JP3877732B2 - リードフレームおよびそれを用いた半導体装置およびその半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、一括成型工法により製造されるアンテナを有する半導体装置に用いられるリードフレームと、それを用いた半導体装置、その半導体装置の製造方法に関するものである。

アンテナを有する半導体装置は、各種物品に装着され、半導体装置に備えられた半導体素子と外部の電子機器との間で無線によりデータの入出力を行う用途に用いられる。例えば、物品の流通過程において、取扱う個々の物品情報を管理するために、物品自体あるいは物品の箱に半導体装置を貼付し、半導体素子に記憶されたデータ等を送受信装置によって読取るシステムが知られている。あるいは、各種機器を構成する機能要素部材に半導体装置を貼付し、半導体素子に記憶された機能要素部材に関する個別の情報を利用して、その機能要素部材の使用管理に使用する例も知られている。

従来、同機能の半導体装置を構成するためには、半導体素子が搭載されたプリント基板などに別途アンテナを接続して、封止樹脂により封止する必要があった。
しかし上記のような半導体装置では、部品点数が多い上に、別途アンテナを接続する工程、また封止する際にアンテナを保持する構造が必要となり、一般的な半導体製造工程では製造が困難である。これに対処すべく、図１０に示すように、アンテナ３１を一体に備えたリードフレーム３０を用いた半導体装置が考案されている。

すなわち、図１０は従来の半導体装置の平面図であり、リードフレーム３０に螺旋形状のアンテナ３１と半導体素子搭載部３２とが備えられている。また、半導体素子３３がダイボンド材（図示せず）を介して半導体素子搭載部３２に搭載されている。上記半導体素子３３の内部回路（図示せず）とアンテナ３１の内周端３１ａならびに外周端３１ｂとは、それぞれ金属ワイヤ３４によって接続されている。上記リードフレーム３０とアンテナ３１と半導体素子３３とは封止樹脂３５により封止されたのち、リードフレーム３０の封止された領域以外の箇所を除去し、これによりアンテナ３１を有する半導体装置が製造される。また、図１０における３６はリードフレーム３０の枠で、このリードフレーム３０の枠３６は、組立工程中の取り扱いに耐えるだけのリードフレーム強度を保つために設けられ、封止工程後に除去される。

なお、上記のようにリードフレームを用いてアンテナを有する半導体装置用のパッケージが、例えば、下記の特許文献１に開示されている。
特開２０００−１２４３８８号公報

しかしながら図１０に示した従来の半導体装置では、組立工程中の取り扱いに耐えるだけのリードフレーム強度を保つための枠３６などの、封止された領域以外の箇所を除去して製品を製造する構造であるため、リードフレーム３０の単位面積あたりの製品取れ数が少ないという課題があった。

本発明は上記課題を解決するもので、リードフレームにおける単位面積あたりの半導体装置の取れ数を多くでき、製造効率を上げることで安価に半導体装置を生産できるリードフレーム、半導体装置、半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明のリードフレームは、アンテナを有する半導体装置用として用いられるリードフレームであって、複数列の半導体装置となるパターンが形成され、半導体素子を搭載する搭載部と、開口窓部を介して前記搭載部を囲むように設けられ、前記半導体装置が形成される領域を区分する枠とを有し、前記枠に切断経路が設けられ、前記枠の、前記開口窓部と前記切断経路との間の部分がアンテナとして用いられる。これにより、枠における切断経路に沿って切断した際に、吊りリードも切断されて搭載部がアンテナとなる部分から電気的に分離され、この後、搭載部とアンテナとを電気的に分離させる作業を個別に行わなくても済み、製造効率を上げることができる。

また、本発明のリードフレームは、枠における切断経路となる部分に、溝またはスリットなどの切欠部が設けられていることを特徴とし、これにより、溝やスリットなどの切欠部が設けられていないものと比較して、枠の切断体積を減少させることができ、切断作業の容易化を図ることができるとともに切断手段の刃への金属素材のへばりつきや刃の磨耗などを低減できる。

また、本発明のリードフレームは、リードフレームの樹脂封止を行わない面に、封止樹脂の流れ込みを阻止するテープを貼り付けたことを特徴とする。
また、本発明の半導体装置は、前記リードフレームを用いて搭載部に半導体素子が搭載された半導体チップが封止樹脂で封止され、半導体装置の側面にアンテナの切断面が露出されたことを特徴とし、これにより、アンテナが封止樹脂などで覆われたものと比較して、性能が向上する。

また、本発明の半導体装置の製造方法は、前記リードフレームを用いて半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、半導体素子をリードフレームの搭載部に固着させる固着（ダイスボンド）工程と、半導体素子の入出力用電極とアンテナとを金属ワイヤで電気的に接合させるワイヤボンド工程と、金型の１キャビティーで複数の半導体装置を一括して樹脂封止する一括封止工程と、切断手段で個々の半導体装置に切断、分割する切断分割（ダイシング）工程とを有することを特徴とする。

本発明によれば、枠の少なくとも一部をアンテナとして用いるように構成しているので、リードフレームにおける単位面積あたりの半導体装置の取れ数が多くなり、製造効率を上げることができ、アンテナを内蔵した半導体装置を安価に供給できる。また、半導体装置の外周に配置される枠部分をアンテナとして用いるとともにこのアンテナが外部に露出しているので、半導体装置自体をコンパクトに形成しながら、広い面積にわたって配置できる性能のよいアンテナを得ることができる利点もある。

以下に、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態を、図１〜図７を用いて説明する。

図１（ａ）および（ｂ）は第１の実施の形態に係るリードフレームの平面図および正面図、図２（ａ）〜（ｃ）は同リードフレームを用いて製造した半導体装置の平面図、正面図および下面図である。なお、図面において見分けやすくするために、封止樹脂によるモールド箇所を灰色のハッチング部で示している。

まず、図２（ａ）〜（ｃ）を参照しながら、本発明に係るリードフレーム１（図１参照）を用いて製造する半導体装置について説明する。図２に示すように、半導体装置は、半導体素子６と、この半導体素子６を搭載するリードフレーム１の搭載部２と、半導体装置の完成時にアンテナ１２となる部分と、アンテナ１２の両端のワイヤボンド部１２ａと半導体素子６の入出力用電極とを電気的に接続する金属ワイヤ７と、半導体素子６などを封止する封止樹脂８などから構成されている。

図１（ａ）、（ｂ）における１は銅板などの金属板を打ち抜いたり、エッチングしたりして形成したリードフレームであり、このリードフレーム１には、縦方向と横方向の何れか一方向または両方向に複数列の半導体装置となるパターンが配置されている。ここで、図１に示す場合には、１枚のリードフレーム１に、縦横それぞれ２列の半導体装置となるパターンが設けられている。リードフレーム１の各パターンは、半導体素子６を搭載する島状の搭載部２と、搭載部２の周りの空間である開口窓部４を介して搭載部２を外側から所定間隔をあけて囲むように設けられ、半導体装置が形成される領域を区分する矩形状の枠３と、搭載部２から枠３の一辺（図１（ａ）においては、表示面に対して下方となる辺）に向けて延びて搭載部２を枠３に物理的に繋げて保持する吊りリード５とを有している。また、枠３における吊りリード５が繋がっている箇所の両側方部分から、所定間隙をあけてそれぞれ搭載部２に近接するように延びるリード部３ａが形成されているが、このリード部３ａと吊りリード５との間の凹形状の空隙部（開口窓部４に続く空隙部分）４ａは、枠３側に食い込むように深く形成されている。

枠３は、組立工程での取り扱いに耐えるに必要な強度を有すると同時に、製品完成時には製品（半導体装置）のアンテナ１２として機能する。なお、理解しやすいように、図１（ａ）における右上の半導体装置に対応する箇所のアンテナ１２となる位置のみ図示する。また、後述するが、枠３における前記リード部３ａはアンテナ１２の一部として機能し、さらにリード部３ａの先端が、金属ワイヤ７の一端が接続されるワイヤボンド部１２ａとして機能する。

次に、このリードフレーム１を用いてアンテナ１２を有する半導体装置を製造する各工程について説明する。
まず、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、リードフレーム１の搭載部２に半導体素子６をダイスボンド（固着）する（固着（ダイスボンド）工程）。

次に、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、ダイスボンド後に、半導体素子６の内部回路との入出力用電極とアンテナ１２のワイヤボンド部１２ａ（リード部３ａの先端）を結ぶ金属ワイヤ７をワイヤボンドして電気的に接合させる（ワイヤボンド工程）。

そして、ワイヤボンド後に、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、金型の１キャビティーで複数の半導体装置を封止樹脂８で一括封止する（一括封止工程）。ここで、図５は封止した状態を示すもので波線内が樹脂封止された領域である。実際には、封止樹脂８は不透明であるので、半導体素子６等の中身は見えない。なお、この一括封止は半導体素子６を側のみ行う片面封止であってもよいし、リードフレーム１を上下から挟み込む形での両面封止であってもよい。図５において片面封止の状態を示す。この樹脂封止により半導体装置の内部は樹脂により固定される。

最後に、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、切断手段としてのダイシングソー９で個々の半導体装置に切断、分割する（切断分割（ダイシング）工程）。なお、半導体装置は樹脂により固定されているので、この切断分割で切断されても封止樹脂内部の構造物は固定された状態で保持される。

ここで、前記リードフレーム１の枠３の幅は、ダイシングソー９の刃の厚みよりも大きく形成されており、図６に示すように、個々の半導体装置において、開口窓部４の周りに枠３が所定幅で残るように切断する。ここで、図６における１０は、ダイシングソー９による切断経路であり、前記所定幅で残った枠３の部分、すなわち、枠３における開口窓部４と切断経路１０との間の部分がアンテナ１２として用いられる。このように、切断はダイシングソー９の刃の厚み分が除去される状態で行われ、この刃の厚みは個々の半導体装置における枠３の幅以下なので枠３における残った部分が半導体装置の中にアンテナ１２として取り込まれる。

また、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、搭載部２を枠３に繋げる吊りリード５の一部が切断経路１０に重なるように形成されており、半導体装置に切断、分割する作業により、吊りリード５が枠３に繋がっている部分も切断されて搭載部２がアンテナ１２となる部分から電気的に分離される。したがって、ダイシング後の完成時には半導体装置としてアンテナ１２とチップ裏面が絶縁状態となった半導体装置が提供されることになる。なお、図６（ｂ）、（ｃ）における１１は、半導体装置が載せられる切断用載置台である。

ここで、図７（ａ）、（ｂ）に比較例としてのリードフレーム１３を示す。このリードフレーム１３では、枠３とアンテナ１２とが別個に設けられており、アンテナ１２および搭載部２が、枠３から延びる吊りリード１６で保持されている。そして、枠３および吊りリード１６を切断するように、ダイシングソー９により切断、分割される。なお、図７（ａ）、（ｂ）における１４はダイシングソー９による切断経路であり、枠３の幅は本実施の形態の枠３と同じ大きさで示している。

本発明の実施の形態に係るリードフレーム１によれば、リードフレーム１の枠３の一部をアンテナ１２として共用するので、図７に示すような、枠３とアンテナ１２とをそれぞれ別個に設けたリードフレーム１３と比較して、後工程で除去する部分が少なくなって、リードフレーム１における単位面積あたりの半導体装置の取れ数が多くなり、製造効率を上げることができる。

また、図７に示す場合であれば、４つの半導体装置を得るために、８つの切断経路１４の切削作業が必要となるが、これと比較して本実施の形態では６つの切断経路１１の切削作業だけで済む。すなわち、２つの半導体装置間の切断を、図７に示す比較例では２つの切断経路１４が必要であるが、これに対して、本実施の形態では１の切断経路１１で行うことができる。これにより、切断分割工程を能率良く、短時間で行える。

また、樹脂でリードフレーム１の片面のみを封止した場合には半導体装置を切断して各半導体装置に分割すると、枠３（アンテナ１２）の切断面が必ず露出するので、アンテナが封止樹脂などで覆われたものと比較して、性能が向上する利点もある。

さらに、本実施の形態のリードフレーム１によれば、リード部３ａと吊りリード５との間の凹形状の空隙部４ａを枠３側に食い込むように深く形成して、搭載部２を枠３に繋げる吊りリード５の一部が切断経路１０に重なるようにしたので、枠３における切断経路１０に沿って切断した際に、吊りリード５も切断されて搭載部２がアンテナ１２となる部分から電気的に分離される。したがって、この後、搭載部２とアンテナ１２とを電気的に分離させる作業を個別に行わなくても済み、製造効率を上げることができる。
（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態を、図８を用いて説明する。

図８（ａ）および（ｂ）は第２の実施の形態に係るリードフレームの平面図および正面図である。この実施の形態では、リードフレーム１の枠３における切断経路１０の一部に切欠孔または薄肉部からなる切欠部１５が設けられている。この切欠部１５は、薄肉部からなる溝で構成してもよいし、完全に打ち抜いたり、エッチングしたりして形成したスリットで構成してもよく、その形状も長方形状に限るものではない。

この構成によれば、ダイシングし難い金属部分が少なくなり、ダイシングによる切断作業を容易にすることができる。つまり、リードフレーム１は金属としては柔らかく塑性がある銅素材が用いられるため、ダイシングソー９の刃に銅素材がへばり付いて切れ味を悪くする。したがって、切断する金属は少ない方が望ましい。上記構成によれば、枠３における切断経路１０に溝やスリットなどの切欠部１５が設けられていないものと比較して、枠３の切断体積を減少させることができるので、切断作業の容易化を図ることができるとともにダイシングソー９の刃への銅素材のへばりつきや刃の磨耗などを低減できる。
（実施の形態３）
本発明の第３の実施の形態を、図９を用いて説明する。

図９（ａ）および（ｂ）は第３の実施の形態に係るリードフレームの平面図および正面図である。この実施の形態は、樹脂封止工程時に片面のみが樹脂封止される半導体装置に適用されるものであり、リードフレーム１の上側半分のみを封止する際に、アンテナ１２や半導体素子６の搭載部２の裏面側に封止樹脂８が漏れて樹脂バリが付着するのを防止するために、耐熱性を有する、例えばポリイミドのテープ１８をリードフレーム１の裏面全面に貼り付けている。なお、図９において、区別しやすいように、テープ１８が見える箇所をハッチング部で示す。

このように、片面のみ樹脂封止を行う場合に、リードフレーム１の裏面（半導体素子６の搭載面２の逆面）に一括封止時の熱（約１８０℃）に耐えるテープ１８を貼り付けることで、封止樹脂８がリードフレーム１の裏面に回り込んで樹脂バリとなることを防止でき、半導体装置としての製品の品質を向上させることができる。

なお、この耐熱性を有するテープ１８はダイシング前に剥がしてもよい。また、剥がさずに封止樹脂８と一緒にダイシング工程で切断して、製品の一部としてもよい。
なお、上記実施の形態では、１枚のリードフレーム１に、縦横それぞれ２列の半導体装置となるパターンが配置されている場合を述べたが、これに限るものではなく、リードフレーム１における縦方向および横方向に半導体装置のパターンが何個並べられていてもよく、図１０に示すように、長尺のテープ形状からなるリードフレームに適用することも可能である。また、アンテナ１２や搭載部２の形状は上記形状に限られるものではないが、アンテナ１２を半導体装置の外周に臨むように形成させることにより、半導体装置自体をコンパクトに形成しながら、広い面積にわたって配置できる性能のよいアンテナ１２を得ることができる利点もある。また、上記実施の形態では、封止工程においてリードフレーム１全体を一括して封止する場合を述べ、この場合には、生産能率が向上する利点があるが、これに限るものではなく、それぞれの半導体装置の領域ごとに封止することも可能である。さらに、上記実施の形態では、切断手段としてダイシングソー９を用いた場合を述べたが、これ以外の切断手段を用いることも可能である。

本発明はアンテナを内蔵する半導体装置組立部材用のリードフレームとして特に有用である。

（ａ）および（ｂ）は本発明の第１の実施の形態に係るリードフレームの平面図および正面図 （ａ）〜（ｃ）は同リードフレームを用いて製造した半導体装置の平面図、正面図および下面図（下方から見た図） なお、封止樹脂のモールドを灰色のハッチング部で示し、実際の封止部は内部が見えないがこの図では内部を示している。 （ａ）および（ｂ）は同実施の形態におけるダイスボンド後のリードフレームの状態を示す平面図および正面図 （ａ）および（ｂ）は同実施の形態におけるワイヤボンド後のリードフレームの状態を示す平面図および正面図 （ａ）および（ｂ）は同実施の形態における一括封止後のリードフレームの状態を示す平面図および正面図（なお、封止樹脂のモールドを灰色のハッチング部で示し、実際の封止部は内部が見えないがこの図では内部を示している。） （ａ）〜（ｃ）は同実施の形態におけるダイシングしているリードフレームの状態を示す平面図、正面図および側面図（なお、封止樹脂のモールドを灰色のハッチング部で示し、実際の封止部は内部が見えないがこの図では内部を示している。） （ａ）および（ｂ）は比較例としての、強度を保つ枠とアンテナとを分離して設計したリードフレームの平面図および正面図 （ａ）および（ｂ）は本発明の第２の実施の形態に係るリードフレームの平面図および正面図 （ａ）および（ｂ）は本発明の第３の実施の形態に係るリードフレームの平面図および正面図 従来の半導体装置の平面図

符号の説明

１ リードフレーム
２ 搭載部
３ 枠
４ 開口窓部
５ 吊りリード
６ 半導体素子
７ 金属ワイヤ
８ 封止樹脂
９ ダイシングソー（切断手段）
１０ 切断経路
１２ アンテナ
１２ａ ワイヤボンド部
１５ 切欠部
１８ テープ

Claims (6)

1. アンテナを有する半導体装置用として用いられるリードフレームであって、
   複数列の半導体装置となるパターンが形成され、
   半導体素子を搭載する搭載部と、
   開口窓部を介して前記搭載部を囲むように設けられ、前記半導体装置が形成される領域を区分する枠とを有し、
   前記枠に切断経路が設けられ、前記枠の、前記開口窓部と前記切断経路との間の部分がアンテナとして用いられるように構成されているリードフレーム。
2. 搭載部を枠に繋げる吊りリードの一部が切断経路に重なるように形成されている請求項１記載のリードフレーム。
3. 枠における切断経路となる部分に切欠部が設けられている請求項１または２に記載のリードフレーム。
4. リードフレームの樹脂封止を行わない面に、封止樹脂の流れ込みを阻止するテープを貼り付けた請求項１〜３の何れか１項に記載のリードフレーム。
5. 半導体素子と、
   前記半導体素子を搭載する搭載部と、
   開口窓部を介して前記搭載部を囲むように設けられたアンテナ部と、
   前記半導体素子をリードフレームの前記搭載部に搭載してなる半導体チップを封止した封止樹脂とから構成され、
   封止工程後に前記リードフレームの切断される切断経路と前記開口部との間の部分が前記アンテナ部として前記封止樹脂の側面に露出した半導体装置。
6. 半導体素子を搭載する搭載部と、
   開口窓部を介して前記搭載部を囲むように設けられ、半導体装置が形成される領域を区分する枠と、
   前記枠に設けられた切断経路とからなる構成を半導体装置単位とし、
   前記半導体装置単位が複数個設けられたリードフレームを準備する工程と、
   前記半導体素子を前記搭載部に固着させる固着工程と、前記枠の、前記開口窓部と前記切断経路との間の部分と、前記半導体素子の入出力用電極とを金属ワイヤで電気的に接合するワイヤボンド工程と、複数の前記半導体素子を一括して樹脂封止して封止体を形成する一括封止工程と、前記封止体を前記半導体素子ごとに分割する切断分割工程とを有する半導体装置の製造方法。

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