JP4086202B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、ＱＦＮ(Quad Flat Non-lead)パッケージの製造方法に関する。
携帯電話、携帯型コンピュータ、その他の小型電子機器の普及に伴って、これらに搭載する半導体装置の小型化・薄型化の要求が高まっている。ＢＧＡやＣＳＰパッケージと並んで、リードフレームを用いた小型パッケージとして、ＳＯＮ（Small Outline Non-lead）やＱＦＮパッケージが実用化されている。
図５（ａ）は、ＱＦＮパッケージの裏面図、図５（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図である。ＱＦＮパッケージ１０は、リードフレーム１２と、そのマウント部１４に搭載された半導体チップ１６とを樹脂１８により封止し、その裏面から複数のリード２０とマウント部１４を露出させている。複数のリード２０は、パッケージ裏面において４方向に整列され、それらが外部リードを形成している。また、複数のリード２０は、樹脂１８内においてボンディングワイヤ２２を介して半導体チップ１６の表面電極に電気的に接続されている。
ＱＦＮパッケージ１０は、複数のリード２０を樹脂１８から外部へ突出させないため、配線基板への実装面積を小さくすることができるという利点をもつ。また、マウント部１４を樹脂１８から露出させることで、内部の発熱を効率良く外部へ放散させることができる。但し、ＱＦＮパッケージには、マウント部１４を樹脂１８内に封止する構造もある。ＳＯＮパッケージは、パッケージ裏面の対向する２方向に外部リードを露出させた構成である。
特許文献１は、図６に示すように、リードフレームの各アイランド３３に搭載された半導体チップ３９を樹脂層４１で封止した後、切断ライン４４に沿って、ダイシング装置のブレードによって樹脂層４１とリードフレームとを同時に切断し、個々の半導体装置に形成する方法を開示している。
特許文献２は、図７に示すように、半導体チップ２を支持するリードフレーム１の切断部１ｋに、ダイシングライン１ｈに対応して凹部１ｊが形成され、この凹部１ｊでブレード６によって分割することにより、切断バリ１ｉの大きさを小さくし、各リード１ａにおいて被接続面１ｄへの切断バリ１ｉの突出を防ぎ、リード１ａの被接続面１ｄの平坦度を向上でき、ＱＦＮ５の実装性の向上を図る技術を開示している。
ＱＦＮパッケージは、複数の半導体チップが搭載されたリードフレームを一括して樹脂封止した後、ダイシング装置により個々のパッケージのシンギュレーションを行っている。ダイシング装置は、回転するブレードを備え、ブレードを切断ラインに沿って移動させることにより、パッケージ裏面に露出したリードと樹脂とを同時に切断をしていくが、ブレードの移動速度が、例えば３０ｍｍ／ｓｅｃ以上になると、切断面に多量のリードフレームの金属バリが生じてしまう。このバリは、ブレードの移動方向（切断方向）のみならず、リードフレームの板厚方向にも生じてしまう。
図８は、ブレードを３０ｍｍ／ｓｅｃで移動させたときの切断面の写真であり、白い部分がリードの切断面であり、黒い部分が樹脂の切断面である。この写真からも、切断方向にバリが観測される。切断方向のバリは、リード間のクリアランスを狭めるため、狭ピッチのリードを配線基板へ実装するときに半田ブリッジ等の短絡の問題を生じさせる。また、リードの板厚方向のバリは、パッケージ裏面から突出するため、ＱＦＮパッケージのプラナリゼーション（平坦度）が低下してしまい、配線基板への実装するときに、配線基板のランドとの接続不良の問題を引き起こす。
一方、バリの発生を抑制するために、ブレードの切断速度を下げることも可能であるが、その場合は、シンギュレーションのスループットが低下してしまう。上記特許文献１および２は、バリの発生を抑制する技術を開示してはいるが、ブレードによる切断の高速化し、またはシンギュレーションのスループットを向上させる技術については何ら示唆していない。
本発明は、上記従来の課題を解決するために成されたものであり、ダイシングよるパッケージのシンギュレーションを高速化しつつ、バリの発生を抑制した半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体チップと、マウント部およびリードが形成されたリードフレームとを樹脂封止するものであり、以下のステップを含む；（ａ）リードフレームの各マウント部にそれぞれ半導体チップをマウントし、各半導体チップの電極を対応するリードに電気的に接続するステップと、（ｂ）少なくともリードの一部が露出するようにリードフレームおよび複数の半導体チップを樹脂で封止するステップと、（ｃ）ダイシング用ブレードを切断面に沿って移動させ、少なくともリードを完全に切断する第１の切断ステップと、（ｄ）第１の切断ステップにより切断された切断部をデフラッシュするステップと、（ｅ）ダイシング用ブレードを切断面に沿って移動させ、樹脂の残りの部分をカットする第２の切断ステップとを有する。
好ましくは、デフラッシュするステップは、切断部で露出されたリードおよび樹脂をアルカリ性または酸性の溶液に晒すケミカル処理を含み、例えば、約８２℃ で、２５分間、ディッピング（浸漬）を行う。リードフレームが銅、または半田やパラジウムがメッキされた銅であれば、強アルカリ水溶液として、カリン３００Ｓを溶液に用いることができる。この溶液に浸漬することで、銅は、カリン３００Ｓと化学反応し、バリの一部が溶け、モールドされたコンパウンド樹脂が膨潤され、後に行われるウオータージェットにより切断部のバリが完全に除去され易くなる。
好ましくは、第１の切断ステップは、ブレードを、少なくとも１００ｍｍ／ｓｅｃで移動させることができる。高速にカットすることでバリが生じるが、これらのバリは、すべて上記したデフラッシュ工程により除去される。第２の切断ステップでは、樹脂のみを切断するので、第１の切断ステップの切断速度よりも高速で樹脂を切断することができる。また、第２の切断ステップによるブレードの幅は、第１の切断ステップによるブレードの幅よりも小さくすることができる。これにより、切断速度を向上させることができる。こうして、ダイシングを高速で行うことが可能となり、シンギュレーションのスループットを向上させることができる。
また、デフラッシュするステップの高圧の水を噴射する処理は、第１の切断ステップまたは第２の切断ステップと同時に行うようにしてもよい。好ましくは、第１の切断ステップと同時に行われる。また、ケミカル処理は、必ずしも必須ではない。
リードフレームは、銅、鉄−ニッケル合金（例えば、Ｆｅ−４２Ｎｉ）、半田やパラジウムがメッキされた銅を用いることができる。本発明では、好ましくは、バリのない寸法精度および平坦度に優れたＱＦＮパッケージやＳＯＮパッケージを製造することができる。
本発明によれば、リードフレーム上に搭載された複数の半導体チップのシンギュレーションを行う場合に、樹脂から露出しているリードをブレードにより完全に切断し、次に、その切断された部分をデフラッシュし、そして、再びブレードにより樹脂のみを切断するようにしたので、シンギュレーションにおける切断速度を高速化させ、かつ、切断面におけるリードのバリをほぼ完全に除去することができる。その結果、寸法精度および平坦度に優れた半導体装置を提供することができる。
以下、本発明の最良の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施例に係るＱＦＮパッケージの製造ステップを示すフローである。本実施例では、複数の半導体チップが搭載されたリードフレームを一括して樹脂封止した成型品を用意し、当該成型品を切断面に沿ってハーフカットする第１のシンギュレーションステップ（Ｓ１０１）と、ハーフカットされた成型品の切断部のバリを除去するデフラッシュステップ（Ｓ１０２）と、デフラッシュされた成型品を切断面に沿ってフルカットする第２のシンギュレーションステップ（Ｓ１０３）とを備えている。
図２（ａ）は、樹脂封止される前の成型品の平面図、図２（ｂ）は、樹脂封止された成型品の平面図である。図（ａ）に示すように、リードフレーム１００には、半導体チップ１０２を搭載するための複数のマウント部１０４が形成されている。マウント部１０４は、直線状または２次元状に配置される。マウント部１０４は、両側を吊り部１０６によって本体レール部１０８に接続されている。マウント部１０４上には、半田ペースト等を介して半導体チップ１０２が固着され、半導体チップ１０２の表面に形成された電極は、ボンディングワイヤ１１０により対応するリード１１２に接続されている。
リードフレーム１００は、好ましくは、表面にパラジウムや半田がメッキされた銅が用いられるが、それ以外の鉄−ニッケル合金（４２アロイ）を用いて構成してもよい。リードフレーム１００は、板厚が１５０〜２００μｍであり、スタンピングやエッチングにより所望の形状に加工される。
図２（ａ）に示すリードフレームは、トランスファーモールド工法により、一括して樹脂封止され、図２（ｂ）に示すように、リードフレーム１００上の半導体チップ１０２およびリードが樹脂１２０により一括して封止される。図３(ａ)は、図２（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図であるが、樹脂１２０の封止により、マウント部１０４およびリード１１２が樹脂１２０から露出されている。
次に、樹脂封止された成型品は、図３(ａ)に示すように、リード１１２およびマウント部１０４の露出された面が上を向くように接着シート上に固定され、ダイシング装置によるハーフカットシンギュレーションが行われる。
ダイシング装置は、約３００μｍの幅のブレード１３０を有し、ブレードを回転させながら一定の速度で移動させる。ブレード１３０は、図２（ｂ）および図３（ａ）に示すように、切断面Ｌに沿って移動され、少なくともリード１１２を完全に切断できる位置にブレード１３０の高さが調整される。
図３（ｂ）は、図３（ａ）のＣ部の切断面のハーフカットされた状態を示している。ブレード１３０を、切断面Ｌに沿って、少なくとも１００ｍｍ／ｓｅｃで移動させることにより、切断面Ｌに切断溝１４０が形成される。切断溝１４０は、リード１１２の表面から約３００μｍの深さを有する。この深さは、約１５０〜２００μｍの板厚を有するリード１１２を完全に切断するに十分である。ブレード１３０は、リード１１２を切断すると同時に、樹脂１２０の一部も切断する。切断溝１４０の底部は、ブレード１３０の先端の曲率に応じた曲面となっている。樹脂１２０の厚さは、約７００μｍであり、ハーフカットの工程では、樹脂１２０の大部分が残されている。
次に、ハーフカットされた成型品は、デフラッシュ工程に移行される。ブレード１３０の切断速度は高速であるため、その切断面には多量のバリが発生している。これらのバリは、デフラッシュ工程により除去される。デフラッシュ工程は、好ましくは、図１（ｂ）に示すように、ケミカルディッピング（浸漬）と、ウォータージェットの２つの工程を含んでいる。
ケミカルディッピング工程では、強アルカリの溶剤、例えば、カリン３００Ｓを容器内に充填し、その温度を約８２℃に保持する。この容器内に、ハーフカットされた成型品を約２５分間、浸漬する。リードフレームが銅から構成されている場合には、切断面で生じたバリは、強アルカリのカリン３００Ｓと化学反応し、バリの一部が溶かされる。また、カリン３００Ｓによりモールド樹脂のコンパウンドが膨潤される。この膨潤により、樹脂１２０とリード１１２との密着性が幾分緩和される。なお、リードフレームが、他の材質、例えば４２アロイから構成されるとき、溶剤は、リードフレームと化学反応してそれを溶融することができる材料を選択する。
次に、成型品を容器から取り出し、リンスを施した後、成型品をウオータージェット工程に移行させる。ウオータージェット工程では、高圧の水を切断溝１４０に噴射する。これにより、切断溝１４０におけるリード１１２のバリが完全に除去され、また、膨潤により密着性が低下したバリも一掃される。その結果、切断溝１４０にはバリが残らず、きれいな切断面が得られる。
次に、成型品は、ダイシング装置によりフルカットシンギュレーションされる。このとき、ブレードは、図３（ｂ）に示す切断溝１４０の延長である樹脂領域１３２のみを切断するため、第１のシンギュレーションのときよりもブレード１３０の切断速度を高速化し、樹脂１２０を切断することができる。フルカットシンギュレーションに用いるブレードの幅は、ハーフカットシンギュレーションに用いるブレード１３０の幅よりも薄いので、切断された半導体装置の切断面は、段差が付いた形状となる。また、これらのブレードの材質は、金属を切断するかしないかにより、それぞれ異なるものとなっている。
図４は、本実施例の製造方法により得られたＱＦＮパッケージの切断面を示す写真である。白い部分がリードの切断面であり、黒い部分が樹脂の切断面である。写真からも明らかなように、従来の製造方法と比較して（図８を参照）、リードの切断方向におけるバリがすべて除去され、かつ、リードの板厚方向のバリも完全に除去されている。
このように本実施例によれば、ＱＦＮパッケージのシンギュレーションを２段階に分け、ハーフカットの後にデフラッシュを行うようにしたので、ブレードによるリードと樹脂の同時切断を、１００ｍｍ／ｓｅｃ以上という高速で行うことができ、その結果生じたバリをデフレッシュによりきれいに除去することができる。このため、シンギュレーションのスループットを向上させつつ、リードの寸法精度および平坦度が優れたＱＦＮパッケージを提供することができる。
本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明に係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
上記実施例では、ＱＦＮパッケージの製造方法を示したが、勿論、これ以外のＳＯＮ等のシンギュレーションを行う半導体装置であってもよい。また、リードの配列、形状等は、適宜変更することが可能であり、リードの一部が樹脂内に封止されていてもよい。また、マウント部も必ずしも樹脂から露出される必要はない。さらに、半導体チップは、ワイヤボンディングによる接続以外にも、例えばタブリードのような接続であってもよい。樹脂のモールドは、トランスファーモールド工法のほかポッティング工法を用いてもよい。
上記した実施例においては、デフラッシュ工程がケミカルディッピングとウォータージェットの２つの工程を含んでいるが、ケミカルディッピングの工程を行なわずに、ウォータージェットの工程のみでデフラッシュ工程を実現してもよい。この場合、ウォータージェット工程を第１のシンギュレーション工程及び第２のシンギュレーション工程と独立して行なってもよいし、第１のシンギュレーション工程と同時に、又は第２のシンギュレーション工程と同時に行なってもよい。シンギュレーション工程と同時にウォータージェットの工程を行なう場合、リードフレームを切断する第１のシンギュレーション工程を同時に行なうことが好ましい。
本発明に係る半導体装置の製造方法は、小型、極薄の寸法精度の安定した半導体装置を提供することができる。
１００：リードフレーム １０２：半導体チップ
１０４：マウント部 １０６：吊り部
１０８：本体リール部 １１０：ボンディングワイヤ
１１２：リード １２０：モールド樹脂
１３０：ブレード １４０：切断溝
Ｌ：切断面
１０４：マウント部 １０６：吊り部
１０８：本体リール部 １１０：ボンディングワイヤ
１１２：リード １２０：モールド樹脂
１３０：ブレード １４０：切断溝
Ｌ：切断面
Claims (14)
- 半導体チップと、マウント部および複数のリードが形成されたリードフレームとを樹脂封止する半導体装置の製造方法であって、
（ａ）前記リードフレームの各マウント部にそれぞれ半導体チップをマウントし、各半導体チップの電極を対応する前記リードに電気的に接続するステップと、
（ｂ）少なくとも前記リードの一部が露出するように、前記リードフレームおよび複数の半導体チップを樹脂で封止するステップと、
（ｃ）ダイシング用ブレードを切断面に沿って移動させ、少なくとも前記リードを完全に切断し、切断溝を形成する第１の切断ステップと、
（ｄ）前記第１の切断ステップの後、前記切断溝内をデフラッシュするステップと、
（ｅ）前記デフラッシュするステップに引き続いて、ダイシング用ブレードを切断面に沿って移動させ、前記切断溝から樹脂の残りの部分を切断する第２の切断ステップと、
を有する半導体装置の製造方法。 - 前記デフラッシュするステップは、高圧の水を前記切断溝内に噴射する噴射処理を含む、請求項１に記載の製造方法。
- 前記デフラッシュするステップは、前記切断溝に露出されたリードおよび樹脂をアルカリ性または酸性の溶液に晒すケミカル処理を含む、請求項１または２に記載の製造方法。
- 前記ケミカル処理は、一定温度に保持された前記溶液を収容する容器内に、前記切断溝を一定時間浸漬する処理を含む、請求項３に記載の製造方法。
- 前記デフラッシュするステップは、前記ケミカル処理の後に、前記高圧の水を前記切断溝内に噴射する噴射処理を行う、請求項３または４に記載の製造方法。
- 前記切断溝は、切断されたリードの側面と切断された樹脂の底部とを含む、請求項１に記載の製造方法。
- 前記第２の切断ステップのブレードの幅は、前記第１の切断ステップのブレードの幅よりも薄い、請求項１に記載の製造方法。
- 前記第１の切断ステップによる切断面と前記第２の切断ステップによる切断面に段差が形成される、請求項７に記載の製造方法。
- 前記第１の切断ステップは、ブレードを少なくとも１００ｍｍ／ｓｅｃで移動させる、請求項１に記載の製造方法。
- 前記第２の切断ステップによるブレードの切断速度は、前記第１の切断ステップによるブレードの切断速度よりも速い、請求項１ないし９いずれか１つに記載の製造方法。
- 前記リードフレームは、銅、鉄−ニッケル合金、または半田もしくはパラジウムがメッキされた銅のいずれかを含む、請求項１ないし１０いずれか１つに記載の製造方法。
- 前記マウント部は樹脂から露出されている、請求項１ないし１１いずれか１つに記載の製造方法。
- 前記半導体装置は、ＱＦＮパッケージである、請求項１ないし１２いずれか１つに記載の製造方法。
- 前記半導体装置は、ＳＯＮパッケージである、請求項１ないし１２いずれか１つに記載の製造方法。
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