JP3563846B2 - Method of manufacturing lead frame member for BGA type resin-sealed semiconductor device - Google Patents

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Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は，リードフレームを用いたＢＧＡタイプの樹脂封止型半導体装置用のリードフレーム部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置は、電子機器の高性能化と軽薄短小の傾向からＬＳＩはＡＳＩＣに代表されるように、ますます高集積化、高機能化の一途をたどってきている。
これに伴い、信号の高速処理には、パッケージ内部のスイッチングノイズが無視できない状況になってきて、特に、ＩＣの同時スイッチングノイズにはパッケージ内部配線の実効インダクタンスが大きく影響を与える為、主に、電源やグランドの本数を増やしてこれに対応してきた。
この結果、半導体装置の高集積化、高機能化は外部端子（ピン）総数の増加を招き、半導体装置の多端子化が求められるようになってきた。
多端子ＩＣ、特にゲートアレイやスタンダードセルに代表されるＡＳＩＣあるいは、マイコン、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等をコストパーフォーマンス高くユーザに提供するパッケージとしてリードフレームを用いたプラスチックＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）が主流となり、現在では３００ピンを超えるものまで実用化に至ってきている。
【０００３】
ＱＦＰは、図８（ｂ）に示す単層リードフレーム８１０を用いたもので、図８（ａ）に示すように、ダイパッド８２１上に半導体素子８２０を搭載し、銀めっき等の表面処理がなされたインナーリード８１２先端部と半導体素子８２０の端子８２１とをワイヤ８３０にて結線し、封止用樹脂８４０で封止を行い、この後、ダムバー部８１４をカットし、アウターリード８１３をガルウイング状に成形したものである。このように、ＱＦＰは、パッケージの４方向に外部回路と電気的に接続するためのアウターリード８１３を設けた構造で多端子化に対応できるものとして開発されてきた。
ここで用いられる単層リードフレーム８１０は、通常、４２合金（４２％ニッケル−鉄合金）あるいは銅合金などの電気伝導率が高く，且つ機械的強度が大きい金属材を素材とし、フォトエッチング法かあるいはスタンピング法により、図８（ｂ）に示すような形状に作製されていた。
【０００４】
しかし、半導体素子の信号処理の高速化、高機能化は、更に多くの端子数を必要とするようになってきた。
ＱＦＰでは外部端子ピッチを狭めることにより、パッケージサイズを大きくすることなく多端子化に対応してきたが、外部端子の狭ピッチ化に伴い、外部端子自体の幅が細くなり、外部端子の強度が低下するため、フォーミング等の後工程におけるアウターリードのスキュー対応やコプラナリイティー（平坦性）維持が難しくなり、実装に際しては、パッケージ搭載精度の維持が難しくなるという実装面での問題を抱えていた。
【０００５】
このようなＱＦＰの実装面での問題に対応するため、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）と呼ばれるプラスチックパッケージが開発されてきた。
このＢＧＡは、通常、両面基板の片面に半導体素子を搭載し、もう一方の面に球状の半田ボールをパッケージの外部端子として二次元的に配列し、スルーホールを通じて半導体素子と外部端子（半田ボール）との導通をとったもので、実装性の対応を図ったパッケージである。
ＢＧＡはパッケージの４辺に外部端子を設けたＱＦＰに比べ、同じ外部端子数でも外部端子間隔（ピッチ）を大きくとれるという利点があり、半導体装置の実装工程を難しくせず、入出力端子の増加に対応できた。
ＢＧＡは、一般に図５に示すような構造である。図５（ｂ）は図５（ａ）の裏面（基板）側からみた図で、図５（ｃ）はスルーホール５５０部を示したものである。このＢＧＡはＢＴレジン（ビスマレイミド樹脂）を代表とする耐熱性を有する平板（樹脂板）の基材５０２の片面に半導体素子５０１を搭載するダイパッド５０５と半導体素子５０１からボンディングワイヤ５０８により電気的に接続されるボンディングパッド５１０を持ち、もう一方の面に、外部回路と半導体装置との電気的、物理的接続を行う格子状あるいは千鳥状に配列された半田ボールにより形成した外部接続端子５０６をもち、外部接続端子５０６とボンディングパッド５１０の間を配線５０４とスルーホール５５０、配線５０４Ａにより電気的に接続している構造である。
しかしながら、このＢＧＡは、搭載する半導体素子とワイヤの結線を行う回路と、半導体装置化した後にプリント基板に実装するための外部端子（半田ボール）とを基板５０２の両面に設け、これらをスルーホール５５０を介して電気的に接続した複雑な構造であり、信号が通過する回路長が長くなり、その回路デザインも複雑化している。また、耐熱及び絶縁樹脂基材を用いて構成される従来型プラスチックＢＧＡ用の基板を製造するプロセスは、樹脂基材の孔開けや表裏回路の導通めっき処理及びソルダーレジスト印刷といった従来のプリント基板と同様の工程が必要であり、全体として長い工程にならざるをえない。これに加えて、高密度化を実現するための回路プロセスにおいての制約が多く存在し、低コストに製造することは難しい。そしてまた、樹脂の熱膨張の影響によりスルーホール５５０が断線を生じることもあり、信頼性の点で問題が多かった。
また、ＢＴレジン等の基材５０２と封止用樹脂の間の熱膨張係数の差によるパッケージの反りが大きくなったり、基材５０２と封止用樹脂との接着力（密着力）が弱く、密着不良による吸湿が原因のパッケージクラックが発生する場合があり問題となっていた。
このように、樹脂封止型のＢＧＡ半導体装置においては、ＢＴレジン等の基材を用いて作製するために、その構造が複雑となり、信頼性の点で問題が多い上に、使用する材質からくるパッケージの反りや封止用樹脂の密着不良による吸湿が原因のパッケージクラックの問題もあり、その対応が求められていた。
【０００６】
この為、図５に示す従来の樹脂封止型のＢＧＡ半導体装置におけるこれらの問題に対応するため、図６に示すようなリードフレームを用いた樹脂封止型のＢＧＡ半導体装置が提案されるようになってきた。
図６に示す半導体装置は、リードフレーム６１０をコア材として回路を形成するもので、リードフレーム６１０の１面に、リードフレームの外部端子６１３に相当する箇所を開口（孔）を開けた絶縁層６２０を貼り合わせ、二次元的に配列されたリードフレーム部の外部端子に半田からなる外部端子電極６６０を一体的に設け外部に露出するようにしたものである。
尚、図６中、６１１はダイパッド、６１２はインナーリード、６２０は絶縁層、６３０は半導体素子、６３１は端子（パッド）、６４０はワイヤ、６５０は封止樹脂である。
ところが、このようなリードフレームを用いた樹脂封止型のＢＧＡ半導体装置においては、リードフレームの外部端子から半田からなる外部端子電極を一体的に外部に露出させて形成する構成のため、絶縁層のリードフレームの外部端子に相当する箇所に貫通孔を設けて、リードフレームに貼り合わせておくことが必要である。
貫通孔を設けた絶縁層をリードフレームに貼り合わせ設ける第一の方法は、図７に示すように、予め金型やドリルにより開口（貫通孔）を設けた絶縁層を作製しておき、これをリードフレーム貼りつける方法であるが、この方法の場合、外部端子の配列には多種あるため、開口（貫通孔）とリードフレームの外部端子とをいつも精度良く機械的に位置合わせすることが難しいと言う問題がある。
第二の方法は、リードフレームに絶縁層を貼り付けた後、絶縁層を紫外線波長のエキシマレーザ、赤外線波長の炭酸ガスレーザ等により加工し、リードフレームの外部端子を露出させる方法であるが、この方法は、前述のドリルによる開口作成方法に比べ開口部の位置ズレの問題は少なくなる。しかし、エキシマレーザを用いた場合には、使用するガスが高価なためコスト高となる問題があり、炭酸ガスレーザを使用した場合はランニングコストの面で大きな利点はあるが、加工の際に金属上の有機被膜が除去しきれないと言う問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、図５に示す従来の樹脂封止型のＢＧＡ半導体装置のように複雑な構造でなく、比較的に簡単な構造で、且つ使用する材質からくるパッケージの反りや封止用樹脂の密着不良による吸湿が原因のパッケージクラックの問題を伴うことがない、図６に示すようなリードフレームを用いた樹脂封止型のＢＧＡ半導体装置が提案されるようになってきたが、このようなリードフレームを用いた樹脂封止型のＢＧＡ半導体装置においては、リードフレームの外部端子から半田からなる外部端子電極を一体的に外部に露出させて形成するため、絶縁層のリードフレームの外部端子に相当する箇所に貫通孔を、精度良く、良好な状態で作成できる方法で、且つ、コスト的にも対応できる方法が求められていた。
本発明は、これに対応するためのもので、リードフレームを用いた樹脂封止型のＢＧＡ半導体装置用の、リードフレームの１面にリードフレームの外部端子に相当する箇所に孔を開けた絶縁層を貼り合わせたリードフレーム部材の製造方法であって、絶縁層のリードフレームの外部端子に相当する箇所に貫通孔を、精度良く、良好な状態で作成できる方法を提供しようとするものである。そして、同時に、コスト的にも対応できる方法を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のＢＧＡタイプの樹脂封止型半導体装置用のリードフレーム部材の製造方法は、少なくとも、半導体素子の端子と電気的に接続を行うためのインナーリードと、該インナーリードと一体的に連結して外部回路と電気的接続を行うための外部端子と、半導体素子を搭載するためのダイパッドとを平面的に設け、且つ、外部端子を、二次元的に配列させたリードフレームを用いた、ＢＧＡタイプの樹脂封止型半導体装置用のリードフレーム部材の製造方法であって、少なくとも、順に、（Ａ）外形加工されたリードフレームの半導体素子搭載側でない一方の面に、樹脂封止領域を含む所定の領域を覆うように絶縁層を形成する工程と、（Ｂ）形成された絶縁層上側にリードフレーム全体を覆うように保護フィルムを形成する工程と、（Ｃ）前記リードフレームの外部端子が露出するように、保護フィルムと絶縁層に対してレーザにより孔開け加工を施す工程と、（Ｄ）リードフレームの保護フィルムと絶縁層を設けた側をブラスト処理する工程と、（Ｅ）保護フィルムを剥離する工程とを有することを特徴とするものである。
そして、上記における絶縁層および保護フィルムは赤外線領域の光に吸収を持つ高分子材料であり、且つ、赤外線領域の波長をもつレーザ光にて孔開け加工することを特徴とするものである。
そして、上記における保護フィルムは、弱粘着性の粘着層を有し、該粘着層によりリードフレーム上に接着固定されるものであることを特徴とするものである。
そして、上記のいずれか１の保護フィルムは、透明色であることを特徴とするものである。
【０００９】
【作用】
本発明のＢＧＡタイプの樹脂封止型半導体装置用のリードフレーム部材の製造方法は、上記のように構成することにより、図３に示す比較的に簡単な構造のリードフレームを用いた樹脂封止型のＢＧＡ半導体装置用の、リードフレームの１面にリードフレームの外部端子に相当する箇所に孔を開けた絶縁層を貼り合わせたリードフレーム部材の製造方法において、絶縁層のリードフレームの外部端子に相当する箇所に貫通孔を、精度良く、良好な状態で作成できるものとしている。
詳しくは、絶縁層上側にリードフレーム全体を覆うように保護フィルムを形成した後に、リードフレームの外部端子が露出するように、保護フィルムと絶縁層に対してレーザにより孔開け加工を施し、リードフレームの保護フィルムと絶縁層を設けた側をブラスト処理するため、絶縁層およびリードフレーム部に損傷を受けることなく、所定の孔開け加工を行うことを可能としている。そして、リードフレームにソリを発生させることなく、残膜を除去できるものとしている。
また、絶縁層および保護フィルムは赤外線領域の光に吸収を持つ高分子材料であり、且つ、赤外線領域の波長をもつレーザ光にて孔開け加工することにより、具体的には、炭酸ガスレーザを用い、絶縁層、保護フィルムの所定の箇所に孔開け加工をすることにより、コスト的にも対応できるものとしている。
そして、保護フィルムは、弱粘着性の粘着層を有し、該粘着層によりリードフレーム上に接着固定されるものであることより、保護フィルムを絶縁層やリードフレーム上に簡単に貼り付けることができ、且つ、絶縁層やリードフレームから簡単に剥離することができるものとし、結果として、製造工程全体を簡単なものとしている。
また、保護フィルムが透明色であることより、孔開け加工の際の画像処理等に保護フィルムがあることによる悪影響を与えずにアライメントが行える。
【００１０】
【実施例】
本発明のＢＧＡタイプの樹脂封止型半導体装置用のリードフレーム部材の製造方法の実施例を図にもとづいて説明する。
図１は実施例のＢＧＡタイプの樹脂封止型半導体装置用のリードフレーム部材の製造方法の工程を示した断面図で、図２はこれを模式的に示した斜視図で、図３は本実施例の製造方法により作製されるリードフレーム部材の展開図で、図４は本実施例の製造方法に用いられた外形加工後のリードフレームの約１／４部分の拡大図である。
図３においては、全体を分かり易くするために図４に比べ、インナーリードの数、外部端子部の数等を少なくして示してある。
尚、図１〜図３においては、分かり易くするため、固定用テープを処略して示している。
図１、図２、図３、図４中、１００はリードフレーム部材、１１０はリードフレーム、１１１はダイパッド、１１１Ａは吊りリード、１１２はインナーリード、１１２Ａインナーリード先端、１１２Ｂは連結部、１１３は外部端子、１１３Ｂは連結部、１１４ダムバー、１１６は固定用テープ、１１８は吊りバー、１１９は切断ライン、１２０は絶縁層、１２１は開口（孔）、１３０は保護フィルム、１４０はレーザ光、１５０はマスク、１５１はレンズ系、１６０は研磨液、１６１はノズルである。
【００１１】
本実施例のＢＧＡタイプの樹脂封止型半導体装置用のリードフレーム部材の製造方法を図１に図にもとづいて説明する。
図１はリードフレーム１個に対してリードフレーム部材を１個製造する場合の断面図を示しているが、実際には図２に示すようにリードフレーム４個を１組みとして、それぞれのリードフレームに対してリードフレーム部材の作製を行った。
先ず、図３に示す形状に外形加工されたリードフレーム１１０を用意した。（図１（ａ））
リードフレームは、図３に示すように、外部端子１１３を二次元的に配置したもので、銅合金を素材とした０．１ｍｍ厚のものを使用した。
次に、リードフレーム１１０の半導体素子搭載側でない一方の面の所定の領域に絶縁層１２０を貼りつけた。（図１（ｂ））
絶縁層１２０としては、ベース材が宇部興産株式会社製のユーピレックスで、ベース材の一方の面側に接着層としてエポキシ系接着剤である東芝ケミカル株式会社製のＴＦＡ（品名）を設けたものを用いた。厚さは略７５μｍのものである。
次いで、絶縁層１２０上側にリードフレーム１１０全体を覆うように、保護フィルム１３０を貼りつけた。（図１（ｃ））
保護フィルム１３０としては、ポリエステルベースにアクリル系接着剤の付いたパナック株式会社製の耐熱再剥離フィルムを用いた。このフィルムは常温での接着力が２０〜２０５ｇ／ｃｍ２ である無色透明の弱粘着性のフィルムで、厚さは略２５μｍのものである。
次いで、波長９．６μｍのＴＥＡ−ＣＯ２ レーザを用いて、保護フィルム１３０と絶縁層１２０の、リードフレーム１１０の外部端子１１３に対応する箇所を孔開け加工した。（図１（ｄ））
レーザ光１４０の照射は、所定のマスク１５０を用い、このマスクを通過した光をレンズ系１５１にて縮小して所定領域に照射するものである。
レーザ加工条件は、１５０Ｈｚ、２０ＫＶ、Ｍ値（縮小値）１０．３４、ショット数１２で行った。
尚、ＴＥＡ−ＣＯ２ レーザは、パルス幅が１μｓ程度と非常に短かく、ピーク出力が１０ＭＷと高い短パルスレーザであり、ＴＥＡは、Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｌｙ Ｅｘｃｉｔｅｄ Ａｔｏｍｏｓｐｈｅｒｉｃ−ｐｒｅｓｓｕｒｅの略である。使用した装置は住友機械工業株式会社製のＩＮＰＡＣ ＬＡＳＥＲ Ｌ−５００である。
所望の箇所分の孔開けが終わった後、保護フィルム１３０側からのみブラスト処理し、レーザ加工により発生した残膜を除去した（図１（ｅ））
本実施例ではブラスト処理としてウエットブラスト法による処理を行ったが、サンドブラスト法による処理でも良い。
ウエットブラスト処理は、粒径＃３２０のアルミナを研磨材として使用し、圧力１．０Ｋｇｆで５秒間、ノズル１６１より研磨液１６０を吹きつけて研磨した。
この後、保護フィルム１３０を剥離してリードフレーム部材１００を得た。（図１（ｆ））
【００１２】
上記本実施例の製造方法を分かり易く模式的に示したのものが図２であるが、図２（ｂ）は 絶縁層１２０上側に保護フィルム１３０を貼り付けた状態を示しており、図２（ｃ）はマスク１５０を通過した光をレンズ系１５１にて縮小して所定領域にレーザ光１４０を照射する工程を示している。そして、図２（ｄ）は、ノズル１６１より研磨液１６０を吹き付けながら研磨しているウエットブラスト処理工程を示している。
【００１３】
上記本発明のリードフレーム部材の製造方法に使用される外形加工後のリードフレームにおいては、図４（ａ）に示すように、外部端子１１３は、リードフレーム１１０の外周部に設けられた樹脂封止の際のダムとなるダムバー１１４に一体的に連結部１１３Ｂを介して連結した状態であるが、ダムバー１１４部を含め不要の部分は、後述する製造工程の途中で、切断除去される。
また、インナーリード先端１１２Ａは、先端を連結した状態で外形加工されるが、図４（ｂ）（イ）に示すように、所定の位置に固定用のテープ１１６を貼り固定した後、図４（ｂ）（ロ）に示すように、不要な連結部１１２Ｂを切断除去して使用される。
尚、インナーリード先端１１２Ａは、図４（ｂ）（イ）に示すように、先端部のみを連結部１１２Ｂで連結して外形加工される他に、ダイパッドに連結するようにして外形加工される場合もある。
リードフレーム１１０のダイパッド１１１の半導体素子搭載側面、インナーリード１１２の先端のワイヤボンディング面、外部端子１１３の外部電極１１０側面には、それぞれ、半導体素子、ワイヤ、外部電極との接続のためのめっきを施しておくが、めっき工程は、図４（ｂ）（イ）に示す固定用のテープ１１６をテーピングする前に行う。
リードフレーム１１０の厚さは、一般的にはリードフレーム素材の厚さが薄いものほど微細加工、即ち、インナーリード先端１１２Ａの狭いピッチ化が可能であるが、薄くなるに従いリードフレーム全体の強度の確保が難しくなる為、インナーリード先端部のみを薄肉状にしてエッチングにより外形加工してリードフレームを作成して、インナーリードの狭ピッチ化とアウターリードの強度確保を共に達成しても良い。
【００１４】
【効果】
本発明のＢＧＡタイプの樹脂封止型半導体装置用のリードフレーム部材の製造方法は、上記のように、図６に示すようなリードフレームをコア材として回路を形成した簡単な構造のＢＧＡタイプの樹脂封型半導体装置を作製する際に、絶縁層のリードフレームの外部端子に相当する箇所に貫通孔を、精度良く、良好な状態で作成できるものとしている。
そして、赤外線領域の波長をもつレーザ光にて孔開け加工することにより、具体的には、炭酸ガスレーザを用い、絶縁層、保護フィルムの所定の箇所に孔開け加工をすることにより、コスト的にも対応できるものとしている。
更には、透明な保護フィルムを使用することにより、レーザによる孔開け加工におけるアライメントがし易いものとしている。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例のＢＧＡタイプの樹脂封止型半導体装置用のリードフレーム部材の製造方法の工程を示す断面図
【図２】実施例のＢＧＡタイプの樹脂封止型半導体装置用のリードフレーム部材の製造方法の工程を模式的に示した斜視図
【図３】実施例のＢＧＡタイプの樹脂封止型半導体装置用のリードフレーム部材の製造方法により作製されたリードフレーム部材の展開図
【図４】実施例のＢＧＡタイプの樹脂封止型半導体装置用のリードフレーム部材の製造方法に使用されたリードフレームの部分拡大図
【図５】従来のＢＧＡを説明するための図
【図６】リードフレームを用いたＢＧＡタイプの樹脂封止型半導体装置の断面図
【図７】従来のリードフレーム部材の作製方法を模式的に示した斜視図
【図８】従来の樹脂封止型半導体装置と単層リードフレームを説明するための図
【符号の説明】
１００ リードフレーム部材
１１０ リードフレーム
１１１ ダイパッド
１１１Ａ 吊りリード
１１２ インナーリード
１１２Ａ インナーリード先端
１１２Ｂ、１１３Ｂ 連結部
１１３ 外部端子
１１４ ダムバー
１１６ 固定用テープ
１２０ 絶縁層
１２１ 開口
１３０ 保護フィルム
１４０ レーザ光
５０１ 半導体素子
５０２ 基材
５０３ モールドレジン
５０４、５０４Ａ 配線
５０５ ダイパッド
５０６ 外部接続端子
５０８ ボンデイングワイヤ
５１０ ボンディングパッド
５１８ めっき部
５５０ スルーホール
５５１ 熱伝導ビア
６００ 半導体装置
６１０ リードフレーム
６１１ ダイパッド
６１２ インナーリード
６１３ 外部端子
６１３Ｂ 配線部（連結部）
６２０ 絶縁層
６３０ 半導体素子
６３１ 端子（パッド）
６４０ ワイヤ
６５０ 封止樹脂
６６０ 外部端子電極
８００ 半導体装置
８１０ （単層）リードフレーム
８１１ ダイパッド
８１２ インナーリード
８１３ アウターリード
８１４ ダムバー
８１５ フレーム（枠）部
８２０ 半導体素子
８２１ 電極部（パッド）
８３０ ワイヤ
８４０ 封止樹脂[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a lead frame member for a BGA type resin-sealed semiconductor device using a lead frame.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, with the trend toward higher performance of electronic devices and lighter, thinner and smaller electronic devices, LSIs have become more and more highly integrated and highly functional, as represented by ASICs.
Along with this, the switching noise inside the package cannot be ignored for high-speed signal processing. In particular, the simultaneous switching noise of the IC is greatly affected by the effective inductance of the wiring inside the package. The number of power supplies and grounds has been increased to accommodate this.
As a result, higher integration and higher functionality of the semiconductor device have led to an increase in the total number of external terminals (pins), and there has been a demand for a semiconductor device having more terminals.
A plastic QFP (Quad Flat Package) using a lead frame as a package for providing a user with a multi-terminal IC, particularly an ASIC represented by a gate array or a standard cell, a microcomputer, a DSP (Digital Signal Processor), etc. with high cost performance. It has become the mainstream, and is now in practical use up to 300 pins.
[0003]
The QFP uses a single-layer lead frame 810 shown in FIG. 8B. As shown in FIG. 8A, a semiconductor element 820 is mounted on a die pad 821, and a surface treatment such as silver plating is performed. The tip of the inner lead 812 and the terminal 821 of the semiconductor element 820 are connected with a wire 830 and sealed with a sealing resin 840. Thereafter, the dam bar 814 is cut, and the outer lead 813 is formed into a gull-wing shape. It is molded. As described above, the QFP has been developed as a structure in which the outer leads 813 for electrically connecting to an external circuit are provided in four directions of the package and which can cope with the increase in the number of terminals.
The single-layer lead frame 810 used here is usually made of a metal material having a high electric conductivity and a high mechanical strength, such as a 42 alloy (42% nickel-iron alloy) or a copper alloy, and a photo-etching method. Alternatively, it has been formed into a shape as shown in FIG. 8B by a stamping method.
[0004]
However, higher speed and higher functioning of signal processing of a semiconductor device require more terminals.
In QFP, the external terminal pitch has been narrowed to support multiple terminals without increasing the package size. However, as the external terminal pitch becomes narrower, the width of the external terminals themselves becomes narrower, and the strength of the external terminals decreases. Therefore, it is difficult to cope with the skew of the outer leads and to maintain coplanarity (flatness) in a post-process such as forming, and in mounting, there is a problem in mounting that it is difficult to maintain package mounting accuracy.
[0005]
In order to cope with such a problem in mounting the QFP, a plastic package called BGA (Ball Grid Array) has been developed.
In this BGA, usually, a semiconductor element is mounted on one surface of a double-sided substrate, and spherical solder balls are two-dimensionally arranged on the other surface as external terminals of a package. ), And is a package that is compatible with mountability.
The BGA has the advantage that the interval between external terminals (pitch) can be increased even with the same number of external terminals as compared with the QFP in which external terminals are provided on four sides of the package. Was able to respond to.
The BGA generally has a structure as shown in FIG. FIG. 5B is a view from the back (substrate) side of FIG. 5A, and FIG. 5C shows a through-hole 550 portion. The BGA is electrically connected to a die pad 505 on which a semiconductor element 501 is mounted on one surface of a base 502 of a heat-resistant flat plate (resin plate) represented by BT resin (bismaleimide resin) and a bonding wire 508 from the semiconductor element 501. It has bonding pads 510 to be connected, and has, on the other surface, external connection terminals 506 formed by solder balls arranged in a grid or staggered pattern for electrical and physical connection between the external circuit and the semiconductor device. In this structure, the external connection terminal 506 and the bonding pad 510 are electrically connected by the wiring 504, the through hole 550, and the wiring 504A.
However, in this BGA, a circuit for connecting a semiconductor element to be mounted and a wire, and external terminals (solder balls) for mounting on a printed circuit board after being made into a semiconductor device are provided on both sides of the substrate 502, and these are provided through holes. This is a complicated structure electrically connected via the 550, and the circuit length through which a signal passes increases, and its circuit design is also complicated. In addition, the process of manufacturing a substrate for a conventional plastic BGA composed of a heat-resistant and insulating resin base material is based on a conventional printed circuit board such as punching holes in a resin base material, conducting plating of front and back circuits, and solder resist printing. A similar process is required, and it is inevitably a long process as a whole. In addition, there are many restrictions on a circuit process for realizing high density, and it is difficult to manufacture at low cost. Further, the through-hole 550 may be disconnected due to the thermal expansion of the resin, and there are many problems in terms of reliability.
Also, the warpage of the package due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the base material 502 such as BT resin and the sealing resin increases, or the adhesive force (adhesion force) between the base material 502 and the sealing resin is weak, There has been a problem that package cracks may occur due to moisture absorption due to poor adhesion.
As described above, since the resin-sealed BGA semiconductor device is manufactured using a base material such as BT resin, the structure is complicated, and there are many problems in terms of reliability. There is also a problem of package cracking due to moisture absorption due to the warpage of the coming package or poor adhesion of the sealing resin, and a response has been required.
[0006]
Therefore, in order to address these problems in the conventional resin-sealed BGA semiconductor device shown in FIG. 5, a resin-sealed BGA semiconductor device using a lead frame as shown in FIG. 6 is proposed. It has become.
In the semiconductor device shown in FIG. 6, a circuit is formed using a lead frame 610 as a core material, and an insulating layer in which a portion corresponding to the external terminal 613 of the lead frame is formed on one surface of the lead frame 610. 620 are bonded together, and external terminal electrodes 660 made of solder are integrally provided on external terminals of the lead frame portions arranged two-dimensionally so as to be exposed to the outside.
In FIG. 6, 611 is a die pad, 612 is an inner lead, 620 is an insulating layer, 630 is a semiconductor element, 631 is a terminal (pad), 640 is a wire, and 650 is a sealing resin.
However, in a resin-sealed BGA semiconductor device using such a lead frame, an external terminal electrode made of solder is integrally exposed to the outside from the external terminal of the lead frame. It is necessary to provide a through hole at a position corresponding to the external terminal of the lead frame and to bond the lead frame to the lead frame.
As shown in FIG. 7, a first method of attaching an insulating layer provided with a through hole to a lead frame is to prepare an insulating layer provided with an opening (through hole) in advance by using a mold or a drill, In this method, since there are various types of arrangement of external terminals, it is difficult to always accurately and mechanically align the opening (through hole) with the external terminal of the lead frame. There is a problem to say.
The second method is a method in which an insulating layer is attached to a lead frame, and then the insulating layer is processed by an excimer laser having an ultraviolet wavelength, a carbon dioxide laser having an infrared wavelength, or the like, to expose external terminals of the lead frame. In the method, the problem of positional deviation of the opening is reduced as compared with the above-described method of forming the opening by the drill. However, when an excimer laser is used, there is a problem that the gas used is expensive and the cost is high.When a carbon dioxide laser is used, there is a great advantage in terms of running cost. There is a problem that the organic coating cannot be completely removed.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, it is not a complicated structure as in the conventional resin-sealed BGA semiconductor device shown in FIG. 5, but has a relatively simple structure. There has been proposed a resin-sealed BGA semiconductor device using a lead frame as shown in FIG. 6, which does not involve the problem of package cracks caused by moisture absorption due to poor adhesion of the semiconductor device. In a resin-sealed BGA semiconductor device using a simple lead frame, since external terminal electrodes made of solder are integrally exposed from the external terminals of the lead frame to the outside, the external terminals of the lead frame of the insulating layer are formed. Therefore, there has been a demand for a method capable of accurately forming a through hole at a position corresponding to the above condition in a good state, and also capable of coping with cost.
The present invention is intended to cope with this problem, and is an insulating method for a resin-sealed BGA semiconductor device using a lead frame, in which a hole is formed in one surface of the lead frame at a position corresponding to an external terminal of the lead frame. A method for manufacturing a lead frame member in which layers are bonded to each other, and an object of the present invention is to provide a method for accurately forming a through hole at a position corresponding to an external terminal of a lead frame of an insulating layer in a good state. . At the same time, it is intended to provide a method that can cope with cost.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The method of manufacturing a lead frame member for a BGA-type resin-encapsulated semiconductor device of the present invention includes at least an inner lead for electrically connecting to a terminal of a semiconductor element, and an inner lead integrally connected to the inner lead. BGA using a lead frame in which external terminals for making an electrical connection with an external circuit and a die pad for mounting a semiconductor element are provided in a plane, and the external terminals are two-dimensionally arranged. A method for manufacturing a lead frame member for a resin-encapsulated semiconductor device of the type, comprising: (A) a resin-encapsulated region on at least one side other than the semiconductor element mounting side of the externally processed lead frame. Forming an insulating layer so as to cover a predetermined region; (B) forming a protective film over the formed insulating layer so as to cover the entire lead frame; and (C). A step of laser drilling the protective film and the insulating layer so that the external terminals of the lead frame are exposed; and (D) a step of blasting the side of the lead frame on which the protective film and the insulating layer are provided. And (E) a step of peeling off the protective film.
The insulating layer and the protective film described above are made of a polymer material that absorbs light in the infrared region, and are characterized in that holes are formed by laser light having a wavelength in the infrared region.
The protective film described above is characterized in that it has a weakly-adhesive adhesive layer, and is adhered and fixed on a lead frame by the adhesive layer.
And any one of the above protective films is characterized by being transparent.
[0009]
[Action]
The method for manufacturing a lead frame member for a BGA-type resin-sealed semiconductor device of the present invention has the above-described structure, and is thus manufactured using a relatively simple structure shown in FIG. Method for manufacturing a lead frame member for a BGA type semiconductor device, in which an insulating layer having a hole formed in a portion corresponding to the external terminal of the lead frame is attached to one surface of the lead frame. It is assumed that a through hole can be formed at a position corresponding to the above with high accuracy and in a good state.
Specifically, after forming a protective film on the upper side of the insulating layer so as to cover the entire lead frame, the protective film and the insulating layer are subjected to laser drilling so that the external terminals of the lead frame are exposed. Since the side on which the protective film and the insulating layer are provided is blasted, a predetermined hole can be formed without damaging the insulating layer and the lead frame portion. Then, the residual film can be removed without causing warpage in the lead frame.
In addition, the insulating layer and the protective film are made of a polymer material that absorbs light in the infrared region, and the hole is formed by a laser beam having a wavelength in the infrared region. In addition, by forming a hole in a predetermined portion of the insulating layer and the protective film, cost can be dealt with.
And since the protective film has a weakly-adhesive adhesive layer and is adhered and fixed on the lead frame by the adhesive layer, the protective film can be easily attached to the insulating layer or the lead frame. And it can be easily separated from the insulating layer and the lead frame. As a result, the whole manufacturing process is simplified.
In addition, since the protective film is transparent, alignment can be performed without giving an adverse effect due to the presence of the protective film to image processing or the like at the time of punching.
[0010]
【Example】
An embodiment of a method for manufacturing a lead frame member for a BGA type resin-sealed semiconductor device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing steps of a method of manufacturing a lead frame member for a BGA type resin-sealed semiconductor device of an embodiment, FIG. 2 is a perspective view schematically showing this, and FIG. FIG. 4 is an expanded view of a lead frame member manufactured by the manufacturing method according to the embodiment, and FIG. 4 is an enlarged view of about a quarter of the lead frame after the outer shape processing used in the manufacturing method according to the embodiment.
In FIG. 3, the number of inner leads, the number of external terminal portions, and the like are shown smaller than those in FIG. 4 for easy understanding.
In FIGS. 1 to 3, the fixing tape is omitted for easy understanding.
1, 2, 3, and 4, 100 is a lead frame member, 110 is a lead frame, 111 is a die pad, 111A is a suspension lead, 112 is an inner lead, 112A inner lead tip, 112B is a connecting portion, and 113 is a connecting portion. External terminal, 113B is a connecting portion, 114 dam bar, 116 is a fixing tape, 118 is a hanging bar, 119 is a cutting line, 120 is an insulating layer, 121 is an opening (hole), 130 is a protective film, 140 is a laser beam, 150 is a laser beam, 150 Denotes a mask, 151 denotes a lens system, 160 denotes a polishing liquid, and 161 denotes a nozzle.
[0011]
A method of manufacturing a lead frame member for a BGA type resin-encapsulated semiconductor device according to this embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a cross-sectional view in the case where one lead frame member is manufactured for one lead frame. In practice, as shown in FIG. , A lead frame member was manufactured.
First, a lead frame 110 whose outer shape was processed into the shape shown in FIG. 3 was prepared. (FIG. 1 (a))
As shown in FIG. 3, the lead frame has a structure in which the external terminals 113 are two-dimensionally arranged, and a copper alloy material having a thickness of 0.1 mm is used.
Next, an insulating layer 120 was attached to a predetermined region of one surface of the lead frame 110 other than the semiconductor element mounting side. (FIG. 1 (b))
As the insulating layer 120, a base material made of UPILEX manufactured by Ube Industries, Ltd., and an epoxy-based adhesive TFA (product name) manufactured by Toshiba Chemical Co., Ltd. provided as an adhesive layer on one side of the base material. Using. The thickness is approximately 75 μm.
Next, a protective film 130 was attached on the upper side of the insulating layer 120 so as to cover the entire lead frame 110. (Fig. 1 (c))
As the protective film 130, a heat-resistant re-peelable film manufactured by Panac Co., Ltd. having an acrylic adhesive on a polyester base was used. This film is a colorless, transparent, weakly tacky film having an adhesive force at room temperature of 20 to 205 g / cm 2 and a thickness of about 25 μm.
Next, using a TEA-CO 2 laser having a wavelength of 9.6 μm, a portion of the protective film 130 and the insulating layer 120 corresponding to the external terminal 113 of the lead frame 110 was punched. (Fig. 1 (d))
The laser beam 140 is irradiated by using a predetermined mask 150 and reducing the light passing through the mask by a lens system 151 to irradiate a predetermined area.
Laser processing conditions were 150 Hz, 20 KV, M value (reduced value) 10.34, and 12 shots.
Note that the TEA-CO 2 laser is a short pulse laser having a very short pulse width of about 1 μs and a high peak output of 10 MW. TEA is an abbreviation for “Transversely Excited Atmospheric-pressure”. The used apparatus is INPAC LASER L-500 manufactured by Sumitomo Machinery Co., Ltd.
After perforating the desired portions, blasting was performed only from the protective film 130 side to remove the residual film generated by laser processing (FIG. 1E).
In this embodiment, the processing by the wet blast method is performed as the blast processing, but the processing by the sand blast method may be used.
In the wet blast treatment, alumina having a particle size of # 320 was used as an abrasive, and polishing was performed by spraying a polishing liquid 160 from a nozzle 161 at a pressure of 1.0 kgf for 5 seconds.
Thereafter, the protective film 130 was peeled off to obtain the lead frame member 100. (Fig. 1 (f))
[0012]
FIG. 2 schematically shows the manufacturing method of the present embodiment for easy understanding. FIG. 2B shows a state in which a protective film 130 is attached to the upper side of the insulating layer 120. c) shows a process in which the light that has passed through the mask 150 is reduced by the lens system 151 and a predetermined area is irradiated with the laser light 140. FIG. 2D shows a wet blasting process in which polishing is performed while spraying the polishing liquid 160 from the nozzle 161.
[0013]
As shown in FIG. 4A, in the lead frame after the outer shape processing used in the method for manufacturing the lead frame member of the present invention, the external terminals 113 are formed by a resin sealing provided on the outer peripheral portion of the lead frame 110. Although it is in a state of being integrally connected to the dam bar 114 serving as a dam at the time of stopping via the connecting portion 113B, unnecessary portions including the dam bar 114 are cut and removed during a manufacturing process described later.
The inner lead tip 112A is externally processed in a state where the tips are connected. As shown in FIGS. 4 (b) and 4 (a), after fixing tape 116 is fixed to a predetermined position, the inner lead tip 112A shown in FIG. (B) As shown in (b), the unnecessary connecting portion 112B is cut and removed before use.
In addition, as shown in FIGS. 4B and 4B, the outer end 112A of the inner lead is not only connected to the die pad but also externally processed by connecting only the distal end with the connecting portion 112B. In some cases.
The side surfaces of the die pad 111 of the lead frame 110 on which the semiconductor element is mounted, the wire bonding surface of the tip of the inner lead 112, and the side surface of the external electrode 110 of the external terminal 113 are plated with semiconductor elements, wires, and external electrodes, respectively. However, the plating step is performed before taping the fixing tape 116 shown in FIGS.
Generally, the thinner the lead frame material is, the finer the lead frame 110 can be finely processed, that is, the narrower the pitch of the inner lead tip 112A can be. Since it is difficult to secure the inner lead, only the tip of the inner lead may be thinned to form a lead frame by performing an outer shape process by etching, thereby achieving both a narrower pitch of the inner lead and securing the strength of the outer lead.
[0014]
【effect】
As described above, the method for manufacturing a lead frame member for a BGA type resin-encapsulated semiconductor device according to the present invention employs a simple structure of a BGA type having a circuit formed using a lead frame as a core material as shown in FIG. When a resin-sealed semiconductor device is manufactured, a through-hole can be formed in a position corresponding to an external terminal of a lead frame in an insulating layer with good accuracy and good condition.
Then, by drilling with a laser beam having a wavelength in the infrared region, specifically, by using a carbon dioxide gas laser, drilling a hole in a predetermined portion of the insulating layer and the protective film, thereby reducing cost. It can also respond.
Furthermore, the use of a transparent protective film facilitates alignment in laser drilling.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the steps of a method for manufacturing a lead frame member for a BGA type resin-sealed semiconductor device according to an embodiment; FIG. 2 is a lead frame for a BGA type resin-sealed semiconductor device according to the embodiment; FIG. 3 is a perspective view schematically showing steps of a method of manufacturing a member. FIG. 3 is a development view of a lead frame member manufactured by a method of manufacturing a lead frame member for a BGA type resin-sealed semiconductor device according to an embodiment. 4 is a partially enlarged view of a lead frame used in a method of manufacturing a lead frame member for a BGA type resin-encapsulated semiconductor device of an embodiment. FIG. 5 is a diagram for explaining a conventional BGA. FIG. 7 is a cross-sectional view of a BGA type resin-encapsulated semiconductor device using a frame. FIG. 7 is a perspective view schematically showing a method for manufacturing a conventional lead frame member. Diagram for explaining a lead frame DESCRIPTION OF SYMBOLS
REFERENCE SIGNS LIST 100 Lead frame member 110 Lead frame 111 Die pad 111A Suspended lead 112 Inner lead 112A Inner lead tip 112B, 113B Connecting portion 113 External terminal 114 Dam bar 116 Fixing tape 120 Insulating layer 121 Opening 130 Protective film 140 Laser beam 501 Semiconductor element 502 Base material 503 Mold resin 504, 504A Wiring 505 Die pad 506 External connection terminal 508 Bonding wire 510 Bonding pad 518 Plating part 550 Through hole 551 Thermal conduction via 600 Semiconductor device 610 Lead frame 611 Die pad 612 Inner lead 613 External terminal 613B Wiring part (connection part)
620 Insulating layer 630 Semiconductor element 631 Terminal (pad)
640 wire 650 sealing resin 660 external terminal electrode 800 semiconductor device 810 (single layer) lead frame 811 die pad 812 inner lead 813 outer lead 814 dam bar 815 frame (frame) portion 820 semiconductor element 821 electrode portion (pad)
830 wire 840 sealing resin

Claims (4)

少なくとも、半導体素子の端子と電気的に接続を行うためのインナーリードと、該インナーリードと一体的に連結して外部回路と電気的接続を行うための外部端子と、半導体素子を搭載するためのダイパッドとを平面的に設け、且つ、外部端子を、二次元的に配列させたリードフレームを用いた、ＢＧＡタイプの樹脂封止型半導体装置用のリードフレーム部材の製造方法であって、少なくとも、順に、（Ａ）外形加工されたリードフレームの半導体素子搭載側でない一方の面に、樹脂封止領域を含む所定の領域を覆うように絶縁層を形成する工程と、（Ｂ）形成された絶縁層上側にリードフレーム全体を覆うように保護フィルムを形成する工程と、（Ｃ）前記リードフレームの外部端子が露出するように、保護フィルムと絶縁層に対してレーザにより孔開け加工を施す工程と、（Ｄ）リードフレームの保護フィルムと絶縁層を設けた側をブラスト処理する工程と、（Ｅ）保護フィルムを剥離する工程とを有することを特徴とするＢＧＡタイプの樹脂封止型半導体装置用のリードフレーム部材の製造方法。At least an inner lead for electrically connecting with a terminal of the semiconductor element, an external terminal integrally connected to the inner lead for making an electrical connection with an external circuit, and an inner terminal for mounting the semiconductor element. A method for manufacturing a lead frame member for a BGA type resin-encapsulated semiconductor device using a lead frame provided with a die pad in a plane and external terminals arranged two-dimensionally, at least, (A) forming an insulating layer so as to cover a predetermined area including a resin-encapsulated area on one surface other than the semiconductor element mounting side of the externally processed lead frame; and (B) forming the formed insulating layer. Forming a protective film on the upper side of the layer so as to cover the entire lead frame; and (C) laminating the protective film and the insulating layer so that the external terminals of the lead frame are exposed. BGA type comprising the steps of: (D) blasting the side of the lead frame on which the protective film and the insulating layer are provided; and (E) removing the protective film. Of manufacturing a lead frame member for a resin-sealed semiconductor device. 請求項１における絶縁層および保護フィルムは赤外線領域の光に吸収を持つ高分子材料であり、且つ、赤外線領域の波長をもつレーザ光にて孔開け加工することを特徴とするＢＧＡタイプの樹脂封止型半導体装置用のリードフレーム部材の製造方法。2. The BGA type resin sealing as claimed in claim 1, wherein the insulating layer and the protective film are made of a polymer material that absorbs light in the infrared region, and are punched by a laser beam having a wavelength in the infrared region. A method for manufacturing a lead frame member for a stationary semiconductor device. 請求項１ないし２における保護フィルムは、弱粘着性の粘着層を有し、該粘着層によりリードフレーム上に接着固定されるものであることを特徴とするＢＧＡタイプの樹脂封止型半導体装置用のリードフレーム部材の製造方法。3. The BGA type resin-encapsulated semiconductor device according to claim 1, wherein the protective film has a weakly-adhesive adhesive layer and is adhered and fixed on a lead frame by the adhesive layer. Manufacturing method of a lead frame member. 請求項１ないし３のいずれか１項記載の保護フィルムは、透明色であることを特徴とするＢＧＡタイプの樹脂封止型半導体装置用のリードフレーム部材の製造方法。4. A method of manufacturing a lead frame member for a BGA type resin-sealed semiconductor device, wherein the protective film according to claim 1 has a transparent color.
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