JP2590691B2 - 半導体装置のリードフレーム並びにその製造装置及び方法 - Google Patents

半導体装置のリードフレーム並びにその製造装置及び方法

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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/50Tape automated bonding [TAB] connectors, i.e. film carriers; Manufacturing methods related thereto

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  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)
  • Lead Frames For Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置のリードフ
レーム並びにその製造装置及び方法に関し、特に、半導
体装置のリードフレームにおけるリードバンプの構造の
改良に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体集積回路(以下ICと呼
ぶ)の組立では、ワイヤーボンディングに代って、ワイ
ヤレスボンディング、特に、テープオートメイティッド
ボンディング(TAB)が注目されている。
【0003】図6に、TAB方式のボンディングで採用
される一般的なリードフレームの平面図を示す。同図に
おいて、リードフレームは、絶縁フィルム4の1コマ毎
にその1組が配置されて、全体としてフィルムキャリア
テープとして形成される。絶縁フィルム4は、ポリイミ
ド膜又はポリエステル膜から形成され、搬送及び位置決
め用のスプロケットホール1と、組立て時に半導体チッ
プ6が配置されるデバイスホール3とを有し、半導体チ
ップ6に接続される多数のリード2をその表面に支持す
る。リード2は、その製作時において、絶縁フィルム4
上に接着した金属箔からエッチング処理により形成され
る。
【0004】図7は、図6のリードフレームの部分詳細
を示すもので、半導体チップとリード(インナーリー
ド)との接続部分の断面図である。半導体チップ6の主
面には、電極パッド5が形成されており、インナーリー
ド2bと電極パッド5とは、突起電極(バンプ)7aを
介して接続される。TAB方式によるボンディングの特
徴としては、このように、半導体チップ6の電極パッド
5とフィルムキャリアテープのリード2bとの間にバン
プ7aを設ける必要のあることが挙げられる。従来は、
同図に示したように、リード2bの先端部分に例えばA
uから成るバンプ7aを接合していた。しかし、Auバ
ンプの形成には多くの工程が必要なため、より簡素な工
程でバンプを設けるための種々の手法が提案されてい
る。
【0005】図8は提案された1つの形態のバンプの形
状を、図9はそのバンプを形成する様子を夫々示してい
る。インナーリード2cの先端部分の近傍に、プレス型
10aによってプレス成形を施してネック8aを形成す
る。これにより、ネック8aよりも先端のリード部分
を、ネック8aよりも相対的に電極パッド5側に突出す
るバンプ7bとして構成し、この相対的に突出するバン
プ7bを電極パッド5にボンディングする。
【0006】上記手法によると、リード本体にプレス加
工を施すのみでバンプが形成されるので、従来のAu接
合のバンプの場合に必要であったメッキ工程、或いは他
の手法の場合に必要なエッチング工程が不要なため、バ
ンプの形成が安価に行われる利点がある。なお、プレス
型により成形されるバンプを、本明細書の以下の記述で
は特にメサバンプと呼ぶ。従来のメサバンプは、例えば
特開昭63−228634号公報に記載されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】メサバンプは、従前の
突起形状のバンプに比してその製作コストが低い利点が
あるものの、その表面がフラットな構造のために、例え
ばアルミニウムから成る電極パッドとの接合の際に、そ
の表面に形成される酸化膜を破壊してアルミニウムの新
生面と直接に接合することが困難であり、そのため、ボ
ンディング部分で機械的及び電気的な信頼性に欠けると
いう問題がある。
【0008】また、メサバンプは、プレス型によってネ
ックを形成することで相対的な突出部として形成される
構造のため、その高さは元のリード本体の厚み以上には
なり得ない。バンプとリード本体との厚みに差がないこ
とから、ボンディング工程の際にバンプが変形すると、
半導体チップのエッヂ部分とリード本体とが接触して配
線ショートを生ずるおそれがある。
【0009】上記の如く、従来のメサバンプは、信頼性
の高いボンディングを得ることが困難なため、現在のと
ころ、半導体装置のリードフレームでは、メサバンプは
殆ど採用されていないのが実情である。
【0010】本発明は、上記従来のメサバンプを有する
半導体装置のリードフレームの実情に鑑み、信頼性の高
いボンディングが可能な、改良されたメサバンプを有す
る半導体装置のリードフレーム、並びにその製造装置及
び方法を提供し、もって半導体装置のリードフレームの
コスト低減を図ることを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の半導体装置のリードフレームは、リード本
体と該リード本体の所定部分に形成されたリードバンプ
とを備える半導体装置のリードフレームにおいて、前記
リードバンプが、前記リード本体のプレス加工により形
成された、前記リード本体の厚み方向に該リード本体よ
りも突出するテーパー状の突起として形成されることを
特徴とする。
【0012】また、本発明のリードフレームの製造装置
は、リード本体の所定部分にリードバンプを形成するた
めのプレス型を備えるリードフレームの製造装置におい
て、前記プレス型が、押圧方向に突出する縁部と、該縁
部に囲まれ中心方向に向かってテーパー状に後退する凹
部とを有することを特徴とする。
【0013】更に、本発明のリードフレームの製造方法
は、リード本体と該リード本体の所定部分に形成された
リードバンプとを備えるリードフレームの製造方法にお
いて、前記リード本体の所定部分をプレス成形すること
により、前記リードバンプを、前記リード本体の厚み方
向に該リード本体よりも突出するテーパー状の突起とし
て形成することを特徴とする。
【0014】
【作用】本発明のリードフレームでは、プレス成形によ
り、リード本体の所定部分にリード本体よりも突出する
テーパー状の突起としてリードバンプを形成するので、
その形成工程が簡素であると共に、リードバンプを電極
パッドにボンディングする際に、電極パッドに突起が直
接に接触するので、電極パッドの酸化膜等に起因する接
触不良を防止することが容易であり、また、そのボンデ
ィングの際にリード本体等に変形が生じても、半導体チ
ップのエッヂ部分とリード本体とが接触するおそれが小
さい。
【0015】本発明のリードフレームの製造装置では、
押圧方向に突出する縁部と、この縁部に囲まれ中心方向
に向かってテーパー状に後退する凹部とを有するプレス
型を有するので、このプレス型でリード本体をプレス成
形してリードバンプを形成すると、得られるリードバン
プは、リード本体の厚み方向にリード本体よりも突出す
る突起として形成されるので、前記利点を有する本発明
のリードフレームが得られる。
【0016】また、本発明のリードフレームの製造方法
によると、同様に、前記利点を有するリードフレームが
製造できる。
【0017】
【実施例】図面を参照して本発明を更に詳しく説明す
る。図1は、本発明の一実施例のリードフレームの要部
構造を示す断面図である。なお、本発明のリードフレー
ムの全体構成は、図6を参照して説明したリードフレー
ムと同様の構成を有しており、重複を避けるためその詳
細な説明を省略する。
【0018】図1に示したように、この実施例のリード
フレームでは、インナーリードの先端部には、リード本
体2aと一体のリードバンプ7が、リード本体2aの所
定部分を押圧するプレス成形により形成され、バンプ7
の近傍がリード本体2aよりも薄いネック部分8として
形成される。バンプ7は、リード本体2aの厚み方向に
リード本体2aよりも突出する突起構造を有する。
【0019】リードバンプ7が突起構造を有するので、
リードバンプ7と電極パッド5とがボンディングされる
際に、この突起7によりアルミニウムから成る電極パッ
ド5に形成される酸化膜を破ることで、電極パッド5の
新生面を出すことが容易である。従って、信頼性の高い
電気的及び機械的接続が得られる。また、リードバンプ
7がリード本体2aよりもその厚み方向に突出する突起
形状を有するので、半導体チップ6のエッヂとリード本
体2aとが接触する可能性は充分に低い。
【0020】図2(a)及び(b)は夫々、上記実施例
のリードフレームにおけるバンプを形成するためのプレ
ス型を成すシングルポイントツールを示し、同図(a)
はその中心を通る断面図、同図(b)はその断面から見
た斜視図である。プレス型10は、全体として、その押
圧方向と直交方向の断面が円形を有する円錐台の形状を
有する。プレス型10のプレス面を成す下面には、押圧
方向に最も突出する位置に在る環状の縁部11と、この
縁部11の半径方向内側に位置するすりばち状の凹部1
2と、凹部12の中心部に位置する空気抜き穴13とが
形成されている。
【0021】縁部11は、全体として緩やかな傾斜の環
状の凸部を形成している。すりばち状の凹部12は、環
状の縁部11に連続して形成され、より急勾配の斜面を
形成して縁部12から後退している。凹部12には、プ
レス成形時におけるリード材料との摩擦係数を小さく
し、且つ、プレス型の摩耗を抑えるためにテフロン又は
ボロンナイトライド等から成るコーティングを施しても
よい。
【0022】図2(c)は、上記プレス型の変形例を示
す図2(b)と同様な図である。同図のプレス型は、そ
の押圧方向と直交方向の断面が略4角形状であり、プレ
ス面を成す下面には、緩やかな凸部を成す略平行な2つ
の縁部11aと、2つの縁部11aに挟まれて該縁部に
連続する、より急勾配の凹部12aと、中心の空気抜き
穴13aとが形成されている。この構造を有するプレス
型は、より幅の広いリード本体及び電極パッドに適合
し、リード本体の幅方向に長いリードバンプを形成す
る。
【0023】図3(a)〜(c)は夫々、上記シングル
ポイントツールによりプレス成形する際の原理を示す工
程順の断面図である。同図(a)において、リード本体
2aはステージ9上に固定され、このリード本体2aに
向かってシングルポイントツール10が下降してリード
本体2aをプレスする。ツール10の下面がリード本体
2aを押圧し始めると、ツール10のプレス面の形状の
ために、リード本体2aを構成するリード材料が、ツー
ル10の縁部11から凹部を成す中心部に向かって押し
やられる。
【0024】更にツール10が下降すると、リード材料
は、その行き先を失ってすりばち状の凹部12表面に沿
って上へ押し上げられる(同図(b))。このとき、空
気抜き穴13は、すりばち状の凹部12に閉じ込められ
た空気を排出することで、リード材料の盛り上がりを補
助する。かくて、ツール10によって排除されたリード
材料は、その体積に相当する盛り上がり部分を有する突
起状のバンプ7として形成される。このため、バンプ7
はリード本体2aの厚み方向に該リード本体2aよりも
寸法Lだけ突出する(同図(c))。
【0025】図2(a)及び(b)に示したプレス型に
より、厚みが35μmで幅が55μmのリード本体に、上
記方法により、リードバンプを実際に形成したところ、
縁部での押圧により形成されたネック8の厚みが15〜
20μmで、突起7の盛り上がり寸法Lとして約10〜
15μmのリードバンプが形成されたリードを製造する
ことが出来た。
【0026】プレス加工時の効率を考慮すると、プレス
型の横断面が前記の如く円形であることが好ましいが、
4角形でも相当の効果がある。また、プレス型のすりば
ち面は、滑らかな曲面とすることが好ましく、コーティ
ング等を施すことが良好である。更に、プレス加工を容
易にするために、そのプレス加工中に、超音波振動の印
加、或いはプレス型の加熱等を併用してもよい。
【0027】図4は、シングルポイント方式のプレス加
工により突起を形成する本発明の実施例のリードフレー
ムの製造方法を示すための断面図である。フィルムキャ
リアテープを、ポリイミド膜4がリード本体2aの上に
なるようにステージ9に固定する。固定の方法として
は、真空吸着或いはクランパー方式等が採用される。シ
ングルポイントツール10を制御するコンピュータは、
リード位置を認識してリード本体2aの任意の点にツー
ルを下降させて、リード本体1本毎に突起7を1つ形成
する。リード本体2aの塑性変形を容易にするために、
平面ステージ9に熱を加えることも好ましい態様であ
る。
【0028】図5は、図4に示した方法の変形例であ
る。この方法は、インナーリード2aがポリイミド膜4
に形成されたデバイスホール3内に突出しておらず、半
導体チップが、リード本体2aのポリイミド膜4と接着
された面と反対側の面に接続される型式のフィルキャリ
アテープの場合に採用される。ポリイミド膜4がリード
本体2aの下側となるように、平面ステージ9上にフィ
ルムキャリアテープを固定して、リード本体2aに対し
てプレス型により突起7を形成する。
【0029】上記シングルポイント方式のプレス加工に
よるバンプの形成は、既存のシングルポイント方式のイ
ンナーリードボンディング装置を僅かに改造して行うこ
とが出来るので、特に新しい設備を必要とすることな
く、簡素な設備により簡素な工程でバンプ形成が可能で
ある。この場合、バンプの形成及びその電極パッドとの
接続を同種類の設備を使用して連続的に行うことも出来
る。
【0030】なお、上記実施例のリードフレーム並びに
その製造装置及び方法では、本発明の好適な例を示した
が、本発明の半導体装置のリードフレーム、その製造装
置及び方法は、上記実施例のリードフレーム並びにその
製造装置及び方法から種々の修正及び変形が可能であ
り、特に上記実施例の構成にのみ限定されるものではな
い。例えば、プレス加工は、シングルポイント方式のも
のに限られず、GANG方式を採用して、多数のリード
本体に対して同時プレス加工をおこなってバンプを形成
することも出来る。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体装
置のリードフレームによると、簡素な工程で形成される
バンプによって、半導体チップのエッヂとリード本体と
の接触の防止が図られると共に、電極パッドとリードバ
ンプとの接続において電気的及び機械的信頼性が向上す
るので、信頼性が高い半導体装置を安価に製造できると
いう顕著な効果を奏する。
【0032】また、本発明の半導体装置のリードフレー
ムの製造装置及び方法によると、上記利点を有するリー
ドフレームを製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の半導体装置のリードフレー
ムの構成を示す要部断面図。
【図2】(a)〜(c)は夫々、本発明の一実施例及び
変形例のリードフレームの製造装置におけるプレス型の
形状を示す断面図及びその斜視図。
【図3】(a)〜(c)は、図1に示したリードバンプ
を形成する方法の原理を示す断面図。
【図4】図1のリードバンプを形成するための、本発明
の一実施例のリードフレームの製造方法を示す断面図。
【図5】図4の方法の変形例を示す断面図。
【図6】本発明及び従来のリードフレームの全体構成を
示す平面図。
【図7】従来のAuバンプを有するリードフレームの接
続部分を示す断面図。
【図8】従来のメサバンプを有するリードフレームの接
続部分を示す断面図。
【図9】従来のメサバンプを形成する方法を示す断面
図。
【符号の説明】
1 スプロケットホール 2 リード 2a、2b、2c リード本体 3 デバイスホール 4 絶縁フィルム(ポリイミド膜) 5 電極パッド 6 半導体チップ 7、7a、7b リードバンプ 8、8a ネック 9 ステージ 10 シングルポイントツール 11 縁部 12 凹部 13 空気抜き穴

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リード本体と該リード本体の所定部分に
    形成されたリードバンプとを備える半導体装置のリード
    フレームにおいて、 前記リードバンプが、前記リード本体のプレス加工によ
    り形成された平坦面及び該平坦面に対向する凹凸面を備
    え、該凹凸面は、前記リード本体の厚み方向に該リード
    本体よりも突出するテーパー状の突起と、前記突起の周
    縁部に形成され前記リード本体の厚み方向に該リード本
    体よりも後退する凹部とを有することを特徴とするリー
    ドフレーム。
  2. 【請求項2】 リード本体の所定部分にリードバンプを
    プレス加工により形成するためのプレス型を備えるリー
    ドフレームの製造装置において、 前記プレス型が、押圧方向に突出する縁部と、該縁部に
    囲まれ中心方向に向かってテーパー状に後退する凹部と
    を有し、プレス加工の際に前記プレス型に対向する面が
    平坦面に形成されることを特徴とするリードフレームの
    製造装置。
  3. 【請求項3】 少なくとも前記凹部の表面に被膜が形成
    されることを特徴とする請求項2に記載のリードフレー
    ムの製造装置。
  4. 【請求項4】 前記被膜が、テフロン及びボロンナイト
    ライドから選択される材料で形成されることを特徴とす
    る請求項3に記載のリードフレームの製造装置。
  5. 【請求項5】 前記凹部の中心部近傍に空気抜き穴が形
    成されることを特徴とする請求項2乃至4の一に記載の
    リードフレームの製造装置。
  6. 【請求項6】 リード本体と該リード本体の所定部分に
    形成されたリードバンプとを備えるリードフレームの製
    造方法において、 前記リード本体の所定部分を、押圧方向に突出する縁部
    と該縁部に囲まれ中心方向に向かってテーパー状に後退
    する凹部とを有するプレス型と、該プレス型に対向する
    平坦面とによってプレス成形して、前記リードバンプに
    形成することを特徴とするリードフレームの製造方法。
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