JP3515320B2 - 半導体装置用リードフレーム及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は集積回路素子が搭載
される集積回路素子搭載部と、該集積回路素子の周囲に
配置される内部端子（インナーリード）を樹脂封止して
製造される半導体装置のための半導体装置用リードフレ
ーム及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】樹脂封止されたパッケージからなる半導
体装置は、機能付加、携帯性向上等の要求から集積回路
素子の実装密度が高くなり、小型化、薄型化の傾向にあ
る。これに伴って、樹脂が硬化収縮する際に、該樹脂と
集積回路素子搭載部との間に剪断力等を生じて、樹脂の
部分に亀裂を発生させたり、半導体装置の使用時の熱変
動等により樹脂を破損させたりする等の問題があった。
このような亀裂、損傷等を防止するための方法として、
例えば特公昭６１−３１００号公報には、半導体ペレッ
ト（集積回路素子）を載置接着する面を平面とし、他方
の面に複数の窪みを形成したリードフレームのベッド
（集積回路素子搭載部）を有し、このリードフレームの
ベッドを複数の内部端子（インナーリード）と共に、樹
脂で一体的にモールドした半導体装置が記載されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
公昭６１−３１００号公報に記載の半導体ペレットの非
搭載面に複数の窪みを設けてベッドとした半導体装置で
は以下の（１）〜（５）に示す問題点があった。 （１）樹脂封止されるベッドと硬化収縮する樹脂との寸
法差が大きいために樹脂に過大な剪断力を生じて亀裂等
を発生し易い。そして、このような亀裂が一旦、生じる
と亀裂内に湿分、不純物等が侵入してリードフレームを
腐食させ半導体装置の作動不良等を引き起こすことがあ
る。 （２）硬化した樹脂とベッド間の、特に接合面に垂直な
方向の引張り力に対する抵抗力が小さいために、稼働中
の温度変動により樹脂とベッドの面とが剥離しやすく、
ボンディングされた集積回路素子とインナーリードとの
結線部が損傷し、半導体装置の寿命低下等のトラブル要
因となる。 （３）前記窪みがエッチング処理によってリードフレー
ムの母材金属を溶解して形成されるか、単純なプレス加
工によって形成されるので、凹凸の少ない滑らかな接合
面が形成され、樹脂とベッド面との接着強度が不足す
る。 （４）前記窪みをエッチング処理により形成させる場合
には、予備処理工程、洗浄工程等の化学処理工程が必要
となり、生産コストが高くなる。 （５）リードフレームに配置した樹脂型に溶融樹脂を充
填して樹脂封止を行う際に、樹脂型内に形成される溶融
樹脂の流路に凹凸部分が少なく流動抵抗性に乏しいため
に、樹脂型内に気泡が残存したり、樹脂の硬化が不均一
となったりして、樹脂内部に欠陥を生成し易い。本発明
はこのような事情に鑑みてなされたもので、リードフレ
ームを樹脂封止した時に樹脂に亀裂、気泡等の欠陥を発
生させることなく、安定的に作動する半導体装置を得る
ことのできる半導体装置用リードフレーム及びその製造
方法を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記目的に沿う請求項１
記載の半導体装置用リードフレームは、一体又は別体に
形成された集積回路素子搭載部の集積回路素子搭載面の
反対面にエリア・アレイ状に穿設された窪みを備えた半
導体装置用リードフレームにおいて、前記窪みの周縁部
に、超音波振動によって切削された金属の切り粉の堆
積、融合又は超音波振動による塑性変形によって、前記
反対面側に突出する突起が設けられている。請求項２記
載の半導体装置用リードフレームは、一体又は別体に形
成された集積回路素子搭載部の集積回路素子搭載面の反
対面にエリア・アレイ状に穿設された窪みを備えた半導
体装置用リードフレームにおいて、前記窪みの周縁部
に、前記反対面側に突出する突起が設けられ、しかも、
該突起はその一部が前記窪み側にオーバーハングしてい
る。請求項３記載の半導体装置用リードフレームは、請
求項１又は２記載の半導体装置用リードフレームにおい
て、インナーリードの面に突起を周縁部に有する窪みが
形成されている。請求項４記載の半導体装置用リードフ
レームの製造方法は、集積回路素子搭載部の集積回路素
子搭載面の反対面及び／又はインナーリードの面に超音
波振動する穿孔加工具を押圧して窪みを形成し、切り粉
の堆積、塑性変形により生じる突起を前記窪みの周縁部
に形成させる。請求項５記載の半導体装置用リードフレ
ームの製造方法は、請求項４記載の半導体装置用リード
フレームの製造方法において、前記突起を塑性変形さ
せ、前記突起の一部を前記窪み側にオーバーハングさせ
る。請求項６記載の半導体装置用リードフレームの製造
方法は、請求項４又は５記載の半導体装置用リードフレ
ームの製造方法において、前記穿孔加工具の超音波振動
の方向が、該穿孔加工具の押圧方向に対して略直角であ
る。

【０００５】一体に形成された集積回路素子搭載部と
は、半導体装置用リードフレームの本体に吊りリード等
の結合部を介して一体的に成形された集積回路素子搭載
部をいう。また、別体に形成された集積回路素子搭載部
とは、集積回路素子搭載部を本体のリードフレームとは
別に成形加工した場合であって、使用に際しては、本体
のリードフレームと集積回路素子搭載部とを超音波溶接
等の手段で結合させて用いる形式のものをいう。エリア
・アレイ状とは、複数の窪みを互いに間隔を有して格子
状に配列した状態をいうが、窪みを各格子点に千鳥足状
に配列する場合、あるいは不規則に配列する場合等も含
まれるものとする。

【０００６】

【発明の実施の形態】続いて、添付した図面を参照しつ
つ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発
明の理解に供する。ここに図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）
はそれぞれ本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置
用リードフレームの平面図、側断面図及び変形例の側断
面図、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は窪みの形成方法の
説明図、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は半導体装置の製
造方法の説明図、図４（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明
の第２の実施の形態に係る半導体装置用リードフレーム
の平面図及び側断面図である。

【０００７】以下、本発明の第１の実施の形態に係る半
導体装置用リードフレームについて説明する。図１に示
すように半導体装置用リードフレーム１０は、銅、銅合
金等からなる帯状薄板材料の幅方向の両端に配置された
外枠部１１、１１ａと、該外枠部１１、１１ａ間に配置
される集積回路素子搭載部１２と、該集積回路素子搭載
部１２の集積回路素子搭載面１３に載置される集積回路
素子にワイヤーボンディングされるインナーリード１５
と、該インナーリード１５に続くアウターリード１６と
を有している。そして、集積回路素子搭載面１３の反対
面である非搭載面１７には非搭載面１７より突出する突
起１８を周縁部に有する窪み（ディンプル）１９がエリ
ア・アレイ状に複数形成されている。このような窪み１
９をエリア・アレイ状に形成することによって、以下の
ような効果を生じる。即ち、集積回路素子（半導体素
子）の載置された集積回路素子搭載部１２とインナーリ
ード１５との周囲に溶融した樹脂を充填、硬化させて半
導体装置を製造する際に、樹脂と非搭載面との機械的締
結力が強化されると共に、樹脂に対する流動抵抗が付与
されて、樹脂の硬化収縮に伴う亀裂の発生と、溶融した
樹脂に対する流動抵抗性の不良に基づく欠陥の発生とを
効果的に防止することができる。

【０００８】以下、半導体装置用リードフレーム１０の
製造方法について説明する。まず、銅、銅合金等の金属
からなる帯状薄板材料にタンデム加工方式等のプレス加
工を行って、帯状薄板の幅方向の両側に配置された外枠
部１１、１１ａと、外枠部１１、１１ａ間に集積回路素
子搭載部１２、インナーリード１５、該インナーリード
１５に接続されるアウターリード１６、集積回路素子搭
載部１２を外枠部１１、１１ａと結合して支持するため
の吊りリード２０及びアウターリード１６を外枠部１
１、１１ａに結合させるためのタイバー２１等を形成さ
せる。一方、前記集積回路素子搭載部１２に載置される
集積回路素子は高純度のシリコン単結晶を肉薄に切断
し、これを研磨してウエーハを作成して、適宜不純物を
拡散させたウエーハ上に写真彫刻等の手段によって回路
パターンを形成し、さらに不純物の拡散処理とエピタキ
シャル成長処理等を組み合わせることによって製造され
る。集積回路素子搭載部１２の集積回路素子搭載面１３
にはエポキシ樹脂等の接着剤等を介して集積回路素子が
載置されるようになっており、その反対面側の非搭載面
１７には周縁部に突起１８を有する窪み１９がエリア・
アレイ状に複数配置されるようになっている。なお、図
１（ｃ）は窪み１９の形成された集積回路素子搭載部１
２ａを別体に成形した後、超音波溶接等の手段により吊
りリード１２ｃを介してリードフレーム本体に結合した
場合の変形例を示しており、前記図１（ｂ）のように一
体に集積回路素子搭載部１２を形成した場合と同様に、
以下に示す窪み１９の形成方法を適用できる。

【０００９】以下、このような窪み１９の形成方法につ
いて詳述する。まず、図２（ａ）に示すように集積回路
素子搭載面１３を下にして、加工用基板２２上に集積回
路素子搭載部１２を載置し、集積回路素子搭載面１３の
裏面（非搭載面１７）に超音波振動させる穿孔加工具２
３の先端を押圧する。穿孔加工具２３の側部には穿孔加
工具２３を超音波振動させるためのトランスジューサ２
４が穿孔加工具２３の押圧方向に対して略直角な方向の
振動力を伝えるように配置されていて、高周波発振器２
５を介して高周波電圧をトランスジューサ２４に付加す
ることにより必要な振動数と、振動強度（振幅）とで穿
孔加工具２３を横振動させることができるようになって
いる。なお、必要に応じて穿孔加工具２３と穿孔加工面
となる非搭載面１７との間に研削用の砥粒を介在させる
ことにより、効率的に研削を行うこともできる。本実施
の形態においては、穿孔加工具２３の先端を集積回路素
子の非搭載面１７に所定の圧力で押圧すると共に、穿孔
加工具２３を超音波振動させて、半導体装置用リードフ
レーム１０の厚みＬ（０．１５〜０．２ｍｍ）に対して
約１／５〜２／３の深さＤで、一辺の長さが１〜２ｍｍ
の四角形状となる窪み１９をエリア・アレイ状に形成さ
せる。これによって、図２（ａ）に示すように穿孔加工
具２３の外周部、即ち窪み１９の周縁部が、横方向の超
音波振動によって切削された金属の切り粉が堆積、融合
したり、あるいは金属の塑性変形によって盛り上がっ
て、元の非搭載面１７より高さＨで突出した突起１８を
効果的に形成させることができる。

【００１０】次に、図２（ｂ）に示すように、この突起
１８の形成された集積回路素子搭載部１２を加工用基板
２２に載置した状態で、必要に応じてプレス加工機の押
圧型２２ａを用いて上方から押圧して、突起１８を塑性
変形させて必要な形に整える。図２（ｃ）はこのように
して整形される突起１８及び窪み１９の形状パターン
１）、２）、３）を示すものであり、プレス加工機の押
圧面の形状、押圧方法等によって、適宜必要な形状パタ
ーンに調整することが可能である。形状パターン１）
は、プレス加工機で押圧しないで突起１８とした例を示
しており、窪み１８の成形にかかる工程を少なくできる
利点がある。形状パターン２）は、突起１８の上部を平
らに塑性変形させて成形した例であり、樹脂封止される
際の樹脂の厚み等の寸法を適正に管理できる利点があ
る。形状パターン３）は、突起１８の一部を窪み１９側
に押圧してオーバーハング部４３を形成させて、樹脂封
止される際の樹脂と非搭載面１７との機械的締結による
結合力を付与できる。なお、図２においては、窪み１９
を一つずつ形成させる場合について示しているが、複数
あるいは全部の窪みを複数の穿孔加工具を有する超音波
加工機と複数の突起を同時に押圧するプレス加工機を用
いて処理してもよい。また、前記穿孔加工具２３の先端
の押圧面における形状は、四角形以外の形状とすること
も可能であり、三角形、五角形、六角形、七角形、八角
形、及び円形等の形状の中から適宜選択できる。

【００１１】続いて、図３を参照しながら前記半導体装
置用リードフレーム１０を用いて半導体装置３０を製造
する手順について説明する。まず、図３（ａ）に示すよ
うに集積回路素子１４を半導体装置用リードフレーム１
０の集積回路素子搭載部１２に固定した後、集積回路素
子１４とインナーリード１５とをワイヤー４２で結線す
る。次に、図３（ｂ）に示すように樹脂型３１を半導体
装置用リードフレーム１０の上下面から挟み込むように
配置し、樹脂型３１に設けられた樹脂供給孔３２を介し
て溶融した樹脂３３を樹脂型３１内に供給する。この
時、高流動性の溶融した樹脂３３が集積回路素子搭載面
１３の裏面側に形成された窪み１９上を流動するが、窪
み１９の周縁部には突起１８を有しているので、この部
分での樹脂３３の流動抵抗が大きくなる。このため、溶
融した樹脂３３が均一に分散されると共に、樹脂３３の
供給速度が抑制され、気泡等の巻き込みを少なくするこ
とが可能であり、過剰の樹脂３３が気泡と共に、樹脂供
給孔３２の反対位置等に設けられた排出孔３４から排出
される。この溶融した樹脂３３が硬化する際に、樹脂３
３の収縮が起こるが、窪み１９の周縁部に形成された突
起１８によって、硬化した樹脂３３が確実に保持される
ために、樹脂３３の収縮に伴う亀裂あるいは樹脂３３と
非搭載面１７との剥離を効果的に抑制することができ
る。こうして、図３（ｃ）に示すように、内部欠陥の少
ない樹脂３３を有した半導体装置３０を得ることがで
き、その耐久性が保持されると共に、突起１８によって
樹脂３３と非搭載面１７間の機械的接合度合いを高める
ことができるので、稼働時における温度変動に対して抵
抗性の高い半導体装置３０を得ることができる。

【００１２】続いて、本発明の第２の実施の形態に係る
半導体装置用リードフレーム４０について説明する。な
お、以下の説明においては、前記第１の実施の形態で説
明した半導体装置用リードフレーム１０と同様の機能を
有する部分については同一の符号を付してその詳しい説
明を省略する。図４に示すように半導体装置用リードフ
レーム４０は、銅、銅合金等からなる帯状薄板材料の幅
方向の両端部に配置された外枠部１１、１１ａと、該外
枠部１１、１１ａ間に配置される集積回路素子搭載部１
２と、該集積回路素子搭載部１２の集積回路素子１４に
ワイヤー４２でボンディングされるインナーリード１５
と、該インナーリード１５に続くアウターリード１６と
が形成されている。そして、集積回路素子搭載部１２の
非搭載面１７には非搭載面１７より突出する突起１８を
周縁部に有した窪み１９がエリア・アレイ状に複数形成
され、インナーリード１５の面上の斜線で示すディンプ
ル形成領域４１にも突起１８を周縁部に有した窪み１９
が複数形成されている。なお、図４においては、窪み１
９をインナーリード１５の集積回路素子１４の非搭載面
１７の側に形成させている場合について示しているが、
窪み１９を集積回路素子搭載面１３の側にも形成させ
て、硬化する樹脂３３とインナーリード１５との接着性
をさらに強固にすることも可能である。

【００１３】このように窪み１９を例えばエリア・アレ
イ状に形成させることによって、集積回路素子１４の載
置された集積回路素子搭載部１２とインナーリード１５
との周囲に溶融した樹脂３３を充填させて半導体装置を
形成させる際における、樹脂の硬化収縮に伴う亀裂の発
生と、溶融した樹脂に対する流動抵抗性の不良に基づく
欠陥の発生とを効果的に防止するようになっている。な
お、窪み１９の形成方法、及び窪み１９の形成された半
導体装置用リードフレーム４０を用いて半導体装置を製
造する方法は、第１の実施の形態に示した超音波加工を
用いる方法と略同様である。以下では前記図２を再度引
用し、同一の符号を用いて、前記超音波加工法を具現化
する操作内容について説明する。

【００１４】本第２の実施の形態においては、図２
（ａ）に示すような穿孔加工具２３に付与する超音波振
動の振動数、振幅等を押圧する深さＤ毎に制御すること
により、窪み１９の内面における表面粗さ、及び窪み１
９の内面の傾斜角度θ等を調整することが可能である。
例えば、深さＤが浅い時には、高周波発振器２５により
振動数及び振幅を大きくし、深さＤの増加に伴って振動
数等を小さくしていくことにより、窪み１９の内面に所
定の傾斜角度θを付与すると共に、切削の際に生じる切
り粉、塑性変形物等で形成される突起１９の高さＨを調
整できる。また、穿孔加工具２３の先端を窪み１９から
引き上げる際に振動数、振幅を穿孔加工具２２の押圧時
より大きく設定することにより、窪み１９の内面の表面
粗さを大きくすることもできる。これによって、半導体
装置用リードフレーム４０が樹脂封止される際の流動抵
抗性、及び樹脂封止後の樹脂３３とリードフレーム面間
の接着性、剥離抵抗性等を制御して、半導体装置に発生
する作動不良等のトラブルを未然に防ぐことができる。

【００１５】以上、本発明の実施の形態を説明したが、
本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではな
く、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用
範囲である。例えば、本実施の形態においては、窪みを
リードフレームの片面側にのみ形成させる場合について
示したが、必要に応じて集積回路素子搭載面側に配置さ
せることも可能である。また、超音波振動させる穿孔加
工具の先端形状及び寸法等を適宜変更して、半導体装置
用リードフレームと樹脂の間の密着性をさらに適正に維
持させることができる。

【００１６】

【発明の効果】請求項１〜３記載の半導体装置用リード
フレームにおいては、窪みの周縁部に、超音波振動によ
って切削された金属の切り粉の堆積、融合又は超音波振
動による塑性変形によって、集積回路素子搭載面の反対
面側に突出する突起が設けられているので、半導体装置
用リードフレームが樹脂封止される際の樹脂の硬化収縮
に伴う亀裂の発生を防止することができる。さらに、樹
脂の充填時における流動抵抗性が付与されるので、樹脂
内部に発生する欠陥を抑制して、半導体装置の使用時の
作動不良等のトラブルを防止できる。また、請求項２記
載の半導体装置用リードフレームにおいては、突起はそ
の一部が窪み側にオーバーハングしているので、樹脂と
リードフレーム間の機械的結合度が増大して、樹脂封止
時の樹脂の硬化収縮、及び使用時の温度変動に伴う亀裂
の発生をさらに効果的に防止できる。特に、請求項３記
載の半導体装置用リードフレームにおいては、半導体装
置用リードフレームのインナーリードの面に突起を周縁
部に有する窪みが形成されているので、樹脂封止される
インナーリードと樹脂との接着をより強固にすると共
に、半導体装置としての信頼性をさらに向上できる。

【００１７】請求項４〜６記載の半導体装置用リードフ
レームの製造方法においては、集積回路素子搭載部の集
積回路素子搭載面の反対面及び／又はインナーリードの
面に超音波振動する穿孔加工具を押圧して窪みを形成
し、切り粉の堆積、塑性変形により生じる突起を前記窪
みの周縁部に形成させるので、簡単な操作で周縁部に突
起を有する窪みを形成させることができる。これによっ
て、欠陥の少ない樹脂封止された半導体装置を製造で
き、その信頼性を高めることができる。特に、請求項５
記載の半導体装置用リードフレームの製造方法において
は、突起を塑性変形させ、突起の一部を窪み側にオーバ
ーハングさせるので、樹脂との間に高い接合強度を有す
る半導体装置用リードフレームを製造でき、半導体装置
の作動トラブルを抑制できる。また、請求項６記載の半
導体装置用リードフレームの製造方法においては、穿孔
加工具の超音波振動の方向が、穿孔加工具の押圧方向に
対して略直角であるので、突起を窪みの周縁部にさらに
効果的に形成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ本発明の第
１の実施の形態に係る半導体装置用リードフレームの平
面図、側断面図及び変形例の側断面図である。

【図２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は窪みの形成方法の説
明図である。

【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は半導体装置の製造方
法の説明図である。

【図４】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の第２の実施
の形態に係る半導体装置用リードフレームの平面図及び
側断面図である。

【符号の説明】

１０ 半導体装置用リードフレーム １１ 外枠部 １１ａ 外枠部 １２ 集積回路
素子搭載部 １２ａ 集積回路素子搭載部 １２ｃ 吊りリ
ード １３ 集積回路素子搭載面 １４ 集積回路
素子 １５ インナーリード １６ アウター
リード １７ 非搭載面（反対面） １８ 突起 １９ 窪み ２０ 吊りリー
ド ２１ タイバー ２２ 加工用基
板 ２２ａ 押圧型 ２３ 穿孔加工
具 ２４ トランスジューサ ２５ 高周波発
振器 ３０ 半導体装置 ３１ 樹脂型 ３２ 樹脂供給孔 ３３ 樹脂 ３４ 排出孔 ４０ 半導体装
置用リードフレーム ４１ ディンプル形成領域 ４２ ワイヤー ４３ オーバーハング部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−235117（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−84979（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−30047（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−297344（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−125092（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−125093（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 23/50

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一体又は別体に形成された集積回路素子
   搭載部の集積回路素子搭載面の反対面にエリア・アレイ
   状に穿設された窪みを備えた半導体装置用リードフレー
   ムにおいて、 前記窪みの周縁部に、超音波振動によって切削された金
   属の切り粉の堆積、融合又は超音波振動による塑性変形
   によって、前記反対面側に突出する突起が設けられてい
   ることを特徴とする半導体装置用リードフレーム。
2. 【請求項２】 一体又は別体に形成された集積回路素子
   搭載部の集積回路素子搭載面の反対面にエリア・アレイ
   状に穿設された窪みを備えた半導体装置用リードフレー
   ムにおいて、 前記窪みの周縁部に、前記反対面側に突出する突起が設
   けられ、しかも、該 突起はその一部が前記窪み側にオー
   バーハングしていることを特徴とする半導体装置用リー
   ドフレーム。
3. 【請求項３】 インナーリードの面に突起を周縁部に有
   する窪みが形成されていることを特徴とする請求項１又
   は２記載の半導体装置用リードフレーム。
4. 【請求項４】 集積回路素子搭載部の集積回路素子搭載
   面の反対面及び／又はインナーリードの面に超音波振動
   する穿孔加工具を押圧して窪みを形成し、切り粉の堆
   積、塑性変形により生じる突起を前記窪みの周縁部に形
   成させることを特徴とする半導体装置用リードフレーム
   の製造方法。
5. 【請求項５】 前記突起を塑性変形させ、前記突起の一
   部を前記窪み側にオーバーハングさせることを特徴とす
   る請求項４記載の半導体装置用リードフレームの製造方
   法。
6. 【請求項６】 前記穿孔加工具の超音波振動の方向が、
   該穿孔加工具の押圧方向に対して略直角であることを特
   徴とする請求項４又は５記載の半導体装置用リードフレ
   ームの製造方法。