JP5125702B2 - 電子装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、一面側に部品を搭載したリードフレームを樹脂で封止するとともに、リードフレームの他面を樹脂から露出させてなる電子装置の製造方法に関する。

従来より、この種の電子装置としては、ＱＦＮ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｎｏｎ−Ｌｅａｄｅｄ Ｐａｃｋａｇｅ）構造が提案されている（たとえば、特許文献１等参照）。これは、この構造は、ＳＯＰ、ＱＦＰなどガルウイング形状のパッケージのアウターリード部を無くし、ハーフモールドをした構造であり、電子機器の小型化・高密度化に伴うパッケージの小型化のニーズに答えるものである。

このようなＱＦＮは、リードフレームの一面側に部品を搭載し、リードフレームの他面にテープを貼り付けて当該他面をテープで被覆した後、部品とともにリードフレームを樹脂で封止し、次に、リードフレームからテープを剥がすことにより、リードフレームの他面を樹脂から露出させることにより製造される（たとえば、特許文献２、特許文献３、特許文献４等参照）。

ここでＱＦＮは、ハーフモールド構造のため、モールド時にリードフレームの他面に樹脂バリが発生するなどの問題がある。そこで、従来では、この樹脂バリを防止するために、テープを露出面となるリードフレームの他面に貼り付けた状態で、モールド成形を実施するようにしている。
特許第３４２８５９１号公報 特開２００３−３３６０１５号公報 特開２００５−１６６９４３号公報 特開２００６−３１９０８７号公報

しかし、上記従来の製造方法では、テープを貼り付けたリードフレームを用いても、リードフレームにおけるモールド樹脂からの露出面である他面では、特に端子部などでは、上記樹脂バリの発生を十分に抑制することは、困難であった。

また、この樹脂バリは、リードフレームにおける端子部の長さが長くなると、端子部の先端で極端に発生頻度が増加するものである。たとえば、端子部が０．６ｍｍ以上に長くなったり、端子部における長さと幅との比率が４：１以上になったりすると、樹脂バリが問題となってくる。

また、パッケージサイズが大きくなったり（たとえば１辺が１０ｍｍ以上）、パッケージにおける長辺と短辺の長さの差が大きくなったり（たとえば長辺／短辺比：１．２以上）、あるいは、端子部を接続するダムバー部にハーフエッチングがされたりする場合などにおいても、樹脂バリが発生しやすくなる傾向がみられる。

これは、パッケージが大きくなったり、ダムバー部が細くなったりすると、モールド時の温度による熱応力やリードフレームを押さえつける力により、ダムバー及び端子部が変形を受け、この変形による力がリードフレーム先端に加わり、テープとリードフレームにおけるテープ被覆面としての他面との間で剥離を発生させるためである。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、一面側に部品を搭載したリードフレームを樹脂で封止するとともに、リードフレームの他面を樹脂から露出させてなる電子装置の製造方法において、テープとリードフレームとの剥離を防止してリードフレームのテープ被覆面における樹脂バリの発生を極力防止することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、樹脂（３０）による封止を行う前に、テープ（２００）を貼り付けたリードフレーム（１０）を熱処理する工程を備え、この熱処理工程では、２００℃以上の温度での熱処理を１．５時間以上行うとともに、当該２００℃以上の温度での熱処理以外に、１５０℃以上２００℃未満の温度での熱処理を１時間以上行うものであり、熱処理する工程を、樹脂（３０）による封止を行う前の１２時間以内に行うことを特徴としている。

本発明は、本発明者が実験的に見出したものであり、樹脂（３０）による封止を行う前にテープ（２００）付きのリードフレーム（１０）を２００℃以上の温度で１．５時間以上、熱処理すれば、後述する図３に示されるように、樹脂バリの発生率の大幅な低減が図れる。よって、本発明によれば、テープ（２００）とリードフレーム（１０）との剥離を防止してリードフレーム（１０）のテープ被覆面における樹脂バリの発生を極力防止することができる。

また、本発明のように、熱処理する工程では、２００℃以上の温度での熱処理以外に、１５０℃以上２００℃未満の温度での熱処理を１時間以上行うことが、好ましい。

この場合、さらに、本発明のように、熱処理する工程を、樹脂（３０）による封止を行う前の１２時間以内に行うことが好ましい。

また、請求項２に記載の発明のように、テープ（２００）としては、ポリイミドを基材とし貼り付け面にシリコーン系接着剤を有するものを採用できる。また、請求項３に記載の発明のように、リードフレーム（１０）としては、銅の表面に、当該銅側よりＮｉ、Ｐｄ、Ａｕが順次積層されてなる３層のメッキが施されたものを採用できる。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

図１は、本発明の実施形態に係る電子装置１００の概略断面構成を示す図である。この電子装置１００は、一般的なＱＦＮ（クワッドフラットノンリードパッケージ）と同様の構成を有するものである。

すなわち、本実施形態の電子装置１００は、大きくは、リードフレーム１０のアイランド部１１と、アイランド部１１の一面側に搭載された部品としての半導体素子２０と、アイランド部１１の周囲に配置され半導体素子２０と電気的に接続されたリードフレーム１０のリード部１２と、これらリードフレーム１０および半導体素子２０を封止するモールド樹脂３０とを備えて構成されている。

アイランド部１１とリード部１２とは、１枚のリードフレーム１０から分離形成されたものである。ここで、リードフレーム１０は、基材としてのＣｕの表面に当該Ｃｕ側よりＮｉ、Ｐｄ、Ａｕの３層よりなるＮｉ／Ｐｄ／Ａｕメッキが施されてなるものであり、リードフレーム１０に対してプレスやエッチング加工などを行うことによって、アイランド部１１とリード部１２とのパターンが形成されたものである。

たとえば、アイランド部１１は矩形板状のものであり、リード部１２は、アイランド部１１の４辺の外周において複数本の短冊状のものが配列されている。そして、半導体素子２０は、アイランド部１１の一面側（図１の上面側）に、Ａｇペーストや導電性接着剤などよりなる図示しないダイマウント材を介して搭載され、接着されている。

この半導体素子２０は、シリコン半導体などの半導体基板を用いて半導体プロセスにより形成されたＩＣチップなどである。そして、図１に示されるように、半導体素子２０と各リード部１２の一面（図１の上面）とは、Ａｕ（金）やアルミニウムなどからなるボンディングワイヤ４０を介して結線されて互いに電気的に接続されている。ここで、半導体素子２０およびワイヤ４０は、リードフレーム１０の一面（図１の上面）側に搭載された部品として構成されている。

そして、モールド樹脂３０は、エポキシ系樹脂などの通常のモールド材料を用いてトランスファーモールド法などにより形成されるものであり、このモールド樹脂３０によって、アイランド部１１、リード部１２、半導体素子２０およびボンディングワイヤ４０が包み込むように封止されている。

また、図１においてモールド樹脂３０の下面では、アイランド部１１の他面（図１中の下面）およびリード部１２の他面（図１中の下面）、すなわちリードフレーム１０の他面が露出している。

また、リード部１２は、モールド樹脂３０の下面における周辺部にて露出しており、さらに、リード部１２はモールド樹脂３０の外周端面より突出しておらず、本実施形態では、リードレス構造を有するＱＦＮ構造のパッケージとなっている。

そして、本実施形態の電子装置１００は、たとえば、図示しない配線基板に搭載され、モールド樹脂３０の下面から露出するアイランド部１１の他面およびリード部１２の他面にて、はんだなどを介して接合されるようになっている。

次に、本実施形態の電子装置１００の製造方法について、図２を参照して述べる。図２は、本製造方法におけるモールド樹脂３０による封止工程を示す概略断面図である。

本製造方法では、まず、リードフレーム１０において部品２０、４０が搭載される一面とは反対の他面、すなわちリードフレーム１０におけるテープ被覆面に、テープ２００を貼り付け（図２参照）、リードフレーム１０の他面をテープ２００で被覆する。

このテープ２００は、フィルム状のポリイミドを基材とし、その貼り付け面にシリコーン系接着剤を有するものである。厚さなどの寸法を特に限定するものではないが、基材の厚さは、たとえば２５μｍ、接着剤の厚さは、たとえば５μｍである。

そして、この接着剤を介してリードフレーム１０の他面にテープ２００を貼り付ける。なお、この接着剤によるリードフレーム１０への密着力をピール試験による相対値として表すと、一般の方法で貼り付けを行った状態ではＮｉ／Ｐｄ／Ａｕメッキに対して０．３７であり、Ｃｕに対しては０．４３である。

こうしてリードフレーム１０の他面にテープ２００を貼り付けた後、このテープ２００付きのリードフレーム１０をオーブンなどに入れ、熱処理する。ここでは、２００℃以上の温度での熱処理を１時間以上、好ましくは１．５時間以上行う。以下、このリードフレーム１０に対する２００℃以上の温度での熱処理を第１の熱処理工程という。なお、この第１の熱処理工程の温度の上限は、テープ２００の耐熱温度である。この耐熱温度は、具体的にはメーカーの保証温度である。

この後、リードフレーム１０の一面側に部品２０、４０を搭載する（部品搭載工程）。この工程では、まず、アイランド部１１の一面に上記ダイマウント材を介して半導体素子２０を搭載し固定する。次に、半導体素子２０とリード部１２の一面との間でワイヤボンディングを行い、ボンディングワイヤ４０による結線を行う。

ここで、半導体素子２０を搭載する工程では、上記ダイマウント材を硬化させるために、１５０℃以上２００℃未満で１時間以上の熱処理を行う。この熱処理は、同時にテープ２００付きのリードフレーム１０に対する熱処理にもなる。以下、このリードフレーム１０に対する１５０℃以上２００℃未満の温度での熱処理を第２の熱処理工程という。

こうして、部品搭載工程を終えた後、部品２０、４０とともにリードフレーム１０をモールド樹脂３０で封止する（樹脂封止工程）。この樹脂封止工程は、図２に示されるように、金型Ｋ１にワークを投入し、トランスファーモールド法により行う。このとき、リードフレーム１０の他面、つまりアイランド部１１およびリード部１２の他面は、テープ２００で被覆されているので、モールド樹脂３０は密着しない。

次に、金型Ｋ１からワークを取り出し、リードフレーム１０の他面からテープ２００を剥がす。そうすることにより、リードフレーム１０の他面をモールド樹脂３０から露出させる。

なお、ここまでの工程は、通常、多連のリードフレーム１０の状態で行われるものであり、この後、リードフレーム１０をモールド樹脂３０とともにカットすることで、個片化すれば、個片化されたものが、電子装置１００としてできあがる。

上記した製造方法においては、モールド樹脂３０による封止を行う前に、テープ２００付きのリードフレーム１０に対して、２００℃以上の温度での熱処理である第１の熱処理工程を１時間以上行い、さらに、１５０℃以上２００℃未満の温度での熱処理である第２の熱処理工程を１時間以上行うが、この根拠について述べる。

本発明者は、本実施形態に示したテープ２００付きのリードフレーム１００について、２００℃の温度での熱処理を行った後、１５０℃の温度での熱処理を行い、その２時間後に樹脂封止を行うという流れで、各熱処理の時間を変えていき、樹脂バリの発生試験を行った。

２００℃の温度での熱処理時間については、０、０．１時間、１時間、１．５時間と変えていき、１５０℃の温度での熱処理時間については、０、１時間、２時間と変えていき、これら各時間の組合せにより試験を行った。

樹脂バリについては、３０個のテープ付きリードフレームについて、樹脂封止後にリードフレーム１０の他面からテープ２００を剥がし、当該他面にモールド樹脂が残存するかどうかを調べた。そして、樹脂が残存するものの個数を３０で除した百分率として、これをバリ不良率（単位：％）とした。

図３は、この樹脂バリの発生試験の結果を示す図であり、２００℃の温度での熱処理時間を変えたものについて、縦軸に１５０℃の温度での熱処理時間（単位：時間）、横軸にバリ不良率を表し、これらの関係を示している。

この図３に示されるように、２００℃の温度での熱処理および１５０℃の温度での熱処理がともに０時間、つまり、これら両熱処理をまったく行わない場合には、バリ不良率は９０％近くであり、非常に高い値を示した。

それに対して、２００℃の温度での熱処理を１時間行えば、１５０℃の温度での熱処理を行わなくても、バリ不良率は２５％近くまで大幅に低減された。さらに、２００℃の温度での熱処理時間を１時間以上で増やしていけば、バリ不良率が減少していくことが確認され、１．５時間ならば、１５０℃の温度での熱処理を行わなくても、バリ不良率が０％となった。

また、図３に示されるように、２００℃の温度での熱処理を１時間行い、さらに、１５０℃の温度での熱処理を１時間行えば、バリ不良率は０％となり、まったく樹脂バリが発生しない状態を実現できた。

さらに、１５０℃の温度での熱処理時間を１時間以上で増やしていけば、バリ不良率が減少していくことが確認される。これは、テープ２００付きのリードフレーム１０に対して上記したような適度の温度および時間にて熱処理を行うことによって、テープ２００の密着力が向上し、樹脂封止中に剥離しにくくなったためと考えられる。

この図３に示される結果から、本実施形態の製造方法においては、モールド樹脂３０による封止を行う前に、テープ２００付きのリードフレーム１０に対して、２００℃以上の温度での第１の熱処理工程を１時間以上、好ましくは、１．５時間以上行うようにしている。

また、本実施形態の製造方法では、モールド樹脂３０による封止を行う前に、テープ２００付きのリードフレーム１０に対して、上記第１の熱処理工程に加えて、１５０℃以上の温度での第２の熱処理工程を１時間以上行うが、これも上記図３に示される結果に基づいている。つまり、図３に示されるように、上記第１の熱処理工程を１時間以上行うとともに、１５０℃での第２の熱処理工程を１時間以上行えば、バリ不良率は０％となる。

この図３に示される結果からわかるように、本実施形態の製造方法では、樹脂封止前に、テープ２００付きリードフレーム１０を熱処理する工程としては、上記第１の熱処理工程のみでもよいが、さらに第２の熱処理工程を行うことで、バリ不良率をより低減するようにしている。

こうして、本実施形態の製造方法によれば、テープ２００とリードフレーム１０との剥離を防止してリードフレーム１０のテープ被覆面における樹脂バリの発生を極力防止することができる。

なお、１５０℃の温度での熱処理を行った後、２００℃の温度での熱処理を行うという流れで、上記同様の樹脂バリ発生試験を行った場合にも、上記図３と同様の結果が得られている。

また、上記した樹脂バリの発生試験において、２００℃以上の温度での熱処理と、１５０℃以上２００℃未満の温度での熱処理とを、ともに１時間以上行う場合について、これら両方の熱処理の直後から樹脂封止までの室温での放置時間と、バリ不良率との関係について調査した。その結果を図４に示す。

図４は、２００℃以上の温度での熱処理と、１５０℃以上２００℃未満の温度での熱処理とを、ともに１時間行ったときに、当該両方の熱処理後から樹脂封止までの放置時間（単位：時間）とバリ不良率（単位：％）との関係を調査した結果を示す図である。

この図４においても、上記両方の熱処理を両方ともまったく行わない場合のバリ不良率の結果（図４中の白丸プロット）を並記してある。この図４から、当該放置時間が増加するほど、バリ不良率が大きくなっていき、室温放置によって、加熱によるテープ２００の密着力向上の効果が薄れていくことがわかる。

そして、図４に示されるように、当該放置時間が１２時間以内までならば、バリ不良率：０％を実現できることが確認される。それゆえ、本製造方法においては、２００℃以上の温度での熱処理と、１５０℃以上２００℃未満の温度での熱処理とを、ともに１時間以上行熱処理する工程を、樹脂封止前の１２時間以内に行うことが好ましい。

（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、２００℃での第１の熱処理工程を部品搭載工程前に行っているが、この第１の熱処理工程は、樹脂封止工程の前に行えばよく、その実行のタイミングは、上記実施形態に限定されない。

また、第１の熱処理工程に加えて、１５０℃での第２の熱処理工程を行う場合には、これら両熱処理工程の実行順序は問わない。また、上記実施形態では、当該第２の熱処理工程は、半導体素子２０の搭載工程におけるダイマウント材の熱硬化により行われたが、これに限定されるものではない。

たとえば、当該ダイマウント材が紫外線照射により硬化するものである場合には、樹脂封止工程前の任意の時期に、好ましくは樹脂封止工程前の１２時間以内に、別途、第２の熱処理工程を行えばよい。なお、部品搭載後に、第１の熱処理工程、第２の熱処理工程を行う場合には、部品の耐熱温度などについても留意する必要がある。

また、リードフレームは、上記実施形態に示した材質以外にも、４２アロイなどの通常のリードフレーム材料からなるものであってもよい。また、テープについても、上記実施形態以外に、この種のテープとして採用可能な材質よりなるものを用いてよい。

本発明の実施形態に係る電子装置の概略断面図である。 実施形態の電子装置の製造方法における樹脂封止工程を示す概略断面図である。 樹脂バリの発生試験の結果を示す図である。 熱処理後の放置時間とバリ不良率との関係を調査した結果を示す図である。

符号の説明

１０ リードフレーム
２０ 半導体素子
３０ モールド樹脂
４０ ボンディングワイヤ
２００ テープ

Claims (3)

1. リードフレーム（１０）の一面側に部品（２０、４０）を搭載し、前記リードフレーム（１０）の他面に当該他面を被覆するテープ（２００）を貼り付けた後、
   前記部品（２０、４０）とともに前記リードフレーム（１０）を樹脂（３０）で封止し、
   次に、前記リードフレーム（１０）から前記テープ（２００）を剥がすことにより、前記リードフレーム（１０）の前記他面を前記樹脂（３０）から露出させるようにした電子装置の製造方法において、
   前記樹脂（３０）による封止を行う前に、前記テープ（２００）を貼り付けた前記リードフレーム（１０）を熱処理する工程を備え、この熱処理工程では、２００℃以上の温度での熱処理を１．５時間以上行うとともに、当該２００℃以上の温度での熱処理以外に、１５０℃以上２００℃未満の温度での熱処理を１時間以上行うものであり、
   前記熱処理する工程を、前記樹脂（３０）による封止を行う前の１２時間以内に行うことを特徴とする電子装置の製造方法。
2. 前記テープ（２００）は、ポリイミドを基材とし貼り付け面にシリコーン系接着剤を有するものであることを特徴とする請求項１に記載の電子装置の製造方法。
3. 前記リードフレーム（１０）は、銅の表面に、当該銅側よりＮｉ、Ｐｄ、Ａｕが順次積層されてなる３層のメッキが施されたものであることを特徴とする請求項１または２に記載の電子装置の製造方法。

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