JP3419898B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JP3419898B2 JP19447794A JP19447794A JP3419898B2 JP 3419898 B2 JP3419898 B2 JP 3419898B2 JP 19447794 A JP19447794 A JP 19447794A JP 19447794 A JP19447794 A JP 19447794A JP 3419898 B2 JP3419898 B2 JP 3419898B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、リードフレーム、半導
体装置及び半導体装置の製造方法に関し、特にＬＳＩパ
ッケージのリフロークラック耐性の向上及びリードフレ
ームの標準化に適用して有効な技術である。
【０００２】
【従来の技術】ウェハプロセスを完了し、ダイシングに
よって個々に分離された半導体ペレットは外部端子との
接続を行ない封止体に封止されて製品となる。外部端子
との接続には、半導体ペレットを搭載するダイパッド
（タブ）と半導体ペレットと電気的に接続され外部電極
となるリードとをフレームによって一体としたリードフ
レームを用いる方法が一般的である。リードフレームに
は４２アロイ，銅等の金属の薄板をスタンピング加工或
いはエッチング加工等によって成形したものが用いら
れ、封止体には、製造が容易でありコストも低いことか
ら、エポキシ樹脂やシリコン樹脂を封止樹脂として用い
た樹脂モールドが多く採用されている。
【０００３】しかしながら、これらの樹脂はリードフレ
ームに用いる金属との接着が弱く、また前記金属との膨
張係数の差が大きいために、温度の変化によりダイパッ
ドと封止樹脂との間に隙間が生じることがある。
【０００４】封止樹脂自体に吸水性があるため、封止樹
脂内部に大気中の水分が吸収され、ダイパッドと封止樹
脂との隙間にて結露し吸湿水となり、内部に溜ることが
ある。特に、ＴＳＯＰ（Thin Small Outline Package）
型、ＴＱＦＰ（Thin Quad Flat Package）型等の薄型の
半導体装置では、パッケージの封止樹脂も薄くなってお
り、水分の浸入が起こりやすくなっている。
【０００５】水分が侵入し吸湿した半導体装置は、プリ
ント基板等の実装基板に実装するリフロー工程にて半導
体装置を加熱する際に、侵入した吸湿水が気化膨張する
ことによってパッケージの内部圧力が上昇し、封止樹脂
とダイパッドとの介面に剥離が生じる界面剥離、或いは
この剥離が水分の膨張、すなわち水蒸気圧によって拡大
して封止樹脂が割れるパッケージクラック等が発生し半
導体装置を破損することがある。
【０００６】このような破損を防止するために、ダイパ
ッドと封止樹脂との接着性を改善する等の対策がなされ
ているが、まだ十分な解決策とはなっていない。
【０００７】従来、樹脂とダイパッドの界面の剥離を防
ぐ対策としては、ダイパッドにスリットを設け、このス
リットによって半導体ペレットの裏面を樹脂と密着させ
界面に生じる内部応力を分散させる方法（特開平２‐８
３９６１号）やダイパッドの裏面にディンプル加工を施
す（特開昭５５‐１６０４４９号）ことによって、樹脂
とダイパッドの接着力を向上させる方法が知られてい
る。
【０００８】また、ダイパッドを半導体ペレットサイズ
よりも小さくした小タブ構造とすることにより、半導体
ペレットの裏面と樹脂を密着させる方法（特願平４‐７
１１１６号）も考えられている。図１１に示すのは、小
タブ構造のリードフレームの例であり、図１２は樹脂封
止後の状態を示す断面図であり、図１１中ａ‐ａ線に沿
った位置に相当する。小タブ１１は、搭載する半導体ペ
レット１２よりも小さく形成されている。小タブ１１
は、その４方を吊りリード１３によってフレーム１４に
固定されている。半導体ペレット１２は小タブ１１に形
成された接着層１５によって固定されている。なお、図
中１６は封止樹脂である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら近年のＬ
ＳＩパッケージは、樹脂体中に占める半導体ペレットの
面積割合が増加して、さらに半導体ペレットに対する封
止樹脂の比率が従来よりも低い、即ち極めて薄くなって
いるため、前記のスリットやディンプルを形成する方法
では、パッケージクラックを防止することが困難になり
つつある。
【００１０】また、前記の小タブ構造においては、パッ
ケージクラックを防止できる有効な方法ではあるが、他
の問題が生じている。
【００１１】その問題とは、ダイパッド面積小のためペ
レット接着キュア前のペレットとダイパッドとの粘着強
度が低く、ペレット接着後キュア工程までのフレーム搬
送時にペレットずれ、ペレット剥がれが発生する。ま
た、半導体ペレット１２の接着部が小タブ１１の部分即
ち半導体ペレット１２中央部のみのため、吊りリード１
３が長くなり、モールド時に吊りリード１３が変形し
て、図１３に示すようにタブ浮きが生じやすい。更に、
小タブ構造に限らず、従来のペレット付け工程は、ペー
スト保管・ペースト塗布量・濡れ面積等の管理項目が多
く、品質の安定化が困難であった。
【００１２】本発明の目的は、ＬＳＩパッケージのリフ
ロークラック耐性を向上させ、且つ組立工程における不
良の低減及び工程の簡略化を実現できる技術を提供する
ことである。
【００１３】また、近年ＬＳＩの製造形態が需要の多様
化により多品種少量生産化しており、品種の増加に応じ
て、リードフレームも多くの種類を用意しなければなら
ず、その管理が煩雑でありコストも増加している。本発
明の他の目的は、種々の異なる半導体装置に適用可能な
リードフレームを実現する、即ちリードフレームの標準
化を実現できる技術を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記の通りである。
【００１５】従来のリードフレームに設けられていたダ
イパッドを廃止して、半導体ペレット搭載位置を横切る
支持リードを設け、この支持リードの上面に、予め熱可
塑性樹脂で接着層を形成し、この接着層を介して支持リ
ードに半導体ペレットを固定する。
【００１６】
【作用】上述した手段によれば、ダイパッドを廃止し支
持リードによって半導体ペレットを固定したことによ
り、従来のスリット構造及び小タブ構造に比べ、半導体
ペレット裏面と封止樹脂との接着面積を拡大することが
可能となり、リフロークラック耐性が向上する。
【００１７】また、最大半導体ペレットに合わせて、接
着層を形成しておくことにより、種々のサイズの半導体
ペレットに対応可能となり、リードフレームの標準化に
寄与し、ペレット端部までリードフレームと接着させる
ことができ、小タブ構造のものと比較して樹脂封止の際
のペレット浮きがなくなる。
【００１８】更に、接着層に熱可塑性樹脂を用いること
によって、熱硬化性樹脂を用いた場合に必要なキュア工
程及びキュア装置が不用となり、工程の短縮及び作業ス
ペースの縮小が可能となり、熱可塑性樹脂がペレット付
け時の溶融高温状態においても粘度が高いため、フレー
ム搬送でのペレットずれ、ペレット剥がれがなくなり、
ペレットずれやペレット剥がれが発生しても、加熱状態
で半導体ペレットの位置を修正できるので不良品の発生
を防止できる。
【００１９】以下、本発明の構成について、実施例とと
もに説明する。
【００２０】なお、実施例を説明するための全図におい
て、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り
返しの説明は省略する。
【００２１】
【実施例】
（実施例１）図１に示すのは本発明の一実施例であるＱ
ＦＰ（Quad Flat Package）型の半導体装置のフレーム
切断前の状態を一部切り欠いて示す平面図であり、図２
に示すのは、そのａ‐ａ線に沿った縦断面図、図３に示
すのは、そのｂ‐ｂ線に沿った縦断面図である。
【００２２】図中、１は半導体ペレット、２は外部端子
となるリード、３は半導体ペレットを固定する支持リー
ド、４は樹脂を用いて封止体とする封止樹脂である。
【００２３】リード２は、半導体ペレット１のボンディ
ングパッドとボンディングワイヤ５によって接続するイ
ンナーリード２ａと、半導体装置の実装時に他の装置・
配線と接続するためのアウターリード２ｂとが一体とな
っている。
【００２４】支持リード３は半導体ペレット１搭載位置
の中央から互いに直交して４方向に直線状に延在し、封
止樹脂４の４隅を貫通する。
【００２５】リード２と支持リード３とはフレーム６に
よって一体化したリードフレーム７となっている。リー
ドフレーム７は、金属の薄板を成形し、樹脂モールドに
よって固定される前の各リード２及び支持リード３をフ
レーム６によって一体化している。
【００２６】他にリードフレーム７には封止樹脂４の側
面近傍で各リード２の間に生じる隙間から樹脂が流出す
るのを防止するダム８が形成されている。
【００２７】支持リード３の半導体ペレット１搭載部分
には、例えばポリイミド系の熱可塑性樹脂からなる接着
層９が塗布してある。
【００２８】この支持リード３の幅は、細く形成するこ
とにより、所要の接着力を維持することができる。つま
り、ペレットと従来のダイパッドとの接着力を増加する
には、コレット荷重（ペレットに加える押圧力）を上げ
る方法が考えられるが、ペレット欠けの原因になるため
に困難である。本願発明では支持リードを細く形成する
ことで、接着面積は減少するが、接着面積の減少によっ
て単位面積あたりの押圧力が増加し、熱可塑性樹脂の接
着力が増すこととなり所要の接着力を維持することがで
きる。
【００２９】封止樹脂４は、エポキシ等を用いた樹脂モ
ールドによって一体に成形し、支持リード３に固定した
半導体ペレット１を収容し、各リード２を固定する。
【００３０】図１に示す半導体装置の製造方法につい
て、以下説明する。
【００３１】先ず、リードフレーム７を、例えば加熱し
たヒートブロックをリードフレーム７下部より押し当て
ることにより加熱して支持リード３の接着層９である熱
可塑性樹脂を溶融或いは軟化させる。
【００３２】次に、搭載する半導体ペレット１を支持リ
ード３上の所定位置に搬送し、押圧接着する。その後、
例えば加熱用ヒートブロックをリードフレーム７から離
すことにより、熱可塑性樹脂を冷却固化させる。
【００３３】その後キュア工程を経ずに、ワイヤボンデ
ィングを行ない、インナーリード２ａと半導体ペレット
１のボンディングパッドとをボンディングワイヤ５によ
って電気的に接続する。ワイヤボンディングは、ワイヤ
ボンディング時の熱可塑性樹脂の再溶融を防止するた
め、熱可塑性樹脂の融点（約３５０℃程度）より低い温
度（例えば２００℃程度）で行なわれる。
【００３４】ボンディングの終了した半導体装置は、モ
ールディング装置（図示せず）の金型に収容し、溶融し
た樹脂を金型内に注入し半導体ペレット１とインナーリ
ード２ａとを樹脂封止する。
【００３５】樹脂モールドによって封止樹脂４を形成し
た後に、リードフレーム７は、ダム８及びフレーム６を
切断し、支持リード３及び各リード２が各々独立した状
態となり、この後アウターリード２ｂを所定の形状に加
工する。
【００３６】なお、熱可塑性樹脂の接着層９は、半導体
ペレット１の搭載位置を越えてインナーリード２ａの端
部近傍まで形成する。これによってボンディングワイヤ
５が支持リード３に交差接触しても樹脂部分によって短
絡を防止することができる。またインナーリード２ａの
先端を切除して更に大きな半導体ペレットを搭載しても
該半導体ペレットを充分に接着固定することができる。
【００３７】本実施例では、接着層９として熱可塑性樹
脂を用いているので、支持リード３に反りが生じている
場合でも、前述の如く半導体ペレット１を圧着する際に
加えられる単位面積あたりの押圧力の増加によって、そ
の反りが矯正され平坦状態となり、かつ熱可塑性樹脂が
溶融状態でも粘度が高いために平坦状態が維持されるの
で、支持リード３の変形に対する許容度が高くなり、リ
ードフレーム７の生産歩留が向上する。本実施例では支
持リードの幅をスタンピング加工の略限界である０．３
mmとしている。
【００３８】なお、前述した実施例では、接着層９を支
持リード３の半導体ペレット搭載領域全域に形成した
が、図４又は図５に示すように、接着層９を支持リード
３の半導体ペレット搭載領域に部分的に形成してもよ
い。半導体ペレット１への力の加わり方によって、効果
的に接着層９を形成することによって、接着剤を有効に
利用することができる。
【００３９】一般に半導体装置のリードフレームの選定
では、搭載する半導体ペレットの大きさとリードの数が
主な条件となるが、本発明のリードフレーム７では、図
６に示すように、小型の半導体ペレット１にも用いるこ
とが可能であり、搭載する半導体ペレット１の自由度が
高いので、単一のリードフレーム７によって多くの種類
の半導体装置に対応することが可能となる。この場合
に、接着層９は、図６のように搭載する半導体ペレット
１に合わせて形成領域を小さくしても図１と同様に広く
形成してもよい。
【００４０】また、支持リード３は、図７に示すように
２方向に延在するものでもよい。
【００４１】（実施例２）図８に示すのは本発明の他の
実施例であるＳＯＰ（Small Outline Package）型或い
はＳＯＪ（Small Outline J-lead）型の半導体装置のリ
ードフレームを示す平面図である。
【００４２】図中、２は外部端子となるリード、３は支
持リード、４は封止樹脂である。支持リード３は半導体
ペレット1搭載位置の中央を横切って直線状に４方向に
延在し、封止樹脂４の対向する辺を貫通する。
【００４３】リード２と支持リード３とはフレーム６に
よって一体化したリードフレーム７となっている。
【００４４】支持リード３の半導体ペレット１搭載部分
には、例えばポリイミド系の熱可塑性樹脂からなる接着
層９が塗布してある。
【００４５】また、本実施例の支持リード３の配置を、
例えば、図９に示すように、封止体４の対向する辺の中
央を貫通して２方向のみに支持リード３を半導体ペレッ
ト１の長辺方向に延在させて形成してもよい。２方向に
形成することによって不用となる短辺方向の支持リード
のスペースを利用してリード２の数を増加することがで
きる。
【００４６】更に、本実施例の支持リード３の配置を、
例えば、図１０に示すように、封止体４の対向する辺の
中央を貫通して２方向のみに支持リード３を半導体ペレ
ット１の長辺方向に延在させ、短辺方向の支持リード３
を半導体ペレット１搭載領域と同等に形成することもで
きる。
【００４７】（実施例３）図１４に示すのは本発明の他
の実施例であるＱＦＰ型の半導体装置のリードフレーム
を示す平面図であり、図１５に示すのはそのａ‐ｂ線に
沿った位置に相当する完成状態での縦断面図である。
【００４８】図中、１は半導体ペレット、２は外部端子
となるリード、３は半導体ペレットを固定する支持リー
ドである。本実施例では長方形の半導体ペレット１を支
持リード３に接着している。
【００４９】支持リード３は半導体ペレット１搭載位置
の中央から互いに交差して４方向に直線状に延在する。
【００５０】リード２と支持リード３とはフレーム６に
よって一体化したリードフレーム７となっている。リー
ドフレーム７は、金属の薄板を成形し、樹脂モールドに
よって固定される前の各リード２及び支持リード３をフ
レーム６によって一体化している。
【００５１】支持リード３の半導体ペレット１搭載部分
には、例えばポリイミド系の熱可塑性樹脂からなる接着
層９が塗布してある。なお、熱可塑性樹脂の接着層９
は、半導体ペレット１の搭載位置を越えてインナーリー
ド２ａの端部近傍まで形成する。
【００５２】この支持リード３の幅は、細く形成するこ
とにより、所要の接着力を維持することができる。つま
り、ペレットと従来のダイパッドとの接着力を増加する
には、コレット荷重（ペレットに加える押圧力）を上げ
る方法が考えられるが、ペレット欠けの原因になるため
に困難である。本願発明では支持リードを細く形成する
ことで、接着面積は減少するが、接着面積の減少によっ
て単位面積あたりの押圧力が増加し、熱可塑性樹脂の接
着力が増すこととなり所要の接着力を維持することがで
きる。
【００５３】本実施例では、半導体ペレット１が長方形
であるために、半導体ペレット１上のボンディングパッ
ドとインナーリード２ａとを接続するボンディングワイ
ヤ５の一部は支持リード３を横切るように延在している
が、図１５に示すようにボンディングワイヤ５が支持リ
ード３と交差接触しても、接着層９の樹脂部分によって
支持リード３が覆われているので支持リード３とボンデ
ィングワイヤ５との短絡を防止することができる。
【００５４】以上、本発明者によってなされた発明を、
前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前
記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲において種々変更可能であることは勿論であ
る。
【００５５】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。
【００５６】（１）本発明によれば、ダイパッドを廃止
し支持リードによって半導体ペレットを固定したことに
より従来のスリット構造及び小タブ構造に比べ、半導体
ペレット裏面と封止樹脂との接着面積を拡大することが
可能となり、リフロークラック耐性が向上するという効
果がある。
【００５７】（２）本発明によれば、最大半導体ペレッ
トに合わせて、接着層を形成しておくことにより、種々
のサイズの半導体ペレットに対応可能となり、リードフ
レームの標準化に寄与するという効果がある。
【００５８】（３）本発明によれば、熱可塑性樹脂の接
着層を最大半導体ペレットに合わせて形成することによ
り、ペレット端部までリードフレームと接着させること
ができ、小タブ構造のものと比較して樹脂封止時のペレ
ット浮きがなくなるという効果がある。
【００５９】（４）本発明によれば、接着層に熱可塑性
樹脂を用いることによって、熱硬化性樹脂を用いた場合
に必要なキュア工程及びキュア装置が不用となり、工程
の短縮及び作業スペースの縮小が可能となるという効果
がある。
【００６０】（５）本発明によれば、接着層に熱可塑性
樹脂を用いることによって、熱可塑性樹脂がペレット付
け時の溶融高温状態においても粘度が高いため、フレー
ム搬送でのペレットずれ、ペレット剥がれがなくなると
いう効果がある。
【００６１】（６）本発明によれば、接着層に熱可塑性
樹脂を用いることによって、ペレットずれやペレット剥
がれが発生しても、加熱状態で半導体ペレットの位置を
修正できるので不良品の発生を防止できるという効果が
ある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である半導体装置を示す平面
図である。
【図２】本発明の一実施例である半導体装置を示す縦断
面図である。
【図３】本発明の一実施例である半導体装置を示す縦断
面図である。
【図４】本発明の一実施例の変更例であるリードフレー
ムを示す平面図である。
【図５】本発明の一実施例の変更例であるリードフレー
ムを示す平面図である。
【図６】本発明の一実施例の変更例であるリードフレー
ムを示す平面図である。
【図７】本発明の一実施例の変更例であるリードフレー
ムを示す平面図である。
【図８】本発明の他の実施例であるリードフレームを示
す平面図である。
【図９】本発明の他の実施例の変更例であるリードフレ
ームを示す平面図である。
【図１０】本発明の他の実施例の変更例であるリードフ
レームを示す平面図である。
【図１１】従来の小タブ構造のリードフレームを示す平
面図である。
【図１２】従来の小タブ構造の半導体装置を示す縦断面
図である。
【図１３】従来の小タブ構造の半導体装置を示す縦断面
図である。
【図１４】本発明の他の実施例であるリードフレームを
示す平面図である。
【図１５】本発明の他の実施例である半導体装置を示す
縦断面図である。
【符号の説明】
１，１２…半導体ペレット、２…リード、２ａ…インナ
ーリード、２ｂ…アウターリード、３…支持リード、
４，１５…封止樹脂（封止体）、５…ボンディングワイ
ヤ、６，１４…フレーム、７…リードフレーム、８…ダ
ム、９…接着層、１１…小タブ、１３…吊りリード。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坪崎 邦宏 東京都小平市上水本町５丁目20番１号 株式会社日立製作所 半導体事業部内 (72)発明者 大野 浩 東京都小平市上水本町５丁目22番１号 株式会社日立マイコンシステム内 (72)発明者 松澤 朝夫 東京都小平市上水本町５丁目22番１号 株式会社日立マイコンシステム内 (72)発明者 西田 隆文 東京都小平市上水本町５丁目22番１号 株式会社日立マイコンシステム内 (56)参考文献 特開 平２−73661（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−75355（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−13477（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−13657（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−132444（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−216303（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−81966（ＪＰ，Ａ) 実公 平３−36151（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 23/50 H01L 21/52

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 平面形状が四角形でかつ一主面とそれに
    対向する他の主面とを有し、さらに前記一主面に複数の
    ボンディングパッドを有する半導体ペレットと、この半
    導体ペレットを囲むように設けられた外部端子となる複
    数の第１のリードと、前記複数の第１のリードと前記半
    導体ペレットの複数のボンディングパッドとを接続する
    接続手段と、前記半導体ペレット、前記接続手段及び前
    記複数の第１のリードの一部を封止する樹脂からなる封
    止体とを有する半導体装置において、 前記半導体ペレットの他の主面下で交差して四方向に同
    一幅で延在する直線状の第２のリードと、前記第２のリ
    ードの前記半導体ペレットの他の主面と向かい合う面と
    前記半導体ペレットの他の主面との間に位置するととも
    に前記半導体ペレットの搭載位置を超えて前記第１のリ
    ードの端部近傍まで設けられることにより前記第２のリ
    ードの前記半導体ペレットの他の主面と向かい合う面と
    前記半導体ペレットの他の主面とを接続する熱可塑性樹
    脂の接着層とを有することを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項２】 前記熱可塑性樹脂の接着層は前記第２の
    リードの前記半導体ペレットの他の主面と向かい合う面
    の前記第２のリードの四方向への延在方向夫々におい
    て、前記半導体ペレットの搭載位置を超えて前記第１の
    リードの端部近傍まで設けられていることを特徴とする
    請求項１に記載の半導体装置。
  3. 【請求項３】 前記熱可塑性樹脂の接着層は前記第２の
    リードの前記半導体ペレットの他の主面と向かい合う面
    の複数箇所に形成されていることを特徴とする請求項１
    又は請求項２に記載の半導体装置。
  4. 【請求項４】 半導体ペレットをリードフレームに接着
    固定し、半導体ペレットとリードフレームのインナーリ
    ードとを電気的に接続し、これらを樹脂によって封止
    し、前記リードフレームのフレームを切断する半導体装
    置の製造方法において、 前記半導体ペレットの搭載位置を横切るように同一幅で
    四方向に延在する直線状の支持リード及び前記支持リー
    ドの前記半導体ペレットの搭載位置を超えて前記第１の
    リードの端部近傍まで設けられた熱可塑性樹脂の接着層
    を有するリード フレームを準備する工程と、 加熱雰囲気下で、前記接着層を軟化させる工程と、 軟化させた接着層に半導体ペレットを押圧して前記支持
    リードに前記半導体ペレットを固定する工程とを有する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法 。
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