JP3638548B2 - 半導体パッケージの製造方法 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する利用分野】
本発明は、リードフレームの片面に樹脂封止部が形成された半導体パッケージの当該樹脂封止部の周縁部に露出したリードを周縁樹脂部と共に切断する半導体パッケージの製造装置及び方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体パッケージには様々な種類のものが開発され実用化されているが、表面実装型の半導体パッケージの中で、QFN(Quad・Flat・Non−leaded)若しくはSON(Small・Outline・Non−leaded)と呼ばれる半導体パッケージが用いられている。このQFN若しくはSONタイプの半導体パッケージは、樹脂封止部より延出するリードが無く、実装占有面積が小さくしかも実装高さも抑えられることから、携帯電話などの小型の電子機器に用いられている。
【0003】
このQFN若しくはSONタイプの半導体パッケージを製造工程について説明する。半導体チップをマトリクス状に搭載したリードフレームを、例えばトランスファ成形法を用いて、実装面側のリードを露出して樹脂封止する。樹脂封止はモールド金型の一方のパーティング面をリリースフィルムで覆って、露出させるリード部分を押接することによりリード露出面側に樹脂を回さずに樹脂封止する。
樹脂封止後、不要樹脂をゲートブレイクして除去した後、リードフレームを切断金型へ搬入してパンチとダイを相対的に移動させてリードカットを行い、更に樹脂封止部(パッケージ部)をリードフレームに支持する吊りリードを切断することにより個片に分離していた。
また、吊りリードを切断する場合には、リードフレームの両面を樹脂封止した半導体パッケージの加工方法を踏襲して、樹脂封止部をダイで受けた状態でパンチにより切断を行っている。
【0004】
半導体パッケージのリード切断方法として、例えば特開2001−230359号に示す方法が提案されている。このリード加工方法は、リードフレームのリードをパンチで切断する際に切断屑が実装面側に付着するのを防止するため、樹脂封止部のリード露出面側からリードを切断するようになっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
特開2001−230359号に示すリード切断用金型装置においては、リードフレームを、樹脂付封止部(パッケージ部)上面をダイで受けると共に、該樹脂付封止部より延設されたリードをダイ切断部により支持した状態にセットする。そして、パンチを下動させて、ストリッパーにより樹脂封止部(パッケージ部)下面(実装面)を抑えながらパンチによりリードを切断するようになっている。また、両面パッケージ部のリード切断する装置を用いて吊りリードを切断する場合にも、パッケージ部をダイで受けた状態でパンチにより切断(ピンチカット)を行っている。
【0006】
これらの切断方法によれば、端子数(リードの数)が20ピン程度の場合には不具合は生じないが、32ピンや50ピンなどのように端子数が増加すれば、図12(a)(b)に示すようにリード間を封止する樹脂部分にクラックが生ずるおそれがあった。これは、樹脂封止部(パッケージ部)が片面モールドであるため、リード切断時の応力を負担する部分が少なく、強度的に弱いことに起因する。特に、樹脂封止部(パッケージ部)のコーナー部より延設された吊りリード周辺の切断を行う際には、両側に併設されたリード部とのピッチが狭くなるため、クラックが発生し易い(図12(a)参照)。
また、樹脂封止部(パッケージ部)より延設されたリードには厚さ10μm〜15μm程度のはんだめっき、或いは厚さ2μm程度のパラジウムめっきなどの外装めっきが施されている。このめっき面は外方に膨出して形成されているため、周縁樹脂部をダイ切断部に密着させて支持することができない(周縁樹脂部のみ浮き上がった状態で支持される)。この状態で切断すると、リード間の周縁樹脂部より樹脂封止部内方にまで切断荷重が曲応力に転じて作用し、リード間の樹脂封止部にクラックが生じ易い(図12(b)参照)。
これらにより、半導体パッケージの樹脂封止部の切断品質を低下させていた。
【0007】
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、半導体パッケージを切断した際に樹脂封止部にクラックが発生することがなく、切断品質を向上させた半導体パッケージ製造方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は次の構成を備える。
即ち、リードフレームの片面に樹脂封止部が形成された半導体パッケージの当該樹脂封止部の周縁部でリード及び周縁樹脂部を切断する半導体パッケージの製造方法において
前記樹脂封止部の周縁部より延設されたリード及び周縁樹脂部のみが切断ライン直下に設けられた切断支持部に支持されるように前記リードフレームをダイにセットする工程と、 前記切断支持部に交差して移動する際に樹脂封止部の周囲に延設されたリードをパンチにより押込んで切断支持部上で周縁樹脂部と面一に押し潰してからリード及び周縁樹脂部を切断して半導体パッケージを個片にする切断工程とを含むことを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る半導体パッケージの製造装置及び製造方法の好適な実施の形態について添付図面と共に詳述する。
図1は半導体パッケージの切断部分を示す断面説明図、図2は図1の半導体パッケージの右側面図、図3は図2の半導体パッケージの下面図、図4はリード切断工程の拡大説明図、図5は切断後の半導体パッケージの説明図、図6(a)〜(d)は半導体パッケージの切断ラインの一例を示す説明図、図7(a)は吊りリード切断後の半導体パッケージの拡大説明図、図7(b)はX−Y方向のリード切断後の半導体パッケージの拡大説明図、図8(a)(b)は半導体パッケージの切断クリアランスとだれ領域の関係を示す説明図、図9〜図11は各種半導体パッケージの説明図である。
【0011】
先ず、半導体パッケージの概略構成について図9〜図11を参照して説明する。
本実施例の半導体パッケージの製造装置及び方法は、リードフレームのダイパットに半導体チップが搭載(ダイボンディング)され、チップの電極端子とリードとがワイヤボンディング接続されて、片面モールドされた様々なタイプの半導体パッケージに適用される。以下に半導体パッケージの一例を説明する。
図9の半導体パッケージ14は、ダイパッド1がリード2に対して高さ方向に板厚が薄く形成され、ダイパッド1に半導体チップ3がダイボンディングされている。ダイパッド1は例えばエッチングされてリード2より高くなるように形成されている。また、半導体チップ3のチップ電極部とリード2とはボンディングワイヤ4によりワイヤボンディング接続されている。半導体チップ3はダイパッド1と共に樹脂封止部5で封止されており、該樹脂封止部5の周縁樹脂部5aよりリード2の実装面側を含む一部が露出形成されている。
【0012】
図10の半導体パッケージ15は、半導体チップ3がダイボンディングされたダイパッド1をリード2と共に樹脂封止部(パッケージ部)5より実装面側に露出させてヒートシンクとして用いたものである。
図11の半導体パッケージ16は、半導体チップ3をヒートシンク6に搭載して、チップ電極部と曲げ加工されたリード2とをボンディングワイヤ4によりワイヤボンディング接続されている。そして、片面モールドによりリード2の一部を樹脂封止部5の実装面側に露出させ、ヒートシンク6を樹脂封止部5の実装面とは反対面側に露出させたものである。
【0013】
次に、半導体パッケージの製造装置の概略構成について図4を参照して説明する。半導体パッケージの製造装置の一例として、樹脂封止後のリードフレーム7が搬入される切断装置が設けられている。この切断装置は、固定型であるダイ9と可動型であるパンチ10を備えている。ダイ9には、樹脂封止部5の周縁部で切断される切断ラインL直下のリード2、樹脂封止部5をリードフレーム7に支持している吊りリード8及び周縁樹脂部5aを支持する切断支持部11が設けられている。
【0014】
パンチ10は、切断支持部11の外周側で該切断支持部11に交差(直交)して移動する。このとき、パンチ10は、切断支持部11に支持されたリード2、吊りリード8及びリード間の周縁樹脂部5aを切断し、半導体パッケージを個片にする。パンチ先端部には切断ラインL直上部から水平方向へ離間するにしたがって逃げ10aが形成されている。この逃げ10aの水平方向に対する逃げ角αは5度以上に設計されている。このパンチ10の逃げ10a及び逃げ角αは、パンチ10の切断ラインLより外側が先に加工を開始することに起因して吊りリード8とリード2間やリード2とリード2間の周縁樹脂部5aに作用する曲応力が増大して樹脂封止部5が破損するのを防止するためである。このようにパンチ10に逃げ10aを形成することにより、切断荷重入力を切断ラインL直上のみに限定し、発生する曲応力を最小限に抑えることで樹脂封止部5にクラックを生ずることなく切断することができる。
【0015】
また、パンチ10とダイ9との切断クリアランスPは10μm以下に設定されている。この切断クリアランスPはモーメントアームに他ならず、該切断クリアランスPを可能な限り小さく設定することで、切断ラインL周辺に発生する曲げモーメント影響下のだれ領域を狭めて切断品質を向上させることができる。
【0016】
また、パンチ10の移動をガイドするパンチガイド13は、パンチ10によりリード及びリード間の周縁樹脂部5aを切断するのに先立って、リードフレーム7をダイ9に押接する。このパンチガイド13は、樹脂封止部5に対応する実装面側のフレーム面に接触せずにリードフレーム7をダイ9に押接させるようになっている。これは、切断時にパンチ10とダイ9間に発生する曲げモーメントを可能な限り低減させることで、パンチガイド13により樹脂封止部5に対応する実装面側のフレーム面を押接せずに済むためである。このため、パンチガイド13により、切断ラインL周辺のリードフレーム7の実装面側を押さえることで、パンチガイド13の研磨目がリード2の実装面に転写されたり、パンチガイド13に付着した切断かすやめっきかすがリード2の実装面に転写されたりしてパッケージ実装面の品質が低下することを防止することができる。
【0017】
次に、半導体パッケージの製造工程の一例について図6(a)〜(d)を参照しながら概略説明する。尚、図6(a)〜(d)において、切断金型のうちダイ9は省略し、樹脂封止部5を支持するリードフレーム7も省略して図示してある。
半導体チップ3がマトリクス状に搭載されたリードフレーム7を、例えばトランスファ成形法を用いて、実装面側のリード2を露出して樹脂封止する。樹脂封止はモールド金型の一方のパーティング面をリリースフィルムで覆って、露出させるリード部分を押接することによりリード露出面側に樹脂を回さずに樹脂封止する。リードフレーム7は、短冊状のものでも、長尺状に巻回された状態から連続搬送されるものでも何れでも良い。
【0018】
樹脂封止後、不要樹脂をゲートブレイクして除去した後、リードフレーム7を切断金型(順送金型)へ搬入してパンチ10とダイ9の相対的な移動によりリードカットを行う。本実施例では、図6(a)において、先ず樹脂封止部5をリードフレーム7に支持する1対の吊りリード8を切断する。具体的には、樹脂封止部5の対角線上をフレームまで延設された吊りリード8のうち1対を切断する。
【0019】
次に、図6(b)において、リードフレーム7をピッチ送りして、対向したX方向側の辺を切断し、次いで更にピッチ送りを行って図6(c)に示すように対向したY方向側の辺を切断する。最後にリードフレーム7をピッチ送りして図6(d)に示すように、残りの1対の吊りリード8を切断することにより個片に分離する。
【0020】
このように、先ず樹脂封止部5のX−Y方向のリード2及び周縁樹脂部5aを抜き落とさずに、1対の吊りリード8を切断するのは、切断ラインL真下のダイ(切断支持部11)にリード2及び周縁樹脂部5aを打ち抜いた際に抜きかすのかす詰まりを防止する2番逃げを形成する余裕が無いため(図4参照)、先ず抜きかすの小さな1対の吊りリード8を抜き落とすことで続く大きな抜きかすを落とす空間を形成するためである。尚、切断後の半導体パッケージは、図示しない吸着ピックアップに吸着保持されて切断金型より搬出される。
【0021】
ここで、本願発明の特徴である切断方法について、図1〜図5を参照して詳述する。図1において、リードフレーム7は樹脂封止部5を下側にしてダイ9にセットされる。このとき、樹脂封止部5の周縁部より延設されたリード2、吊りリード8及び周縁樹脂部5aが切断ライン直下で切断支持部11に支持され、樹脂封止部5がダイ9に接触せずにリードフレーム7はダイ9にセットされている。この切断支持部11の支持面の幅は様々に設定可能であるが、あまり狭くすると切断支持部11側より圧縮破壊が起こるので、例えばリード2の板厚0.20mmの製品で、0.038mm以上に設定されている。このように、リードフレーム7は、樹脂封止部5の周縁部より延設されたリード2、吊りリード8及び周縁樹脂部5aが切断ラインL直下で切断支持部11にのみ支持されているので、切断時のモーメント・アームが切断クリアランスを超えて拡大することによる曲応力の増大を防ぎ、クラック発生リスクを切断ラインL上最小限の限られた範囲(だれ領域)に止めている。これにより、だれ領域を越えて吊りリード8とリード2間の周縁樹脂部5aやリード2とリード2間の周縁樹脂部5aに不規則かつ甚大なクラックが発生することを防止できる(図7(a)(b)参照)。
【0022】
また、切断工程は、樹脂封止部5の対向する辺毎にXY方向に切断する工程と、樹脂封止部5の四隅部からリードフレーム7まで延設された吊りリード8を切断する工程とに分けて行っても良いが、生産効率を高めるため樹脂封止部5の周縁部より延設されたリード2、吊りリード8及び周縁樹脂部5aを切断ラインに沿って一回の切断動作で切断するようにしても良い。
【0023】
また、図2において、露出したリード2及び吊りリード8にははんだめっきや鉛フリーのはんだめっき(Sn−Cu、Sn−Ag、Sn−Bi等)、或いはパラジウムめっきなどの外装めっき12が施されている。本発明の切断工程は、樹脂封止部5の周囲に延設されたリード2、吊りリード8及び周縁樹脂部5aをパンチ10の押込み力によりダイ9側に押し潰し、リード2及び吊りリード8(外装めっき12部)を周縁樹脂部5aと面一に切断支持部11に密着させてから切断する。図3は、パンチ10の押込み力によりリード2(外装めっき12部)が部分的に潰されて広がった(例えば0.005mm程度に圧延された)状態を示す。
【0024】
リード2に加わる剪断応力と外装めっき12の圧縮応力の比は、リード2の板厚をt、切断支持部11の受け幅をlとするとl/tで表される。l/tが50%程度で、リード2間の周縁樹脂部5aにだれ領域を越えた異常クラックが生じ、10%程度でダイ9の切断支持部11側より圧縮破壊が生ずることが判明している。実験によれば、外装めっき12が通常のはんだめっきである場合、リード2の板厚t=0.22mm(めっき厚0.01mmを含む)に対して、受け幅lを0.038mm〜0.072mm(l/t=15%〜40%)の範囲で設定すると、切断後の樹脂封止部(パッケージ部)5が良品であることが確認されている。
このように、リード2、吊りリード8及び周縁樹脂部5aを切断支持部11に密着させてから切断することにより、切断荷重が曲応力に転ずる領域を切断ラインL直下の最小限に抑え、リード2間の周縁樹脂部5aにクラックが生ずることを防止することができる。
【0025】
また、図4及び図5において、樹脂封止部5の周縁部の切断は、パンチ10とダイ9を相対的に移動させて行われる。即ち、本実施例のように可動型であるパンチ10が固定型であるダイ9の上方に配置されていても或いは下方に配置されていても良い。また、本実施例のように、樹脂封止部5の周縁部に延設されたリード2及び吊りリード8は実装面側からパンチ10を押込むように設定すれば切断後のリードの実装面側はだれ面となり、切断後のバリの向きは実装面と反対方向を向くことになる。これにより、リードフレーム7の加工や搬送途中で抜きかすや異物が実装面に付着してリード2が傷付くのを防止でき、また、リード2の実装面側がだれ面となることにより、半導体パッケージを基板実装する際のはんだぬれ性を高めて接続信頼性を向上させることが可能となる。
【0026】
また、パンチ10とダイ9の切断クリアランスPの変化に伴い半導体パッケージの切断品質が変わることを図8(a)(b)を参照して説明する。図8(a)(b)は、切断後の半導体パッケージの切断ライン近傍を拡大したものである。切断によって発生した曲げモーメントにより、リード2の切断ラインL近傍に折り曲げが生じている(だれ領域が生じている)ことが分かる。塑性変形を起こさないリード2間の周縁樹脂部5aにおけるだれ領域でも切断に伴う折り曲げが生じていることが推察される。これは、図8(a)において、リード2間の周縁樹脂部5aのだれ領域に切断ラインに沿ったクラックが発生していることからも裏付けられる。このクラックは、不安定領域であるだれ領域内で不規則に発生するものと思料される。
図8(b)は、図8(a)に比べて切断クリアランスPを小さく設定して切断した切断ラインを示す。切断に伴う曲げモーメントの発生が抑制された結果、だれ領域が大幅に狭められ、リード2間の周縁樹脂部5aに生ずるクラックの発生も可及的に抑えることができるものと判明した。実験では切断クリアランスPを1μm狭めることによって、だれ領域が5μm狭められることが判明している。
【0027】
上述した半導体パッケージの製造装置及び製造方法によれば、樹脂封止部5の周縁部で切断される切断ライン直下のリード2、吊りリード8及び周縁樹脂部5aが切断支持部11に支持されているので、切断荷重が樹脂封止部5に作用してクラックの原因となる曲応力に転ずることを防ぎ、吊りリード8とリード2間やリード2間の周縁樹脂部5aにクラックが発生するのを防止できる。
また、樹脂封止部5の周縁部に延設されたリード2及び吊りリード8(外装めっき12部)をパンチ10により押込んで切断支持部11上で周縁樹脂部5aと面一に押し潰してから切断することにより、切断荷重が曲応力に転ずる領域を切断ライン直下の最小限に抑え、樹脂封止部5のX−Y方向のリード2とリード2間及び吊りリード8とリード2間の周縁樹脂部5aにクラックが生ずるのを防止できる。
また、パンチ10とダイ9を相対的に移動させてパンチ10を実装面側から押込んでリード及び周縁樹脂部が切断されるので、リードフレーム7の加工や搬送途中で抜きかすや異物が実装面に付着してリード2が傷付くのを防止できる。また、リード2の実装面側がだれ面となることにより、半導体パッケージを基板実装する際のはんだぬれ性を高めて接続信頼性を向上させることができる。
また、パンチ10の先端部には切断ラインL直上部から水平方向へ離間するにしたがって逃げ角が5度以上となる逃げが形成されているので、切断荷重入力を切断ラインL真上のみに限定し、発生する曲応力を最小限に抑えることで樹脂封止部5にクラックを生ずることなく切断することができる。
また、パンチ10とダイ9との切断クリアランスPは10μm以下の範囲で可能な限り小さく設定することで、切断ラインL周辺に発生する曲げモーメント影響下のだれ領域を狭めて切断品質を向上させることができる。
また、パンチ10の移動をガイドするパンチガイド13が、樹脂封止部5に対応する実装面側のフレーム面に接触せずにリードフレーム7をダイ9に押接させるので、パンチガイド13の研磨目がリード2の実装面に転写されたり、パンチガイド13に付着した切断かすやめっきかすがリード2の実装面に転写されたりしてパッケージ実装面の品質が低下することを防止することができる。
【0028】
以上本発明の好適な実施例について種々述べてきたが、半導体パッケージの製造方法は上述した実施例に限定されるのではなく、例えばリード2及び吊りリード8の板厚tや切断支持部11の幅lの値は許容範囲で任意に設定できる。また、外装めっき12も通常のはんだめっきに限らず、鉛フリーはんだめっき、パラジウムめっきなど様々なめっき材料に対しても有効である。また、リードフレーム7は、樹脂封止部5を下側にして切断金型にセットしたが、パンチ10とダイ9の配置を入れ替えれば、樹脂封止部5を上側にしてセットしてもよいなど、発明の精神を逸脱しない範囲で多くの改変を施し得るのはもちろんである。
【0029】
【発明の効果】
本発明に係る半導体パッケージ製造方法によれば、樹脂封止部の周縁部で切断される切断ライン直下のリード及び周縁樹脂部が切断支持部に支持されて切断されるので、切断荷重が樹脂封止部に作用してクラックの原因となる曲応力に転ずることを防ぎ、吊りリードとリード間やリードとリード間の周縁樹脂部にクラックが発生するのを防止できる。
また、樹脂封止部の周縁部より延設されたリードをパンチにより押込んで切断支持部上で周縁樹脂部と面一に押し潰してから切断することにより、切断荷重が曲応力に転ずる領域を切断ライン直下の最小限に抑え、樹脂封止部のX−Y方向及びコーナー部のリード間の周縁樹脂部にクラックが生ずるのを防止できる。
また、パンチとダイを相対的に移動させてパンチを実装面側から押込んでリード及び周縁樹脂部が切断されるので、リードフレームの加工や搬送途中で抜きかすや異物が実装面に付着してリードが傷付くのを防止でき、また、リードの実装面側がだれ面となることにより、半導体パッケージを基板実装する際のはんだぬれ性を高めて接続信頼性を向上させることができる。
また、パンチ先端部には切断ライン直上部から水平方向へ離間するにしたがって逃げ角が5度以上となる逃げが形成されているので、切断荷重入力を切断ラインL真上のみに限定し、発生する曲応力を最小限に抑えることで樹脂封止部にクラックを生ずることなく切断することができる。
また、パンチとダイとの切断クリアランスは10μm以下の範囲で可能な限り小さく設定することで、切断ライン周辺に発生する曲げモーメント影響下のだれ領域を狭めて切断品質を向上させることができる。
また、パンチの移動をガイドするパンチガイドが、樹脂封止部に対応する実装面側のフレーム面に接触せずにリードフレームをダイに押接させるので、パンチガイドの研磨目がリードの実装面に転写されたり、パンチガイドに付着した切断かすやめっきかすがリードの実装面に転写されたりしてパッケージ実装面の品質が低下することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】半導体パッケージの切断部分を示す断面説明図である。
【図2】図1の半導体パッケージの右側面図である。
【図3】図2の半導体パッケージの下面図である。
【図4】リード切断工程の拡大説明図である。
【図5】切断後の半導体パッケージの説明図である。
【図6】半導体パッケージの切断ラインの一例を示す説明図である。
【図7】吊りリード切断後及びX−Y方向のリード切断後の半導体パッケージの拡大説明図である。
【図8】半導体パッケージの切断クリアランスとだれ領域の関係を示す説明図である。
【図9】各種半導体パッケージの説明図である。
【図10】各種半導体パッケージの説明図である。
【図11】各種半導体パッケージの説明図である。
【図12】従来の製造方法の課題を示す説明図である。
【符号の説明】
1 ダイパッド
2 リード
3 半導体チップ
4 ボンディングワイヤ
5 樹脂封止部
5a 周縁樹脂部
6 ヒートシンク
7 リードフレーム
8 吊りリード
9 ダイ
9a ダイ孔
10 パンチ
11 切断支持部
12 外装めっき
13 パンチガイド
14、15、16 半導体パッケージ

Claims (4)

  1. リードフレームの片面に樹脂封止部が形成された半導体パッケージの当該樹脂封止部の周縁部でリード及び周縁樹脂部を切断する半導体パッケージの製造方法において、
    前記樹脂封止部の周縁部より延設されたリード及び周縁樹脂部のみが切断ライン直下に設けられた切断支持部に支持されるように前記リードフレームをダイにセットする工程と、
    前記切断支持部に交差して移動する際に樹脂封止部の周囲に延設されたリードをパンチにより押込んで切断支持部上で周縁樹脂部と面一に押し潰してからリード及び周縁樹脂部を切断して半導体パッケージを個片にする切断工程とを含むことを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
  2. 前記切断工程は、パンチとダイを相対的に移動させて樹脂封止部の周囲に延設されたリードの実装面側から切断することを特徴とする請求項1記載の半導体パッケージの製造方法。
  3. 前記切断工程は、樹脂封止部の対角線上をフレームまで延設された吊りリードのうち1対を切断する工程と、前記樹脂封止部の対向する各辺毎にリード及び周縁樹脂部を切断する工程と、残りの1対の吊りリードを切断する工程とに分けて行うことを特徴とする請求項1記載の半導体パッケージの製造方法。
  4. 前記切断工程は、樹脂封止部の周縁部より延設されたリード及び周縁樹脂部を切断ラインに沿って一回の切断動作で切断することを特徴とする請求項1記載の半導体パッケージの製造方法。
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