JP3504297B2 - 開口部のあるダイ支持部材を有する半導体装置 - Google Patents
開口部のあるダイ支持部材を有する半導体装置Info
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Description
する。さらに詳しくは、開口部のあるダイ支持部材を有
するリード・フレームを用いる半導体装置に関する。
スチックまたは樹脂パッケージ内に実装される半導体装
置には通常、リード・フレーム部分が含まれる。特に、
各装置には半導体ダイに電気的に結合された複数のリー
ド線と、ダイが搭載されるダイ支持部材とが含まれる。
本産業ではこのダイ支持部材は多くの名前を持つ。本発
明の目的に関しては、ダイ支持部材はフラッグとも呼ば
れる。半導体装置の既存のダイ支持部材の多くは、半導
体ダイよりも多少面積が広く、たとえば銅,銅合金,鉄
−ニッケル合金,クラッド材料などのリード・フレーム
の残りの部分と同じ材料で作られる一体型の板の形であ
る。
イ支持部材とプラスチック・パッケージ材料とのインタ
ーフェースにおいて接着力が弱いことである。このよう
にインターフェースが弱いために、プラスチック・パッ
ケージ材料は簡単にダイ支持部材から離れて、空隙がで
きてしまう。このような空隙は、従来の表面搭載法によ
りユーザ基板上に装置を搭載したときに問題となる。表
面搭載法には、温度上昇が含まれるので、水分を含むこ
ともある空隙を膨張させることになる。空気と水分の膨
張の結果としてパッケージ内に構築させた応力は、プラ
スチック・パッケージ本体に割れ目を形成することによ
り緩和される。パッケージ本体内の割れ目は、汚染物が
半導体ダイに到達するための経路となり、そのため重大
な信頼性の問題を招く。
は、ダイ支持部材と、ダイ支持部材に半導体ダイを付着
させるために用いられる従来の接着用エポキシとの間の
接着力が弱いことである。ダイ付着エポキシは、一般
に、リード・フレームのダイ支持部材上に塗布される。
半導体ダイをダイ支持部材に接合すると、エポキシが拡
散されて、エポキシはダイ全体の下に薄い連続領域を形
成する。エポキシは通常、ダイの表面にはよく接合する
が、エポキシとダイ支持部材との間の接着はそれほど強
くない。そのため一定の応力条件下では、ダイとダイ支
持部材との間に剥離が起こる傾向がある。このような剥
離は信頼性の問題を起こす。
とダイとの間の剥離の問題に対するある解決策、少なく
とも改善する方法は、ウィンドウ−フレームダイ支持部
材を用いることである。一体的な板を用いずに、ダイ支
持部材を中央に開口部を有するウィンドウ−フレームま
たはリング状に整形する。ダイ支持部材と同様に開口部
は正方形または長方形として、半導体ダイの形に一致さ
せる。半導体ダイはフレームダイ支持部材上に開口部を
覆うように搭載される。理想的には、開口部はできるだ
け大きくして、ダイの表面の最大限の領域が開口部によ
り露出されるようにする。ダイとダイ支持部材とをプラ
スチック・パッケージ材料でカプセル化すると、ダイ支
持部材内の開口部を通じて露出されたダイの部分はプラ
スチック・パッケージ材料と接触する。半導体製造に用
いられる従来のリード・フレームとパッケージ材料と
は、半導体ダイの表面とプラスチック・パッケージ材料
との間の接着力が、リード・フレーム材料とプラスチッ
ク・パッケージ材料との間の接着力よりも強くなるよう
になっている。ウィンドウ−フレームダイ支持部材を用
いることにより、パッケージ内に空隙が形成される可能
性が少なくなり、そのために割れ目が形成される可能性
も少なくなる。これはダイ支持部材とパッケージ材料と
の間のインターフェースの面積が板状ダイ支持部材を用
いた場合と比較すると小さくなっているためである。ウ
ィンドウ−フレームダイ支持部材を用いると、パッケー
ジの割れの問題を解決する助けとはなるが、このような
ダイ支持部材を用いると半導体の実装に関して別の問題
が起こる。特に従来のウィンドウ−フレームダイ支持部
材では、カプセル化の過程で望ましくない間隙が形成さ
れる可能性がある。間隙形成の問題は、以下に図1およ
び図2に関して説明される。
r platen)12と下金型取付板(lower platen)14と
を有する鋳型具(mold tool)10の断面図である。鋳
型具10のような鋳型具は、半導体ダイの周囲に樹脂ま
たはプラスチックのパッケージ本体を成形するために当
産業でよく用いられる。上下の金型取付板は、共に空洞
16を形成し、この空洞16がどこがパッケージ本体に
なるかを規定する。リード・フレーム18は、従来の方
法で鋳型具の上下の金型取付板の間に置かれる。リード
・フレーム18は、複数のリード線20と1つのウィン
ドウ−フレームダイ支持部材22とを有する。ウィンド
ウ−フレームダイ支持部材22内には開口部24があ
る。半導体ダイ26がダイ支持部材22上に置かれる。
ダイ26は、通常、銀充填エポキシなどの接着材料(図
示せず)を用いてダイ支持部材に付着される。ダイは、
従来のワイヤ・ボンド28によりリード線20に電気的
に結合される。
てパッケージ体を形成するには、熱硬化エポキシ樹脂な
どのプラスチック成形化合物を空洞16内に導入するこ
とが必要である。この樹脂は金型の頂部,金型の底部ま
たは側面のいずれかから空洞内に導入される。これらの
成形作業はそれぞれ、トップ・ゲーティング,ボトム・
ゲーティングおよびサイド・ゲーティングとして知られ
ている。樹脂がどこから空洞内16に導入されるかに関
わらず、樹脂は空洞全体に流れ込んで、半導体ダイ2
6,ワイヤ・ボンド28,ダイ支持部材22およびリー
ド線20の内部を完全にカプセルに封じこまなければな
らない。しかし、ダイ支持部材22のフレームの形は樹
脂の流れを妨げる。図2は、図1の鋳型具10内のリー
ド・フレーム18のダイ支持部材領域付近の樹脂の流れ
を分解図で示している。樹脂材料29が空洞16内に導
入されると、樹脂はダイ26とダイ支持部材22とによ
って迂回させられて、樹脂の一部がダイの上に流れ、一
部はダイの下に流れる。ダイ支持部材22を過ぎると、
ダイ26の下を流れる樹脂には境界層の分離が起こり、
領域32内に間隙または樹脂の欠乏部が形成される。境
界層分離は、平坦なまたは鋭角的な物体に対して垂直に
流れる流体に起こる現象である。パッケージ体内に形成
された間隙は、いずれもパッケージの割れを起こし、そ
のために信頼性の問題を提起するという点でダイ支持部
材とプラスチック・パッケージとの間の剥離に似てい
る。
部付近に間隙の形成を避ける方法は、きわめてゆっくり
と硬化する低粘度の樹脂成形化合物を用いることであ
る。トランスファ成形作業中は、カプセル化が完成する
前に熱硬化樹脂が硬化を始めるように鋳型具を加熱する
のが普通である。低速で硬化する低粘度の成形化合物を
用いると、鋳型具空洞内の流れはゆっくりと硬化するの
で制約されることが少なくなる。しかし、サイクル時間
を小さくするという主要な製造上の目的には、速く硬化
する成形化合物を用いたほうが都合が良い。そのため、
ウィンドウ−フレームダイ支持部材を用いることにより
空隙が形成されるという問題に対する別の解決法が必要
とされる。
性が満たされ、その他の利点が達成される。ある形態で
は、半導体装置には複数のリード線と1つのダイ支持部
材とを有するリード・フレームが含まれる。このダイ支
持部材には、それを貫通して延在する開口部と、外周
と、開口部により規定される内周とがある。ダイ支持部
材の内周は、先細りの端部を有する。半導体ダイはリー
ド・フレームのダイ支持部材上に置かれて、複数のリー
ド線と電気的に結合される。樹脂のパッケージ体は、半
導体ダイ,ダイ支持部材,開口部およびリード線の内部
をカプセルに封じ込める。本発明の別の形態には、この
ような半導体装置を作成する方法が含まれる。
明の利点は、以下の詳細な説明と添付の図面とによりさ
らに明確に理解されるだろう。図面は必ずしも同尺で描
かれていないこと、そして特に図示されてはいない本発
明の他の実施例があることに留意することは重要であ
る。
装置と比較した場合に、間隙形成の可能性がより小さい
半導体装置にウィンドウ−フレームダイ支持部材を用い
ることができる。本発明により、リード・フレームダイ
支持部材にはリング状またはフレーム状のダイ支持部材
――以下ウィンドウ−フレームダイ支持部材と呼ぶ――
を設定する大きな開口部が含まれる。このダイ支持部材
は、外周と開口部により規定される内周とを有する。ダ
イ支持部材の内周は、ダイ支持部材の頂部から底部にか
けて外方に先細りになった端部を有する。ダイ支持部材
の内周の先細りの端部は、樹脂成形化合物の流れに密接
して沿っており、そのために、内周に垂直の端部が含ま
れていた場合よりも間隙の形成が起こりにくくなる。本
発明の別の形態では、ダイ支持部材内の開口部は円形ま
たは楕円形で、それにより鋭角の隅部をなくしてこれも
間隙が形成される機会を減らす。
面を参照するとより分かりやすい。図3は、本発明によ
る半導体装置30の断面図を示す。装置30には、リー
ド・フレーム32の部分が含まれ、さらに特定すると、
複数のリード線34と1つのウィンドウ−フレームダイ
支持部材36とが含まれる。ダイ支持部材36の上面に
半導体ダイ38が付着される。ダイ38は通常は、マイ
クロコントローラ,マイクロプロセッサ,メモリ,ゲー
ト・アレイなどの集積回路である。ダイ38はワイヤ・
ボンド40によりリード線34に電気的に結合される
が、本発明により任意の可能な結合法を用いることがで
きる。たとえば、テープ自動化ボンディング(TAB)
も適している。樹脂パッケージ体42はダイ38,ワイ
ヤ・ボンド40およびリード・フレーム32部分をカプ
セル化する。
成される。開口部44の存在と図3が断面図であるとい
う性質のために、ダイ支持部材36は不連続に見える。
しかし、図4ないし図7で明らかなように、本発明の装
置内のダイ支持部材は連続したリングであることが好ま
しい。開口部44はダイ支持部材36の内周の限界点を
固定する。ダイ支持部材36の内周には先細りの端部4
6が含まれる。端部46は、ダイ支持部材36の上面か
ら底面に向かって外方に先細りになっている。端部46
は、化学エッチング,打ち抜きまたは既知の技術の組合
せを含み、またそれに限定されない既知の技術を用いた
リード・フレームの製造中に形成することができる。
成の可能性がどのように減ずるかを示す。図4は、従来
の鋳型具10内のリード・フレーム32のダイ支持部材
領域付近の樹脂の流れを示す分解断面図である。図2に
関して前述されたように、樹脂29が、垂直の内端を有
する従来のウィンドウ−フレームダイ支持部材を通りす
ぎると、境界層分離が起こり領域32は樹脂のないまま
残る。端部46のような先細りの端部を用いることによ
り、ウィンドウ−フレームダイ支持部材の内周では樹脂
の流れがダイ支持部材の内端によりよく一致して、間隙
領域が起こりにくくなる。理想的には、図4にφとして
示される端部46の先細り角度は、θとして示される、
樹脂29が先細り端部46を通り過ぎるときの変曲角度
に一致しなければならない。角度θは、鋳型具10の設
計と、リード・フレーム32およびダイ38の設計とに
より変わる。しかし、一般的には、端部46は外周に向
かって先細りにして、角度φが少なくとも20度であ
り、より適切には30度ないし80度の範囲で、好まし
くは55度ないし65度になるようにする。端部46の
外側に向かう先細り部は、開口部44がダイ支持部材3
6の上面においてダイ支持部材の底面よりも小さい外周
を有するようにする。
置に用いるのに適した種々のリード・フレーム設計の上
面図である。図5はリード・フレーム50を部分的に示
す。リード・フレーム50には、開口部54を有するウ
ィンドウ−フレームダイ支持部材52が含まれる。ダイ
支持部材52の外端部55は共にダイ支持部材の外周を
規定し、開口部54により作り出される内端部56はダ
イ支持部材の内周を規定する。ダイ支持部材52は、タ
イ・バーとしても知られるダイ支持部材用支持部材58
によりリード・フレーム50内に保持される。支持部材
58はリード・フレームのレール(図示せず)に接続さ
れる。リード・フレーム50には、ダイ支持部材52を
囲む複数のリード線59も含まれる。
ダイ支持部材とのインターフェースにおけるパッケージ
の割れおよび剥離という前述の問題を回避するために
は、半導体ダイ表面(図示せず)の実質的部分が開口部
を通じて露出されるように充分な大きさでなければなら
ない。通常、ダイ支持部材52の外周は半導体ダイの周
囲(輪郭57で示される)よりも大きく、ダイ支持部材
の内周はそれよりも小さい。半導体ダイをダイ支持部材
52に付着すると、ダイの表面の一部が開口部を通じて
露出され、このとき露出される面積は開口部54の面積
と同じ大きさになる。通常は、開口部により露出される
ダイの表面は図3に示されるように、底または不活性表
面である。
の間のインターフェースの剥離の可能性を最小限に抑え
て、パッケージの割れの確率を小さくするためには、ダ
イ支持部材の開口部により露出されるダイ表面の面積を
最大にしなければならない。開口部の特定の面積は、ダ
イ支持部材の寸法とそのダイ支持部材に付着される半導
体ダイの寸法とに依存するので、一般的な規則は、開口
部はダイ表面の少なくとも20%を露出し、好ましくは
ダイ表面の少なくとも60%を露出することである。そ
れゆえ、ダイがカプセル化されると、ダイ表面の少なく
とも20%が樹脂パッケージ体と接触することになる。
前述のように、樹脂パッケージ材料のダイ表面に対する
接着力は、樹脂のリード・フレームに対する接着力より
も強い。その結果、ダイ表面の20%以上をパッケージ
材料と接触させることにより剥離の問題が改善される。
本発明に用いるのに適した開口部の寸法を決定する別の
方法は、ダイ支持部材の内周と外周とを比較して、ダイ
支持部材寸法の関数として開口部の寸法を規定すること
である。好ましくは、ダイ支持部材の内周は、外周の測
定値の少なくとも半分である。しかしこの関係は、開口
部の形により変わることがある。
のような正方形で示される。しかし、本発明により用い
られる開口部の形は正方形に限らない。図6は、タイ・
バー68により支持されるウィンドウ−フレームダイ支
持部材62を有するリード・フレーム60を示す。リー
ド・フレーム60にもリード線が含まれるが、図を簡単
にするためにリード線は図示されていない。ダイ支持部
材62内に形成された開口部64は、前述の正方形の開
口部と対照的に円形である。図6はリード・フレーム6
0の上面図であるために図6では先細りの端部は明らか
でないが、本発明により、ダイ支持部材62の内端部6
6は先細りの端部を有する。円形の開口部を用いる利点
は、間隙形成の可能性がさらに小さくなることである。
外方に先細りになった端部が間隙を排除する助けとなっ
ても、ウィンドウ−フレームダイ支持部材の内隅に空隙
が形成される可能性が依然として少しはある。開口部を
円形にすることにより、内隅がなくなり、そのために隅
に空隙ができることが問題でなくなる。
のリード・フレームに用いるのに適した他の開口部形で
ある。図7にはリード・フレーム70が部分的に図示さ
れている。図示されたリード・フレームの部分は、開口
部74とタイ・バー78とを有するウィンドウ−フレー
ムダイ支持部材72である。ダイ支持部材72は正方形
でなく長方形である。ダイ支持部材の形は、半導体ダイ
の形により決まるのが普通である。言い換えれば、正方
形のダイは正方形のダイ支持部材上に搭載され、長方形
のダイは長方形のダイ支持部材に搭載されるのが普通で
ある。ダイ支持部材72の開口部74も長方形である。
リード・フレーム70では、ダイ支持部材の長方形の開
口部により、正方形の開口部が用いられた場合よりも大
きな半導体表面の部分が露出される。ダイ支持部材の開
口部を通じてできるだけ大きなダイ表面の部分を露出さ
せることがパッケージ体の剥離を防ぐ助けとなる。同様
に、図8の上面図に部分的に図示されたリード・フレー
ム80には、楕円形または長円形の開口部84を有する
ダイ支持部材82が含まれる。ダイ支持部材82はタイ
・バー88によりリード・フレーム80内に支持され
る。リード・フレーム70にも80にもリード線が含ま
れてはいるが、図を簡単にするためにリード線は描かれ
ていないことに留意することは重要である。
したリード・フレーム80のある可能な構成を示す分解
断面図である。図9は、ダイ支持部材の内端が完全に先
細りになっていない本発明の別の変形を示す。図9で
は、ダイ支持部材82にはダイ支持部材の内周を規定す
る開口部84が含まれる。しかし内周には2つの端部、
垂直の端部86と先細りの端部88とが含まれる。先細
りの端部88を形成するために用いられるリード・フレ
ーム製造技術によっては、たとえば打ち抜きは、結果と
して垂直な端部を形成することがあり、またダイ支持部
材の上面と底面との間に1つの先細りの端部を形成する
ことができない場合もある。一方、別の理由で垂直の端
部が望ましいこともある。好ましくは、垂直端部86は
できるだけ小さくして、端部付近の間隙形成を避ける。
ダイ支持部材の内周の一部が垂直であっても、ダイ支持
部材82の端部により、従来のウィンドウ−フレームダ
イ支持部材のリード・フレームと較べてダイ支持部材の
内端付近に間隙が形成される機会が減る。
部を有する円形,長円形または楕円形の開口部は、ダイ
支持部材の内端に沿った間隙形成を充分に防ぐことがで
きる。図10はダイ支持部材82に適用され、本発明に
よる垂直端部構成を示す。図10は図8の直線9−10
に沿って切断したダイ支持部材82の分解断面図であ
る。図10に示されるように、ダイ支持部材82は垂直
の内端部86を有するが、先細りの内端を含まない。開
口部84の形が鋭角の隅を持たないようなものであれ
ば、先細りの端部が必要でないこともある。たとえば、
円形,長円形または楕円形の開口部は隅を持たないの
で、先細りの内端部を必要としなくても樹脂成形化合物
によりカプセル化の間の間隙形成を充分に防ぐことがで
きる。円形,長円形または楕円形の開口部が間隙形成を
充分に抑えるためには、開口部がダイ支持部材の全面積
の少なくとも20%を占めることが期待され、好ましく
は開口部がダイ支持部材面積の少なくとも50%を占め
ることが期待される。
明に伴う利点の多くを示す。ダイ支持部材の先細りの端
部は樹脂成形化合物の流れに従い、樹脂の境界層分離が
最小限になる。別の利点は、本発明による半導体装置の
パッケージの割れの発生が、多くの既存の樹脂カプセル
化装置と較べて少なくなることである。パッケージの割
れが少なくなるのは、樹脂成形化合物と半導体ダイ表面
との間のインターフェース面積が大きくなった結果であ
る。本発明による半導体装置がパッケージの割れに対し
て影響を受けにくいもう1つの理由は、先細りの内端部
が、そうでなければ鋭角の隅となる部分の代わりとなる
ためである。パッケージ体の応力は、鋭角の隅付近に集
中する。内端部を先細りにするか、ダイ支持部材の開口
部の形を最適なものにするか、あるいはその両方によっ
て鋭角の内隅をなくすることにより、パッケージ内の応
力を軽減し、それによりパッケージの割れの可能性を小
さくする。別の利点として、本発明により、ダイ付着エ
ポキシとリード・フレームダイ支持部材との間に起こる
剥離の可能性が、これらの2つの成分の間のインターフ
ェース面積を小さくすることにより軽減される。
させる、本発明による先細りのウィンドウ−フレームダ
イ支持部材を有する半導体装置と、その作成方法とが提
供されたことは明らかである。本発明は、特定の実施例
に関して説明および図示されたが、本発明はこれらの説
明された実施例に制限されるものではない。当業者であ
れば、本発明の精神から逸脱することなく修正および変
形が可能であることが認識されよう。例えば、本発明
は、金属リード・フレームに多く適用されるが、本発明
は特定の種類のリード・フレーム材料に制限されない。
また、本発明は特定の種類の半導体ダイや、半導体ダイ
をリード・フレームに結合する特定の方法に制限されな
い。さらに、パッケージ体の外側のリード線の構造は、
ガル・ウィング型,Jリード形およびスルーホール構造
などを含む当技術で周知のあるいは使用される任意の構
造となりうる。さらに、本発明はダイ支持部材内に形成
される開口部に関して特定の形を用いることに制限され
ない。本発明により用いられるリード・フレームのダイ
支持部材はその中にただ1つの開口部しか形成していな
いが、開口部の寸法は前記の説明により可変することが
ある。本発明により用いられるリード・フレームは図示
されるようにタイ・バーを含む必要がないことに留意す
ることもまた重要である。そのため、本発明は、添付の
請求項の範囲に入るすべてのこのような変形および修正
を包括するものである。
上に搭載された半導体ダイの周囲にプラスチックのパッ
ケージ体を形成するために用いられる鋳型具の断面図で
ある。
導体ダイの周囲の樹脂の流れを示す分解断面図である。
導体ダイの周囲の樹脂の流れを示す分解断面図である。
ード・フレームの上面図である。
のリード・フレームの上面図である。
材内の開口部に適した別の形を示す。
材内の開口部に適した別の形を示す。
を、直線9−10で切断した1つの可能な断面図であ
る。
ムを、直線9−10で切断した別の可能な断面図であ
る。
Claims (3)
- 【請求項1】 半導体装置であって: (a)リードフレームであって、 それぞれが内側部分と外側部分とを有する複数のリード
線;およびダイ支持部材 であって、上面と、底面と、外周と、前記
ダイ支持部材を貫通して延在する開口部と、前記開口部
により規定される内周とを有し、前記内周には先細りの
端部があり、この先細りの端部は前記開口部が底面より
も上面において小さくなるような方向に先細りにされて
いる、前記ダイ支持部材;を備えた前記リード・フレー
ム; (b)前記リード・フレームの前記ダイ支持部材の上面
に配置された半導体ダイであって、前記ダイ支持部材の
前記開口部により露出される表面を有する前記半導体ダ
イ; (c)前記半導体ダイを前記の複数のリード線に電気的
に結合する手段;および (d)前記半導体ダイ,前記ダイ支持部材,前記開口部
および前記の複数のリード線の内側部分をカプセル化す
る樹脂パッケージ体; を具備することを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】 半導体装置であって: 複数のリード線; 上面,底面および外周を有する四辺形のダイ支持部材; 前記ダイ支持部材の上面から底面に延在する開口部であ
って、前記開口部により前記ダイ支持部材の内周が作ら
れ、このとき内周は先細りの端部を有し、この先細りの
端部は前記開口部が上面において底面よりも小さくなる
方向に先細りにされている、前記開口部; 前記ダイ支持部材の上面に搭載された半導体ダイであっ
て、前記ダイ支持部材の前記開口部により露出される表
面を有する前記半導体ダイ; 前記半導体ダイを前記の複数のリード線に電気的に結合
する手段;および 前記の複数のリード線の部分と、前記ダイ支持部材と、
前記半導体ダイとをカプセル化する樹脂パッケージ体で
あって、前記樹脂パッケージ体が前記開口部により露出
される前記半導体ダイの表面と接触するように前記ダイ
支持部材の前記開口部を充填する、前記樹脂パッケージ
体; を具備することを特徴とする半導体装置。 - 【請求項3】 半導体装置であって: 複数のリード線; 上面,底面,外周および外周内の部分を有する四辺形の
ダイ支持部材; 前記ダイ支持部材の上面から底面に延在する唯一の開口
部であって、前記開口部は円形または楕円形で前記ダイ
支持部材の内周を構成し、このとき前記開口部は前記ダ
イ支持部分の少なくとも50%を占有し、前記内周は前
記ダイ支持部材の上面から底面まで延在して、前記開口
部が上面において底面よりも小さくなる方向に先細りに
されている、前記唯一の開口部; 前記ダイ支持部材の上面に搭載された半導体ダイであっ
て、前記ダイ支持部材の前記開口部により露出される表
面を有する半導体ダイ; 前記半導体ダイを前記の複数のリード線に電気的に結合
する手段;および 前記の複数のリード線の部分と、前記ダイ支持部材と、
前記半導体ダイとをカプセル化する樹脂パッケージ体で
あって、前記樹脂パッケージ体が前記開口部により露出
される前記半導体ダイの表面と接触するように前記ダイ
支持部材の前記開口部を充填する、前記樹脂パッケージ
体; を具備することを特徴とする半導体装置。
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