JP2023108665A - リードフレーム及びそれを用いた半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リードよりもダイパッドの位置のほうが低い構造であっても、ダイパッドのプラズマ表面処理が均一になされ得るリードフレームの提供。【解決手段】半導体チップ１１０が上面に固定されるダイパッド１０１と、ダイパッド１０１の周囲に配置され、ダイパッド１０１よりも高い位置に設けられた複数のリード１０２と、を有し、リード先端部１０２ａは、上面１０２ａａの幅Ｗａａよりも下面１０２ａｂの幅Ｗａｂのほうが狭いリードフレーム１００である。【選択図】図１

Description

本発明は、リードフレーム及びそれを用いた半導体装置に関する。

樹脂封止型の半導体装置の製造工程で「後工程」と称される製造プロセスでは、まずダイパッド及びリードが形成されているリードフレームを用いることが多い。

具体的な製造プロセスとしては、ダイパッドの上面に半導体チップを固定し、その半導体チップとリードとをボンディングワイヤで電気的に接続する。次に、リードフレームを２つの金型で挟持し、金型の内部に樹脂を注入して固化させて封止した後、個片にすることで複数の半導体装置が製造される。

このような製造プロセスでは、リードフレーム、半導体チップなどの表面に残るパーティクル、酸化物、不要な樹脂分などを除去する目的から、ダイパッドに半導体チップを固定する前、ワイヤボンディングを行う前、樹脂を注入する前などでプラズマ表面処理が行われることが多い。このプラズマ表面処理を行うことにより、ボンディングワイヤの接合強度が向上することや、リードフレームと封止樹脂の接着性が向上することが知られている。

このような樹脂封止型の半導体装置においては、ダイパッドに固定する半導体チップが高機能化するにつれて消費電力が増加することから、半導体チップから生じる熱を外部に放熱しやすい構造が提案されている。
たとえば、リードフレームにおいて、リードよりもダイパッドの高さを低くするダウンセット加工を行い、ダイパッドの下面を封止樹脂から露出させる構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０－１６５７７７号公報

そこで、本発明の一つの側面では、リードよりもダイパッドの位置のほうが低い構造であっても、ダイパッドのプラズマ表面処理が均一になされ得るリードフレームを提供することを目的とする。

本発明の一実施形態におけるリードフレームは、
半導体チップが上面に固定されるダイパッドと、
前記ダイパッドの周囲に配置され、前記ダイパッドよりも高い位置に設けられた複数のリードと、
を有し、
前記リードの先端部は、上面の幅よりも下面の幅のほうが狭いことを特徴とする。

本発明の一つの側面によれば、リードよりもダイパッドの位置のほうが低い構造であっても、ダイパッドのプラズマ表面処理が均一になされ得るリードフレームを提供することができる。

図１は、本実施形態におけるリードフレームを示す概略上面図である。 図２は、本実施形態におけるリードフレームを示す概略断面図である。 図３は、本実施形態におけるリードフレームに半導体チップを搭載した後の状態を示す概略断面図である。 図４は、本実施形態におけるリードフレームと半導体チップとをワイヤボンディングで接続した後の状態を示す概略断面図である。 図５は、本実施形態におけるリードフレームを用いた半導体装置を示す概略側面図である。 図６は、本実施形態の変形例におけるリードフレームを示す概略上面図である。 図７は、本実施形態の変形例におけるリードフレームを示す概略断面図である。 図８は、本実施形態の変形例におけるリードフレームと半導体チップとをワイヤボンディングで接続した後の状態を示す概略断面図である。

本発明は、特許文献１の図３に示すような半導体装置のリードフレームでは、リードの位置よりもダイパッドの位置が低いため、ダイパッドのプラズマ表面処理が均一に行われにくいという知見に基づくものである。
具体的には、リードとダイパッドの高さが異なるほど、ダイパッドのプラズマ表面処理は不十分な状態になり易くなる。これは、プラズマ表面処理のシャドウ効果と呼ばれる現象であり、対象物に遮蔽構造が存在すると発生しやすい。このため、ダイパッドにプラズマ表面処理を行ってもシャドウ効果が生じてしまい、リードに対して低い位置にあるダイパッドにパーティクル、不要な樹脂分、酸化物などが残存する場合がある。このような場合、ダイパッドに半導体チップを搭載するとパーティクル等が噛み込んでしまって半導体チップが傾いて搭載されると、ワイヤボンディングによる接続で不具合が発生し、半導体装置の信頼性が低下する場合がある。

そこで、本発明の一実施形態におけるリードフレームは、半導体チップが上面に固定されるダイパッドと、前記ダイパッドの周囲に配置され、前記ダイパッドよりも高い位置に設けられた複数のリードと、を有し、このリードの先端部は、上面の幅よりも下面の幅のほうが狭くなっている。
これにより、このリードフレームは、リードよりもダイパッドの位置のほうが低い構造であっても、ダイパッドに近い位置にあるリード先端部の下面側の体積を少なくしてダイパッド近傍の空間を確保することで遮蔽しにくくし、ダイパッドのプラズマ表面処理が均一になされ得るようにした。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、図面においては、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。また、図面において、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向は、互いに直交する。Ｘ方向と、当該Ｘ方向の反対の方向（－Ｘ方向）とを含む方向を「Ｘ軸方向」といい、Ｙ方向と、当該Ｙ方向の反対の方向（－Ｙ方向）とを含む方向を「Ｙ軸方向」といい、Ｚ方向と、当該Ｚ方向の反対の方向（－Ｚ方向）とを含む方向を「Ｚ軸方向」（高さ方向、厚さ方向）という。この点、以下の各実施形態において、各膜のＺ方向側の面を「表面」と称する場合がある。
図面は模式的なものであり、幅、長さ及び奥行きの比率などは図面で示したとおりではない。

（実施形態の一例）
図１は、本実施形態におけるリードフレームを示す概略上面図である。
図１に示すように、リードフレーム１００は、ダイパッド１０１と、複数のリード１０２とを有する。
ダイパッド１０１は、吊りリード１０３を介してタイバー１０４と連結されている。複数のリード１０２は、タイバー１０４と直接連結されている。
また、リードフレーム１００には、ダイパッド１０１、複数のリード１０２及び吊りリード１０３の組合せが複数形成されており、図１では１つの半導体装置を形成する１つの組合せを示している。

このリードフレーム１００は、銅合金で形成されており、半導体装置の土台になる。具体的には後述するが、ダイパッド１０１には半導体チップが固定され、複数のリード１０２にボンディングワイヤでその半導体チップの電極パッドと電気的接続がなされた後（図３参照）、リードフレーム１００は、２つの金型で挟持され、金型に封止樹脂を注入して固化させる。このとき、リード１０２の一部を露出させることで外部端子として機能させるようにし、個片にすることで複数の半導体装置が製造される。

複数のリード１０２は、ダイパッド１０１の周囲に配置されている。このリード１０２は、ダイパッド１０１と隣接する側に位置するリード先端部１０２ａと、タイバー１０４と連結するリード本体部１０２ｂとをそれぞれ備えている。

リード先端部１０２ａの幅Ｗ_ａａは、リード本体部１０２ｂの幅Ｗ_ｂよりも狭くなっている。本実施形態においては、リード先端部１０２ａの幅Ｗ_ａａは、リード本体部１０２ｂの幅Ｗ_ｂの１／２程度に狭くなっている。
これにより、ダイパッド１０１に近い位置にあるリード先端部１０２ａの面積を小さくしてダイパッド１０１近傍の遮蔽物を少なくできるため、ダイパッド１０１にプラズマ表面処理を行ってもシャドウ効果を発生しにくくすることができる。

また、複数のリード１０２のうち隣り合う対のリード１０２のリード先端部１０２ａは、互いに離間する形状となっている。つまり、隣り合う対のリード１０２は、リード先端部１０２ａの間隔Ｇ_ａａがリード本体部１０２ｂの間隔Ｇ_ｂよりも広くなるように、リード先端部１０２ａの間を離間させる形状になっている。
これにより、ダイパッド１０１近傍に遮蔽物が存在しない領域を広く確保できる。

このリード先端部１０２ａは、本実施形態では銀メッキされており、半導体チップの上面に設けられている電極パッドとボンディングワイヤにより電気的に接続される。

図２は、本実施形態におけるリードフレームを示す概略断面図である。
図２に示すように、リードフレーム１００は、吊りリード１０３にダウンセット加工がされているため、リード１０２及びタイバー１０４の位置よりもダイパッド１０２の位置が低くなっている。

リード先端部１０２ａは、先端部上面１０２ａａの幅Ｗ_ａａのほうがリード本体部１０２ｂの幅Ｗ_ｂよりも狭くなっており（図１参照）、かつ先端部下面１０２ａｂの幅Ｗ_ａｂのほうが先端部上面１０２ａａの幅Ｗ_ａａよりも狭くなっている。つまり、リード先端部１０２ａは、その側面から先端部下面１０２ａｂにかけて切欠け部１０２ａｃが設けられている。
これにより、ダイパッド１０１に近い位置にあるリード先端部１０２ａの体積を小さくしてダイパッド１０１近傍の遮蔽物を少なくできるため、ダイパッド１０１にプラズマ表面処理を行ってもシャドウ効果を発生しにくくすることができる。

リード先端部１０２ａに切欠け部１０２ａｃを設ける方法としては、適宜選択することができ、例えば、プレス加工、エッチングなどによる方法が挙げられる。
具体的には、まずリード１０２の下面に対し、リード１０２の厚みの半分の深さになる程度に凹部を形成するプレス加工を行う。この凹部は、リード１０２の下面における幅を先端部下面１０２ａｂの間隔Ｇ_ａｂとし、かつ側面を切欠け部１０２ａｃとする斜面の角度になるようにする。次に、凹部の位置に合わせて先端部上面１０２ａａの間隔Ｇ_ａａの幅でリード１０２をせん断するプレス加工を行うことで、リード先端部１０２ａに切欠け部１０２ａｃを設けることができる。このほか、上記の凹部をエッチングにより形成してもよい。

また、複数のリード１０２のうち隣り合う対のリード１０２のリード先端部１０２ａは、先端部上面１０２ａａの間隔Ｇ_ａａよりも先端部下面１０２ａｂの間隔Ｇ_ａｂのほうが広くなっている。つまり、隣り合う対のリード１０２において、対向する側面には切欠け部１０２ａｃがそれぞれ設けられている。
これにより、ダイパッド１０１近傍に遮蔽物が存在しない空間を広く確保できる。

このように、リードフレーム１００は、リード１０２の位置よりもダイパッド１０１の位置が低い構造であっても、ダイパッド１０１に近い位置にあるリード１０２の先端部下面１０２ａｂ側の体積を少なくしてダイパッド１０１近傍の空間を確保することで遮蔽しにくくし、ダイパッド１０１のプラズマ表面処理が均一になすことができるようにした。

次に、リードフレーム１００を用いた樹脂封止型の半導体装置の製造方法について、図３から図５を参照しながら説明する。

樹脂封止型の半導体装置の製造方法としては、まずダイパッド１０１を含むリードフレーム１００の上面からパーティクル、不要な樹脂分、酸化物など除去するために、リードフレーム１００のプラズマ表面処理を行う。このとき、リード１０２の位置よりもダイパッド１０１の位置が低い構造ではあるが、上記のようにリード先端部１０２ａの形状によりダイパッド１０１近傍の空間が確保できているため、ダイパッド１０１の上面においてもプラズマ表面処理を均一になすことができる。

次に、図３に示すように、ダイパッド１０１の上面に半導体チップ１１０を導電性接着剤１２０で固定する。このとき、導電性接着剤１２０を加熱して硬化するため、パーティクルや不要な樹脂分が固着したり、酸化物が生じたりする場合がある。そこで、これらを除去するためにプラズマ表面処理を再度行った後、図４に示すように、半導体チップ１１０の上面に形成されている複数の電極パッド（図示せず）と複数のリード１０２の先端部上面１０２ａａとをボンディングワイヤ１３０で電気的に接続する。

次に、リードフレーム１００を２つの金型（図示せず）で挟持し、金型の内部に封止樹脂を注入して固化させて封止した後に個片にすることで、図５に示すような半導体装置１０が製造される。図５に示すように、リード本体部１０２ｂの全部又は一部は、封止樹脂１４０から露出させ、図１で示したタイバー１０４から切り離して変形させることでアウターリードとして機能させる。また、半導体チップ１１０の放熱性を向上させる点で、ダイパッド１０１の下面も封止樹脂１４０から露出させることが好ましい。

このように、本実施形態における半導体装置１０は、リードフレーム１００のほかに、ダイパッド１０１の上面に固定され、リード先端部１０２ａとボンディングワイヤ１３０で電気的にそれぞれ接続されている複数の電極パッドを備える半導体チップ１１０と、少なくとも半導体チップ１１０及びボンディングワイヤ１３０を覆う封止樹脂１４０とを有する。
これにより、半導体装置１０を製造する際にリードフレーム１００をプラズマ表面処理すると、ダイパッド１０１の上面においてもプラズマ表面処理を均一になすことができ、パーティクルなどが残存しにくくなる。このため、半導体チップ１１０が傾いて搭載されワイヤボンディングによる不具合が発生しにくくなることで、半導体装置１０の信頼性を向上させることができる。

（本実施形態の変形例）
図６は、本実施形態の変形例におけるリードフレームを示す概略上面図である。
図６に示すように、本実施形態の変形例は、本実施形態のリード１０２のリード先端部１０２ａを形状の異なるリード先端部１０５ａのリード１０５としたこと以外は、本実施形態と同様である。したがって、リード先端部１０５ａ以外の構成については同様であるため、同一構成部分には同一符号を付し、それらの説明を省略する。

リード先端部１０５ａの幅Ｗ_ａａは、リード本体部１０５ｂの幅Ｗ_ｂと同等である。
これにより、先端部上面１０５ａａの面積が小さくならないため、先端部上面１０５ａａに複数本のボンディングワイヤを接続したり、径が太いボンディングワイヤを接続したりすることができる。

また、複数のリード１０５のうち隣り合う対のリード１０５のリード先端部１０５ａは、互いに離間する形状となっている。つまり、隣り合う対のリード１０５は、リード先端部１０５ａの間隔Ｇ_ａａがリード本体部１０５ｂの間隔Ｇ_ｂよりも広くなるように、リード先端部１０５ａの間を離間させる形状になっている。
これにより、ダイパッド１０１近傍に遮蔽物が存在しない領域を広く確保できる。

図７は、本実施形態の変形例におけるリードフレームを示す概略断面図である。
リード先端部１０５ａは、リード先端部１０２ａと同様に、かつ先端部下面１０５ａｂの幅Ｗ_ａｂのほうが先端部上面１０５ａａの幅Ｗ_ａａよりも狭くなっている。つまり、リード先端部１０５ａは、その側面から先端部下面１０５ａｂにかけて切欠け部１０５ａｃが設けられている。
これにより、ダイパッド１０１に近い位置にあるリード先端部１０５ａの体積を小さくしてダイパッド１０１近傍の遮蔽物を少なくできるため、ダイパッド１０１にプラズマ表面処理を行ってもシャドウ効果を発生しにくくすることができる。

また、上述のように、先端部上面１０２ａａよりも変形例の先端部上面１０５ａａの面積が小さくならないため、図８に示すように、先端部上面１０５ａａに複数本のボンディングワイヤを接続したり、径が太いボンディングワイヤを接続したりすることができる面積を確保できる。

以上説明したように、本発明の一実施形態におけるリードフレームは、半導体チップが上面に固定されるダイパッドと、ダイパッドの周囲に配置され、ダイパッドよりも高い位置に設けられた複数のリードとを有し、リードの先端部は上面の幅よりも下面の幅のほうが狭くなっている。
これにより、このリードフレームは、リードよりもダイパッドの位置のほうが低い構造であっても、ダイパッドに近い位置にあるリード先端部の下面側の体積を少なくしてダイパッド近傍の空間を確保することで遮蔽しにくくし、ダイパッドのプラズマ表面処理が均一になされ得るようにした。

以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
たとえば、本実施形態では、リード先端部１０２ａは、銀メッキされているとしたが、銀メッキされていなくてもよい。

１０ 半導体装置
１００ リードフレーム
１０１ ダイパッド
１０２、１０５ リード
１０２ａ、１０５ａ リード先端部
１０２ａａ、１０５ａａ 先端部上面
１０２ａｂ、１０５ａｂ 先端部下面
１０２ａｃ、１０５ａｃ 切欠け部
１０２ｂ、１０５ｂ リード本体部
１０３ 吊りリード
１０４ タイバー
１１０ 半導体チップ
１２０ 導電性接着剤
１３０ ボンディングワイヤ
１４０ 封止樹脂
Ｇ_ａａ （リード先端部上面の）間隔
Ｇ_ａｂ （リード先端部下面の）間隔
Ｇ_ｂ （リード本体部の）間隔
Ｗ_ａａ （リード先端部上面の）幅
Ｗ_ａｂ （リード先端部下面の）幅
Ｗ_ｂ （リード本体部の）幅

Claims (7)

1. 半導体チップが上面に固定されるダイパッドと、
   前記ダイパッドの周囲に配置され、前記ダイパッドよりも高い位置に設けられた複数のリードと、
   を有し、
   前記リードの先端部は、上面の幅よりも下面の幅のほうが狭いことを特徴とするリードフレーム。
2. 前記リードは、先端部の幅が本体部の幅よりも狭い請求項１に記載のリードフレーム。
3. 前記複数のリードのうち隣り合う対の前記リードの前記先端部は、互いに離間する形状である請求項１又は２に記載のリードフレーム。
4. 前記複数のリードのうち隣り合う対の前記リードの前記先端部は、上面の間隔よりも下面の間隔ほうが広い請求項１から３のいずれかに記載のリードフレーム。
5. 前記リードの前記先端部は、上面が銀メッキ処理されている請求項１から４のいずれかに記載のリードフレーム。
6. 請求項１から５のいずれかに記載のリードフレームと、
   前記リードフレームの前記ダイパッドの上面に固定され、前記リードの前記先端部とボンディングワイヤで電気的にそれぞれ接続されている複数の電極パッドを備える前記半導体チップと、
   少なくとも前記半導体チップ及び前記ボンディングワイヤを覆う封止樹脂と、
   を有することを特徴とする半導体装置。
7. 前記ダイパッドの下面が露出している請求項６に記載の半導体装置。

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