JP4728490B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置及びその製造方法、並びにリードフレームに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
樹脂封止型半導体装置等の半導体パッケージの材料としてリードフレームが広く用いられている。一般に、リードフレームは枠状の金属シートでできており、個々の製品に対応するパターンが複数個連結されて長尺多連状に構成されている。通常、リードフレームには、各部を保持し組立搬送治具の役割を持つレールと、組立時の位置決め孔となるパイロットホールが構成されており、各パターンには半導体ダイ(チップ、ペレット)が搭載されるダイボンディングパッドや、半導体ダイと外部との電気的接続を行うリードなどが構成される。大電力用途のトランジスタなどではリード先端に連結されたダイボンディング領域を有する放熱板により放熱性を高めている。
【0003】
〔従来例1〕
次ぎに従来の一例(従来例1とする)の半導体装置(TO−220AB)及びその製造方法、並びにリードフレームにつき図面を参照して説明する。図4に従来例1のリードフレーム31の正面図(a)・側面図(b)、及びそのリードフレーム31を用いて作製された樹脂封止型半導体装置21(TO−220AB)の正面図(c)・側面図(d)を示す。なお、図4(a)においては個々の製品となるパターンを2ユニット分のみ描き他は省略した。また、図4(c)(d)は封止樹脂18の外形を破線で示し、その内部の構成を描いた透視図である。
【0004】
従来例1のリードフレーム31は 銅又は銅合金の金属シートをプレス抜き加工し、その表面にニッケルメッキ等を施したものであり、上部連結バー(レール)2、中央部連結バー(レール)3、底部連結バー(レール)4を備え、これらにより個々の製品となるパターンが多数連結される。
各パターン毎には3本のリード5,6,7を備える。各リード5,6,7は中央部連結バー3及び底部連結バー4に結合し、支持される。両側のリード5,7のパッケージ内部となる端(以下、内部端という。)にはそれぞれボンディングポスト8,10が形成され、中央のリード6の内部端には,半導体ダイの搭載部を有する金属板である放熱板9が連結されている。
放熱板9はダイボンディング部9aとタブ部9bとを有し、中央のリード6の内部端に、まず、ダイボンディング部9aが連結され、ダイボンディング部9aに連続してタブ部9bが延設され、さらに、タブ部9bは上部連結バー2に結合し、隣接するタブ部9b,9bと連結される。
また、底部連結バー4にはパイロットホール11が、タブ部9bには取り付け用ホール12が穿設されている。
以上のような構造のリードフレーム31の類は特開平8−264697号公報にも開示される。
【0005】
図4(c)(d)に示す従来例1の樹脂封止型半導体装置21はリードフレーム31を用いて次のように組み立てられる。
〔ダイボンディング工程〕
まず、ダイボンディング部9aに半導体ダイ13を半田ペーストや導電性樹脂接着剤等の接合剤を用いてダイボンディングし、電気的に接続するとともに機械的にも強固に接合する。接合剤には熱放散性の良いものが用いられる。
〔ワイヤボンディング工程〕
次ぎに、半導体ダイ13の表面に形成された電極パッド14,15とボンディングポスト8,10とをそれぞれボンディングワイヤ16,17により電気的に接続する。
〔樹脂封止工程〕
次ぎに、半導体ダイ13がボンディングされたリードフレーム31を樹脂モールド成型金型に収め、樹脂モールド装置によりエポキシ樹脂などの樹脂材料を樹脂モールド成型金型内に注入する。その後、必要な熱処理を行い、封止樹脂18を硬化させる。
〔リードカット工程〕
次ぎに、図4(a)中、破線で示すような切断線によりリードフレームを切断し、放熱板9を上部連結バー2から、リード5,6,7を中央部連結バー3から、及びリード6,7を底部連結バー4からそれぞれ切り離す。すなわち、リード5と底部連結バー4とが結合し、複数個の樹脂封止型半導体装置が連結された状態とする。
〔半田ディップ工程〕
次ぎに、底部連結バー4によって連結された複数個の樹脂封止型半導体装置のリード5,6,7を一括して半田漕に浸し、リード5,6,7の外部端子部に半田を付着させる。
〔分離工程〕
最後に、リード5を底部連結バー4から切り離して、樹脂封止型半導体装置を個々に分離し、正に図4(c)(d)に示すような樹脂封止型半導体装置21を得る。
【0006】
図4(c)(d)に示すように従来例1の樹脂封止型半導体装置21は、半導体ダイ13、ボンディングワイヤ16,17、及びボンディングポスト8,10が封止樹脂18により封止され、封止樹脂18の底部から三本のリード5,6,7が突出して外部端子を形成し、対する封止樹脂18の上部にタブ部9bが突出して封止樹脂18から露出した構成である。また図4(d)に示すように放熱板9の板厚はリード板厚tより厚く形成され、ダイボンディング部9aの半導体ダイ13が接合される面と反対側の面も封止樹脂18から露出した構成をとる。
また、上述のようなリードカット工程により上部連結バー2が切断されたため、図4(c)に示すように放熱板9の2つの切断面41が形成される。この切断面41はメッキされず、リードフレーム素材の銅又は銅合金が露出してなる。
なお、放熱板の板厚をリード板厚tと等しくし、放熱板を完全に樹脂封止するタイプのもの(TO−220F)も存在する。
【0007】
〔従来例2〕
次ぎに従来の他の一例(従来例2とする)の半導体装置(TO−220)及びその製造方法、並びにリードフレームにつき図面を参照して説明する。図5に従来例2のリードフレーム32の正面図(a)・側面図(b)、及びそのリードフレーム32を用いて作製された樹脂封止型半導体装置22(TO−220)の正面図(c)・側面図(d)を示す。なお、図5(a)においては個々の製品となるパターンを2ユニット分のみ描き他は省略した。また、図5(c)(d)は封止樹脂18の外形を破線で示し、その内部の構成を描いた透視図である。
【0008】
従来例2のリードフレーム32は、従来例1のリードフレーム31と同様の構成を有し、タブ部91bにプレカット孔19を穿設したものである。図5(a)に示すように、プレカット孔19はダイボンディング部9aに沿うように横長矩形状に形成される。このプレカット孔19は、樹脂封止後にタブ部91bをわずかな面積の切断で切り落とすために予め穿設されるものである。
以上のような構造のリードフレーム32の類は特開平6−104359号公報にも開示される。
【0009】
図5(c)(d)に示す従来例2の樹脂封止型半導体装置22はリードフレーム32を用いて次のように組み立てられる。
リードフレーム32がリードフレーム31と同様の外形を有するため、従来例2の樹脂封止型半導体装置22は従来例1と同じ組立設備により、ダイボンディング工程、ワイヤボンディング工程、樹脂封止工程、リードカット工程、半田ディップ工程、分離工程を行うことができる。
〔タブカット工程〕
リードカット工程後、半田ディップ工程前にタブカット工程を行う。タブカット工程では、予め穿設されていたプレカット孔19の両側端に位置するタブ部91bとダイボンディング部91aとの連結部分を切断する。
〔分離工程〕
半田ディップ工程終了後、リード5を底部連結バー4から切り離して、樹脂封止型半導体装置を個々に分離し、正に図5(c)(d)に示すような樹脂封止型半導体装置22を得る。
【0010】
図5(c)(d)に示すように従来例2の樹脂封止型半導体装置22は、半導体ダイ13、ボンディングワイヤ16,17、及びボンディングポスト8,10が封止樹脂18により封止され、封止樹脂18の底部から三本のリード5,6,7が突出して外部端子が形成されてなる。樹脂封止型半導体装置22は、従来例1の樹脂封止型半導体装置21のようにタブ部を有さず、封止樹脂18の上部に放熱板91の上端がわずかに突出して封止樹脂18から露出した構成である。また図5(d)に示すように放熱板91はリード板厚tより厚く形成され、ダイボンディング部91aの半導体ダイ13が接合される面と反対側の面も封止樹脂18から露出した構成をとる。
また、上述のようなタブカット工程により連結部が切断されたため、図5(a)に示すように放熱板91の2つの角に切断面42が形成される。この切断面42はメッキされず、リードフレーム素材の銅又は銅合金が露出してなる。
【0011】
以上のような従来例2によれば、タブ部があるタイプの従来例1と部品、組立装置、組立ラインなどの共用できる部分が多く、生産上のメリットが大きい。
【0012】
〔従来例3〕
次ぎに従来の他の一例(従来例3とする)の半導体装置(TO−220)及びその製造方法、並びにリードフレームにつき図面を参照して説明する。図6に従来例3のリードフレーム33の正面図(a)・側面図(b)、及びそのリードフレーム33を用いて作製された樹脂封止型半導体装置22(TO−220)の正面図(c)・側面図(d)を示す。なお、図6(a)においては個々の製品となるパターンを2ユニット分のみ描き他は省略した。また、図6(c)(d)は封止樹脂18の外形を破線で示し、その内部の構成を描いた透視図である。
【0013】
従来例3のリードフレーム33は、従来例1のリードフレーム31と同様の構成を有し、タブ部92bにプレカット切欠20を設けたものである。図6に示すように、プレカット切欠20はダイボンディング部92aに沿うようにほぼ矩形状に両側に形成される。このプレカット切欠20は、樹脂封止後にタブ部92bをわずかな面積の切断で切り落とすために予め加工されるものである。
【00014】
図6(c)(d)に示す従来例3の樹脂封止型半導体装置23はリードフレーム33を用いて次のように組み立てられる。
リードフレーム33がリードフレーム31と同様の外形を有するため、従来例3の樹脂封止型半導体装置23は従来例1と同じ組立設備により、ダイボンディング工程、ワイヤボンディング工程、樹脂封止工程、リードカット工程、半田ディップ工程、分離工程を行うことができる。
〔タブカット工程〕
リードカット工程後、半田ディップ工程前にタブカット工程を行う。タブカット工程では、予め穿設されていた2つのプレカット切欠20の間に位置するタブ部92bとダイボンディング部92aとの連結部分を切断する。
〔分離工程〕
半田ディップ工程終了後、リード5を底部連結バー4から切り離して、樹脂封止型半導体装置を個々に分離し、正に図6(c)(d)に示すような樹脂封止型半導体装置23を得る。
【0015】
図6(c)(d)に示すように従来例3の樹脂封止型半導体装置23は、従来例2の樹脂封止型半導体装置22と同じ仕様のものである。
但し、上述のようなタブカット工程により連結部が切断されたため、図6(a)に示すように放熱板92の上部中央に切断面43が形成される。この切断面43はメッキされず、リードフレーム素材の銅又は銅合金が露出してなる。
【0016】
以上のような従来例3によれば、タブ部があるタイプの従来例1と部品、組立装置、組立ラインなどの共用できる部分が多く、生産上のメリットが大きい。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、以上の従来技術では以下のような問題があった。
【0018】
第一に、タブカット時の応力により半導体ダイへダメージが及ぶという問題がある。
すなわち、放熱板91,又は92上にボンディングされた半導体ダイ13付近に剪断荷重が加わるため、半導体ダイ13と放熱板91,又は92との接合面が荷重負荷時に変形し、その変形を弾性的に吸収できずに半導体ダイ13にダメージが発生するおそれがある。放熱板は熱放散性の要請によりリード部より分厚く形成されることがあるうえに、放熱板は半導体ダイを接合している部分であるため切断位置と半導体ダイとが近接するので、放熱板と他の構成部材との連結部を切断する時に半導体ダイに生じる応力は、リード部と他の構成部材との連結部を切断する時のそれに対して大きく憂慮すべきである。
従来例2,3は、プレカット孔19又はプレカット切欠20を設けたため、それを設けない場合に比較してタブカット時に材料に生じる応力を小さく抑えることができる。しかし、タブカット時の応力による半導体ダイへダメージを完全に払拭することはできない。これを検証するため以下のようなシミュレーションを行った。
【0019】
本シミュレーションは従来例2,3をモデルとして、それらのタブカット時に半導体ダイ13に加わる応力を調べたものである。図7に、タブカット工程における樹脂封止型半導体装置22の部分斜視図(a1)及びその応力分布図(a2)、並びにタブカット工程における樹脂封止型半導体装置23の部分斜視図(b1)及びその応力分布図(b2)を示す。
1点あたり20kgの荷重を各切断線46、切断線47のそれぞれに沿って10点負荷する場合につき計算した。
従来例2の樹脂封止型半導体装置22において応力は、切断線46近傍の角に位置する点B(F)において最大の8.9kg/mm3 となり、図7(a2)に示すように分布する結果となった。
従来例3の樹脂封止型半導体装置23において応力は、半導体ダイ13のタブ部92b近傍の辺の中点Aにおいて最大の3.8kg/mm3 となり、図7(b2)に示すように分布する結果となった。
以上のシミュレーション結果から半導体ダイ13に応力が生じることがわかった。したがって、応力による半導体デバイスへのダメージが懸念され、タブカット後にダメージの有無を検査する追加の試験か、又はダメージを緩和させる熱処理工程等が必要となり、工程負担が増大するという問題に至る。
【0020】
第二に、放熱板の一部がメッキされずに、その素材が露出し耐腐食性、耐浸食性が低下するという問題がある。
上述したように従来例1,2,3の半導体装置21,22,23には放熱板9,91,92の上端にタブカット時の切断面41,42,43が存在する。
図8に従来例1,2,3の樹脂封止型半導体装置21、22,23の部分断面模式図を示す。
図8に示すように何れの従来例においても、放熱板9、91,92は、タブカット時の切断面41,42,43においてメッキ45が施されておらず、銅合金等の素材44が露出した構成となる。
したがって、▲1▼素材44表面が外気(特にO2)に触れるので、長期間使用した場合に錆びるおそれがある。▲2▼寒冷地使用(自動車用途)等においては、結露と加熱が繰り返されるが、かような過酷な使用環境において、素材44とメッキ45との界面に水分・湿気が侵入するおそれがあり、メッキが劣化しやすい。そのため、放熱板としての効果が持続、安定し難い。▲3▼電蝕(水分の存在下で、イオン化傾向の大きい方の金属の腐食)に対する耐久性が懸念される、などの問題がある。
【0021】
第三に、仕様の異なるリードフレームにおいて、放熱板の板厚の違いにより異なる組立設備を使用することとなるとコスト増を招き好ましくない。
【0022】
本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、リードの内部端に連結された放熱板に半導体ダイがボンディングされ、樹脂封止されてなる半導体装置において、リードフレームからの放熱板の切り離し切断による半導体ダイへの応力負荷を根本的に払拭し、信頼性の高い半導体装置を簡易な工程で低コストに作製することを課題とする。
また本発明は、放熱板の素材の露出部分を無くし、特に長期使用条件下又は過酷な使用環境下における耐腐食性、耐浸食性を向上することを課題とする。
さらに本発明は、仕様の異なるリードフレーム間における組立設備の共通化を図り、生産性を向上することを課題とする。
【0023】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、第1の発明は、例えば図1、図2又は図3に示すように、リード6の内部端に連結された放熱板93,94に半導体ダイ13がボンディングされ、樹脂封止されてなる半導体装置24,25において、前記放熱板93,94の切断加工面が連続して同一のメッキ層45により被覆されてなることを特徴とする半導体装置24,25である。
【0024】
したがって第1の発明によれば、放熱板の切断加工面が連続して同一のメッキ層により被覆されているので、放熱板の素材の露出部分を無くすことができ、耐腐食性、耐浸食性を向上することができる。ここで、リードの内部端とは、半導体パッケージ内部に位置するリードの端部をいう。放熱板の切断加工面とは、プレス抜き加工等により切断加工された放熱板の端面をいう。放熱板の半導体ダイを搭載する面やその反対面にもメッキを施すことにより放熱板の素材の露出部分を無くすことができる。そのような場合、素材表面が、外気(特にO2)と触れることなく、錆び難い。寒冷地使用(自動車用途)等においては、結露と加熱が繰り返されるが、かような過酷な使用環境においても、素材とメッキ界面に水分・湿気が侵入することがないので、メッキが劣化し難い。そのため、放熱板としての効果が持続、安定する。電蝕(水分の存在下で、イオン化傾向の大きい方の金属の腐食)に対する耐久性が向上する。
【0025】
第2の発明は、例えば図1、図2又は図3に示すように、リード6の内部端に連結された放熱板93,94に半導体ダイ13がボンディングされ、樹脂封止されてなる半導体装置24,25において、
前記放熱板93,94の封止樹脂18,48に被覆される部分に被着するメッキ層45aに連続するメッキ層45bにより、前記放熱板93,94の前記封止樹脂18,48から露出する部分の切断加工面の全域が被覆されてなることを特徴とする半導体装置24,25である。
【0026】
したがって第2の発明によれば、放熱板の封止樹脂に被覆される部分に被着するメッキ層に連続するメッキ層により、放熱板の封止樹脂から露出する部分の切断加工面の全域が被覆されているので、封止樹脂から放熱板の一部が露出したタイプの半導体装置において、放熱板の封止樹脂から露出する部分における、放熱板の素材の露出部分を無くすことができ、第1の発明と同様に耐腐食性、耐浸食性を向上することができる。
【0027】
第3の発明は、例えば図1、図2又は図3に示すように、並設される複数のリード5,6,7と、そのうち少なくとも一のリード6の先端に連結されたダイボンディング領域を有する放熱板93,94とを備える一体連結されたリードフレーム34,35であって、前記放熱板93,94が、前記一のリード6と結合する部分を除き、他の構成部分から離間されてなることを特徴とするリードフレーム34,35である。
【0028】
したがって第3の発明によれば、放熱板がリードと結合する部分を除き、他の構成部分から離間されているので放熱板に切り離すべき連結部がなく、本リードフレームを使用して半導体装置を組み立てる際に、放熱板を切り離し切断することがなく、切り離し切断による半導体ダイへの応力負荷を根本的に払拭することができる。そのため、応力ダメージのない信頼性の高い半導体装置が得られる。また、放熱板を切り離し切断する工程が要らず、ダメージの有無を検査する追加の試験や、ダメージを緩和させる熱処理工程等が不要となり、簡易な工程で低コストに半導体装置を作製することができる。
本発明は特にリード部より放熱板が分厚く形成されるものに適用すると効果的である。なぜなら、放熱板が分厚く形成されるほど、本発明の適用により解放される応力負荷が大きいからである。
また、放熱板にタブ部等のダイボンディング部に連続する部材が大きくないものに本発明を適用すると効果的である。なぜなら、従来例1,2のように放熱板のダイボンディング部以外の部分が小さいほど切断位置(荷重位置)が半導体ダイに近くなり、本発明の適用により解放される応力負荷が大きいからである。
【0029】
第4の発明は、例えば図1又は図2に示すように、第3のリードフレームにメッキ34,35を施し、その後、
そのリードフレーム34,35に半導体ダイ13をボンディングし、その後、
封止材料18,48により前記半導体ダイ13を封止し、その後、
半導体装置に不要なリードフレームの連結部3,4を切断除去することを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【0030】
したがって第4の発明によれば、第3のリードフレームを使用するので、放熱板を切り離し切断することがなく、応力ダメージのない信頼性の高い半導体装置を簡易な工程で低コストに作製することができる。
また、放熱板を切り離し切断することがないため、ボンディング工程前のメッキ加工により形成されたメッキ層により放熱板の表面全域が被覆された半導体装置を簡易な工程で低コストに作製することができる(完全に放熱板表面をメッキするために再度メッキを施す必要がない。)。
【0035】
請求項1記載の発明は、例えば図1又は図3に示すように、並設される複数のリード5,6,7と、そのうち少なくとも一のリード6の先端に連結されたダイボンディング領域を有する放熱板93,94とを備え、前記放熱板が、前記一のリードと結合する部分を除き、他の構成部分から離間されてなる一体連結されたリードフレーム34,35であって、放熱板93,94の厚みの異なる2種のリードフレーム34,35を用いて半導体装置24,25を製造するに際して、
放熱板93の厚い方の種類34の前記リード相互間を連結する連結部4の裏面に、スペーサ50を一体形成することにより、前記放熱板の厚い方の種類のリードフレームおける前記連結部の前記スペーサの部分の裏面から前記放熱板の裏面までの垂直距離と、前記放熱板の薄い方の種類のリードフレーム35おける前記連結部の裏面から前記放熱板の裏面までの垂直距離とを等しく構成し、
前記放熱板の厚い方の種類のリードフレームにあっては、前記連結部の前記スペーサの部分の裏面と前記放熱板の裏面とで支持されるように搬送装置に載置し、前記放熱板の薄い方の種類のリードフレームにあっては、前記連結部の裏面と前記放熱板の裏面とで支持されるように搬送装置に載置して、前記ダイボンディング領域に半導体ダイを接合するダイボンディング工程と、前記半導体ダイの表面に形成された電極と前記複数のリードのうちの当該半導体ダイが接合されたリードと異なる他のリードとをボンディングワイヤにより電気的に接続するワイヤボンディング工程とを行うことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【0036】
したがって請求項1記載の発明によれば、異なる板厚の放熱板を有するリードフレームを同一の搬送装置に載置しても、リードフレームの姿勢が一定となり、放熱板の厚みの異なる2種のリードフレームを用いた半導体装置を共通の組立設備により製造することができる。
また、スペーサはリード相互間を連結する連結部に形成されているので、スペーサはかかる連結部とともに切断除去され製品の構造に影響しないという利点がある。
【0037】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施の形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。
【0038】
〔第1の実施の形態〕
まず、本発明の第1の実施の形態の半導体装置(TO−220)及びその製造方法、並びにリードフレームにつき図1及び図2を参照して説明する。図1は本発明の第1の実施の形態のリードフレーム34の正面図(a)・側面図(b)、及びそのリードフレーム34を用いて作製された樹脂封止型半導体装置24(TO−220)の正面図(c)・側面図(d)を示す。なお、図1(a)においては個々の製品となるパターンを2ユニット分のみ描き他は省略した。また、図1(c)(d)は封止樹脂18の外形を破線で示し、その内部の構成を描いた透視図である。
【0039】
本実施形態のリードフレーム34は 銅又は銅合金等の金属シートをプレス抜き加工し、その表面にニッケルメッキ等を施したものであり、図1に示すように、中央部連結バー(レール)3、底部連結バー(レール)4を備え、これらにより個々の製品となるパターンが多数連結される。上述の従来例1,2,3のように上部連結バーは無い。
各パターン毎には3本のリード5,6,7を備える。各リード5,6,7は中央部連結バー3及び底部連結バー4に結合し、支持される。両側のリード5,7のパッケージ内部となる端(以下、内部端という。)にはそれぞれボンディングポスト8,10が形成され、中央のリード6の内部端には,半導体ダイの搭載部を有する金属板である放熱板93が連結されている。
放熱板93はダイボンディング部93aを有し、ダイボンディング部93aの一主面がダイボンディング領域となる。放熱板93はリード6と結合する部分を除き、他の構成部分から離間されている。
底部連結バー4にはパイロットホール11が穿設されている。
【0040】
図1(c)(d)に示す本実施形態の樹脂封止型半導体装置24はリードフレーム34を用いて次のように組み立てられる。
〔ダイボンディング工程〕
まず、ダイボンディング部93aに、大電力用途のトランジスタである半導体ダイ13を半田ペーストや導電性樹脂接着剤等の接合剤を用いてダイボンディングし、電気的に接続するとともに機械的にも強固に接合する。接合剤には熱放散性の良いものが用いられる。
〔ワイヤボンディング工程〕
次ぎに、半導体ダイ13の表面に形成された電極パッド14,15とボンディングポスト8,10とをそれぞれボンディングワイヤ16,17により電気的に接続する。
〔樹脂封止工程〕
次ぎに、半導体ダイ13がボンディングされたリードフレーム34を樹脂モールド成型金型に収め、樹脂モールド装置によりエポキシ樹脂などの樹脂材料を樹脂モールド成型金型内に注入する。その後、必要な熱処理を行い、封止樹脂18を硬化させる。
〔リードカット工程〕
次ぎに、図1(a)中、破線で示すような切断線によりリードフレームを切断し、リード5,6,7を中央部連結バー3から、及びリード6,7を底部連結バー4からそれぞれ切り離す。すなわち、リード5と底部連結バー4とが結合し、複数個の樹脂封止型半導体装置が連結された状態とする。但し、これは一例であって、リード6,7を底部連結バー4から切り離さず、3本のリード5,6,7と底部連結バー4とが結合し、複数個の樹脂封止型半導体装置が連結された状態としても良い。
〔半田ディップ工程〕
次ぎに、底部連結バー4によって連結された複数個の樹脂封止型半導体装置のリード5,6,7を一括して半田漕に浸し、リード5,6,7の外部端子部に半田を付着させる。
〔分離工程〕
最後に、リード5を底部連結バー4から切り離して、樹脂封止型半導体装置を個々に分離し、正に図1(c)(d)に示すような樹脂封止型半導体装置24を得る。
以上の工程によれば、半導体ダイ13がボンディングされた放熱板93付近で連結部の切断は行われないので、切り離し切断による半導体ダイへの応力ダメージのない樹脂封止型半導体装置24を、以上のような簡易な工程で低コストに得ることができる。
【0041】
図1(c)(d)に示すように本実施形態の樹脂封止型半導体装置24は、半導体ダイ13、ボンディングワイヤ16,17、及びボンディングポスト8,10が封止樹脂18により封止され、封止樹脂18の底部から三本のリード5,6,7が突出して外部端子を形成し、対する封止樹脂18の上部に放熱板93の上端がわずかに突出して封止樹脂18から露出した構成である。また図1(d)に示すように放熱板93の板厚はリード板厚tより厚く形成され、ダイボンディング部93aの半導体ダイ13が接合される面と反対側の面も封止樹脂18から露出した構成をとる。
また、本実施形態のリードフレーム34には上部連結バーがなく、放熱板93はリード6のみによって支持され、半導体装置組立過程において放熱板93は支持部(連結部)を切断されることはないので、上述の従来例1,2,3ように放熱板に切断面が形成されることはない。図2に本発明の第1の実施の形態の樹脂封止型半導体倒置24の部分断面図(図1(d)におけるA−A線部分断面図)を示した。図2に示すように樹脂封止型半導体装置24においては、放熱板93は銅又は銅合金等からなる素材44の表面にニッケルメッキ等のメッキ層45が形成されてなり、放熱板93の切断加工面が連続して同一のメッキ層45により被覆されてなる。放熱板93の封止樹脂18に被覆される部分に被着するメッキ層45aに連続するメッキ層45bにより、放熱板93の封止樹脂18から露出する部分の切断加工面の全域が被覆される。したがって、放熱板93は完全にメッキにより被覆され、これにより耐腐食性、耐浸食性が向上する。
【0042】
〔第2の実施の形態〕
次ぎに、本発明の第2の実施の形態につき、図3を参照して説明する。図3は本発明の第2の実施の形態のリードフレーム35の正面図(a)・側面図(b)、及びそのリードフレーム35を用いて作製された樹脂封止型半導体装置25(TO−220F)の正面図(c)・側面図(d)を示す。なお、図3(a)においては個々の製品となるパターンを2ユニット分のみ描き他は省略した。また、図3(c)(d)は封止樹脂48の外形を破線で示し、その内部の構成を描いた透視図である。
【0043】
本実施形態のリードフレーム35は、第1の実施の形態のリードフレーム34と同様の構成を有するが、放熱板94の形状が異なる。
図3(a)(b)に示すように、中央のリード6の内部端には,半導体ダイの搭載部を有する金属板である放熱板94が連結されている。放熱板94はダイボンディング部94aを有し、ダイボンディング部94aの一主面がダイボンディング領域となる。放熱板94はリード6と結合する部分を除き、他の構成部分から離間されている。
しかし、放熱板94は第1の実施の形態の放熱板93とは異なりタブ部94bを有する。タブ部94bはダイボンディング部94aに連続して略U字状に突出するように形成されている。
【0044】
一方、図3(c)(d)に示すようにリードフレーム35を用いて作製された樹脂封止型半導体装置25は、放熱板94が完全に封止樹脂48により完全に封止されている点で、第1の実施の形態の樹脂封止型半導体装置24とな異なる。
封止樹脂48のタブ部94bを覆う部分の中央には取り付け用ホール49がモールド成型されている。ちょうど取り付け用ホール49を避けるようにタブ部94bは封止樹脂48内に内在する。
【0045】
以上のようにタブ有りフルモールドタイプの半導体装置25にも本発明は適用可能であり、耐腐食性、耐浸食性が向上され、切断による応力ダメージが払拭され信頼性の高いタブ有りタイプの半導体装置を得ることができる。
リードフレーム35を用いて樹脂封止型半導体装置25を組み立てる際には、第1の実施の形態と同様の装置によりダイボンディング工程、ワイヤボンディング工程を経て、その後封止樹脂48を成型するための樹脂モールド成型金型を使用して樹脂封止し、さらに、第1の実施の形態と同様の装置によりリードカット工程、半田ディップ工程、分離工程を行うことにより、設備投資増加を低く抑えて安価に生産することができる。
【0046】
〔第3の実施の形態〕
次ぎに、本発明の第3の実施の形態につき、図1及び図3を参照して説明する。
【0047】
図1(b)(d)及び図3(b)(d)に示すように樹脂封止型半導体装置24と樹脂封止型半導体装置25とは、規格の要請上同一の寸法t及びGを有する。寸法tはリードの厚みである。寸法Gはリード裏面からパッケージ裏面までの距離である。ここで、裏面とは半導体ダイ13が接合される面の反対側の面をいう。
しかし、半導体装置25の放熱板94の厚みが寸法tで形成されているのに対し、半導体装置24の放熱板93の厚みが寸法tより厚く形成されている。そのため、リード裏面から放熱板裏面までの距離は異なる。
一方、樹脂封止前のダイボンディング工程、ワイヤボンディング工程においては封止樹脂18,48が構成されていない。
【0048】
そこで、ダイボンディング工程、ワイヤボンディング工程において、半導体装置24と半導体装置25とを共通の組立装置で組み立て可能とするために、スペーサ50をリード相互間を連結する連結部である底部連結バー4の裏面側に一体形成する。スペーサ50の厚みは寸法d2とされ、寸法d2は放熱板93の厚みd3から放熱板94の厚みtを差し引いた分に等しくされている(d2=d3−t)。したがって、リードフレーム35における底部連結バー4裏面から放熱板94裏面までの距離d1と、リードフレーム34における底部連結バー4裏面から放熱板93裏面までの距離はd1とは等しくなる。すなわち、底部連結バー4にスペーサ50を一体形成し、載置する際の頭部(放熱板93のある部分)と底部(底部連結バー4のある部分)とのギャップを調整する。
以上のようにスペーサ50をリードフレーム34に設けたので、リードフレーム35を載置する搬送装置のレール上に、リードフレーム35に代えてリードフレーム34を載置しても据わりが良いため、ダイボンディング工程、ワイヤボンディングマシ工程における設備を半導体装置24と半導体装置25とで共用することができ、効率よく安価に生産することができる。
(第3の実施の形態終わり)
【0049】
なお、以上の実施の形態においては、半導体装置を樹脂封止型としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、用途に応じガラス封止のセラミックパッケージとしても良い。
また、リードフレーム材料としてはCu合金のほかFe−Ni42合金(42アロイ)を使用しても良い。
また、リードフレームのメッキ材料としては、ニッケルのほか、スズ−鉛合金であるはんだメッキを使用しても良い。
半導体ダイ13としては、大電力用途のバイポーラトランジスタのほか、パワーMOSFET、ダイオードを適用することができる。
【0050】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、スペーサが、リード相互間を連結する連結部に一体形成されているので、異なる板厚の放熱板を有するリードフレームを同一の搬送装置に載置しても、リードフレームの姿勢が一定となり、異なる板厚の放熱板を有する半導体装置を共通の組立設備で製造することができるという効果がある。
また本発明は、放熱板がリードと結合する部分を除き、他の構成部分から離間されているので放熱板に切り離すべき連結部がなく、半導体ダイが接合される放熱板に加わる応力が少ないので、応力ダメージのない信頼性の高い半導体装置を簡易な工程で低コストに作製することができるという効果がある。
放熱板の切断加工面を連続して同一のメッキ層により被覆することで、放熱板の素材の露出部分を無くすことができ、耐腐食性、耐浸食性を向上することができるという効果が得られる。
【0051】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態のリードフレーム34の正面図(a)・側面図(b)、及びそのリードフレーム34を用いて作製された樹脂封止型半導体装置24(TO−220)の正面図(c)・側面図(d)である。
【図2】本発明の第1の実施の形態の樹脂封止型半導体倒置24の部分断面模式図(図1(d)におけるA−A線部分断面図)である。
【図3】本発明の第2の実施の形態のリードフレーム35の正面図(a)・側面図(b)、及びそのリードフレーム35を用いて作製された樹脂封止型半導体装置25(TO−220F)の正面図(c)・側面図(d)である。
【図4】従来例1のリードフレーム31の正面図(a)・側面図(b)、及びそのリードフレーム31を用いて作製された樹脂封止型半導体装置21(TO−220AB)の正面図(c)・側面図(d)である。
【図5】従来例2のリードフレーム32の正面図(a)・側面図(b)、及びそのリードフレーム32を用いて作製された樹脂封止型半導体装置22(TO−220)の正面図(c)・側面図(d)である。
【図6】従来例3のリードフレーム33の正面図(a)・側面図(b)、及びそのリードフレーム33を用いて作製された樹脂封止型半導体装置22(TO−220)の正面図(c)・側面図(d)である。
【図7】タブカット工程における樹脂封止型半導体装置22の部分斜視図(a1)及びその応力分布図(a2)、並びにタブカット工程における樹脂封止型半導体装置23の部分斜視図(b1)及びその応力分布図(b2)である。
【図8】従来例1,2,3の樹脂封止型半導体装置21、22,23の部分断面模式図
【符号の説明】
2…上部連結バー(レール)
3…中央部連結バー(レール)
4…底部連結バー(レール)
5,6,7…リード
8…ボンディングポスト
9,91,92,93,94…放熱板
9a,91a,92a,93a,94a…ダイボンディング部
9b,91b,92b…タブ部
10…ボンディングポスト
11…パイロットホール
12、49…取り付け用ホール
13…半導体ダイ
14,15…電極パッド
16,17…ボンディングワイヤ
18、48…封止樹脂
19…プレカット孔
20…プレカット切欠
21,22,23…従来例の樹脂封止型半導体装置
24,25…本発明実施形態の樹脂封止型半導体装置
31,32,33…従来例のリードフレーム
34,35…本発明実施形態のリードフレーム
41,42,43…切断面
44…素材
45…メッキ層
46,47…切断線
50…スペーサ
Claims (1)
- 並設される複数のリードと、そのうち少なくとも一のリードの先端に連結されたダイボンディング領域を有する放熱板とを備え、前記放熱板が、前記一のリードと結合する部分を除き、他の構成部分から離間されてなる一体連結されたリードフレームであって、放熱板の厚みの異なる2種のリードフレームを用いて半導体装置を製造するに際して、
放熱板の厚い方の種類の前記リード相互間を連結する連結部の裏面に、スペーサを一体形成することにより、前記放熱板の厚い方の種類のリードフレームおける前記連結部の前記スペーサの部分の裏面から前記放熱板の裏面までの垂直距離と、前記放熱板の薄い方の種類のリードフレームおける前記連結部の裏面から前記放熱板の裏面までの垂直距離とを等しく構成し、
前記放熱板の厚い方の種類のリードフレームにあっては、前記連結部の前記スペーサの部分の裏面と前記放熱板の裏面とで支持されるように搬送装置に載置し、前記放熱板の薄い方の種類のリードフレームにあっては、前記連結部の裏面と前記放熱板の裏面とで支持されるように搬送装置に載置して、前記ダイボンディング領域に半導体ダイを接合するダイボンディング工程と、前記半導体ダイの表面に形成された電極と前記複数のリードのうちの当該半導体ダイが接合されたリードと異なる他のリードとをボンディングワイヤにより電気的に接続するワイヤボンディング工程とを行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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