JP3914415B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に、リードフレームまたは配線基板の共通化に適用して有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
特開平6−216303号公報(U.S.Patent No.5,637,913)には、ダイパッド3と、インナーリード部5aおよびアウターリード部5bからなるリード5を有するリードフレーム1と、前記リードフレーム1上に塔載された半導体チップを有する半導体装置において、前記ダイパッド3の大きさを半導体チップよりも小さくする(以降、この構造を小タブ構造という)ことによって、従来タブのサイズによって塔載できるチップサイズが規定されていた大タブ型のパッケージと比較して、外形寸法の異なる各種の半導体チップを塔載することを可能とする技術が開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特開平6−216303号公報においては、搭載可能な半導体チップのサイズの範囲を明確に規定した記載は無い。
【0004】
小タブ構造のQFP(Quad Flat Package)では、チップサイズに比較してチップ塔載領域となるタブが大幅に小さいために、タブの大きさによらず、外形寸法の異なる各種の半導体チップを塔載することが可能となり、このとき塔載できるチップサイズの範囲は適用するワイヤボンディング技術の能力によって決定される。
【0005】
なお、リードフレームを小タブ構造にすることにより、リードフレームにチップサイズに対する汎用性を持たせることができるといっても、その汎用性にもワイヤ長さという制約のもとで範囲が限られる。しかし、半導体チップのサイズの広がりはこのように限定された狭い範囲内に収まるものではなく、塔載するトランジスタの数や採用するプロセスの微細化の程度によって非常に大きな幅を持つものである。
【0006】
そこで、このように様々なサイズの半導体チップを搭載するという要求に応えるためには、複数種類のリードフレームを準備することが必要となるが、リードフレームの種類が増えることと、これに伴ってコストも増えることとが問題となる。
【0007】
本発明の目的は、リードフレームまたは配線基板にチップ縦横比の変化への汎用性をも確保した複数サイズの半導体チップを搭載可能にする半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0008】
本発明のその他の目的は、1種類のベースフレームまたはベース基板を用いてさらに広範囲のサイズの半導体チップを搭載可能にする半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0009】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【0011】
すなわち、本発明は、(a)第1タブ、前記第1タブの周囲に延在する複数の第1インナリード、前記第1インナリードの長さ及びワイヤボンディングルールを基に半導体チップの搭載範囲が定義された第1の搭載範囲を有する第1のリードフレームと、前記第1タブと同じサイズの第2タブ、前記第2タブの周囲に延在し、かつ前記複数の第1インナリードよりもそれぞれ短い複数の第2インナリード、前記第2インナリードの長さ及び前記ワイヤボンディングルールを基に前記半導体チップの搭載範囲が定義され、かつ前記第1の搭載範囲よりも大きい範囲を含む第2の搭載範囲を有する第2のリードフレームを準備する工程と、(b)前記(a)工程の後に、前記第1タブおよび前記第2タブよりも大きいサイズから成る前記半導体チップを準備する工程と、(c)前記半導体チップのサイズが前記第1の搭載範囲内である場合は、前記半導体チップを前記第1タブ上に搭載し、前記半導体チップのサイズが前記第2の搭載範囲内である場合は、前記半導体チップを前記第2タブ上に搭載し、前記半導体チップのサイズが前記第1の搭載範囲内であり、かつ前記第2の搭載範囲内である場合は、前記半導体チップを前記第1タブ上に搭載する工程と、(d)前記半導体チップが第1タブ上に搭載された場合は、前記半導体チップの主面上の複数の電極と前記複数の第1インナリードを複数のボンディングワイヤを介してそれぞれ電気的に接続し、前記半導体チップが第2タブ上に搭載された場合は、前記半導体チップの主面上の複数の電極と前記複数の第2インナリードを複数のボンディングワイヤを介してそれぞれ電気的に接続する工程と、(e)前記半導体チップが第1タブ上に搭載された場合は、前記半導体チップ、前記複数の第1インナリード、前記複数のボンディングワイヤを封止する樹脂封止体を形成し、前記半導体チップが第2タブ上に搭載された場合は、前記半導体チップ、前記複数の第2インナリード、前記複数のボンディングワイヤを封止する樹脂封止体を形成する工程とを有するものである。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0013】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明などの関係にある。
【0014】
また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合などを除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良いものとする。
【0015】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップなども含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合などを除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
【0016】
同様に、以下の実施の形態において、構成要素などの形状、位置関係などに言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合などを除き、実質的にその形状などに近似または類似するものなどを含むものとする。このことは前記数値および範囲についても同様である。
【0017】
また、実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【0018】
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1の半導体装置の製造方法によって組み立てられるQFPの内部構造を樹脂封止体を透過して示す平面図、図2は図1に示すQFPの構造を示す断面図、図3は図1に示すQFPにおいて小さな半導体チップを搭載した際の構造を示す断面図、図4は図1に示すQFPにおけるワイヤボンディングルールの要素の一例を示す拡大部分平面図、図5は図1に示すQFPの組み立てに用いられるリードフレームの構造の一例を示す部分平面図、図6は図1に示すQFPの組み立てに用いられるリードフレームの変形例であるマトリクスフレームの構造を示す部分平面図、図7は図5および図6に示すリードフレームのインナリード配列を示す部分平面図、図8は図6に示すリードフレームに最小サイズの半導体チップを搭載した構造を示す部分平面図、図9は図6に示すリードフレームに最大サイズの半導体チップを搭載した構造を示す部分平面図、図10は図6に示すリードフレームにおけるチップ搭載可能範囲を示す枠取り図、図11は本発明の半導体装置の製造方法における小タブの正方形パッケージ用の2種類のリードフレームに対応するチップ搭載可能範囲と、従来の大タブのQFPのチップ搭載可能範囲とを示す枠取り図、図12は本発明の半導体装置の製造方法における小タブのパッケージ用の2種類のリードフレームのチップ搭載可能範囲が重ならない一例を示す枠取り図、図13は本発明の半導体装置の製造方法における小タブのパッケージ用の2種類のリードフレームのチップ搭載可能範囲が接する一例を示す枠取り図、図14は本発明の半導体装置の製造方法における小タブのパッケージ用の2種類のリードフレームのチップ搭載可能範囲が重なる一例を示す枠取り図、図15〜図17は本発明の実施の形態1の長方形のQFPの組み立てに用いられるリードフレームの構造の一例をそれぞれ示す拡大部分平面図、図18は図15〜図17に示すリードフレームそれぞれに対応する3つのチップ搭載可能範囲を示す枠取り図、図19は本発明の半導体装置の製造方法における2種類のリードフレームのチップ搭載可能範囲が重なる場合のフレーム優先使用順位の一例を示す拡大部分平面図、図20は本発明の半導体装置の製造方法のリードフレームにおけるインナリードの3段の切断例を示す拡大部分平面図、図21は図20に示す3段の切断例に対応するリードフレームそれぞれに対応する3つのチップ搭載可能範囲を示す枠取り図、図22は本発明の半導体装置の製造方法におけるインナリード切断工程を含めたQFPの組み立て手順の一例を示すプロセスフロー図、図23は図22に示す組み立て手順に対する変形例の組み立て手順を示すプロセスフロー図、図24は本発明の半導体装置の製造方法における4種類のリードフレームそれぞれのチップ搭載可能範囲の一例を示す枠取り図、図25および図26は変形例の半導体装置であるQFNの構造を示す図であり、図25は断面図、図26は底面図である。
【0019】
本実施の形態1の半導体装置の製造方法によって組み立てられる半導体装置は、図5や図6に示すリードフレームを用いて組み立てられた樹脂封止形のものであり、半導体チップ2と接合するタブ1aが半導体チップ2よりも小さく形成され小タブ構造のものである。
【0020】
本実施の形態1ではこの半導体装置の一例として、図1および図2に示すQFP6を取り上げて説明する。
【0021】
QFP6の構成について説明すると、半導体チップ2の周囲に延在する複数のリードであるインナリード1bと、半導体チップ2の裏面2bとダイボンド材を介して接合しており、かつ半導体チップ2の主面2cより小さく形成されたタブ1aと、半導体チップ2の主面2cに形成された電極であるパッド2aとこれに対応するインナリード1bとを電気的に接続するボンディングワイヤ4と、半導体チップ2、複数のインナリード1bおよびボンディングワイヤ4を封止する樹脂封止体3と、インナリード1bに繋がり、かつ樹脂封止体3から4方向の外部に突出した複数のリードであるアウタリード1cとからなり、それぞれのアウタリード1cが、ガルウィング状に曲げ加工されている。
【0022】
また、樹脂封止体3に埋め込まれた各インナリード5bの長さは、最小値で0.8mm程度であるが、この数値に限定されるものではない。
【0023】
なお、本実施の形態1のQFP6は、小タブ構造を採用することにより、1つのリードフレームで種々のサイズの半導体チップ2が搭載可能になるとともに、ワイヤボンディングを可能にするための制約(以降、この制約をワイヤボンディングルールという)に基づいてリードフレームにおける半導体チップ2の搭載可能範囲を求めて、この範囲内に収まるようなサイズの半導体チップ2が搭載されたものである。
【0024】
ここで、前記ワイヤボンディングルールについて説明する。
【0025】
ワイヤボンディングルールは、例えば、ワイヤボンディングに関する不良対策のための制約または条件である。
【0026】
図3は、QFP6が、図2に示すQFP6より小さな半導体チップ2を搭載している場合であり、小タブ構造を採用することにより、複数のインナリード1bの先端の配列によって形成された開口部において、種々のサイズの半導体チップ2が搭載可能になり、同じリードフレームを用いて組み立てられたQFP6において、図3は図2より小さい半導体チップ2を搭載した構造を示している。
【0027】
なお、小タブ構造にすることにより、1つのリードフレームにおいて複数種類のサイズの半導体チップ2の搭載が可能になるものの、複数のインナリード1bの先端によって形成された開口部においてどこにでも半導体チップ2が搭載可能になるわけではなく、ワイヤボンディングルールによって前記開口部におけるチップ搭載可能範囲が定められる。
【0028】
小タブ構造のQFP6を組み立てる際のワイヤボンディングルールは、例えば、図2および図3に示すようなワイヤ長(L)や図4に示す隣接するボンディングワイヤ4同士の間隔(S)などである。
【0029】
すなわち、同一のリードフレームを用いた場合、図2と図3に示すように、チップサイズが小さくなると、その分、チップ端部とインナリード1bの先端との距離が長くなるため、ワイヤ長(L)が長くなる。
【0030】
したがって、チップ搭載可能範囲を定める際に、ワイヤ長(L)の最大限界と最小限界を考慮しなければならない。
【0031】
さらに、ワイヤ間隔(S)も考慮しなければならない。
【0032】
ワイヤ間隔(S)は、樹脂封止工程におけるモールド時のワイヤ流れを防止するためのものであり、目安としては、例えば、ワイヤ長(L)の10%程度であるが、この数値に限定されるものではない。
【0033】
これらにより、小タブを採用するにあたり、ワイヤ長(L)やワイヤ間隔(S)などのワイヤボンディングルールに基づいてチップ搭載可能範囲を定める。
【0034】
次に、小タブを採用したリードフレームにおけるチップ搭載可能範囲の定め方について説明する。
【0035】
図5は、QFP6の組み立てに用いられるリードフレームの一例である単列リードフレーム1gであり、枠部1fで囲われたパッケージ領域(製品形成領域)1h内に複数のインナリード1bおよびアウタリード1cと、タブ1aとが形成され、このパッケージ領域1hが単列で複数形成されているものである。
【0036】
また、図6は、前記リードフレームの変形例であるマトリクスフレーム1であり、前記パッケージ領域1hが、複数行×複数列のマトリクス配置で形成されている。
【0037】
図5、図6の何れも小タブを採用したフレームであり、各リード間に樹脂モールド時の封止用樹脂の流出を阻止するダムバー1iが形成され、さらに、それぞれの対向する外側の枠部1fにはガイド用長孔1dや位置決め孔1eが形成されている。
【0038】
さらに、図7は、図5に示す単列リードフレーム1gのパッケージ領域1hにおけるインナリード1b配列とタブ1aとを示したものであり、各インナリード1bの先端によって形成される開口部の略四角形が長方形の場合であり、ここでは、この図7を用いてチップ搭載可能範囲の定め方を説明する。
【0039】
まず、図8は、図7に示すリードフレームにおいて、搭載可能な最小のチップサイズ(e,f)を示したものであり、この最小のチップサイズ(e,f)は、ボンディングワイヤ4の最大限界(最長のワイヤ長さ)によって決まる。
【0040】
さらに、図9は、図7に示すリードフレームにおいて、搭載可能な最大のチップサイズをX方向とY方向に対してそれぞれ定めたものであり、長手方向がX方向に対して平行なチップサイズの最大は(a,b)であり、一方、長手方向がY方向に対して平行なチップサイズの最大は(c,d)となる。
【0041】
図8および図9に示すデータを、図10に示すように、X方向の搭載可能チップサイズXを横軸に設定し、Y方向の搭載可能チップサイズYを縦軸に設定してグラフ化すると、多角形(ここでは、五角形)の枠Uが形成され、この多角形の枠U内の大きさの半導体チップ2を搭載することが可能になる。
【0042】
なお、図7に示すT部は、長方形パッケージのコーナーリード面取り部を示すものであり、したがって、図10に示すように、多角形枠Uが五角形となる。
【0043】
また、図11は、リード本数やリード形状およびタブ1a(小タブ)の形状などが同じで、かつインナリード1bの長さ(開口部の大きさ)が異なった2種類のリードフレームについて、図8〜図10に示す方法と同じ方法でそれぞれのチップ搭載可能範囲である多角形枠を求めたものであるが、それぞれの多角形枠の一部が重複している。
【0044】
さらに、点Wは、従来構造のリードフレームを用いた際のチップ搭載可能範囲Vを示したものであり、従来構造のリードフレームでは、基本的に1つのリードフレームで1つのサイズの半導体チップ2しか搭載できず、リードフレームと半導体チップ2とが一品一様の関係となっている。
【0045】
これに対して、小タブを採用した2種類のリードフレームでは、チップ搭載可能範囲Vを多角形枠内として拡大することができる。
【0046】
ここで、図11に示す2つの多角形枠であるチップ搭載可能範囲Vの重複領域について説明する。
【0047】
前記のように、ボンディングワイヤ4の最大長さ/最小長さによって塔載できるチップサイズの範囲が定義され、この範囲は、例えば、半導体チップ2が長方形の主面2cを有する場合に、チップ主面の直交する2辺の長さを軸とする平面上において、図10に示すような多角形となる。
【0048】
そこで、図12、図13および図14に示す多角形枠は、4種類のリードフレームからそれぞれ形成されたチップ搭載可能範囲51,52,53,54であり、同じピン数で、かつ各インナリード1bの先端とその接線で作られる多角形(開口部)の大きさが違い、故に塔載できるチップサイズの範囲が異なる物同士である。
【0049】
2つのリードフレームを用意することによってできるチップ搭載範囲の面積を最大にするには、チップ搭載可能範囲51とチップ搭載可能範囲52が重ならない様に設定した図12または図13に示すリードフレームを準備するのが妥当である。
【0050】
しかし、図12のように塔載範囲を並べるとチップ搭載可能範囲51とチップ搭載可能範囲52が不連続であるために、その間の領域のサイズのチップへの対応が必要になった場合に、さらに別のリードフレームを準備しなければいけなくなる。
【0051】
そこで、図13のように塔載範囲を頂点で接触するように並べると、チップ搭載可能範囲51とチップ搭載可能範囲53を連続とすることができる、しかし、この場合、A点が示すサイズの半導体チップ2を搭載することができない。A点の半導体チップ2とは、その主面2cの縦横比が、リードフレームの先端と、その接点によって形成される多角形(開口部)の縦横比と異なるチップである。
【0052】
すなわち、パッケージ(樹脂封止体3)の縦横比と異なった縦横比の半導体チップ2である。
【0053】
そこで、A点に示すようなサイズの半導体チップ2を塔載するためには、図14に示すようにチップ搭載可能範囲51とチップ搭載可能範囲54が重なるようにすることが重要となる。これはリードフレームに汎用性を持たせるためには、半導体チップ2の主面2cの大きさ(辺の長さ)の変化以外に、縦横比の変化を想定した製品展開が必要になるということである。
【0054】
つまり、半導体チップ2の主面2cの形状には、大きさ(辺の長さ)のバリエーション以外に、半導体チップ2の主面2c上の半導体素子や電極(ボンディング用のパッド2a)のレイアウト如何によっては縦横比が様々に変化することも有り得るが、図13に示すように塔載範囲が頂点で接触するように並べるということは、リードフレームを小タブ形状にすることで、塔載できるチップサイズに範囲を持たせることが可能になったにもかかわらず、前記塔載範囲が接触する部分の近傍において、半導体チップ2の縦横比の変化に対する対応が極端に制限されてしまうということに陥る。
【0055】
そこで、図14に示すようにチップ搭載可能範囲51とチップ搭載可能範囲54が重なるようにすることで、半導体チップ2の大きさの変化だけでなく、縦横比の変化への汎用性も確保した上で、チップ搭載可能範囲51とチップ搭載可能範囲54を連続させて、複数種類のリードフレームを活用した塔載範囲の拡大を実現することができる。
【0056】
例えば、パッケージ(樹脂封止体3)が正方形で100ピンのQFP6用のリードフレームと、パッケージが長方形で同じ100ピンのQFP6用のリードフレームとに、正方形または長方形の同一の半導体チップ2を前記ワイヤボンディングルールに基づいて搭載することが可能になる。
【0057】
さらに、チップ搭載可能範囲51とチップ搭載可能範囲54が重なった部分のサイズの半導体チップ2に対しては、チップ搭載可能範囲51を形成するリードフレームを選択することにより、チップ搭載可能範囲54を形成するリードフレームに塔載する場合と比較してより短いボンディングワイヤ4にてインナリード1bとパッド2aとを接続することができるため、QFP6(半導体装置)の高周波特性を向上することができる。
【0058】
これらのことを具体的な3種類のリードフレームで説明したものが図15〜図17と、それぞれのリードフレームから形成された多角形枠であるチップ搭載可能範囲A,B,Cである(図18参照)。
【0059】
すなわち、図15〜図17に示すリードフレームA,B,Cは、組み立て後のパッケージ(樹脂封止体3)の縦横比およびピン数が同じで、インナリード1bの内側(タブ側)への長さがそれぞれ異なるものであり、したがって、各インナリード1bの先端の配列によって形成される開口部の大きさがそれぞれ異なっている。
【0060】
そこで、リードフレームA,B,Cについて、ワイヤボンディングルールに基づいた図8〜図10に示す方法によって半導体チップ2の搭載範囲(多角形枠)をそれぞれ示したものが図18に示すチップ搭載可能範囲A,B,Cである。
【0061】
つまり、リードフレームAに対応したチップ搭載可能範囲A、リードフレームBに対応したチップ搭載可能範囲B、リードフレームCに対応したチップ搭載可能範囲Cをそれぞれ示している。
【0062】
なお、図18に示すチップ搭載可能範囲A,B,Cにおいて、チップ搭載可能範囲Aとチップ搭載可能範囲B、または、チップ搭載可能範囲Bとチップ搭載可能範囲Cではそれぞれに重なった領域があり、それぞれチップ搭載可能範囲Aとチップ搭載可能範囲Bの重複領域では、チップ搭載可能範囲Aを選択し、チップ搭載可能範囲Bとチップ搭載可能範囲Cの重複領域では、チップ搭載可能範囲Bを選択する方が好ましい。
【0063】
これは、前記したように、例えば、図19に示すチップ搭載可能範囲Aとチップ搭載可能範囲Bの場合において、重複領域内の大きさの半導体チップ2に対してリードフレームAの方がリードフレームBよりチップ端部とリードとの距離が短くなり、ボンディングワイヤ4の長さを短くすることができるためである。
【0064】
その結果、QFP6の高周波特性を向上を図ることができるとともに、QFP6の組み立て性の向上も図ることができる。
【0065】
なお、図2や図3に示す本実施の形態1のQFP6の組み立て手順は、まず、リードやタブ1aを有する図5または図6に示すようなリードフレームを準備する。
【0066】
さらに、ボンディングワイヤ長さの最大限界および最小限界を基に前記リードフレームに搭載可能な半導体チップ2の主面2cの形状の範囲を定義する。
【0067】
続いて、タブ1aよりも大きく、かつ前記範囲に該当する形状の主面2cを有する半導体チップ2を準備する。
【0068】
その後、ダイボンド材を介して半導体チップ2をタブ1a上に固定するダイボンドを行う。
【0069】
ダイボンド後、半導体チップ2の主面2cのパッド2aと、これに対応するインナリード1bとをボンディングワイヤ4を介して電気的に接続するワイヤボンドを行う。
【0070】
ワイヤボンド後、半導体チップ2や各リード、および複数のボンディングワイヤ4をモールド樹脂によって樹脂封止して樹脂封止体3を形成し、これによってQFP6の完成となる。
【0071】
なお、半導体チップ2を準備する際に、タブ1aよりも大きく、ボンディングワイヤ長さの最大限界、最小限界を基にチップ搭載可能範囲が予め定義されたリードフレームに塔載可能な半導体チップ2を準備してもよい。
【0072】
また、リードフレームの共通化を図る技術として、図20に示すように、小タブであるタブ5aおよび複数のインナリード5bを有するとともに、ベースとなる第1のリードフレームであるベースフレーム5を準備し、このベースフレーム5の各インナリード5bの先端側を切断することにより、第2のリードフレームや第3のリードフレームを形成し、この第2のリードフレームや第3のリードフレームを用いてQFP6を組み立てることも可能である。
【0073】
つまり、図20に示すベースフレーム5である複数の第1リード先端部Dを有する第1のリードフレームにおいて、チップサイズが大きな他の半導体チップ2を搭載しようとした時、各インナリード5bの先端を所定量切断することにより、各インナリード5bが短くなって第2リード先端部Eを有する第2のリードフレームとなる。同様に、搭載する半導体チップ2のサイズ変更に伴って、さらに、各インナリード5bの先端を切断すれば、第3リード先端部Fを有する第1のリードフレームとなる。
【0074】
このようにベースフレーム5を利用して、各インナリード5bを切断することにより、1種類のベースフレーム5から第1リード先端部D、第2リード先端部Eまたは第3リード先端部Fをそれぞれ有する3種類のリードフレームを形成することができ、ベースフレーム5の種類を低減してリードフレームの共通化を図ることができる。
【0075】
なお、第1リード先端部D、第2リード先端部Eおよび第3リード先端部Fにそれぞれ対応し、かつワイヤボンディングルールに基づいて定めたチップ搭載範囲を示したものが図21に示すチップ搭載可能範囲D、チップ搭載可能範囲Eおよびチップ搭載可能範囲Fである。
【0076】
すなわち、図21に示すチップ搭載可能範囲D,E,Fは、図20に示すベースフレーム5(第1のリードフレーム)と、これと同じベースフレーム5から各インナリード5bを切断したことにより形成した第2および第3のリードフレームに対してそれぞれワイヤボンディングルールに基づいて定めたものであるため、同一のパッケージサイズのQFP6のリードフレームであるとともに、ベースフレーム5の製品形成領域内のリードの本数と、前記第2および第3のリードフレームの製品形成領域内のリードの本数が同じである。
【0077】
そこで、図21に示すように、ベースフレーム5の定義されたチップ搭載可能範囲Dは、その一部が第2のリードフレームのチップ搭載可能範囲Eと重なっており、また別の一部はチップ搭載可能範囲Eと重なっていない。同様に、第2のリードフレームのチップ搭載可能範囲Eは、その一部が第3のリードフレームのチップ搭載可能範囲Fと重なっており、また別の一部はチップ搭載可能範囲Fと重なっていない。
【0078】
このようにして、チップ搭載可能範囲Dとチップ搭載可能範囲E、およびチップ搭載可能範囲Eとチップ搭載可能範囲Fがそれぞれ一部で重なるようにすることにより、半導体チップ2の大きさの変化だけでなく、縦横比の変化への汎用性も確保した上で、複数種類のリードフレームを活用した塔載範囲の拡大を実現することができる。さらに、重なった領域のサイズの半導体チップ2に対しては、図21中、原点(1,1)に近い方の搭載範囲のリードフレームすなわち、インナリードがより長い方のリードフレームを用いることにより、ボンディングワイヤ4を短くすることができ、QFP6の組み立て性や高周波特性の向上を図ることができる。
【0079】
ただし、チップ搭載可能範囲D,E,Fは、相互が必ずしも重なっていなくてもよい。
【0080】
また、図22および図23は、ベースフレーム5の各インナリード5bを切断してベースフレーム5から第2のリードフレームや第3のリードフレームを形成し、この第2または第3のリードフレームを用いてQFP6などの半導体装置を組み立てる際の手順を示したものである。
【0081】
まず、図22は、コイニングやワイヤボンディング用のめっき処理が施されたベースフレーム5をフレームメーカで形成した後、このリードフレームをアセンブリメーカで搬入し、アセンブリメーカで各インナリード5bの先端カットを行って第2または第3のリードフレームを形成する場合である。
【0082】
その後、第2または第3のリードフレームを使って、ダイボンディング、ワイヤボンディング、封止、切断・成形を順番に行って半導体装置を組み立てる。
【0083】
図22に示す手順によれば、アセンブリメーカにおいてベースフレーム5のみを購入し、搭載するチップサイズとワイヤボンディングルールとに応じてアセンブリメーカで各インナリード5bの所定量の切断を行って第2または第3のリードフレームを形成し、これを用いて半導体装置の組み立てを行うことが可能になる。
【0084】
一方、図23は、コイニングやワイヤボンディング用のめっき処理などが行われるベースフレーム5の形成とインナリード5bの先端カットまでをフレームメーカで行い、その後のダイボンディング、ワイヤボンディング、封止、切断・成形を同様にフレームメーカにおいて順番に行って半導体装置を組み立てる場合である。
【0085】
このように、ベースフレーム5の各インナリード5bの先端カットを行って第2または第3のリードフレームを形成する場合、前記先端カットは、予めフレームメーカで行ってもよく、あるいは、アセンブリメーカで行ってもよい。
【0086】
また、ベースフレーム5には、各インナリード5bのカット領域に、予めフレームメーカでワイヤボンディング用のめっき処理が施されている(先付けめっき)ことが好ましい。
【0087】
なお、ベースフレーム5のカット領域は、ベースフレーム5の各インナリード5bの内側先端から切断によって最も短くなると考えられるインナリード先端(切断箇所)の外側までの範囲の領域、すなわち、図20のめっき形成範囲5cに示すように、ベースフレーム5の第1リード先端部Dから、ベースフレーム5のチップ搭載可能範囲Dに対応して最もインナリード5bが短くなると考えられる際のリード先端付近のワイヤ接続領域よりやや外側までの領域である。
【0088】
このように、めっき形成範囲5cにワイヤボンディング用の銀めっきなどのめっきを予めフレームメーカで塗布しておくことにより、アセンブリメーカでベースフレーム5の各インナリード5bを何れの長さに切断した場合であっても、半導体装置の組み立てにおいて、ワイヤボンディング用のめっき処理済みのリードフレームを素早く準備することが可能となる。
【0089】
また、ベースフレーム5から第2または第3のリードフレームを形成する際に、搭載する半導体チップ2のサイズが小さくなる場合には、図20に示す吊りリード5dのタブ下げ用の曲げ加工部5eの位置を内側(タブ側)に変更しておくことが好ましい。
【0090】
吊りリード5dの曲げ加工部5eを内側(タブ側)に変更することにより、チップサイズが小さくなった際のワイヤボンディング時に、ヒートステージをタブ1aの裏面側に確実に配置することができる。
【0091】
次に、図24は、縦横比などのパッケージサイズが同じQFP6について、図21に示すチップ搭載可能範囲D,E,Fに加えて、ベースフレーム5に比較してインナリード長さやタブサイズなどのリードパターンが異なった第4のリードフレームに対応する多角形枠であるチップ搭載可能範囲Gをワイヤボンディングルールに基づいて定めて、これらを図示したものであり、このように、縦横比が同じパッケージサイズのQFP6において複数種類のリードフレームを採用することができる。
【0092】
さらに、言い換えると、同一のリードフレームに、複数の縦横比のサイズの半導体チップ2をワイヤボンディングルールによって定められたチップ搭載可能範囲に搭載することが可能となる。
【0093】
次に、図25および図26は、本実施の形態1の変形例の半導体装置であるQFN(Quad Flat Non-leaded Package) の構造を示したものである。
【0094】
QFN7は、図26に示すように、樹脂封止体3の裏面3aの周縁部にリード部(リード)1jの露出部1kが配置される構造のものであり、図25に示すように、半導体チップ2より小さなタブ1aが樹脂封止体3内に埋め込まれるとともに、タブ1aに樹脂ペースト8を介して半導体チップ2が固定された構造のものである。
【0095】
なお、QFN7では、樹脂封止体3内におけるリード部1jの長さは、例えば、0.2mm程度であるが、この数値に限定されるものではない。
【0096】
このQFN7の組み立てにおいても、その際用いられるリードフレームに関し、QFP6の場合と同様に、複数種類のリードフレームにそれぞれ対応したチップ搭載可能範囲をワイヤボンディングルールに基づいて定め、この範囲内の半導体チップ2を搭載することにより、半導体チップ2の大きさの変化だけでなく、縦横比の変化への汎用性も確保した上での複数種類のリードフレームを活用したチップ塔載範囲の拡大を実現することができる。
【0097】
(実施の形態2)
図27は本発明の実施の形態2の半導体装置の製造方法によって組み立てられるCSPの構造の一例を示す断面図、図28は図27に示すCSPの組み立てに用いられる配線基板のベース基板の構造の一例を示す平面図、図29は図28に示すベース基板を用いて形成した小サイズチップ用の配線基板の構造を示す平面図、図30は図28に示すベース基板を用いて形成した中サイズチップ用の配線基板の構造を示す平面図、図31は図28に示すベース基板を用いて形成した大サイズチップ用の配線基板の構造を示す平面図、図32は図30に示す中サイズチップ用の配線基板を用いた際のワイヤボンディング状態の一例を示す平面図、図33は図27に示すCSPの組み立てに用いられる変形例の配線基板であるマトリクス基板の構造を示す平面図、図34は図33のP部の詳細構造を示す拡大部分平面図、図35は図34のQ部の詳細構造を示す拡大部分平面図、図36は図29、図30、図31に示す3種類の配線基板それぞれのチップ搭載可能範囲の一例を示す枠取り図である。
【0098】
図27に示す本実施の形態2の半導体装置は、インタポーザ基板である配線基板9上に半導体チップ2が搭載され、かつ半導体チップ2と同じかそれより若干大きい程度の小形のCSP(Chip Size Package またはChip Scale Package) 10と呼ばれる半導体パッケージである。
【0099】
CSP10の構成は、半導体チップ2が搭載された配線基板9と、配線基板9に形成されたボンディング用の電極であるボンディングパッド9aと、半導体チップ2の電極とこれに対応するボンディングパッド9aとを電気的に接続するボンディングワイヤ4と、配線基板9のボンディングパッド9aが形成された主面(以降、表面9iという)と反対側の面(以降、裏面9jという)に設けられた複数の外部端子である半田ボール11と、半導体チップ2および複数のボンディングワイヤ4を封止する樹脂封止体3とからなり、配線基板9の表面9iにおいて複数のボンディングパッド9aのみを露出させるような領域に絶縁膜であるソルダレジスト9bが形成された構造のものである。
【0100】
すなわち、図29、図30、図31に示すように、搭載する半導体チップ2のサイズに応じて配線基板9の表面9iに形成する絶縁膜であるソルダレジスト9bの形成範囲を変え、チップサイズに対応したボンディングパッド9aを露出させたものであり、例えば、図32に示すように、露出したボンディングパッド9a列の内側の領域のソルダレジスト9b上に半導体チップ2が搭載され、この半導体チップ2の各電極(図27に示すパッド2a)とこれに対応する配線基板9上の露出したボンディングパッド9aとがボンディングワイヤ4によって接続されている。
【0101】
その際、図29、図30、図31に示す各配線基板9は、全て図28に示すベース基板9gを用いて形成したものであり、ベース基板9gと、図29、図30、図31に示す各配線基板9とは、基板サイズや配線パターンは全く同じであり、ソルダレジスト9bの形成領域のみ異なっており、各基板が、チップサイズに応じたボンディングパッド9a群を露出するようにソルダレジスト9bが形成されている。
【0102】
図29、図30、図31に示す各配線基板9は、最内側、中間、または最外側の何れかのボンディングパッド9a列を露出させた場合であり、したがって、ソルダレジスト9bが形成されていない領域が枠状となっている。
【0103】
図29、図30、図31においては、図29に示す配線基板9が最も小さな半導体チップ2を搭載する場合であり、図31に示す配線基板9が最も大きな半導体チップ2を搭載する場合であり、図30に示す配線基板9がその間のサイズの半導体チップ2を搭載する場合である。
【0104】
このように1種類のベース基板9gからソルダレジスト9bの形成領域のみを変えるだけで複数種類の配線基板9を形成することが可能になり、ベース基板9gの共通化を図ることができる。
【0105】
さらに、実施の形態1のQFP6の場合と同様に、複数種類の配線基板9にそれぞれ対応したチップ搭載可能範囲をワイヤボンディングルールに基づいて定めれば、例えば、図18に示すような多角形枠であるチップ搭載可能範囲を求めることができる。
【0106】
したがって、CSP10の組み立てを行う際には、まず、ボンディングワイヤ4の長さの最大限界や最小限界を基に配線基板9の搭載可能な半導体チップ2の主面2cの形状の範囲を定義する。
【0107】
言い換えると、ボンディングワイヤ4と接続するボンディングパッド9aのみを露出させてそれ以外のボンディングパッド9aを覆うように表面9i上に形成されたソルダレジスト9bの形成領域と、ワイヤボンディングルールとを基に配線基板9の塔載可能な半導体チップ2の主面2cの形状の範囲を定義する。また、この際、前記実施の形態1と同様に、図36に示すように、中間のボンディングパッド9aに対応するチップ搭載可能範囲Iが、それぞれ最内側のボンディングパッド9aと最外側のボンディングパッド9aに対応するチップ搭載可能範囲HおよびJに重なるようにボンディングパッド9aの位置を設計するのが好ましい。
【0108】
さらに、前記範囲に該当する形状の主面2cを有する半導体チップ2を準備した後、この半導体チップ2を配線基板9の表面9i上に搭載してCSP10を組み立てる。
【0109】
これにより、半導体装置が本実施の形態2のような配線基板9(インタポーザ基板)を有したCSP10の場合であっても、このCSP10の組み立てにおいて、その際用いられる配線基板9に関し、QFP6の場合と同様に、それぞれのボンディングパッド9aに対応するチップ搭載可能範囲が重なるように、最内側、中間、最外側のボンディングパッド9aの位置を設計することにより、複数種類の配線基板9にそれぞれ対応したチップ搭載可能範囲をワイヤボンディングルールに基づいて定めることができ、この範囲内の半導体チップ2を搭載することにより、半導体チップ2の大きさの変化だけでなく、その縦横比の変化への汎用性も確保した上での複数種類の配線基板9を活用したチップ塔載範囲の拡大を実現することができる。
【0110】
なお、ソルダレジスト9bの形成については、予め基板メーカで形成してもよいし、あるいは、図28に示すようなベース基板9gにおいてその表面9iのほぼ全体にソルダレジスト9bが形成された配線基板9をアセンブリメーカで購入し、アセンブリメーカでチップサイズに対応させて必要なボンディングパッド9a群を露出させて配線基板9を準備した後、CSP10を組み立ててもよい。
【0111】
また、各配線基板9において、ボンディングパッド9aはワイヤボンディングのために必要な面積を確保するために、細い配線部9fよりは大きな面積となっている。
【0112】
さらに、配線基板9において、ボンディングパッド9aと内部配線、または半田ボール11と内部配線は、スルーホール配線9cあるいはビアホール配線9dなどで電気的に接続されている。
【0113】
また、図33は、複数のパッケージ領域9hがマトリクス配置で形成された多数個取り基板であるマトリクス基板12を示したものであり、このマトリクス基板12を用いて図27に示すCSP10を製造することにより、効率良く製造することができる。
【0114】
なお、図34は、図33のマトリクス基板12のP部(パッケージ領域9h)を拡大したものであり、さらに、図35は図34のQ部を拡大して示したものである。
【0115】
図35に示すように、配線基板9の表面9i(図27参照)には、複数の配線部9fと、これをソルダレジスト9bから露出させる開口部とが形成されており、外側の大チップ用開口部9eは、大きな半導体チップ2に対応したワイヤボンディング部であり、また、内側の小チップ用開口部9kは、小さな半導体チップ2に対応したワイヤボンディング部である。
【0116】
そこで、大チップ用開口部9eと小チップ用開口部9kのうちの何れか一方の開口部を形成しておくことにより、同一配線パターンの基板にて、2種類のボンディング位置を設定できる。
【0117】
ただし、同一配線パターンの基板にて2種類以上のボンディング位置を設定できるような配線基板9であってもよい。
【0118】
また、大チップ用開口部9eまたは小チップ用開口部9kは、図29〜図32に示す配線基板9のように、繋がった枠状のものであってもよい。
【0119】
なお、図27に示すCSP10では、樹脂封止体3の側面が、配線基板9の表面9iに対してほぼ直角を成すように形成されている。
【0120】
すなわち、CSP10は、その組み立ての樹脂封止工程において、複数のパッケージ領域9hがモールド金型の1つのキャビティによって一括で覆われた状態で樹脂封止(以降、このモールド方法を一括モールドという)され、その後、樹脂封止体3と基板をダイシングして個片化されたものである。
【0121】
ただし、CSP10は、一括モールドではなく、個別モールド(パッケージ領域9hとモールド金型のキャビティとが1対1で対応したモールドのこと)によって組み立てられたものであってもよい。
【0122】
なお、本実施の形態2のCSP10によって得られるその他の効果については、実施の形態1のQFP6と同じであるため、その重複説明は省略する。
【0123】
以上、本発明者によってなされた発明を発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【0124】
例えば、前記実施の形態1では、半導体装置としてQFP6を取り上げて説明したが、実施の形態1の半導体装置としては、リードフレームを用いて組み立てられ、かつ小タブのワイヤボンディングタイプのものであれば、QFP6以外のQFJ(Quad Flat J-leaded Package) などであってもよい。
【0125】
また、実施の形態2の半導体装置についても、ソルダレジスト9bが形成された配線基板(インタポーザ基板)上に半導体チップ2を搭載して成るものであれば、CSP10以外のBGA(Ball Grid Array)やLGA(Land Grid Array)などであってもよい。
【0126】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【0127】
リードフレームや配線基板で定められる複数のチップ搭載可能範囲の一部が重なるようにすることにより、チップやパッケージの縦横比の変化への汎用性も確保した上で、複数種類のリードフレームや配線基板を活用したチップ塔載範囲の拡大化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1の半導体装置の製造方法によって組み立てられるQFPの内部構造を樹脂封止体を透過して示す平面図である。
【図2】図1に示すQFPの構造を示す断面図である。
【図3】図1に示すQFPにおいて小さな半導体チップを搭載した際の構造を示す断面図である。
【図4】図1に示すQFPにおけるワイヤボンディングルールの要素の一例を示す拡大部分平面図である。
【図5】図1に示すQFPの組み立てに用いられるリードフレームの構造の一例を示す部分平面図である。
【図6】図1に示すQFPの組み立てに用いられるリードフレームの変形例であるマトリクスフレームの構造を示す部分平面図である。
【図7】図5および図6に示すリードフレームのインナリード配列を示す部分平面図である。
【図8】図6に示すリードフレームに最小サイズの半導体チップを搭載した構造を示す部分平面図である。
【図9】図6に示すリードフレームに最大サイズの半導体チップを搭載した構造を示す部分平面図である。
【図10】図6に示すリードフレームにおけるチップ搭載可能範囲を示す枠取り図である。
【図11】本発明の半導体装置の製造方法における小タブの正方形パッケージ用の2種類リードフレームに対応するチップ搭載可能範囲と、従来の大タブのQFPのチップ搭載可能範囲とを示す枠取り図である。
【図12】本発明の半導体装置の製造方法における小タブのパッケージ用の2種類のリードフレームのチップ搭載可能範囲が重ならない一例を示す枠取り図である。
【図13】本発明の半導体装置の製造方法における小タブのパッケージ用の2種類のリードフレームのチップ搭載可能範囲が接する一例を示す枠取り図である。
【図14】本発明の半導体装置の製造方法における小タブのパッケージ用の2種類のリードフレームのチップ搭載可能範囲が重なる一例を示す枠取り図である。
【図15】本発明の実施の形態1の長方形のQFPの組み立てに用いられるリードフレームの構造の一例を示す拡大部分平面図である。
【図16】本発明の実施の形態1の長方形のQFPの組み立てに用いられるリードフレームの構造の一例を示す拡大部分平面図である。
【図17】本発明の実施の形態1の長方形のQFPの組み立てに用いられるリードフレームの構造の一例を示す拡大部分平面図である。
【図18】図15〜図17に示すリードフレームそれぞれに対応する3つのチップ搭載可能範囲を示す枠取り図である。
【図19】本発明の半導体装置の製造方法における2種類のリードフレームのチップ搭載可能範囲が重なる場合のフレーム優先使用順位の一例を示す拡大部分平面図である。
【図20】本発明の半導体装置の製造方法のリードフレームにおけるインナリードの3段の切断例を示す拡大部分平面図である。
【図21】図20に示す3段の切断例に対応するリードフレームそれぞれに対応する3つのチップ搭載可能範囲を示す枠取り図である。
【図22】本発明の半導体装置の製造方法におけるインナリード切断工程を含めたQFPの組み立て手順の一例を示すプロセスフロー図である。
【図23】図22に示す組み立て手順に対する変形例の組み立て手順を示すプロセスフロー図である。
【図24】本発明の半導体装置の製造方法における4種類のリードフレームそれぞれのチップ搭載可能範囲の一例を示す枠取り図である。
【図25】本発明の半導体装置の製造方法によって組み立てられる変形例の半導体装置であるQFNの構造を示す断面図である。
【図26】図25に示すQFNの構造を示す底面図である。
【図27】本発明の実施の形態2の半導体装置の製造方法によって組み立てられるCSPの構造の一例を示す断面図である。
【図28】図27に示すCSPの組み立てに用いられる配線基板のベース基板の構造の一例を示す平面図である。
【図29】図28に示すベース基板を用いて形成した小サイズチップ用の配線基板の構造を示す平面図である。
【図30】図28に示すベース基板を用いて形成した中サイズチップ用の配線基板の構造を示す平面図である。
【図31】図28に示すベース基板を用いて形成した大サイズチップ用の配線基板の構造を示す平面図である。
【図32】図30に示す中サイズチップ用の配線基板を用いた際のワイヤボンディング状態の一例を示す平面図である。
【図33】図27に示すCSPの組み立てに用いられる変形例の配線基板であるマトリクス基板の構造を示す平面図である。
【図34】図33のP部の詳細構造を示す拡大部分平面図である。
【図35】図34のQ部の詳細構造を示す拡大部分平面図である。
【図36】図29、図30、図31に示す3種類の配線基板それぞれのチップ搭載可能範囲の一例を示す枠取り図である。
【符号の説明】
1 マトリクスフレーム(リードフレーム)
1a タブ
1b インナリード(リード)
1c アウタリード(リード)
1d ガイド用長孔
1e 位置決め孔
1f 枠部
1g 単列リードフレーム(リードフレーム)
1h パッケージ領域(製品形成領域)
1i ダムバー
1j リード部(リード)
1k 露出部
2 半導体チップ
2a パッド(電極)
2b 裏面
2c 主面
3 樹脂封止体
3a 裏面
4 ボンディングワイヤ
5 ベースフレーム(第1のリードフレーム)
5a タブ
5b インナリード(リード)
5c めっき形成範囲
5d 吊りリード
5e 曲げ加工部
6 QFP(半導体装置)
7 QFN(半導体装置)
8 樹脂ペースト
9 配線基板
9a ボンディングパッド(電極)
9b ソルダレジスト(絶縁膜)
9c スルーホール配線
9d ビアホール配線
9e 大チップ用開口部
9f 配線部
9g ベース基板
9h パッケージ領域
9i 表面(主面)
9j 裏面
9k 小チップ用開口部
10 CSP(半導体装置)
11 半田ボール
12 マトリクス基板
51,52,53,54 チップ搭載可能範囲

Claims (5)

  1. (a)第1タブ、前記第1タブの周囲に延在する複数の第1インナリード、前記第1インナリードの長さ及びワイヤボンディングルールを基に半導体チップの搭載範囲が定義された第1の搭載範囲を有する第1のリードフレームと、前記第1タブと同じサイズの第2タブ、前記第2タブの周囲に延在し、かつ前記複数の第1インナリードよりもそれぞれ短い複数の第2インナリード、前記第2インナリードの長さ及び前記ワイヤボンディングルールを基に前記半導体チップの搭載範囲が定義され、かつ前記第1の搭載範囲よりも大きい範囲を含む第2の搭載範囲を有する第2のリードフレームを準備する工程と、
    (b)前記(a)工程の後に、前記第1タブおよび前記第2タブよりも大きいサイズから成る前記半導体チップを準備する工程と、
    (c)前記半導体チップのサイズが前記第1の搭載範囲内である場合は、前記半導体チップを前記第1タブ上に搭載し、前記半導体チップのサイズが前記第2の搭載範囲内である場合は、前記半導体チップを前記第2タブ上に搭載し、前記半導体チップのサイズが前記第1の搭載範囲内であり、かつ前記第2の搭載範囲内である場合は、前記半導体チップを前記第1タブ上に搭載する工程と、
    (d)前記半導体チップが第1タブ上に搭載された場合は、前記半導体チップの主面上の複数の電極と前記複数の第1インナリードを複数のボンディングワイヤを介してそれぞれ電気的に接続し、前記半導体チップが第2タブ上に搭載された場合は、前記半導体チップの主面上の複数の電極と前記複数の第2インナリードを複数のボンディングワイヤを介してそれぞれ電気的に接続する工程と、
    (e)前記半導体チップが第1タブ上に搭載された場合は、前記半導体チップ、前記複数の第1インナリード、前記複数のボンディングワイヤを封止する樹脂封止体を形成し、前記半導体チップが第2タブ上に搭載された場合は、前記半導体チップ、前記複数の第2インナリード、前記複数のボンディングワイヤを封止する樹脂封止体を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 請求項記載の半導体装置の製造方法であって、前記半導体チップは長方形または正方形の主面を有しており、前記主面の直交する2辺の長さを軸に取った平面上において、前記第1の搭載範囲および前記第2の搭載範囲が多角形になっていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 請求項1記載の半導体装置の製造方法であって、前記第1および第2のリードフレームは、前記第1および第2タブをそれぞれ支持する吊りリードを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. 請求項1記載の半導体装置の製造方法であって、前記第1および第2インナリードのそれぞれの先端には、めっきが形成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 請求項1記載の半導体装置の製造方法であって、前記第1および第2のリードフレームは、前記第1および第2インナリードのそれぞれに繋がり、かつ前記樹脂封止体の外側に露出したアウタリードを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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