JP3565454B2

JP3565454B2 - 樹脂封止型半導体装置

Info

Publication number: JP3565454B2
Application number: JP21552495A
Authority: JP
Inventors: 茂樹河野
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1995-08-02
Filing date: 1995-08-02
Publication date: 2004-09-15
Anticipated expiration: 2015-08-02
Also published as: JPH0945818A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は，半導体装置の多端子化に対応でき、且つ、実装性の良い樹脂封止型半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置は、ＬＳＩのＡＳＩＣに代表されるように、電子機器の高性能化と軽薄短小の傾向から、益々、高集積、小型化、高機能化が求められるようになってきている。
これに伴い、リードフレームを用いた樹脂封止型の半導体装置（プラスチックパッケージ）においても、ＳＯＪ（ＳｍａｌｌＯｕｔｌｉｎｅＪ−ｌｅａｄｅｄＰａｃｋａｇｅ）やＱＦＰ（ＱｕａｄＦｌａｔＰａｃｋａｇｅ）のような表面実装型のパッケージの実用化を経て、ＴＳＯＰ（ＴｈｉｎＳｍａｌｌＯｕｔｌｉｎｅＰａｃｋａｇｅ）へと薄型化を主軸としたパッケージの小型化を目的とした開発、更には、パッケージ内部の３次元化によるチップ収納効率目的としたＬＯＣ（ＬｅａｄＯｎＣｈｉｐ）の構造的な開発が、高集積化技術、小型化技術の進歩とともに行われてきた。
【０００３】
しかしながら、上記従来のパッケージには、パッケージ外周部分のリードの引き回しがあり、小型化は、ぼぼ限界と言われるようになってきた。
特に、ＴＳＯＰに代表される半導体装置の多端子化に対しては、リードフレームのインナーリードピッチ、アウターリードピッチの狭小化から、多端子化には限界が見えてきた。これは、インナーリードピッチの狭小化に対しては、微細加工上の問題やボンディング性の問題があり、アウターリードピッチの狭小化からは実装性の問題があることによる。
一つには、微細加工に適していると言われる、図５に示す従来のエッチング加工において、リードフレーム素材の板厚を薄くすることにより、微細加工がし易くなるが、板厚を薄くするにしたがいアウターリードの強度確保が難しくなる為である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような状況のもと、外形寸法をほぼ半導体素子に合わせて封止用樹脂により樹脂封止したＣＳＰ（ＣｈｉｐＳｉｚｅＰａｃｋａｇｅ）と言われる、小型で実装性が良いパッケージが提案されるようになってきたが、このＣＳＰにおいても、多端子化に対しての対応が求められていた。
また、ＣＳＰは、実装面では優れるものの、半導体素子の端子（バンプ）とインナーリードとの結線の作業性や該結線に起因したパッケージクラック等の問題が残っており、この対応が求められていた。
本発明は、このような状況のもと、リードフレームを用いたＣＳＰタイプの樹脂封止型半導体装置において、小型で実装性が良く、且つ、多端子化に対応できるものを提供しようとするものである。
同時に、半導体素子の端子（バンプ）とインナーリードとの結線に起因したパッケージクラックの発生が少なくできるものを提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の樹脂封止型半導体装置は、外形加工されたリードフレームを用い、外形寸法をほぼ半導体素子に合わせて封止用樹脂により樹脂封止したＣＳＰ（ＣｈｉｐＳｉｚｅＰａｃｋａｇｅ）型の半導体装置であって、半導体素子の端子（バンプ）とリードフレームの内部端子とはギャングボンディングにより電気的に結線されて、半導体素子をリードフレームに固定しており、リードフレームは、前記内部端子と、外部回路への接続のための第一外部端子と第二外部端子と、半導体素子の端子（バンプ）形成面に沿い、前記内部端子と第一外部端子ないし第二外部端子とを、または第一外部端子と第二外部端子とを一体的に連結する接続リードとを有し、前記第一外部端子は半導体素子の端子（バンプ）形成面へ直交して柱状に、一次元的ないし二次元的に複数個設けられ、且つ、第一外部端子の外部側の先端部には半田からなる外部電極が、その一部を樹脂部より露出するように設けられており、第二外部端子は少なくとも、半導体素子の端子面側でない側面側に樹脂より露出されて設けられていることを特徴とするものである。
そして、上記におけるリードフレームは、エッチング加工により少なくとも内部端子を含むインナーリード先端の厚さをリードフレーム素材の厚さよりも薄肉に外形加工したもので、内部端子及び第一の外部端子部を含む領域の接続リードはリードフレーム素材の板厚よりも薄く形成され、各内部端子のギャングボンデイングする面はリードフレーム素材の一方の面で、同一平面上にあり、第一外部端子部はリードフレーム素材の厚さと同じ厚さであることを特徴とするものである。そしてまた、上記において、半導体素子の端子（バンプ）は半導体素子の端子（バンプ）形成面の１辺に平行な、中心を通る線上に沿って設けられていることを特徴とするものである。
【０００６】
【作用】
本発明の樹脂封止型半導体装置は、このような構成にすることにより、小型で実装性が良く、且つ、多端子化に対応できる半導体装置の提供を可能としていま。同時に、半導体素子の端子（バンプ）とインナーリードとの結線に起因したパッケージクラックの発生が少なくできる半導体装置の提供を可能としている。詳しくは、外形加工されたリードフレームを用いた、ＣＳＰ（ＣｈｉｐＳｉｚｅＰａｃｋａｇｅ）型の樹脂封止型の半導体装置であって、リードフレームは、半導体素子側の面にて半導体素子の端子（バンプ）と内部端子とをギャングボンディングにより電気的に結線しており、第一外部端子は半導体素子の端子（バンプ）形成面へ直交して柱状に、一次元的ないし二次元的に複数個設け、且つ、第二外部端子は少なくとも、半導体素子の端子面側でない側面側に樹脂より露出されて設けられていることにより、パッケージの小型化と多端子化を可能としている。
そして、上記におけるリードフレームは、エッチング加工により内部端子および少なくとも内部端子と第一外部端子部とを含む領域の接続リードの厚さをリードフレーム素材の厚さよりも薄肉に外形加工したもので、内部端子はリードフレーム素材の板厚よりも薄く形成され、各内部端子のギャングボンデイングする面はリードフレーム素材の一方の面で、同一平面上にあり、第一外部端子部はリードフレーム素材の厚さと同じ厚さとすることにり、ギャングボンディングの際の応力の解放がし易いものとしており、半導体装置作製工程における各種熱処理等により起こる、前記応力に起因したパッケージクラック等の欠陥が発生しにくいものとしている。
内部端子および接続リードを薄肉にすることにより、一層の多端子化に対応できるものとしている。
更に、外形寸法をほぼ半導体素子に合わせて封止用樹脂により樹脂封止したＣＳＰとすることにより、パッケージ内部の配線長を短かくでき、寄生容量が小さくなり信号の伝搬遅延時間が短くなる、等の利点を備えたものとしている。
【０００７】
【実施例】
本発明の樹脂封止型半導体装置を実施例に基づいて説明する。図１（ａ）は実施例の樹脂封止型半導体装置の一部分を展開した斜視図で、図１（ｂ）はその断面概略図を示したものであるが、半導体素子とリードフレームの上下位置関係は逆で示してある。
図２は本実施例の半導体装置に用いられたリードフレームの平面図を示したものである。
図１、２中、１００は樹脂封止型半導体装置、１１０は半導体素子、１１０Ａは端子（バンプ）、１２０はリードフレーム、１２１は内部端子、１２２は第一外部端子、１２３は第二外部端子、１２４は接続リード、１２５はダムバー、１２６連結部、１２７フレーム（枠部）、１３０は外部電極（半田）、１４０は封止用樹脂、１６０は中心線である。本実施例の樹脂封止型半導体装置１００は、図２に示す、エッチングにより外形加工されたリードフレーム１２０を用い、外形寸法をほぼ半導体素子に合わせて封止用樹脂１４０により樹脂封止したＣＳＰ（ＣｈｉｐＳｉｚｅＰａｃｋａｇｅ）型の半導体装置である。
尚、図１では分かり易くするくため端子数、リード数等を少なく図示してある。
リードフレーム１２０の内部端子１２１は、ほぼ中心線１６０上にて、半導体素子１１０の端子（バンプ）１１０Ａとギャングボンディングにより電気的に結線されている。
リードフレーム１２０の第一外部端子１２２は、外部回路への接続のための端子で、半導体素子１１０の端子（バンプ）１１０Ａ形成面へ直交するように形成されており、この端子の外部側には半田からなる外部電極１３０が封止用樹脂１４０から外部へ露出するように設けられている。
第二外部端子１２３も外部回路への接続のための端子で、少なくとも、半導体素子１１０の端子（バンプ）１１０Ａ形成面でない側面に樹脂より露出されて設けられている。
接続リード１２４は、半導体素子１１０の端子（バンプ）１１０Ａ形成面に沿い、内部端子１２１と第一外部端子１２２とを、ないし第一外部端子１２２と第二外部端子１２３とを一体的に連結している。
【０００８】
図１（ｂ）に示すように、図２にその平面図が示される本実施例に用いられたリードフレーム１２０は、内部端子１２１を含む接続リード１２４の厚さｔ１をリードフレーム素材の厚さｔ０よりも薄肉に外形加工してあり、第一外部端子１２２はリードフレーム素材の厚さｔ０と同じ厚さに形成してあり、各内部端子のギャングボンデイングする面はリードフレーム素材の一方の面であって、同一平面上になるように形成してある。
そして、第二外部端子１２３の近傍で、接続リード１２４は、第一外部端子の先端方向へ折れ曲がった形状をしている。この為、各内部端子１２１と半導体素子１１０の端子（バンプ）１１０Ａとを一括してギャングボンディングする際に、リードフレームに応力がかかるが、図１（ｂ）に示すように、応力が解放し易い形状になっている。
また、内部端子１２１および接続リード１２４の少なくとも一部を薄肉にしてあることにより、多端子化に対応できるものとしている。
尚、使用したリードフレーム１２０の４２合金（４２％ニッケル−鉄合金）を素材としたもので、素材の厚さは、第一外部端子部の厚さと同じく０．１５ｍｍ厚で、内部端子１２１等、薄肉部の厚さは０．０５ｍｍであった。
【０００９】
次に、本実施例半導体装置１００の製造方法を図３を基づいて簡単に説明する。
図３は本実施例半導体装置１００の製造工程を示したもので、第一外部端子とそれに接続する接続リードを示した断面図である。
先ず、エッチング加工にて、図２に示すリードフレーム１２０を作製する。（図３（ａ）
リードフレーム１２０の作製は、リードフレーム素材の両面に感光性のレジストを塗布した後に、所定のパターン版を用い両面のレジストをパターンニングした後に、乾燥等の処理を経て、通常の塩化第二鉄を主成分としたエッチング液をスプレー噴射して外形加工したものであるが、図２に示す、内部端子１２１や接続端子１２４の一部を薄肉に形成するためにパターン版を工夫して、外形加工するとともに、その部分を薄肉にエッチング形成する。
【００１０】
このような、外形加工方法は、例えば図４（ａ）に示すように、リードフレーム素材４１０の両面に感光性のレジスト４２０を全面塗布した後に、所定のパターン版を用いて製版して図４（ｂ）に示すように、リードフレーム素材の両面にレジストパターン４２０Ａ、４２０Ｂを形成し、図４（ｃ）に示すように、リードフレーム素材４２０の両面からエッチング液４３０を吹きかけ、リードフレーム素材４２０の板厚よりも薄肉に外形加工するのであるが、パターン版を工夫して、それぞれ図４（ｂ１）、図４（ｂ２）に示す４２０Ａ、４２０Ｂのようなレジストパターンを形成することにより、リードフレーム素材よりも薄肉の接続リード１２４と、リードフレーム素材と同じ厚さの第一外部端子１２２をエッチング加工にて作製する。
Ａ１−Ａ２、Ｂ１−Ｂ２に対応する位置におけるエッチング完了後の断面が、それぞれ図４（ｃ１）、図４（Ｃ２）である。
尚、ここで、エッチング加工を安定的に行いたい場合、また微細加工が要求される場合には、上記のようにして製版された状態で１回目のエッチングを行い、外形形状が貫通形成される前の、適当な時期に一旦エッチングを中止して、図４（ｄ）に示すように、腐蝕された一方の面側に耐腐蝕性の物質である充填材４４０（例えばホットメルト型のワックス等）を充填し、レジストパターン４２０Ｂ等をも覆った後に、他方の面側から２回目のエッチング加工を行い、貫通させる方法も採っても良い。
尚、図５（ｄ１）は、この場合のＡ１−Ａ２に対応する位置の１回目のエッチング終了後に耐腐蝕性の充填材４４０を充填した図を示している。エッチング完了後、レジスト４２０や充填した物質４４０を剥離し、洗浄処理等を施し、リードフレームを得る。
【００１１】
次いで、リードフレーム１２０のギャングボンディング側を半導体素子１１０の端子（バンプ）１１０Ａ面側に向け、半導体素子１１０側でない方から図２に示す連結部１２６を打ち抜くとともに、ギャングボンディングを行い、内部端子１２１と半導体素子１１０の端子（バンプ）１１０Ａとの結線を行った。（図３（ｂ））
尚、連結部１２６を打ち抜く際には、打ち抜き後に各内部端子がずれたり、ばたつかないように、予め内部端子固定用のテーピングをしておくと良い。
この後、半導体素子よりも若干大きめに、全体を樹脂封止した。（図３（ｃ））樹脂封止は、金型を用いて行った。
次いで、樹脂封止ラインよりも外部にあるリードフレーム１２０の、図２に示すフレーム（枠）部１２７等を打ち抜き金型により切断除去した。（図３（ｄ））
次いで、封止用樹脂１４０から外部に一端を露出した、第一外部端子１２２の外部側の面に半田からなる外部電極１３０を作製した。（図３（ｅ））
【００１２】
尚、エッチングの加工を簡単化するためには、図３（ａ１）のように、リードフレームを外形加工した後に、図３（ａ２）のように、プレスによる折り曲げ加工を行って、図３（ｃ）〜図３（ｅ）の工程を経ても良い。
【００１３】
【発明の効果】
本発明の樹脂封止型半導体装置は、上記のような構成にすることにより、小型で実装性が良く、且つ、多端子化に対応できる半導体装置の提供を可能としている。また同時に、半導体素子の端子（バンプ）とインナーリードとの結線に起因したパッケージクラックの発生が少なくできる半導体装置の提供を可能としている。
本発明の樹脂封止型半導体装置は、外形加工されたリードフレームを用い、外形寸法をほぼ半導体素子に合わせて封止用樹脂により樹脂封止したＣＳＰ（ＣｈｉｐＳｉｚｅＰａｃｋａｇｅ）型の半導体装置において、ギャングボンディングにより一括結線させており、作製の作業の面でワイヤボンディング結線に比べ能率的であり、結線部にて半導体素子が固定されるため、ワイボンナィングによる結線の場合のように、接着材を用いてダイパッド部に固定する必要もないものとしている。
更に、内部端子および接続リードを薄肉にすることにより、一層の多端子化に対応できるものとしており、外形寸法をほぼ半導体素子に合わせて封止用樹脂により樹脂封止したＣＳＰとすることにより、パッケージ内部の配線長を短かくでき、寄生容量が小さくなり信号の伝搬遅延時間が短くなる、等の利点を備えたものとしている。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の樹脂封止型半導体装置の概略図
【図２】実施例の樹脂封止型半導体装置に用いられたリードフレームの平面図
【図３】実施例の樹脂封止型半導体装置の作製工程概略図
【図４】薄肉に外形加工するエッチング加工方法を説明するための図
【図５】従来のリードフレームのエッチング加工方法
【符号の説明】
１００樹脂封止型半導体装置
１１０半導体素子
１１０Ａ端子（バンプ）
１２０リードフレーム
１２１内部端子
１２２第一外部端子
１２３第二外部端子
１２４接続リード
１２５ダムバー
１２６連結部
１２７フレーム（枠部）
１３０外部電極（半田）
１４０封止用樹脂
１６０中心線
４１０リードフレーム素材
４２０レジスト
４２０Ａ、４２０Ｂレジストパターン
４３０エッチング液
４４０充填材
５１０リードフレーム素材
５２０レジスト
５３０レジストパターン
５４０インナーリード

Claims

外形加工されたリードフレームを用い、外形寸法をほぼ半導体素子に合わせて封止用樹脂により樹脂封止したＣＳＰ（ＣｈｉｐＳｉｚｅＰａｃｋａｇｅ）型の半導体装置であって、半導体素子の端子とリードフレームの内部端子とはギャングボンディングにより電気的に結線されて、半導体素子をリードフレームに固定しており、リードフレームは、前記内部端子と、外部回路への接続のための第一外部端子と第二外部端子と、半導体素子の端子形成面に沿い、前記内部端子と第一外部端子ないし第二外部端子とを、または第一外部端子と第二外部端子とを一体的に連結する接続リードとを有し、前記第一外部端子は半導体素子の端子形成面へ直交して柱状に、一次元的ないし二次元的に複数個設けられ、且つ、第一外部端子の外部側の先端部には半田からなる外部電極が、その一部を樹脂部より露出するように設けられており、第二外部端子は少なくとも、半導体素子の側面側に樹脂より露出されて設けられていることを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
請求項１におけるリードフレームは、エッチング加工により少なくとも内部端子を含むインナーリード先端の厚さをリードフレーム素材の厚さよりも薄肉に外形加工したもので、内部端子及び第一の外部端子部を含む領域の接続リードはリードフレーム素材の板厚よりも薄く形成され、各内部端子のギャングボンデイングする面はリードフレーム素材の一方の面で、同一平面上にあり、第一外部端子部はリードフレーム素材の厚さと同じ厚さであることを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
請求項１ないし２において、半導体素子の端子は半導体素子の端子形成面の１辺に平行な、中心を通る線上に沿って設けられていることを特徴とする樹脂封止型半導体装置。