JP4050200B2 - 半導体装置の製造方法および半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置の製造方法および半導体装置に関するものである。

従来のチップキャリアタイプの小型半導体装置は、外部接続用のリード端子が封止樹脂本体の底面部から露出する形状であるが、そのリード端子の実装基板との接合面が樹脂本体の底面と一様な平面、つまり樹脂本体底面部と同一高さになっている（特許文献１）（図１）。
特開平９−０８２７４１号公報

このようにリード端子が封止樹脂本体底面部に平面的に面一で露出し、封止樹脂本体底面とリード端子の間に段差（スタンドオフ）がないため、ハンダ付け作業時に、溶融したハンダの表面張力によって半導体装置全体が実装基板から浮き上がり、リード端子のハンダ付け位置が実装基板の所定の電極部（パッド）から外れて位置ズレが発生するという問題があった。

また、ハンダ量が均一に各ハンダ接合部に行き渡らず、ハンダ付けにバラツキが生じ易くなり、実装基板との間のハンダ付着が全体的に不均一或いは不十分になり、十分な接合強度が得られないという問題もあった。

さらに、ハンダ付け後の目視検査において、実装基板表面と半導体装置底面との間隔が少ないため、ハンダ付け部の良否のチェックがし難いという問題もあった。

本発明の目的は、上記課題を解決し、半導体装置の実装時の実装基板に対する位置ズレの防止、実装基板とのハンダ付け性の改善による接合強度の向上、実装後の目視検査のし易さの改善、端面でのハンダ盛り上がりの抑制等を図った半導体装置の製造方法および半導体装置を提供することである。

請求項１にかかる発明の半導体装置の製造方法は、裏面側に突出する第１の突起部（１２ａ）がプレス成形された延長部（１２）を有するダイアイランド部（１１）と、該ダイアイランド部（１１）の所定の辺に沿う方向に配列され裏面側に突出する第２の突起部（１３ａ）がプレス成形された複数のリード部（１３）と、前記延長部（１２）および前記各リード部（１３）と連続する枠部（１４）と、前記延長部（１２）、前記ダイアイランド部（１１）、前記リード部（１３）、および前記枠部（１４）を区画する間隙部（１５）の一部と、を１単位とし複数単位が連続する形状にリードフレーム（１０）を加工する第１の工程と、前記第１の突起部（１２ａ）と前記第２の突起部（１３ａ）が露出するよう前記リードフレーム（１０）の裏面に連結絶縁材料（３０）を配設する第２の工程と、前記リードフレーム（１０）の前記ダイアイランド部（１１）に半導体素子（４０）を搭載し、該半導体素子（４０）の電極と前記リード部（１３）とを配線材料（５０）により接続する第３の工程と、前記リードフレーム（１０）の前記半導体素子（４０）および前記配線材料（５０）側を樹脂（６０）で封止する第４の工程と、前記樹脂（６０）および前記リードフレーム（１０）を前記第１の突起部（１２ａ）と前記第２の突起部（１３ａ）の切断面が前記樹脂（６０）の切断面と略同一面となるように切断して、前記第１の突起部（１２ａ）と前記第２の突起部（１３ａ）の切断面が凹形状で露出するように前記単位毎に分離する第５の工程と、を具備することを特徴とする。
請求項２にかかる発明の半導体装置は、裏面側に突出するようプレス成形された第１の突起部（１２ａ）を延長部（１２）に有するダイアイランド部（１１）、該ダイアイランド部（１１）の所定の辺に沿う方向に配列され、前記裏面側に突出するようプレス成形された第２の突起部（１３ａ）を有する複数のリード部（１３）からなるリードフレーム（１０）と、前記ダイアイランド部（１１）に搭載された半導体素子（４０）と、前記半導体素子（４０）と前記複数のリード部（１３）とを接続する配線材料（５０）と、前記第１の突起部（１２ａ）と前記第２の突起部（１３ａ）が裏面に露出するように前記リードフレーム（１０）の裏面に配設された連結絶縁材料（３０）と、前記リードフレーム（１０）の前記半導体素子（４０）および前記配線材料（５０）側を封止するよう形成された樹脂（６０）と、を備え、前記第１の突起部（１２ａ）と前記第２の突起部（１３ａ）の端面は、前記樹脂（６０）の切断面と略同一面となるように、凹形状で側面に露出していることを特徴とする。

本発明によれば、リードフレーム（１０）の電極となるべきプレス成形された第１および第２の突起部（１２ａ，１３ａ）が半導体装置の裏面から突出し、それらの突起部（１２ａ，１３ａ）の他の裏面は連結絶縁材料（３０）で覆われるので、実装基板への実装時の位置ズレを防止でき、また実装基板と第１および第２の突起部（１２ａ，１３ａ）の接合面積が大きくなってハンダ付け時の接合強度が大きくなることはもとよりハンダ付け性が改善され、さらに突起部（１２ａ，１３ａ）の切断面が樹脂の切断面と略同一面として側面に露出するので、ハンダ接合状態の目視検査がし易くなり、さらにこれら第１および第２の突起部（１２ａ，１３ａ）は凹形状となるので、これら第１および第２の突起部（１２ａ，１３ａ）の切断端面でのハンダの盛り上がりを抑制することができる等の利点がある。

図１は本発明の１つの実施例の半導体装置を示す図で、(a)は透視正面図、(b)は正面図、(c)は右側面図、(d)は底面図である。１０は導電性板材にカットやプレスの加工を施して形成したリードフレーム、２０は該リードフレーム１０の間隙部に配設された第１の連結絶縁材料、３０はリードフレーム１０の裏面に配設された第２の連結絶縁材料、４０は所定回路が内部に構成された半導体素子（チップ）、５０は金線等の配線材料、６０はパッケージのための封止樹脂である。

リードフレーム１０は、図２の裏面図に詳細に示すように、半導体素子４０を搭載するダイアイランド部１１と、そのダイアイランド部１１に連続する延長部１２と、ダイアイランド部１１の両側の複数のリード部１３と、延長部１２およびリード部１３と連続する枠部１４と、ダイアイランド部１１、延長部１２、リードフレーム部１３、枠部１４を区画する間隙部１５の一部とを１つの単位Ａとして、複数の単位Ａが縦方向および横方向に連続反復して形成されている。そして、ダイアイランド部１１、延長部１２、リード部１３には、裏面側に突出する突起部１１ａ、１２ａ、１３ａがそれぞれ形成されている。なお、この突起部１１ａ、１３ａに対応するように、表面側には凹部（くぼみ）１１ｂ、１３ｂが形成されている。突起部１２ａに対応する凹部（くぼみ）も図示しないが形成されている。また、この裏面の突起部１１ａ，１２ａ，１３ａには後記するメッキ部１７０が形成されているが、図１では省略した。

第１の連結絶縁材料２０は間隙部１５に充填配設されている。また、第２の連結絶縁材料３０はリードフレーム１０の裏面の突起部１１ａ、１２ａ、１３ａの部分を除く全面（間隙部１５も含む）に配設されている。

以下、半導体装置の製造方法について説明する。まず、リードフレーム１０は導電性の所定厚みの板材を、カットおよびプレス加工することにより、前記した図２に示した形状に形成し、その後に第１の連結部材２０、第２の連結部材３０を絶縁材料の塗布、印刷、モールド、貼付等により配設する。

図３は、リードフレーム１０の間隙部１５に第１の連結絶縁材料２０を印刷法により配設する工程を示す図である。ここでは、予め前記した形状に形成されたリードフレーム１０を、リードフレーム固定台７０上にセットし固定する。次に、そのリードフレーム１０の間隙部１５と同じ形状の間隙部８１が形成された印刷用スクリーン８０をリードフレーム１０の上面に、間隙部１５と間隙部８１が合致するように位置決めする。そして、その印刷用スクリーン８０の上面から、第１の連結絶縁材料２０となるレジスト等のペースト状の絶縁材料９０をスキージ１００により間隙部１５，８１内に充填させる。最後に、リードフレーム１０から印刷用スクリーン８０を取り外し、リードフレーム固定台７０からリードフレーム１０を取り外して、絶縁材料９０を乾燥させると、最終的に第１の連結絶縁材料２０が間隙部１５に充填配設される。

第１の連結絶縁材料２０の充填厚さは、ペースト状の絶縁材料９０の粘度、スキージ１００の圧力、間隙部１５の大きさ等を調整することにより行う。また、リードフレーム固定台７０はこれをテフロン製にすると、そこからリードフレーム１０を取り外し易くなる。

図４は、リードフレーム１０の間隙部１５に第１の連結絶縁材料２０を樹脂充填法により配設する工程を示す図である。ここでは、前記した形状のリードフレーム１０を、そのリードフレーム１０の厚み分のモールド空間をもつモールド金型１１０，１２０の間にセットしてから、樹脂注入口１１１より樹脂を注入する。このとき、樹脂は間隙部１５内を伝わって注入されて行きそこに充満する。リードフレーム１０には複数の単位Ａが形成されるので、例えばその単位Ａの並ぶ列毎に樹脂注入口１１１を設けたモード金型を使用することにより、複雑な金型にすることなく、量産性高く第１の連結部材２０を配設することができる。

図５は、リードフレーム１０の裏面に第２の連結絶縁材料３０を配設する工程を示す図である。ここでは、リードフレーム１０の裏面の突起部１１ａ，１２ａ，１３ａに対応する孔１３１が予め形成された絶縁テープ１３０を弾力性をもった加圧ローラ１４０によりリードフレーム１０の裏面に押し当てて貼着することにより、第２の連結部材３０を配設する。このとき必要に応じて接着剤を使用したり加熱圧着する。

図６はリードフレーム１０の裏面に第２の連結絶縁材料３０を配設するときに同時に第１の連結絶縁材料２０も配設する工程を示す図である。ここでは、図５において使用した絶縁テープ１３０を、より肉厚でより柔軟性の高い絶縁テープ１５０に代え、さらに図５において使用した加圧ローラ１４０よりも柔軟な材料がローラ面に使用されている加圧ローラ１６０を使用する。１５１は突起部１１ａ，１２ａ，１３ａに対応する孔である。以上により、絶縁テープ１５０はリードフレーム１０のダイアイランド部１１、延長部１２、リード部１３、枠部１４の裏面に配設されるのみならず、間隙部１５内に凹形状に入り込み、絶縁テープ１５０が第１の連結絶縁材料２０および第２の連結絶縁材料３０を兼ねるようになる。このときも必要に応じて接着剤を使用したり加熱圧着する。

なお、リードフレーム１０の裏面に第２の連結絶縁材料３０を配設する工程においては、突起部１１ａ，１２ａ，１３ａに対応した孔が形成されていない絶縁テープ１３０，１５０をリードフレーム１０の裏面の全面に貼り付け、その突起部１１ａ，１２ａ，１３ａに対応した部分を事後的に除去して、突起部１１ａ，１２ａ，１３ａを裏面に露出させるようにしてもよい。また、リードフレーム１０の突起部１１ａ、１２ａは必ずしも必要ない。このように突起部１１ａ，１２ａが不要なときは、第２の連結絶縁材料３０は突起１３ａ以外の部分を全て覆うことになる。

以上のようにして第１の連結絶縁材料２０および第２の連結絶縁材料３０が配設されたリードフレーム１０が完成すると、次にこのリードフレーム１０の各単位Ａのダイアイランド部１１に半導体素子４０をＡｇペースト等の導電接着剤によりボンディングし、続けて半導体素子４０の上面の電極とリードフレーム１０のリード部１３との間に金線等の配線材料５０をボンディングする。

次に、半導体素子４０が単位Ａ毎に搭載されたリードフレーム１０をトランスファ金型にセットして、通常の手法により樹脂を注入して封止樹脂６０によるパッケージングを行う。このとき、リードフレーム１０の裏面方向への樹脂の流れは、第１の連結絶縁材料２０の部分で停止されるので、その裏面に樹脂のバリが生じるようなことはない。また、この樹脂はリードフレーム１０の凹部１１ｂ，１２ｂ，１３ｂに入り込むので、リードフレーム１０との接合面積が大きくなり、十分な剥離強度を得ることができる。この後、封止樹脂６０の裏面から外部に露出するリードフレーム１０の突起部１１ａ，１２ａ，１３ａの部分をＳｎ等によりメッキすることにより腐蝕防止処理を施す。

以上によりリードフレーム１０の上面には、図７に示すように半導体素子４０と配線材料５０を１組とするものが横方向および縦方向に複数個並ぶので、次に、部分Ｂをレーザやダイシングブレード等を使用したダイシングによりカットし、各単位Ａ毎に分離する。そして最後に、個片化された半導体装置をテストし、マーキングする。

メッキ部１７０を形成した後に図７に示した方法により半導体装置を単位Ａ毎に分離する場合は、メッキ部１７０は図８(a)，(b)に示すように、裏面に露出する突起部１１ａ，１２ａ，１３ａのみに形成されるが、図９に示すように、裏面からリードフレーム１０の厚み分だけ部分Ｃをハーフカットしてから、裏面にメッキを施し、その後に封止樹脂６０の上側から部分Ｄをフルカットして単位Ａ毎に分離すると、図１０(a)，(b)に示すように、メッキ部１７０が突起部１１ａ，１２ａ，１３ａの裏面のみならず突起部１２ａ，１３ａの切断面端面にも形成されるので、突起部１１ａ，１２ａ，１３ａの外部に露出する部分の全部が腐食防止処理される。

以上のようにして形成される本実施例の半導体装置は、これを実装基板（図示せず）に実装するとき、リードフレーム１０の裏面に形成した突起部１１ａ，１２ａ，１３ａがハンダにより実装基板の配線パターンに接着されるが、実装基板との間に空隙ができるので、半導体装置が浮き上がることはなくその位置ズレが防止でき、またハンダ量を調整することにより、ハンダ接合部に均一にハンダが行き渡るようになり、ハンダ接合のバラツキも防止することができる。

このとき、リードフレーム１０の延長部１２の切断された突起部１２ａやリード部１３の切断された突起部１３ａは方形や丸形ではなく長方形状となるので、配線パターンへの接着面積が大きくなりハンダ接合強度が大きくなる。また、前記した単位Ａへの分離の際に突起部１２ａ，１３ａの切断面が樹脂６０の切断面と略同一面となり側面に露出するので、ハンダの接合状態を容易に目視チェックすることもできる。さらに、突起部１２ａ，１３ａの切断端面の断面形状を当該突起形成部の対面（反対側面）側に凹部１２ｂ，１３ｂ（くぼみ）を有する形状としているので、切断端面でのハンダの盛り上がりを抑制することができる。

また、突起部１１ａ，１２ａ，１３ａを経由して半導体素子４０で発生した熱が放散し易くなる。さらに、実装基板において、突起部１１ａ，１２ａ，１３ａがハンダ付けされる部分の間にグランド配線や信号配線が配設されている場合に、それを突起部によって跨ぐことができる。

さらに、リードフレーム１０の突起部１１ａ，１２ａ，１３ａの反対側に凹部１１ｂ，１３ｂ等が形成されるので、封止樹脂６０とリードフレーム１０との接合面積が増大し、剥離強度が増加し信頼性を向上することができる。この凹部１１ｂ，１３ｂ等に代えて、リード部１３の上面に突起部を形成することもでき、この場合でも同様な作用効果があるが、さらにこの突起部に配線材料５０の一端を接続するようにすればその部分が段高となるので、配線材料５０と半導体素子４０の肩部とが接触し難くなり、ショート不良を防止することができる。リードフレーム１０にこの突起部を形成するには、ハーフエッチング処理によりリードフレーム両面から加工して裏面の突起部１１ａ，１２ａ，１３ａ、間隙部１５等と共に簡単に形成できる。このようにリードフレーム１０をエッチングにより形成するときは、エッチング表面に粗さが生じるので、封止樹脂６０との密着性が向上し、剥離強度がより強くなる。

また、本実施例では第１の連結絶縁材料２０や第２の連結絶縁材料３０を使用しているので、封止樹脂６０が間隙部１５からリードフレーム１０の裏面側に流れ出すことはなく、裏面側に樹脂バリが生じることはない。第１の連結絶縁材料２０と第２の連結絶縁材料３０は少なくともその一方を配設すれば、樹脂ストッパとして働く。第１の連結絶縁材料２０は間隙部１５内に絶縁材料を塗布、印刷、モールド等をすることにより簡単に充填配設することができる。塗布方法によるときは、間隙部１５以外に付着した絶縁材料は後で除去するようにしても良い。モールドにより充填配設するときは、封止樹脂６０と同じ樹脂を使用すると、樹脂の温度膨張係数の違いによる不都合を防止できる。第２の連結絶縁材料３０は絶縁テープをリードフレーム１０の裏面に貼付することで簡単に配設できる。また、第２の連結絶縁材料３０を間隙部１５内に埋め込み第１の連結絶縁材料２０を兼ねるようにリードフレーム１０の裏面に配設するときは、間隙部１５の上側開口部に段部が生じ、そこに封止樹脂６０が充填されるので、封止樹脂６０の剥離強度がさらに強くなる。

実装基板への接合時に浮き上がりによる位置ズレを防止でき、また突起部の接合面積が大きくなって接合強度が増し、且つその突起部の端面が側面に露出してハンダ付け状態の視認が可能であるので、チップキャリアタイプの小型半導体装置としてきわめて有用となる。

本発明の実施例の半導体装置を示す図で、(a)は透視正面図、(b)は正面図、(c)は側面図、(d)は底面図である。 本実施例のリードフレームの部分裏面図である。 本実施例のリードフレームの間隙部に第１の連結絶縁材料を印刷法により配設する説明図である。 本実施例のリードフレームの間隙部に第１の連結絶縁材料をモールド法により配設する説明図である。 本実施例のリードフレームの裏面に第２の連結絶縁材料を配設する説明図である。 本実施例のリードフレームの裏面に第２の連結絶縁材料を配設する別の説明図である。 本実施例のリードフレームの上面の半導体素子を樹脂封止しメッキしてダイシングする説明図である。 (a)は図７の手法によりダイシングした半導体装置の正面図、(b)は側面図である。 (a)は本実施例のリードフレームの上面の半導体素子を樹脂封止してリードフレーム部分をハーフカットしてメッキする説明図、(b)はハーフカットした後フルカットしてダイシングする説明図である。 (a)は図９の手法によりダイシングした半導体装置の正面図、(b)は側面図である。

符号の説明

１０：リードフレーム、１１：ダイアイランド部、１２：延長部、１３：リード部、１１ａ，１２ａ，１３ａ：突起部、１１ｂ，１３ｂ：凹部、１３ｃ：突起部
２０：第１の連結絶縁材料
３０：第２の連結絶縁材料
４０：半導体素子
５０：配線材料
６０：封止樹脂
７０：リードフレーム固定台
８０：印刷用スクリーン
９０：ペースト状の絶縁材料
１００：スキージ
１１０，１２０：モールド金型、１１１：樹脂注入口
１３０：絶縁テープ
１４０：加圧ローラ
１５０：絶縁テープ
１６０：加圧ローラ

Claims (2)

1. 裏面側に突出する第１の突起部（１２ａ）がプレス成形された延長部（１２）を有するダイアイランド部（１１）と、該ダイアイランド部（１１）の所定の辺に沿う方向に配列され裏面側に突出する第２の突起部（１３ａ）がプレス成形された複数のリード部（１３）と、前記延長部（１２）および前記各リード部（１３）と連続する枠部（１４）と、前記延長部（１２）、前記ダイアイランド部（１１）、前記リード部（１３）、および前記枠部（１４）を区画する間隙部（１５）の一部と、を１単位とし複数単位が連続する形状にリードフレーム（１０）を加工する第１の工程と、
   前記第１の突起部（１２ａ）と前記第２の突起部（１３ａ）が露出するよう前記リードフレーム（１０）の裏面に連結絶縁材料（３０）を配設する第２の工程と、
   前記リードフレーム（１０）の前記ダイアイランド部（１１）に半導体素子（４０）を搭載し、該半導体素子（４０）の電極と前記リード部（１３）とを配線材料（５０）により接続する第３の工程と、
   前記リードフレーム（１０）の前記半導体素子（４０）および前記配線材料（５０）側を樹脂（６０）で封止する第４の工程と、
   前記樹脂（６０）および前記リードフレーム（１０）を前記第１の突起部（１２ａ）と前記第２の突起部（１３ａ）の切断面が前記樹脂（６０）の切断面と略同一面となるように切断して、前記第１の突起部（１２ａ）と前記第２の突起部（１３ａ）の切断面が凹形状で露出するように前記単位毎に分離する第５の工程と、
   を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 裏面側に突出するようプレス成形された第１の突起部（１２ａ）を延長部（１２）に有するダイアイランド部（１１）、該ダイアイランド部（１１）の所定の辺に沿う方向に配列され、前記裏面側に突出するようプレス成形された第２の突起部（１３ａ）を有する複数のリード部（１３）からなるリードフレーム（１０）と、
   前記ダイアイランド部（１１）に搭載された半導体素子（４０）と、
   前記半導体素子（４０）と前記複数のリード部（１３）とを接続する配線材料（５０）と、
   前記第１の突起部（１２ａ）と前記第２の突起部（１３ａ）が裏面に露出するように前記リードフレーム（１０）の裏面に配設された連結絶縁材料（３０）と、
   前記リードフレーム（１０）の前記半導体素子（４０）および前記配線材料（５０）側を封止するよう形成された樹脂（６０）と、を備え、
   前記第１の突起部（１２ａ）と前記第２の突起部（１３ａ）の端面は、前記樹脂（６０）の切断面と略同一面となるように、凹形状で側面に露出していることを特徴とする半導体装置。

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