JP4332538B2 - 樹脂封止型半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体素子を搭載したリードフレームタイプの樹脂封止型半導体装置およびその製造方法に関し、特に半導体素子の電極から金属細線により接続されたリード部の封止樹脂との密着性を向上させて、剥がれ等を防ぐことのできる樹脂封止型半導体装置およびその製造方法に関するものである。

近年、電子機器の小型化に対応するために、樹脂封止型半導体装置などの半導体部品の高密度実装が要求され、それにともなって、半導体部品の小型、薄型化が進んでいる。また小型で薄型でありながら、多ピン化が進み、高密度の小型、薄型の樹脂封止型半導体装置が要望されている。

以下、従来のダイパッド部露出型の樹脂封止型半導体装置について説明する。図６は従来の樹脂封止型半導体装置を示す図面であり、図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は底面図、図６（ｃ）は図６（ｂ）のＡ−Ａ１箇所の断面図である。

図６に示すように、リードフレームのダイパッド部１０１上に半導体素子１０２が搭載され、その半導体素子１０２とインナーリード部１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃとが金属細線１０４により電気的に接続されている。そしてダイパッド部１０１上の半導体素子１０２、インナーリード部１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃの外囲は封止樹脂１０５により封止されている。また封止樹脂１０５の側面とインナーリード部１０３ｃの末端部とは同一面に配置されているものであり、ダイパッド部１０１の底面が封止樹脂１０５から露出しているダイパッド部露出型の樹脂封止型半導体装置である。またインナーリード部１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃの先端部が外部端子１０６として露出しているものである。

次に従来の樹脂封止型半導体装置の製造方法について説明する。図７はリードフレームを用いた従来の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す工程ごとの断面図である。

まず図７（ａ）に示すように、フレーム枠と、そのフレーム枠内に、半導体装置が載置される矩形状のダイパッド部１０１と、ダイパッド部１０１を支持する吊りリード部と、半導体素子を載置した場合、その載置した半導体素子と金属細線等の手段により電気的接続するインナーリード部１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃとを有し、なおかつダイパッド部１０１、インナーリード部１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃの各底面に密着するように接着力を有する封止シートを貼付したリードフレームを用意する。

次に図７（ｂ）に示すように、リードフレームのダイパッド部１０１上に半導体素子１０２を銀ペースト等の接着剤により接合する（ダイボンド工程）。

次に図７（ｃ）に示すように、ダイパッド部１０１上に搭載した半導体素子１０２の表面の電極パッド（図示せず）と、リードフレームのインナーリード部１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃとを金属細線１０４により接続する。なお、インナーリード部１０３ｃの端子を構成する部分が半導体素子１０２の下面に位置する場合、金属細線１０４は、フレーム枠に接続されたインナーリード部１０３ｃ上の半導体素子１０２よりも外側に接続する（ワイヤーボンド工程）。

その後、図７（ｄ）に示すように、封止シートをリードフレームに密着させた状態でダイパッド部１０１、半導体素子１０２、インナーリード部１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃの外囲を封止樹脂１０５により封止する。この工程ではリードフレームの底面に封止シートを密着させて封止した後に、封止シートを剥がすことにより、ダイパッド部１０１の底面を除く領域、吊りリード部、半導体素子１０２、インナーリード部１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃの底面を除く領域、および金属細線１０４の接続領域を封止するものであり、封止樹脂１０５の底面からダイパッド部１０１の底面、インナーリード部１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃの底面が露出した構成となる（封止〜シート剥がし工程）。
特開平９−８２７４１号公報（第６頁、第３図）

しかしながら従来の樹脂封止型半導体装置およびその製造方法では、基板実装する際の高温環境下で、樹脂封止型半導体装置を構成する各材料の熱膨張により、リードおよび封止樹脂の剥がれ現象が発生してしまうことがある。このような現象は近年、樹脂封止型半導体装置を製造する上で大きな問題となっていた。

樹脂封止型半導体装置を基板実装した際、高温環境下でのリード部および封止樹脂界面での剥がれ現象は、半導体素子の電極から電気的に接続している金属細線と、リード部との間で断線などによる樹脂封止型半導体装置の動作不良が懸念され、好ましくない状況となる。

本発明は前記した従来の課題を解決するものであり、特に半導体素子の下面に端子を構成する樹脂封止型半導体装置において、リード面および封止樹脂面での剥がれ現象を解決することのできる樹脂封止型半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の樹脂封止型半導体装置は、表面に突出部を有した半導体素子搭載用のダイパッド部と、前記ダイパッド部の前記突出部上に搭載された半導体素子と、先端部が前記ダイパッド部に対向して配列された複数のリード部と、前記半導体素子の電極と前記リード部を接続した金属細線と、前記ダイパッド部の底面を除く領域、吊りリード部、前記半導体素子、前記リード部の底面と末端部を除く領域、および金属細線の接続領域を封止した封止樹脂とより構成される半導体装置において、前記リード部には、リードと封止樹脂の剥離止めが設けられていることを特徴とする樹脂封止型半導体装置である。

具体的には、前記リード部に貫通穴や波状のくびれを設けていること特徴とするリードフレームを使用して製造する樹脂封止型半導体装置である。

また、ダイパッド部は、上面に突出した支持部を有している樹脂封止型半導体装置である。

本発明の樹脂封止型半導体装置の製造方法は、金属板よりなるフレーム枠内に設けられた半導体素子搭載用のダイパッド部と、前記ダイパッド部の各角部をその先端部で支持し、末端部が前記フレーム枠に接続した吊りリード部と、先端部が前記ダイパッド部に対向して配列され、末端部が前記フレーム枠に接続した複数のリード部とよりなるリードフレームであって、前記フレーム枠に接続されたリード上に剥離止めが設けられ、前記ダイパッド部、前記インナーリード部の各底面に密着するように接着力を有する封止シートを貼付したリードフレームを用意する工程と、用意したリードフレームの前記ダイパッド部上に前記半導体素子を搭載する工程と、前記半導体素子の電極と前記リードフレームのリード部とを金属細線により接続する工程と、前記リードフレームの下面であって、少なくとも前記リード部、ダイパッド部の底面に封止シートを密着させ、前記リードフレームの上面側を封止樹脂により樹脂封止し、前記ダイパッド部の底面の領域、吊りリード部、前記半導体素子、前記リード部の底面を除く領域、および金属細線の接続領域を封止する工程とよりなる樹脂封止型半導体装置の製造方法である。

具体的には、前記インナーリード上に、貫通穴や波状のくびれを設けたリードフレームを使用する樹脂封止型半導体装置の製造方法である。

また、樹脂封止の工程の後、封止シートを剥がし、吊りリード部、リード部の末端部分を切断し、前記吊りリード部、前記リード部の各末端部を封止樹脂の側面と同一面に配列する樹脂封止型半導体装置の製造方法である。

前記構成の通り、本発明の樹脂封止型半導体装置は、リード面および封止樹脂面での密着性を向上させ、基板実装する際の高温環境下にさらされた後においても、半導体素子の電極とリードとの接続を阻害することの無い、樹脂封止型半導体装置を実現することができる。

以上、本発明の樹脂封止型半導体装置は、リードフレームタイプの樹脂封止型半導体装置において、半導体素子の電極から金属細線で接続しているリード面と、封止樹脂の界面での剥がれ現象を防止できるものである。

また、本発明の樹脂封止型半導体装置の製造方法は、基板実装する際の高温環境下でリードおよび封止樹脂界面との密着性を向上させ、高い信頼性を得ることができるものであり、ランドグリッドアレイ型の片面封止タイプや、ＱＦＰに代表される両面封止タイプなどのリードフレームを使った樹脂封止型半導体装置の製造方法に広く適用できるものである。

以下、本発明の樹脂封止型半導体装置およびその製造方法の一実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１は本実施形態の樹脂封止型半導体装置を示す図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は底面図、図１（ｃ）は図１（ｂ）のＢ−Ｂ１箇所の断面図である。

図１に示すように、本実施形態の樹脂封止型半導体装置は、半導体素子搭載用の突出部１ａを有したダイパッド部１と、そのダイパッド部１の突出部１ａ上に搭載された半導体素子２と、フレーム枠から接続されたリードであって先端部がダイパッド部１に対向して配列され、その底面が最外周端子を形成する複数のリード部３ａと、独立したリードで底面が２列目の端子を形成する複数のリード部３ｂと、フレーム枠から接続されたリードであって先端部の底面が最内周端子を形成する複数のリード部３ｃと、半導体素子２の電極と第１、第２、第３のリード部３ａ、３ｂ、３ｃとを接続した金属細線４と、ダイパッド部１の底面を除く領域、半導体素子２、第１、第２、第３のリード部３ａ、３ｂ、３ｃの底面を除く領域、および金属細線４の接続領域を封止した封止樹脂５とよりなり、第１、第３の各リード部３ａ、３ｃの末端部は封止樹脂５の側面と同一面に配列された樹脂封止型半導体装置であって、最内周端子を形成するリード部３ｃは、端子が半導体素子２の下面に位置する場合に金属細線４を、そのリード部に容易に接続できるように設けられているフレーム枠から接続されたリード上に剥離止め部７が設けられているリードフレームを使用する樹脂封止型半導体装置である。

そして図１（ｂ）に示すように、本実施形態の樹脂封止型半導体装置は、第１のリード部３ａの底面、第２のリード部３ｂの底面、第３のリード部３ｃの底面は、ランド電極を構成し、封止樹脂５の下面領域において平面配列で少なくとも２列を構成しているランドグリッドアレイ型の樹脂封止型半導体装置である。

次に本実施形態の樹脂封止型半導体装置におけるリードフレームの形態について説明する。

図２は、リードフレームの形態を示す図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は図（ａ）のＣ−Ｃ１箇所の断面図である。

図２（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態の樹脂封止型半導体装置で採用しているリードフレームには、フレーム枠に接続された最内周端子を形成するリード部３ｃのリード上に剥離止め部７を設置している。樹脂封止型半導体装置が基板実装される際の高温環境下において発生しやすいリード部３ｃの先端部からのリード面と封止樹脂面の剥がれ現象を、剥離止め部７により進行を防ぐことができ、半導体素子の電極から最内周端子までを接続している金属細線とリード部３ｃとの接続部にまで剥離を進行させず、安定した半導体装置の動作を実現することができるものである。

図３は、図２で説明したリード上に設置した剥離止め部の形態を示す図であり、図３（ａ）、（ｂ）は平面図と断面図である。また、図３（ｃ）、（ｄ）、または図３（ｅ）、（ｆ）は、リード上に設置する剥離止め部の別の形態を示す平面図と断面図である。

まず図３（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態の樹脂封止型半導体装置で採用しているリード部は、フレーム枠に接続された最内周端子を形成するリード部のリード上にプレス加工やエッチング加工によるリード幅の２０〜９０％の直径である貫通穴または溝による剥離止め部を設置している。この貫通穴または溝は、加工制約上でリード幅の２０％以上確保し、なおかつ後工程での安定性向上の為９０％以内としておくことが好ましい。この剥離止めの効果により、樹脂封止の際に貫通穴または溝の内部へ封止樹脂が食い込むことにより、リード面および封止樹脂面での密着性を向上させるものである。

また、図３（ｃ）、（ｄ）に示すように、リード上に設置する剥離止め部として、貫通穴や溝に代えて、プレス加工やエッチング加工による波状のくびれを設けてもよい。さらには、図３（ｅ）、（ｆ）に示すように、リード部の形状を先端部から一旦ダイパッド側に引き回し、カーブを描きながらフレーム枠に接続されるリード部を設置する方法もある。これらのリード形状においても同様にリード面および封止樹脂面での密着性を向上させることができる。

以上、本実施形態の樹脂封止型半導体装置では、リード部に剥離止め部を有し、その効果によりリード面および封止樹脂面での密着性を向上させ、樹脂封止型半導体装置が基板実装される際の高温環境下において発生しやすいリード面と封止樹脂面の剥がれ現象を防ぐことができ、安定した半導体装置の動作を実現することができるものである。

次に本実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。

図４、図５は本実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法における主要な工程を示す断面図である。

まず、図４（ａ）に示すように、金属板よりなるフレーム枠内に設けられた半導体素子搭載用のダイパッド部１と、フレーム枠から接続されたリードであって先端部がダイパッド部１に対向して配列され、その底面が最外周端子を形成する複数のリード部３ａと、独立したリードで底面が２列目の端子を形成する複数のリード部３ｂと、フレーム枠から接続されたリードであって先端部の底面が最内周端子を形成する複数のリード部３ｃとよりなるリードフレームであって、最内周端子を形成するリード部３ｃのリード上には剥離止め７が設けられており、ダイパッド部１、インナーリード部３ａ、３ｂ、３ｃの各底面に密着するように接着力を有する封止シート８を貼付したリードフレームを用意する。

次に図４（ｂ）に示すように、用意したリードフレームのダイパッド部１の突出部１ａ上に半導体素子２をその主面を上にして接着搭載する（ダイボンド工程）。

次に図４（ｃ）に示すように、ダイパッド部１上に搭載した半導体素子２の電極と、リードフレームの第１、第２、第３のリード部とを金属細線４により接続する（ワイヤーボンド工程）。

そして図４（ｄ）に示すように、リードフレームの下面にあって、少なくとも第１、第２、第３のリード部、ダイパッド部１の底面に封止シート８を密着させ、リードフレームの上面側を封止樹脂５により樹脂封止し、ダイパッド部１の底面を除く領域、半導体素子２、第１、第２、第３のリード部の底面を除く領域、および金属細線４の接続領域を封止する（封止工程）。

そして図５に、樹脂封止の工程の後、封止シートを剥がし、第１、第３のリード部３ａ、３ｃの末端部分を切断し、各リード部の各末端部を封止樹脂５の側面と同一面に配置することにより、前述の図１で示した構造と同様な樹脂封止型半導体装置を得るものである。図５に示した樹脂封止型半導体装置は、基板実装する際の高温環境下において、リード面と封止樹脂５の界面において発生しやすい剥がれ現象の進行を防ぐことができ、半導体素子２の電極から最内周端子までを接続している金属細線４とリード部３ｃとの接続部にまで剥離を進行させず、安定した半導体装置の動作を実現することができるものである。

以上、本実施形態の樹脂封止型半導体装置およびその製造方法では、リードフレームのフレーム枠に接続したインナーリード上に剥離止めを有し、基板実装の際の高温環境下において、インナーリード面と封止樹脂の界面において発生しやすい剥がれ現象の進行を防ぐことができ、金属細線とリード部の接続性を確実にすることができ、安定した半導体装置の動作を実現できる。

なお、本実施形態ではリード部が３列を構成した片面封止タイプの樹脂封止型半導体装置を例に説明したが、２列タイプ、４列以上の多列タイプであっても、樹脂封止型半導体装置の製造方法には広く適用できるものである。

半導体素子のピン数を増加できる技術を提案し、電子機器の多機能化、小型化を実現する手段として有用である。

本発明の一実施形態の樹脂封止型半導体装置を示す図 本発明の一実施形態の樹脂封止型半導体装置のリードフレームを示す図 本発明の一実施形態の樹脂封止型半導体装置の剥離止め部を示す図 本発明の一実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図 本発明の一実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図 従来の樹脂封止型半導体装置を示す図 従来の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図

符号の説明

１ ダイパッド部
１ａ 突出部
２ 半導体素子
３ａ 第１のリード部
３ｂ 第２のリード部
３ｃ 第３のリード部
４ 金属細線
５ 封止樹脂
６ 外部端子
７ 剥離止め部
８ 封止シート
１０１ ダイパッド部
１０２ 半導体素子
１０３ａ 第１のリード部
１０３ｂ 第２のリード部
１０３ｃ 第３のリード部
１０４ 金属細線
１０５ 封止樹脂
１０６ 外部端子

Claims (6)

1. ダイパッド部と、
   前記ダイパッド部の上面に搭載された半導体素子と、
   厚肉部及び薄肉部を有し、かつ前記ダイパッド部に対向して配列された複数のリード部と、
   前記半導体素子の電極と前記リード部とを接続した金属細線と、
   前記半導体素子および前記金属細線を封止した封止樹脂とを備え、
   前記ダイパッド部の底面と前記リード部の厚肉部の底面とが露出し、
   前記リード部の厚肉部の底面である露出部分が外部接続端子を成し、
   前記リード部の薄肉部において、前記金属細線が接続された箇所と前記厚肉部との間に剥離止め部が形成され、
   前記封止樹脂は前記剥離止め部に食い込んでおり、
   前記離止め部は、くびれであって、前記リード部の厚さ方向又は幅方向に波状に形成されていることを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
2. ダイパッド部と、
   前記ダイパッド部の上面に搭載された半導体素子と、
   厚肉部及び薄肉部を有し、かつ前記ダイパッド部に対向して配列された複数のリード部と、
   前記半導体素子の電極と前記リード部とを接続した金属細線と、
   前記半導体素子および前記金属細線を封止した封止樹脂とを備え、
   前記ダイパッド部の底面と前記リード部の厚肉部の底面とが露出し、
   前記リード部の厚肉部の底面である露出部分が外部接続端子を成し、
   前記リード部の薄肉部において、前記金属細線が接続された箇所と前記厚肉部との間に剥離止め部が形成され、
   前記封止樹脂は前記剥離止め部に食い込んでおり、
   前記離止め部は、溝であることを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
3. ダイパッド部と、
   前記ダイパッド部の上面に搭載された半導体素子と、
   厚肉部及び薄肉部を有し、かつ前記ダイパッド部に対向して配列された複数のリード部と、
   前記半導体素子の電極と前記リード部とを接続した金属細線と、
   前記半導体素子および前記金属細線を封止した封止樹脂とを備え、
   前記ダイパッド部の底面と前記リード部の厚肉部の底面とが露出し、
   前記リード部の厚肉部の底面である露出部分が外部接続端子を成し、
   前記リード部の薄肉部において、前記金属細線が接続された箇所と前記厚肉部との間に剥離止め部が形成され、
   前記封止樹脂は前記剥離止め部に食い込んでおり、
   前記離止め部は、前記リード部が前記外部端子部から前記ダイパッド側に延びた後にカーブし、前記半導体装置の外側に延びることにより形成されたカーブ部であることを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
4. ダイパッド部と、
   前記ダイパッド部の上面に搭載された半導体素子と、
   厚肉部を有し、かつ前記ダイパッド部に対向して配列された複数のリード部と、
   前記半導体素子の電極と前記リード部とを接続した金属細線と、
   前記半導体素子および前記金属細線を封止した封止樹脂とを備える半導体装置において、
   前記ダイパッド部の底面と前記リード部の厚肉部の底面とが露出し、前記リード部の厚肉部の底面である露出部分が、露出した前記ダイパッドの周囲に格子状に３列に並んだ外部端子であり、
   前記外部端子と接続された前記リード部の薄肉部において、前記金属細線が接続された箇所と前記厚肉部との間に剥離止め部が形成され、
   前記３列に並んだ前記外部端子のうちの最外周の外部端子から、前記リード部の薄肉部が延びて前記半導体装置の側面に露出し、
   前記３列に並んだ前記外部端子のうちの最内周の外部端子は、前記半導体素子の下方に位置する外部端子であり、
   前記３列に並んだ前記外部端子のうちの最外周と最内周との間の外部端子は、それぞれ電気的に独立した外部端子であり、
   前記半導体素子よりも外側に位置する前記外部端子に対し、前記金属細線は、前記リード部の厚肉部における前記露出部分の反対側に接続され、
   前記封止樹脂は前記剥離止め部に食い込んでおり、
   前記離止め部は、くびれであって、前記リード部の厚さ方向又は幅方向に波状に形成されていることを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
5. ダイパッド部と、
   前記ダイパッド部の上面に搭載された半導体素子と、
   厚肉部を有し、かつ前記ダイパッド部に対向して配列された複数のリード部と、
   前記半導体素子の電極と前記リード部とを接続した金属細線と、
   前記半導体素子および前記金属細線を封止した封止樹脂とを備える半導体装置において、
   前記ダイパッド部の底面と前記リード部の厚肉部の底面とが露出し、前記リード部の厚肉部の底面である露出部分が、露出した前記ダイパッドの周囲に格子状に３列に並んだ外部端子であり、
   前記外部端子と接続された前記リード部の薄肉部において、前記金属細線が接続された箇所と前記厚肉部との間に剥離止め部が形成され、
   前記３列に並んだ前記外部端子のうちの最外周の外部端子から、前記リード部の薄肉部が延びて前記半導体装置の側面に露出し、
   前記３列に並んだ前記外部端子のうちの最内周の外部端子は、前記半導体素子の下方に位置する外部端子であり、
   前記３列に並んだ前記外部端子のうちの最外周と最内周との間の外部端子は、それぞれ電気的に独立した外部端子であり、
   前記半導体素子よりも外側に位置する前記外部端子に対し、前記金属細線は、前記リード部の厚肉部における前記露出部分の反対側に接続され、
   前記封止樹脂は前記剥離止め部に食い込んでおり、
   前記離止め部は、溝であることを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
6. ダイパッド部と、
   前記ダイパッド部の上面に搭載された半導体素子と、
   厚肉部を有し、かつ前記ダイパッド部に対向して配列された複数のリード部と、
   前記半導体素子の電極と前記リード部とを接続した金属細線と、
   前記半導体素子および前記金属細線を封止した封止樹脂とを備える半導体装置において、
   前記ダイパッド部の底面と前記リード部の厚肉部の底面とが露出し、前記リード部の厚肉部の底面である露出部分が、露出した前記ダイパッドの周囲に格子状に３列に並んだ外部端子であり、
   前記外部端子と接続された前記リード部の薄肉部において、前記金属細線が接続された箇所と前記厚肉部との間に剥離止め部が形成され、
   前記３列に並んだ前記外部端子のうちの最外周の外部端子から、前記リード部の薄肉部が延びて前記半導体装置の側面に露出し、
   前記３列に並んだ前記外部端子のうちの最内周の外部端子は、前記半導体素子の下方に位置する外部端子であり、
   前記３列に並んだ前記外部端子のうちの最外周と最内周との間の外部端子は、それぞれ電気的に独立した外部端子であり、
   前記半導体素子よりも外側に位置する前記外部端子に対し、前記金属細線は、前記リード部の厚肉部における前記露出部分の反対側に接続され、
   前記封止樹脂は前記剥離止め部に食い込んでおり、
   前記離止め部は、前記リード部が前記外部端子部から前記ダイパッド側に延びた後にカーブし、前記半導体装置の外側に延びることにより形成されたカーブ部であることを特徴とする樹脂封止型半導体装置。

Images