JP3680812B2

JP3680812B2 - 樹脂封止型半導体装置の製造方法

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Publication number: JP3680812B2
Application number: JP2002120597A
Authority: JP
Inventors: 直仁水野; 嘉治原田; 本田　　匡宏
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-04-23
Filing date: 2002-04-23
Publication date: 2005-08-10
Anticipated expiration: 2022-04-23
Also published as: JP2003318346A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートシンク、半導体素子およびリードフレームを樹脂で封止してなる樹脂封止型半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の樹脂封止型半導体装置の一般的な概略断面構成を図２に示す。このものは、ヒートシンク１０の一面側にダイボンド材３０等を介して半導体素子２０を搭載した後、半導体素子２０とリードフレーム４０とをワイヤ５０を介して電気的に接続し、続いて、これらヒートシンク１０、半導体素子２０、およびリードフレーム４０を封止用樹脂６０にて包み込むように封止してなる。
【０００３】
ここにおいて、従来では、ヒートシンク１０の表面を酸で処理して酸化するという、いわゆる黒化処理を行うことにより、ヒートシンク１０の表面上に黒化処理膜（酸化膜）７０を形成し、それにより、ヒートシンク１０と封止用樹脂（モールド樹脂）６０との密着性を良好なものとしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術においては、次の二つの問題点がある。一つは、ヒートシンク１０を黒化処理した後、このヒートシンク１０に対してリードフレーム４０をポリイミド等の接着材８０にて接合しているため、接着材８０が必要であり、その接着材８０を配設する手間がかかるなど、構造が複雑となり製造費が高くなるという問題がある。
【０００５】
ここで、ヒートシンク１０とリードフレーム４０との接合を比較的簡易なかしめ固定する構造とした場合、かしめ部においてヒートシンク１０の黒化処理膜７０が破壊し、ダストが発生するという問題がある。
【０００６】
二つ目は、ヒートシンク１０の全面に黒化処理を施しているため、ヒートシンク１０とリードフレーム４０との間では導通の保証が困難であり、リードフレーム４０を介してヒートシンク１０と半導体素子２０との間の導通をとる設計を採用することができないという問題である。そのため、設計上の制約が生じる。
【０００７】
さらに、このような樹脂封止型半導体装置は、リードフレーム４０のアウターリードにて、はんだを介して基板上に実装されるが、近年では、はんだの鉛フリー化対応のため、リフロー温度が上昇し、パッケージ信頼性の向上が望まれており、リードフレーム４０と樹脂６０との密着性も向上させたいという要求が強い。
【０００８】
そこで、本発明は上記問題に鑑み、半導体素子およびリードフレームとヒートシンクとの間の導通をとること、および、ヒートシンクおよびリードフレームと封止用樹脂との密着性を向上させることの両立を、簡易な構成にて実現することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、ヒートシンク（１０）と、このヒートシンクの一面側に搭載された半導体素子（２０）と、この半導体素子と電気的に接続されたリードフレーム（４０）と、ヒートシンク、半導体素子、およびリードフレームを包み込むように封止する封止用樹脂（６０）とを備える樹脂封止型半導体装置の製造方法であって、ヒートシンクおよびリードフレームとしてＣｕもしくはＣｕ合金からなるものを用い、ヒートシンクの表面のうち半導体素子の搭載領域、およびリードフレームの表面のうち半導体素子および外部との電気的接続部に、めっき処理を施すとともに、ヒートシンクおよびリードフレームを互いにかしめ固定して一体化した後、ヒートシンクおよびリードフレームの表面のうちめっき処理が施されていない部位に、めっき処理にて形成されためっき膜（１１、４１）をマスクとして封止用樹脂との密着性を高める黒化処理を施すことを特徴とする。
【００１０】
それによれば、ヒートシンクとリードフレームとが、簡易なかしめにより固定されているため、かしめ部（４０ｂ）を介してリードフレームとヒートシンクとの間の導通をとることができる。
【００１１】
また、ヒートシンクの表面のうち半導体素子の搭載領域、およびリードフレームの表面のうち半導体素子および外部との電気的接続部には、めっき膜が形成されており、このめっき膜表面には、上記黒化処理膜のような封止用樹脂との密着性を高める処理が施されていない。そのため、このめっき膜を介して、半導体素子とリードフレームとの間の導通、および半導体素子とヒートシンクとの間の導通をとることができる。
【００１２】
また、ヒートシンクおよびリードフレームの表面のうちめっき膜が形成されていない部位には、封止用樹脂との密着性を高める黒化処理が施されている。つまり、ヒートシンクおよびリードフレームの表面のうち電気的な導通が必要な部分を除き、封止用樹脂と接触する大部分に、封止用樹脂との密着性を高める黒化処理が施された形となる。
【００１３】
本発明では、ヒートシンクおよびリードフレームの表面の所望部分にめっき膜を形成し、ヒートシンクとリードフレームとをかしめ固定した後、封止用樹脂との密着性を高める黒化処理を行っている。このように、かしめ固定を行う工程を、黒化処理を行う工程の前に行っているため、かしめ部においてヒートシンクの黒化処理膜が破壊し、ダストが発生するという問題が生じない。また、めっき膜をマスクとして所望部位に黒化処理を形成しているから、簡易に黒化処理膜を形成でき、製造コストが安価である。
【００１４】
したがって、本発明によれば、半導体素子およびリードフレームとヒートシンクとの間の導通をとること、および、ヒートシンクおよびリードフレームと封止用樹脂との密着性を向上させることの両立を、簡易な構成にて実現できる樹脂封止型半導体装置の製造方法を提供することができる。
【００２５】
また、請求項２に記載の発明では、めっき処理を、Ａｇめっき、Ａｕめっき、Ｎｉめっき、Ｐｄめっき、ＰｔめっきおよびＳｎ系めっきのいずれかより選択されためっき、またはこれらのめっきを２層以上含むめっき層として行うことを特徴とする。
【００２７】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図１は本発明の実施形態に係る樹脂封止型半導体装置Ｓ１の構成図である。この樹脂封止型半導体装置Ｓ１は、リードフレーム４０のうち樹脂６０から露出したアウターリードにて、図示しない基板にはんだ等を介して実装されるものである。
【００２９】
ここで、図１において、（ａ）は封止用樹脂６０の一部を透視して示す一部透視平面図であり、透視部分において樹脂６０の外形は破線にて示してある。また、図１において（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ線に沿った概略断面図であり、（ｃ）は（ａ）中のＢ−Ｂ線に沿った概略断面図である。
【００３０】
ヒートシンク１０は、ＣｕもしくはＣｕ合金を用いた矩形板状をなすものである。ヒートシンク１０の一面側には、半導体素子としてのシリコン基板等からなるＩＣチップ２０が搭載され、ヒートシンク１０とＩＣチップ２０とは、はんだや導電性接着剤等のダイボンド材３０を介して接着固定されている。
【００３１】
ここで、ヒートシンク１０の一面におけるＩＣチップ２０の搭載領域（半導体素子の搭載領域）、およびヒートシンク１０の他面における上記基板への接続部には、Ａｇめっき等からなるめっき膜１１が形成されている。そして、このＡｇめっき膜１１において、ヒートシンク１０とＩＣチップ２０とはダイボンド材３０を介して接着されている。
【００３２】
また、ヒートシンク１０の周囲には、ＣｕもしくはＣｕ合金等からなるリードフレーム４０が複数本配置されており、ＩＣチップ２０とリードフレーム４０とは金やアルミ等からなるワイヤ５０によって結線され電気的に接続されている。
【００３３】
ここで、リードフレーム４０のうち、ＩＣチップ２０との電気的接続部すなわちワイヤ５０が接続される面、および、外部（基板）との電気的接続であるアウターリードの表面には、Ａｇめっき等からなるめっき膜４１が形成されている。そして、このめっき膜４１にワイヤ５０がボンディングされている。また、アウターリードは、このめっき膜４１を介して上記基板と電気的に接続される。
【００３４】
また、リードフレーム４０のうちの一部４０ａがヒートシンク１０にかしめられることによりかしめ部４０ｂが形成されている。このかしめ部４０ｂにより、樹脂モールド前の各リードフレーム４０がフレーム部やタイバーで一体に連結された状態において、リードフレーム４０とヒートシンク１０とは一体にかしめ固定されたものとなる。
【００３５】
また、ヒートシンク１０およびリードフレーム４０の表面のうちめっき膜１１、４１が形成されていない部位には、封止用樹脂６０との密着性を高める処理として黒化処理が施されており、それにより形成された黒化処理膜７０が形成されている。この黒化処理膜７０はＣｕの酸化膜からなる。
【００３６】
そして、封止用樹脂６０は、ヒートシンク１０の他面側を露出させつつヒートシンク１０、ＩＣチップ２０、リードフレーム４０およびワイヤ５０を包み込むように封止している。ここで、封止用樹脂６０はエポキシ系樹脂等からなり、さらに熱膨張係数を調整する等のためにシリカ等からなるフィラーが含有されたものである。
【００３７】
次に、図１に示す構成に基づき、本実施形態の樹脂封止型半導体装置Ｓ１の製造方法について述べる。まず、プレス加工やエッチング加工等により形成されたヒートシンク１０およびリードフレーム４０を用意する。このリードフレーム４０は、フレーム部やタイバーで一体に連結された状態のものである。
【００３８】
次に、ヒートシンク１０の表面のうち半導体素子の搭載領域、およびリードフレーム４０の表面のうち半導体素子および外部との電気的接続部に、めっき処理を施す（めっき処理工程）。
【００３９】
すなわち、ヒートシンク１０の一面におけるＩＣチップ２０の搭載領域およびヒートシンク１０の他面における上記基板への接続部、リードフレーム４０のうちワイヤ５０が接続される面およびアウターリードの表面に、Ａｇめっき処理等を行い、上記めっき膜１１、４１を形成する。
【００４０】
次に、ヒートシンク１０とリードフレーム４０とを互いにかしめ固定して一体化する（かしめ工程）。すなわち、リードフレーム４０のうちかしめ固定される部位４０ａに対して、ヒートシンク１０をかしめる。具体的には、ヒートシンク１０側に突起を設け、この突起をリードフレーム４０ａ側の穴に挿入し、この突起をかしめて潰すことによりかしめ部４０ｂを形成する。
【００４１】
こうして、ヒートシンク１０およびリードフレーム４０の表面にめっき膜１１、４１が形成されるとともに、ヒートシンク１０およびリードフレーム４０がかしめ固定されて一体化された一体化部材が形成される。なお、上記とは反対に、かしめ工程を先に行い、次にめっき処理工程を行っても良い。
【００４２】
次に、上記一体化部材におけるヒートシンク１０およびリードフレーム４０の表面のうちめっき処理が施されていない部位、すなわちめっき膜１１、４１が形成されていない部位に、めっき膜１１、４１をマスクとして封止用樹脂６０との密着性を高める処理を施す（密着性向上処理工程）。
【００４３】
本例では、黒化処理を施す。この黒化処理は、具体的には、亜塩素酸ナトリウムとりん酸ナトリウムと水酸化ナトリウムとの混合液を使用して、１００℃、５分程度の条件で処理を行う。これにより、Ｃｕの酸化膜からなる黒化処理膜７０が形成される。
【００４４】
この密着性向上処理工程の後、ヒートシンク１０の一面側にダイボンド材３０を介してＩＣチップ２０を搭載して接着固定し、続いて、ワイヤボンディング等を行うことによりワイヤ５０を形成し、ＩＣチップ２０とリードフレーム４０とを結線する。
【００４５】
その後、金型内にワークをセットし、封止用樹脂６０を注入し硬化させることにより、封止用樹脂６０による封止構造が形成される。その後、リードフレーム４０の成形、カットを行うことにより、本実施形態の樹脂封止型半導体装置Ｓ１が完成する。
【００４６】
ところで、本実施形態によれば、ヒートシンク１０とリードフレーム４０とが、簡易なかしめにより固定されているため、かしめ部４０ｂを介してリードフレーム４０とヒートシンク１０との間の導通をとることができる。
【００４７】
また、かしめ工程は、上記密着性向上処理工程の前に行うため、かしめ部においてヒートシンクの黒化処理膜が破壊し、ダストが発生するという問題はそもそも生じない。そして、めっき膜１１、４１をマスクとして所望部位に黒化処理膜７０を形成できることから、簡単な構成で簡便に黒化処理膜７０を形成でき、製造コストが安価である。
【００４８】
そして、図１に示すように、リードフレーム４０のうちヒートシンク１０とかしめ固定されたかしめ部４０ｂを有する部位４０ａが、ＩＣチップ２０とワイヤ５０を介して電気的に接続されている。そのため、ワイヤ５０、リードフレーム４０ａおよびかしめ部４０ｂを介して、ヒートシンク１０とＩＣチップ２０との間の導通をとることが容易にできる。
【００４９】
また、ヒートシンク１０の表面のうちＩＣチップ２０の搭載領域、およびリードフレーム４０の表面のうちワイヤ５０との接続部（ＩＣチップ２０との電気的接続部）およびアウターリード（外部との電気的接続部）には、めっき膜１１、４１が形成されており、このめっき膜１１、４１表面には、上記黒化処理膜７０が形成されない。
【００５０】
そのため、このめっき膜１１、４１を介して、ＩＣチップ２０とリードフレーム４０との間の導通、およびＩＣチップ２０とヒートシンク１０との間の導通をとることが容易にできる。
【００５１】
また、ヒートシンク１０およびリードフレーム４０の表面のうちめっき膜１１、４１が形成されていない部位には、封止用樹脂６０との密着性を高める処理が施され黒化処理膜７０が形成されている。つまり、ヒートシンク１０およびリードフレーム４０の表面のうち電気的な導通が必要な部分を除き、封止用樹脂６０と接触する大部分に、封止用樹脂６０との密着性を高める処理が施された形となっている。
【００５２】
そして、このような本実施形態の樹脂封止型半導体装置Ｓ１は、上記した製造方法に述べたように、かしめやめっきといった簡易な手法により製造することができ、また、構成の複雑化も抑制されている。
【００５３】
したがって、本実施形態によれば、樹脂封止型半導体装置Ｓ１において、ＩＣチップ２０およびリードフレーム４０とヒートシンク１０との間の導通をとること、および、ヒートシンク１０およびリードフレーム４０と封止用樹脂６０との密着性を向上させることの両立を、簡易な構成にて実現することができる。
【００５４】
そして、ＩＣチップ２０およびリードフレーム４０とヒートシンク１０との間の導通をとることができることから、設計上の自由度が増加する。また、ヒートシンク１０およびリードフレーム４０と封止用樹脂６０との密着性を向上できるから、装置Ｓ１のリフロー耐熱性を向上させることができる。
【００５５】
また、本実施形態では、リードフレーム４０のアウターリードやヒートシンク１０の他面といった外部との電気的接続部すなわち樹脂封止型半導体装置における端子部にも、めっき膜１１、４１を予め形成した後、黒化処理を行っている。
【００５６】
もし、これら端子部にめっき膜１１、４１を形成せずに黒化処理を行うと、例えば、黒化処理膜の剥離→はんだめっき形成といった端子部の処理が必要となるが、本実施形態ではそのような端子部の処理が不要となり、大幅なコストダウンが図れる。
【００５７】
（他の実施形態）
なお、封止用樹脂６０との密着性を高める処理としては、上記黒化処理に限定されるものではなく、めっき膜１１、４１をマスクとして処理できるものであればよい。例えば、Ｃｕからなるヒートシンク１０やリードフレーム４０を大気中で酸化させる処理方法を採用しても良い。
【００５８】
また、めっき膜１１、４１としては、Ａｇめっき以外のめっきとして、封止用樹脂との密着性を高める処理においてマスクとなることができ且つワイヤボンディング可能なＡｕめっき、Ｎｉめっき、Ｐｄめっき、Ｐｔめっき、Ｓｎ系めっき等、またはこれらのめっきを２層以上含むめっき層が使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の実施形態に係る樹脂封止型半導体装置の一部透視平面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ線に沿った概略断面図、（ｃ）は（ａ）中のＢ−Ｂ線に沿った概略断面図である。
【図２】従来の樹脂封止型半導体装置の一般的な概略断面図である。
【符号の説明】
１０…ヒートシンク、１１、４１…めっき膜、２０…ＩＣチップ、
４０…リードフレーム、
４０ａ…リードフレームのうちヒートシンクとかしめ固定された部位、
６０…封止用樹脂。

Claims

ヒートシンク（１０）と、
このヒートシンクの一面側に搭載された半導体素子（２０）と、
この半導体素子と電気的に接続されたリードフレーム（４０）と、
前記ヒートシンク、前記半導体素子、および前記リードフレームを包み込むよ
うに封止する封止用樹脂（６０）とを備える樹脂封止型半導体装置の製造方法であって、
前記ヒートシンクおよび前記リードフレームとしてＣｕもしくはＣｕ合金からなるものを用い、
前記ヒートシンクの表面のうち前記半導体素子の搭載領域、および前記リードフレームの表面のうち前記半導体素子および外部との電気的接続部に、めっき処理を施すとともに、前記ヒートシンクおよび前記リードフレームを互いにかしめ固定して一体化した後、
前記ヒートシンクおよび前記リードフレームの表面のうち前記めっき処理が施されていない部位に、前記めっき処理にて形成されためっき膜（１１、４１）をマスクとして前記封止用樹脂との密着性を高める黒化処理を施すことを特徴とする樹脂封止型半導体装置の製造方法。
前記めっき処理を、Ａｇめっき、Ａｕめっき、Ｎｉめっき、Ｐｄめっき、ＰｔめっきおよびＳｎ系めっきのいずれか、またはこれらめっきを二つ以上含むめっき層より選択されためっきとして行うことを特徴とする請求項１に記載の樹脂封止型半導体装置の製造方法。