(a)−(i)は、本発明の第1の実施の形態によるリードフレーム基板の製造方法を示す断面図。 図8(a)−(d)は、本発明の第1の実施の形態による半導体装置の製造方法を示す断面図。 図9は、本発明の第2の実施の形態によるリードフレーム基板を示す断面図。 図10は、本発明の第2の実施の形態によるリードフレーム基板の変形例を示す断面図。 図11は、本発明の第2の実施の形態による半導体装置を示す断面図。 図12(a)−(g)は、本発明の第2の実施の形態によるリードフレーム基板の製造方法を示す断面図。 図13(a)−(d)は、本発明の第2の実施の形態による半導体装置の製造方法を示す断面図。 図14は、本発明の第3の実施の形態によるリードフレーム基板を示す断面図。 図15は、本発明の第3の実施の形態による半導体装置を示す断面図。
(第1の実施の形態)
以下、本発明の第1の実施の形態について、図1乃至図8を参照して説明する。なお、以下の各図において、同一部分には同一の符号を付しており、一部詳細な説明を省略する場合がある。なお、本明細書中、「表面」とは半導体素子21が搭載される側の面(すなわち図3の上方を向く面、Z方向プラス側の面)のことをいい、「裏面」とは、図示しない実装基板に接続される側の面(すなわち図3の下方を向く面、Z方向マイナス側の面)のことをいう。
リードフレーム基板の構成
まず、図1乃至図3により、本実施の形態によるリードフレーム基板の概略について説明する。図1は、本実施の形態によるリードフレーム基板を示す平面図であり、図2は、本実施の形態によるリードフレーム基板を示す底面図であり、図3は、本実施の形態によるリードフレーム基板を示す断面図である。
図1乃至図3に示すように、リードフレーム基板10は、半導体素子21(後述)を搭載するダイパッド(第1端子部)11と、ダイパッド11周囲に設けられ、半導体素子21と実装基板(図示せず)とを接続する複数のリード部(第2端子部)12と、ダイパッド11とリード部12とを支持する絶縁層14とを備えている。
このリードフレーム基板10は、それぞれ半導体装置20(後述)に対応する領域である、複数の単位リードフレーム領域10aを含んでいる。単位リードフレーム領域10aは、図1において仮想線の内側に位置する領域である。これら単位リードフレーム領域10aは、切断領域28を介して互いに離間して配置されており、単位リードフレーム領域10aの各辺は、X方向、およびX方向に垂直なY方向に沿ってそれぞれ延びている。
ダイパッド11は、平面略矩形状であり、その4辺はX方向又はY方向のいずれかに沿って延びている。ダイパッド11の平面形状は、略矩形状に限らず、例えば円形状、楕円形状、多角形状、L字形状等としても良い。
また、複数のリード部12は、ダイパッド11から水平方向に離間して配置されている。各リード部12は、半円と長方形とを合わせた平面形状を有している(図1及び図2参照)。この場合、各リード部12は、切断領域28を介して、当該リード部12が位置する単位リードフレーム領域10aに隣接する単位リードフレーム領域10aのリード部12に連結されている。
リード部12は、その表面に内部端子15を有している。この内部端子15は、後述するようにボンディングワイヤ22を介して半導体素子21に電気的に接続される領域となっている。またリード部12の裏面には、それぞれ外部の実装基板(図示せず)に電気的に接続される外部端子17が形成されている。
図3は、本実施の形態によるリードフレーム基板10を示す断面図である。図3に示すように、ダイパッド11は、半導体素子21(後述)を収容するチップ収容凹部11aと、チップ収容凹部11aの周囲に設けられたダイパッド周縁凸部11bとを有している。
このうちチップ収容凹部11aは、平面視略矩形形状であり、その表面11cは、半導体素子21を搭載する平坦な搭載面を構成している。チップ収容凹部11aにおけるダイパッド11の厚みtは、例えば5μm以上20μm以下とすることができる。チップ収容凹部11aの厚みtを5μm以上とすることにより、ダイパッド11の強度を保持し、ダイパッド11の変形を防止することができる。また、この厚みtを20μm以下とすることにより、半導体装置20を薄肉化することができる。
チップ収容凹部11aの表面11cは、絶縁層14の表面14cと同一平面上にあっても良く、絶縁層14の表面14cよりも表面側(Z方向プラス側)又は裏面側(Z方向マイナス側)に位置していても良い。すなわち、チップ収容凹部11aにおけるダイパッド11の厚みtは、絶縁層14の厚みtよりも厚くても良く、絶縁層14の厚みtよりも薄くても良く、同一であっても良い。またチップ収容凹部11aの深さdは、例えば3μm以上10μm以下とすることができる。
チップ収容凹部11aの裏面11dは、リードフレーム基板10の裏面から外方に露出している。これにより、チップ収容凹部11aの裏面11dを外部の実装基板(図示せず)に電気的に接続することができるとともに、半導体素子21からの熱をチップ収容凹部11aの裏面11dから外方に逃がしやすくすることができる。
ダイパッド周縁凸部11bは、平面視略矩形の環形状であり、ダイパッド11の周縁全体にわたって形成されている。また、ダイパッド周縁凸部11bの表面11eは、チップ収容凹部11aの表面11cよりも表面側(Z方向プラス側)に位置しており、ボンディングワイヤ22(後述)が接続される端子部となっている。なお、ダイパッド周縁凸部11bの厚みtは、例えば5μm以上20μm以下とすることができ、ダイパッド周縁凸部11bの幅wは、例えば20μm以上400μm以下とすることができる。
ダイパッド周縁凸部11bのうち、ダイパッド11の最外周に位置する部分は、絶縁層14の表面14cを覆っている。これにより、ダイパッド11が絶縁層14から裏面側に脱落する不具合を防止することができる。このダイパッド周縁凸部11bが絶縁層14の表面14cに重なる重なり幅wは、例えば10μm以上390μm以下としても良い。重なり幅wを10μm以上とすることにより、絶縁層14とダイパッド11とを確実に接着させ、樹脂封止工程(図8(d)参照)において封止樹脂23が裏面側に漏れる不具合を確実に防止することができる。また、ボンディングワイヤ22(後述)が接続される端子部の面積を一定以上確保することができる。一方、重なり幅wを390μm以下とすることにより、ダイパッド11とリード部12との間隔を一定以上確保することができる。
リード部12は、中央に位置するリード中央凹部12aと、リード中央凹部12aの周囲に設けられたリード周縁凸部12bとを有している。
このうちリード中央凹部12aは、平面視で半円と長方形とを合わせた形状であり、その表面12cは平坦面となっている。リード中央凹部12aにおけるリード部12の厚みtは、例えば5μm以上20μm以下とすることができる。リード中央凹部12aの厚みtを5μm以上とすることにより、リード部12の強度を保持し、リード部12の変形を防止することができる。また、この厚みtを20μm以下とすることにより、半導体装置20を薄肉化することができる。なお、リード中央凹部12aの厚みtは、チップ収容凹部11aの厚みtと同一であっても良い。
この場合、リード中央凹部12aの表面12cは、絶縁層14の表面14cと同一平面上にあっても良く、絶縁層14の表面14cよりも表面側(Z方向プラス側)又は裏面側(Z方向マイナス側)に位置していても良い。またリード中央凹部12aの深さdは、例えば3μm以上10μm以下とすることができる。
リード中央凹部12aの裏面12dは、リードフレーム基板10の裏面側に露出しており、外部端子17を構成している。これにより、リード中央凹部12aの裏面12dを外部の実装基板(図示せず)に電気的に接続することができる。
リード周縁凸部12bは、平面視略U字形状となっている。このリード周縁凸部12bは、単位リードフレーム領域10a内に位置するリード部12のうち、切断領域28側を除く周縁全体にわたって形成されている。また、リード周縁凸部12bの表面12eは、ボンディングワイヤ22(後述)が接続される内部端子15を構成している。このように、リード周縁凸部12bの表面12eに内部端子15を設けたことにより、リード部12に対してワイヤボンディングを行いやすくすることができる。なお、リード周縁凸部12bの厚みtは、例えば5μm以上20μm以下とすることができ、リード周縁凸部12bの幅wは、例えば20μm以上400μm以下とすることができる。
リード周縁凸部12bのうち、リード部12の最外周に位置する部分は、絶縁層14の表面14cを覆っている。これにより、リード部12が絶縁層14から裏面側に脱落する不具合を防止することができる。リード周縁凸部12bが絶縁層14に重なっている重なり幅wは、例えば10μm以上390μm以下としても良い。重なり幅wを10μm以上とすることにより、絶縁層14とリード部12とを確実に接着させ、樹脂封止工程(図8(d)参照)において封止樹脂23が裏面側に漏れる不具合を確実に防止することができる。また、ボンディングワイヤ22が接続される内部端子15の面積を一定以上確保することができる。一方、重なり幅wを390μm以下とすることにより、ダイパッド11とリード部12との間隔を一定以上確保することができる。
以上説明したダイパッド11およびリード部12は、後述するように電解めっき工程により作製される(図7(g)参照)。ダイパッド11およびリード部12は、Cu、Pd、Ag、Au、Ni等の単層金属から構成されていても良く、これらを積層した積層金属から構成されていても良い。
絶縁層14は、ダイパッド11およびリード部12の裏面側(とりわけダイパッド周縁凸部11b及びリード周縁凸部12bの裏面側)において、ダイパッド11とリード部12とを互いに連結している。このように、ダイパッド11およびリード部12の裏面に絶縁層14を設けたことにより、絶縁層14によってダイパッド11およびリード部12を支持することができ、リードフレーム基板10全体の強度を高めることができる。これにより、ダイパッド11およびリード部12を薄くすることができ、この結果、半導体装置20全体の厚みを薄くすることができる。
この場合、絶縁層14は、絶縁層14に覆われないダイパッド11およびリード部12の領域を除く、単位リードフレーム領域10aの内側領域の全域を覆っている。これにより、後述するように、封止樹脂23によりダイパッド11およびリード部12を封止する際(図8(d)参照)、ダイパッド11およびリード部12の裏面側に別途樹脂封止用のテープを設ける必要が生じない。
絶縁層14は、例えばポリイミド等のウエットエッチング可能な樹脂からなることが好ましい。また、絶縁層14の厚みは、5μm以上25μm以下とすることが好ましい。絶縁層14の厚みを5μm以上とすることにより、ダイパッド11およびリード部12を確実に支持することができる。また、絶縁層14の厚みを25μm以下とすることにより、リードフレーム基板10を薄肉に構成することができる。
また、絶縁層14とダイパッド11およびリード部12との間には、めっき加工用の電極層38が形成されている。この電極層38は、後述するようにダイパッド11およびリード部12を電解めっきにより加工する際のめっきのベースとなる層である。電極層38は、例えば銅、ニッケル、ニッケルクロム合金等の表面抵抗が1Ω/□以下の材質が好ましく、スパッタリング法等の公知の真空成膜法により厚み10nm以上500nm以下の範囲で形成することができる。なお、図示例では、電極層38を太線で示している。
なお、ダイパッド11およびリード部12の表面を覆うように図示しない金属層(めっき層)が形成されていても良い。ダイパッド11およびリード部12の表面に形成される金属層は、それぞれダイパッド11およびリード部12と、半導体素子21およびボンディングワイヤ22との密着性を向上させる役割を果たす。このような金属層は、例えばPd、Ag、Au、Ni等の金属の単一層でも良く、あるいは、これらのうち複数種類の金属を積層した層からなっていても良い。金属層を形成する方法としては、めっき又はスパッタリング等の手法を用いても良い。また、金属層の厚み(最大厚み)は、絶縁層14の厚みよりも薄くすることが好ましく、具体的には0.3μm以上7μm以下とすることが好ましい。
図4は、本実施の形態によるリードフレーム基板10の変形例を示している。図4において、ダイパッド11、リード部12及び絶縁層14の裏面に、導体からなる支持基材18が設けられている。この支持基材18は、例えば銅、銅合金、42合金(Ni42%のFe合金)、ステンレス等の金属からなっている。支持基材18は、ダイパッド11、リード部12及び絶縁層14を裏面側から支持するとともに、リードフレーム基板10のハンドリング性を高める役割を果たす。支持基材18の厚みは、ハンドリング性を考慮した場合、例えば15μm以上50μm以下とすることが好ましい。なお、支持基材18は、半導体装置20を作製する工程の途中で除去される。
半導体装置の構成
次に、図5および図6により、本実施の形態による半導体装置について説明する。図5および図6は、本実施の形態による半導体装置を示す図である。
図5および図6に示すように、半導体装置(半導体パッケージ)20は、ダイパッド11と、ダイパッド11から離間して配置された複数のリード部12と、ダイパッド11とリード部12とを支持する絶縁層14とを備えている。このうちダイパッド11は、チップ収容凹部11aとダイパッド周縁凸部11bとを有し、リード部12は、リード中央凹部12aとリード周縁凸部12bとを有している。
ダイパッド11のチップ収容凹部11aには、半導体素子21が収容され、半導体素子21と各リード部12のリード周縁凸部12bとは、それぞれボンディングワイヤ(導電部材)22によって電気的に接続されている。また、一部のボンディングワイヤ22は、ダイパッド11のダイパッド周縁凸部11bに接続されている。さらに、ダイパッド11、リード部12、半導体素子21およびボンディングワイヤ22は、封止樹脂23によって樹脂封止されている。
ダイパッド11、リード部12および絶縁層14は、上述したリードフレーム基板10から作製されたものである。このダイパッド11、リード部12および絶縁層14の構成は、単位リードフレーム領域10aに含まれない領域を除き、上述した図1乃至図3に示すものと略同様であり、ここでは詳細な説明を省略する。
半導体素子21としては、従来一般に用いられている各種半導体素子を使用することが可能であり、特に限定されないが、例えば集積回路、大規模集積回路、トランジスタ、サイリスタ、ダイオード等を用いることができる。この半導体素子21は、各々ボンディングワイヤ22が取り付けられる複数の電極21aを有している。また、半導体素子21は、例えばダイボンディングペースト等の接着剤24により、ダイパッド11の表面に固定されている。半導体素子21としては、発光素子(LED素子)を用いても良い。この場合、半導体素子21の発光層としては、例えばGaP、GaAs、GaAlAs、GaAsP、AlInGaP、またはInGaN等の化合物半導体単結晶からなる材料が挙げられ、これら材料を適宜選ぶことにより、紫外光から赤外光に渡る発光波長を選択することができる。
各ボンディングワイヤ22は、例えば金、銅等の導電性の良い材料からなっている。各ボンディングワイヤ22は、それぞれその一端が半導体素子21の電極21aに接続されるとともに、その他端が各リード部12のリード周縁凸部12b(内部端子15)又はダイパッド11のダイパッド周縁凸部11bにそれぞれ接続されている。なお、各リード部12の表面には、ボンディングワイヤ22との密着性を向上させる金属層が設けられていても良い。
封止樹脂23としては、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、あるいはPPS樹脂等の熱可塑性樹脂を用いることができる。封止樹脂23全体の厚みは、100μm以上1000μm以下程度とすることができる。なお、図5において、ダイパッド11およびリード部12よりも表面側に位置する封止樹脂23の表示を省略している。
なお、半導体装置20の一辺は、例えば8mm以上16mm以下としても良い。また半導体装置20の厚みは、例えば150μm以上500μm以下、より好ましくは150μm以上300μm以下とすることができる。
リードフレーム基板の製造方法
次に、図1乃至図3に示すリードフレーム基板10の製造方法について、図7(a)−(i)を用いて説明する。なお、図7(a)−(i)は、リードフレーム基板10の製造方法を示す断面図(図3に対応する図)である。
まず図7(a)に示すように、支持基材18と、支持基材18上に設けられた(未加工の)絶縁層14とを有する積層体30を準備する。この積層体30を作製する場合、まず平板状の支持基材18を準備し、この支持基材18に絶縁層14を貼着又は塗布することによって形成しても良い。あるいは、まず平板状の支持基材18を準備し、この支持基材18にポリイミドワニス等の樹脂を塗布し、これを熱処理することにより絶縁層14を形成しても良い。なお、支持基材18は、例えば銅、銅合金、42合金(Ni42%のFe合金)、ステンレス等の金属からなっている。
次に、積層体30の表面に感光性レジストを塗布し乾燥するとともに、この感光性レジストに対してフォトマスクを介して露光し、現像する。これにより、絶縁層14の表面に、所望の開口部32bを有するエッチング用レジスト層32を形成する(図7(b))。このとき開口部32bは、ダイパッド11及びリード部12に対応する位置に形成される。なお、感光性レジスト32aとしては、従来公知のものを使用することができる。
次に、エッチング用レジスト層32を耐腐蝕膜として絶縁層14に腐蝕液でエッチングを施すことにより、絶縁層14の所定位置に、表面側から絶縁層開口部14bを形成する(図7(c))。具体的には、絶縁層14のうち、エッチング用レジスト層32の開口部32bが設けられた箇所に、それぞれ絶縁層開口部14bが形成される。腐蝕液は、絶縁層14の材質に応じて適宜選択することができ、例えば、絶縁層14としてポリイミドを用いる場合、アルカリ−アミン系のポリイミドケミカルエッチング液を使用することができる。
続いて、絶縁層14上のエッチング用レジスト層32を除去する(図7(d))。
次に、積層体30の表面にめっき加工用の電極層38を形成する(図7(e))。より具体的には、絶縁層14上及び絶縁層開口部14bから露出する支持基材18上に、電極層38を形成する。この電極層38は、後述するように、電解めっきによりダイパッド11及びリード部12を形成する際の給電部として用いられるものである。電極層38は、例えば銅、ニッケル、ニッケルクロム合金等の表面抵抗が1Ω/□以下の材質が好ましく、スパッタリング法等の公知の真空成膜法により厚み10nm以上500nm以下の範囲で形成することができる。
次いで、電極層38の一部をめっき用レジスト層34によって覆う(図7(f))。具体的には、絶縁層14の表面のうちダイパッド11及びリード部12を形成しない領域をめっき用レジスト層34によって覆う。
続いて、電極層38のうちめっき用レジスト層34によって覆われていない部分にダイパッド11及びリード部12を形成する(図7(g))。具体的には、支持基材18の表面と絶縁層14の表面のうち、めっき用レジスト層34に覆われていない領域に電解めっき処理を施すことにより、ダイパッド11及びリード部12を形成する。この際、絶縁層14の絶縁層開口部14b内に、ダイパッド11のチップ収容凹部11aとリード部12のリード中央凹部12aとが形成され、絶縁層14上には、ダイパッド11のダイパッド周縁凸部11bとリード部12のリード周縁凸部12bとが形成される。この場合、支持基材18の表面と絶縁層14の表面に電極層38が形成されているので、電解めっき用の電流を電極層38を介して供給することができる。ダイパッド11及びリード部12を形成するめっき種の種類は問わないが、例えばCu、Pd、Ag、Au、Niなどの単層めっきでもよいし、これらを積層した複層めっきでもよい。
次に、絶縁層14上のめっき用レジスト層34を剥離除去するとともに、めっき用レジスト層34に覆われていた部分の電極層38を剥離除去する(図7(h))。これにより、ダイパッド11およびリード部12の周囲に絶縁層14が露出する。
その後、ダイパッド11、リード部12及び絶縁層14の裏面から支持基材18を除去する。この場合、支持基材18に腐蝕液でエッチングを施すことにより、支持基材18を除去しても良い。支持基材18の材料としてステンレスを用いる場合、腐蝕液としては、例えば塩化第二鉄を主成分とする塩酸との混合液、または更に硝酸を加えた混合液を使用することができる。あるいは、支持基材18は、ダイパッド11、リード部12及び絶縁層14の裏面から剥離することにより除去しても良い。
このようにして、図1乃至図3に示すリードフレーム基板10が得られる(図7(i))。
半導体装置の製造方法
次に、図5および図6に示す半導体装置20の製造方法について、図8(a)−(d)を用いて説明する。図8(a)−(d)は、半導体装置20の製造方法を示す断面図(図6に対応する図)である。
まず、例えば図7(a)−(i)に示す方法(上述)により、リードフレーム基板10を作製する(図8(a))。
次に、ダイパッド11のチップ収容凹部11aに、半導体素子21を収容する。この場合、例えばダイボンディングペースト等の接着剤24を用いて、半導体素子21をダイパッド11のチップ収容凹部11aに載置して固定する(ダイアタッチ工程)(図8(b))。本実施の形態において、ダイパッド11にチップ収容凹部11aが設けられ、このチップ収容凹部11aに半導体素子21を収容している。このように、ダイボンディングペーストをチップ収容凹部11aに注入することにより、接着剤24がチップ収容凹部11aから漏れ拡がるおそれがない。これにより、接着剤24の硬化後に硬化物の周囲に低分子樹脂又は溶剤がしみ出す現象(ブリードアウト)を抑制することができる。
次に、半導体素子21の各電極21aと、各リード部12のリード周縁凸部12b(内部端子15)及びダイパッド11のダイパッド周縁凸部11bとを、それぞれボンディングワイヤ(導電部材)22によって互いに電気的に接続する(ワイヤボンディング工程)(図8(c))。
次に、リードフレーム基板10に対して熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を射出成形またはトランスファ成形することにより、封止樹脂23を形成する。これにより、ダイパッド11、複数のリード部12、半導体素子21、およびボンディングワイヤ22を樹脂封止する。また、ダイパッド11とリード部12との間において、封止樹脂23は絶縁層14に密着する。この際、ダイパッド11とリード部12との間の領域が予め絶縁層14によって覆われているので、ダイパッド11およびリード部12の裏面側に樹脂封止用のテープを別途設ける必要が生じない。
続いて、各半導体素子21間の切断領域28(図1参照)に位置する絶縁層14および封止樹脂23をダイシングすることにより、リードフレーム基板10を各単位リードフレーム領域10a毎に分離する。この際、例えばダイヤモンド砥石からなるブレード(図示せず)を回転させながら、各単位リードフレーム領域10a間の絶縁層14および封止樹脂23を切断しても良い。
このようにして、図5および図6に示す半導体装置20が得られる(図8(d))。
このように本実施の形態によれば、ダイパッド11は、半導体素子21を収容するチップ収容凹部11aと、チップ収容凹部11aの周囲に設けられたダイパッド周縁凸部11bとを有している。このようにチップ収容凹部11aに半導体素子21を収容することにより、半導体素子21を低い位置に配置することができるので、半導体装置20を薄肉化することができる。具体的には、半導体装置20の厚みを例えば150μm以上500μm以下、より好ましくは150μm以上300μm以下まで薄肉化することができる。
また、本実施の形態によれば、リード部12は、中央に位置するリード中央凹部12aと、リード中央凹部12aの周囲に設けられ、絶縁層14の表面14cを覆うリード周縁凸部12bとを有している。この場合、リード周縁凸部12bが絶縁層14の表面14cを係止するので、リード部12が絶縁層14から裏面側に脱落する不具合を防止することができる。
また、本実施の形態によれば、ダイパッド周縁凸部11bは、ダイパッド11の周縁全体にわたって形成されているので、ダイパッド11の周縁の任意の位置にボンディングワイヤ22を接続することができる。また、チップ収容凹部11aの周縁全体にわたって接着剤24が漏出する不具合を防止することができる。
さらに、本実施の形態によれば、チップ収容凹部11aの裏面11dが外方に露出しているので、チップ収容凹部11aの裏面11d側を実装基板に接続することができるとともに、チップ収容凹部11aの裏面11dから半導体素子21の熱を放出することができる。
さらにまた、本実施の形態によれば、リードフレーム基板10を製造する際、積層体30の表面にめっき加工用の電極層38を形成し、電極層38を、ダイパッド11及びリード部12を形成する際の給電部として用いている。このため、ダイパッド11およびリード部12がどのような形状であっても、電極層38を介して電解めっき用の電流を供給することができる。これにより、ダイパッド11およびリード部12の形状の自由度を高めることができる。
(第2の実施の形態)
次に、図9乃至図13を参照して本発明の第2の実施の形態について説明する。図9乃至図13は本発明の第2の実施の形態を示す図である。図9乃至図13に示す第2の実施の形態は、主として、絶縁層14に絶縁層凹部14fが形成されている点が第1の実施の形態と異なるものであり、他の構成は図1乃至図8に示す第1の実施の形態と略同一である。図9乃至図13において、第1の実施の形態と同一部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
リードフレーム基板の構成
まず、図9により、本実施の形態によるリードフレーム基板の概略について説明する。
図9に示すリードフレーム基板10Aは、ダイパッド11と、ダイパッド11周囲に設けられ、半導体素子21と実装基板(図示せず)とを接続する複数のリード部12と、ダイパッド11とリード部12とを支持する絶縁層14とを備えている。
図9において、絶縁層14のうちチップ収容凹部11aに対応する位置に、絶縁層凹部14fが形成されている。絶縁層凹部14fは、チップ収容凹部11aの裏面側に形成されており、絶縁層14の表面側から薄肉化されることにより、絶縁層14の他の領域よりも薄くなっている。この絶縁層凹部14fは、後述する絶縁層貫通孔14gを除き、厚み方向に貫通しない非貫通凹部からなっている。絶縁層凹部14fにおける絶縁層14の厚みtは、例えば10μm以上25μm以下とすることができ、絶縁層凹部14fの深さdは、例えば3μm以上10μm以下とすることができる。また、絶縁層凹部14fにおけるチップ収容凹部11aの厚みtは、例えば3μm以上10μm以下とすることができる。
絶縁層凹部14fには、絶縁層貫通孔14gが形成されている。この場合、絶縁層凹部14fに複数の絶縁層貫通孔14gが形成されているが、絶縁層貫通孔14gの数は1つ以上の任意の数であっても良い。絶縁層貫通孔14gの幅(径)wは、例えば50μm以上1000μm以下としても良い。
各絶縁層貫通孔14gには、それぞれ裏面側端子部11gが充填されている。裏面側端子部11gは、ダイパッド11から連続して形成され、ダイパッド11と同一種類の金属からなっている。このように、絶縁層凹部14fに絶縁層貫通孔14gを設けたことにより、裏面側端子部11gを介してダイパッド11と外部の実装基板(図示せず)とを電気的に接続することができる。また、半導体素子21からの熱を裏面側端子部11gから外方に逃がすことができる。
図10は、本実施の形態によるリードフレーム基板10Aの変形例を示している。図10において、ダイパッド11、リード部12及び絶縁層14の裏面に、支持基材18が設けられている。なお、支持基材18の構成は、上述した図4に示す支持基材18の構成と同様であり、ここでは詳細な説明を省略する。
半導体装置の構成
次に、図11により、本実施の形態による半導体装置について説明する。
図11に示す半導体装置(半導体パッケージ)20Aは、図9に示すリードフレーム基板10Aを用いて作製されたものである。この半導体装置20Aは、ダイパッド11と、ダイパッド11から離間して配置された複数のリード部12と、ダイパッド11およびリード部12を支持する絶縁層14とを備えている。このうちダイパッド11は、チップ収容凹部11aとダイパッド周縁凸部11bとを有し、リード部12は、リード中央凹部12aとリード周縁凸部12bとを有している。
ダイパッド11のチップ収容凹部11aには、半導体素子21が収容され、半導体素子21と、ダイパッド11のダイパッド周縁凸部11b又は各リード部12のリード周縁凸部12bとは、それぞれボンディングワイヤ(導電部材)22によって電気的に接続されている。また、ダイパッド11、リード部12、半導体素子21およびボンディングワイヤ22は、封止樹脂23によって樹脂封止されている。
図11において、絶縁層14のうちチップ収容凹部11aに対応する位置に、絶縁層凹部14fが形成されている。絶縁層凹部14fにはチップ収容凹部11aが収容され、さらにチップ収容凹部11aには半導体素子21が収容されている。また、絶縁層凹部14fに絶縁層貫通孔14gが形成され、各絶縁層貫通孔14gには、それぞれ裏面側端子部11gが充填されている。裏面側端子部11gは、半導体装置20Aの裏面側に露出している。このほか、半導体装置20Aの構成は、上述した半導体装置20の構成(図5および図6参照)と同様である。
リードフレーム基板の製造方法
次に、図9に示すリードフレーム基板10Aの製造方法について、図12(a)−(g)を用いて説明する。図12(a)−(g)は、本実施の形態によるリードフレーム基板10Aの製造方法を示す断面図(図9に対応する図)である。
まず図12(a)に示すように、支持基材18を準備する。
次に、支持基材18上に例えば感光性ポリアミック酸樹脂等の感光性樹脂を塗布し、これを乾燥する。次いで、この感光性樹脂に対してフォトマスクを介して露光し、現像する。これにより、支持基材18の表面に、絶縁層凹部14fと絶縁層開口部14bとを有する絶縁層14を形成する(図12(b))。この場合、絶縁層開口部14b及び絶縁層凹部14fは、それぞれリード部12及びダイパッド11に対応する所定位置に形成される。さらに絶縁層凹部14fには、絶縁層凹部14fを厚み方向に貫通する絶縁層貫通孔14gが形成される。
このような絶縁層14の絶縁層凹部14fは、感光性樹脂を階調露光することによって形成することができる。より具体的には、上記露光工程において、例えば、露光に用いられるフォトマスクのうち、絶縁層凹部14fの形成部分に対向する部分の光の透過率を、全透過から全遮光までの間の半透過に調整して階調露光する。一方、フォトマスクのうち、絶縁層開口部14b及び絶縁層貫通孔14gの形成部分に対向する部分の光の透過率は、全透過(又は全遮光)としておく。次いで、上記現像工程において、絶縁層凹部14fの形成部分の感光性樹脂を厚さ方向途中で残存させる一方、絶縁層開口部14b及び絶縁層貫通孔14gの形成部分の感光性樹脂を厚さ方向全体にわたって除去する。そして、感光性樹脂を乾燥した後、加熱により硬化させることにより、絶縁層凹部14f、絶縁層開口部14b及び絶縁層貫通孔14gが同時に形成される。
次に、絶縁層14上と、絶縁層開口部14b及び絶縁層貫通孔14gから露出する支持基材18上とに、めっき加工用の電極層38を形成する(図12(c))。
次いで、電極層38の一部をめっき用レジスト層34によって覆う(図12(d))。具体的には、絶縁層14の表面のうちダイパッド11及びリード部12を形成しない領域をめっき用レジスト層34によって覆う。
続いて、電極層38のうちめっき用レジスト層34によって覆われていない部分にダイパッド11及びリード部12を形成する(図12(e))。具体的には、支持基材18の表面と絶縁層14の表面のうち、めっき用レジスト層34に覆われていない領域に電解めっき処理を施すことにより、ダイパッド11及びリード部12を形成する。この際、絶縁層14の絶縁層凹部14f内及び絶縁層開口部14b内に、それぞれダイパッド11のチップ収容凹部11aとリード部12のリード中央凹部12aとが形成される。また、絶縁層14上には、ダイパッド11のダイパッド周縁凸部11bとリード部12のリード周縁凸部12bとが形成される。さらに、絶縁層貫通孔14g内には、裏面側端子部11gが形成される。
次に、絶縁層14上のめっき用レジスト層34を剥離除去するとともに、めっき用レジスト層34に覆われていた電極層38を剥離除去する(図12(f))。これにより、ダイパッド11およびリード部12の周囲の表面側に絶縁層14が露出する。
その後、ダイパッド11、リード部12及び絶縁層14の裏面から支持基材18を除去する。このようにして、図9に示すリードフレーム基板10Aが得られる(図12(g))。
半導体装置の製造方法
次に、図11に示す半導体装置20Aの製造方法について、図13(a)−(d)を用いて説明する。図13(a)−(d)は、半導体装置20Aの製造方法を示す断面図(図11に対応する図)である。
まず、例えば図12(a)−(h)に示す方法(上述)により、リードフレーム基板10Aを作製する(図13(a))。
次に、ダイパッド11のチップ収容凹部11aに、半導体素子21を収容する。この場合、例えばダイボンディングペースト等の接着剤24を用いて、半導体素子21をダイパッド11のチップ収容凹部11aに載置して固定する(ダイアタッチ工程)(図13(b))。
次に、半導体素子21の各電極21aと、各リード部12のリード周縁凸部12b(内部端子15)及びダイパッド11のダイパッド周縁凸部11bとを、それぞれボンディングワイヤ(導電部材)22によって互いに電気的に接続する(ワイヤボンディング工程)(図13(c))。
次に、リードフレーム基板10Aに対して熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を射出成形またはトランスファ成形することにより、封止樹脂23を形成する。これにより、ダイパッド11、複数のリード部12、半導体素子21、およびボンディングワイヤ22を樹脂封止する。
続いて、各半導体素子21間の絶縁層14および封止樹脂23をダイシングすることにより、リードフレーム基板10Aを各単位リードフレーム領域10a毎に分離する。このようにして、図11に示す半導体装置20Aが得られる(図13(d))。
このように本実施の形態によれば、絶縁層14のうちチップ収容凹部11aの裏面に対応する位置に、絶縁層凹部14fが形成されている。これにより、ダイパッド11に熱が加わり、チップ収容凹部11aが熱膨張した場合であっても、絶縁層凹部14fによってチップ収容凹部11aが裏面側から保持される。この結果、熱膨張に起因してチップ収容凹部11aが裏面側に撓んでしまう不具合を抑制することができる。このほか、第1の実施の形態の場合と略同様の作用効果が得られる。
(第3の実施の形態)
次に、図14および図15を参照して本発明の第3の実施の形態について説明する。図14および図15は本発明の第3の実施の形態を示す図である。図14および図15に示す第3の実施の形態は、主として、絶縁層14に表面側凹部14hが形成されている点が第1の実施の形態と異なるものであり、他の構成は図1乃至図8に示す第1の実施の形態と略同一である。図14および図15において、第1の実施の形態と同一部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
リードフレーム基板の構成
まず、図14により、本実施の形態によるリードフレーム基板の概略について説明する。
図14に示すリードフレーム基板10Bは、ダイパッド11と、ダイパッド11周囲に設けられ、半導体素子21と実装基板(図示せず)とを接続する複数のリード部12と、ダイパッド11とリード部12とを支持する絶縁層14とを備えている。このうちダイパッド11は、チップ収容凹部11aとダイパッド周縁凸部11bとを有し、リード部12は、リード中央凹部12aとリード周縁凸部12bとを有している。
図14において、絶縁層14の表面14cのうちダイパッド11及びリード部12に覆われていない領域に、非貫通の表面側凹部14hが形成されている。具体的には、表面側凹部14hは、例えばダイパッド11とリード部12との間、互いに隣接するリード部12同士の間、及び/又は、単位リードフレーム領域10aの角部近傍に設けられている。
この表面側凹部14hは、1つの単位リードフレーム領域10aに対して複数形成されていることが好ましい。また、複数の表面側凹部14hが、絶縁層14の表面14cのうちダイパッド11及びリード部12に覆われていない領域全体にわたって配置されていても良い。各表面側凹部14hの深さdは、例えば3μm以上10μm以下としても良く、各表面側凹部14hの幅(径)wは、例えば10μm以上100μm以下とすることができる。
このような表面側凹部14hは、支持基材18上にパターン状の絶縁層14を形成する工程において、上述した第2の実施の形態の場合と同様、感光性樹脂を階調露光することによって形成することができる(図12(b))。このほかの製造工程は、図7及び図8に示す第1の実施の形態の場合と同様である。
半導体装置の構成
次に、図15により、本実施の形態による半導体装置について説明する。
図15に示す半導体装置(半導体パッケージ)20Bは、図14に示すリードフレーム基板10Bを用いて作製されたものである。この半導体装置20Bは、ダイパッド11と、ダイパッド11から離間して配置された複数のリード部12と、ダイパッド11およびリード部12の裏面側に設けられた絶縁層14とを備えている。
ダイパッド11のチップ収容凹部11aには、半導体素子21が収容され、半導体素子21と、ダイパッド11のダイパッド周縁凸部11b又は各リード部12のリード周縁凸部12bとは、それぞれボンディングワイヤ(導電部材)22によって電気的に接続されている。また、ダイパッド11、リード部12、半導体素子21およびボンディングワイヤ22は、封止樹脂23によって樹脂封止されている。
図15において、絶縁層14の表面14cのうちダイパッド11及びリード部12に覆われていない領域に、非貫通の表面側凹部14hが形成されている。各表面側凹部14hには、封止樹脂23が充填されている。このほか、半導体装置20Bの構成は、上述した半導体装置20の構成(図5および図6参照)と同様である。
このように本実施の形態によれば、絶縁層14の表面14cのうちダイパッド11及びリード部12に覆われていない領域に、非貫通の表面側凹部14hが形成されている。これにより、表面側凹部14hに封止樹脂23が進入するので、表面側凹部14hがアンカーとしての役割を果たし、絶縁層14と封止樹脂23とを強固に密着することができる。この結果、絶縁層14が封止樹脂23から剥離してしまう不具合を抑制することができる。このほか、第1の実施の形態の場合と略同様の作用効果が得られる。
なお、図14および図15において、第1の実施の形態のリードフレーム基板10及び半導体装置20の絶縁層14に対して表面側凹部14hを設けた例を示している。しかしながら、これに限らず、第2の実施の形態のリードフレーム基板10A及び半導体装置20Aの絶縁層14に対して表面側凹部14hを設けても良い。
上記各実施の形態及び変形例に開示されている複数の構成要素を必要に応じて適宜組合せることも可能である。あるいは、上記各実施の形態及び変形例に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。
10 リードフレーム基板
10a 単位リードフレーム領域
11 ダイパッド
11a チップ収容凹部
11b ダイパッド周縁凸部
12 リード部
12a リード中央凹部
12b リード周縁凸部
14 絶縁層
14f 絶縁層凹部
14g 絶縁層貫通孔
15 内部端子
17 外部端子
18 支持基材
20 半導体装置
21 半導体素子
22 ボンディングワイヤ(導電部材)
23 封止樹脂

Claims (13)

  1. リードフレーム基板であって、
    ダイパッドと、
    前記ダイパッドから離間して配置されたリード部と、
    前記ダイパッドと前記リード部とを支持する絶縁層とを備え、
    前記ダイパッドは、半導体素子を収容するチップ収容凹部と、前記チップ収容凹部の周囲に設けられ、前記絶縁層の表面を覆うダイパッド周縁凸部とを有することを特徴とするリードフレーム基板。
  2. 前記リード部は、中央に位置するリード中央凹部と、前記リード中央凹部の周囲に設けられ、前記絶縁層の表面を覆うリード周縁凸部とを有することを特徴とする請求項1記載のリードフレーム基板。
  3. 前記ダイパッド周縁凸部は、前記ダイパッドの周縁全体にわたって形成されていることを特徴とする請求項1又は2記載のリードフレーム基板。
  4. 前記絶縁層の裏面に設けられた支持基材を更に備えたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項記載のリードフレーム基板。
  5. 前記チップ収容凹部の裏面が外方に露出していることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項記載のリードフレーム基板。
  6. 前記絶縁層のうち前記チップ収容凹部に対応する位置に、絶縁層凹部が形成されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項記載のリードフレーム基板。
  7. 前記絶縁層凹部に絶縁層貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項6記載のリードフレーム基板。
  8. 前記絶縁層のうち前記ダイパッド及び前記リード部に覆われていない領域に、非貫通の表面側凹部が形成されていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項記載のリードフレーム基板。
  9. 半導体装置であって、
    ダイパッドと、
    前記ダイパッドから離間して配置されたリード部と、
    前記ダイパッドと前記リード部とを支持する絶縁層と、
    前記ダイパッド上に搭載された半導体素子と、
    前記半導体素子と前記リード部とを電気的に接続する導電部材と、
    前記ダイパッドと、前記リード部と、前記半導体素子と、前記導電部材とを封止する封止樹脂とを備え、
    前記ダイパッドは、前記半導体素子を収容するチップ収容凹部と、前記チップ収容凹部の周囲に設けられ、前記絶縁層の表面を覆うダイパッド周縁凸部とを有することを特徴とする半導体装置。
  10. 前記絶縁層のうち前記チップ収容凹部の裏面に対応する位置に、絶縁層凹部が形成されていることを特徴とする請求項9記載の半導体装置。
  11. リードフレーム基板の製造方法において、
    支持基材を準備する工程と、
    前記支持基材上に、所定位置に絶縁層開口部が形成された絶縁層を設ける工程と、
    前記支持基材および前記絶縁層上に、めっき加工用の電極層を形成する工程と、
    前記電極層の一部をレジストによって覆うとともに、前記電極層のうち前記レジストに覆われていない部分にめっきを施すことにより、ダイパッドおよびリード部を形成する工程と、
    前記レジスト及び前記支持基材をそれぞれ除去する工程とを備え、
    前記ダイパッドおよび前記リード部を形成する工程において、前記ダイパッドには、半導体素子を収容するチップ収容凹部と、前記チップ収容凹部の周囲に設けられ、前記絶縁層の表面を覆うダイパッド周縁凸部とがそれぞれ形成されることを特徴とするリードフレーム基板の製造方法。
  12. 前記絶縁層を設ける工程において、前記絶縁層のうち前記ダイパッドの前記チップ収容凹部に対応する位置に、絶縁層凹部が形成されることを特徴とする請求項11記載のリードフレーム基板の製造方法。
  13. 半導体装置の製造方法において、
    請求項1乃至8のいずれか一項記載のリードフレーム基板を準備する工程と、
    前記リードフレーム基板の前記ダイパッドの前記チップ収容凹部に半導体素子を搭載する工程と、
    前記半導体素子と前記リードフレーム基板の前記リード部とを導電部材により電気的に接続する工程と、
    前記ダイパッドと、前記リード部と、前記半導体素子と、前記導電部材とを封止樹脂により封止する工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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