JP5554543B2

JP5554543B2 - リードフレーム及び半導体装置の中間製品

Info

Publication number: JP5554543B2
Application number: JP2009255330A
Authority: JP
Inventors: 啓次高井
Original assignee: Mitsui High Tech Inc
Current assignee: Mitsui High Tech Inc
Priority date: 2009-11-06
Filing date: 2009-11-06
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2029-11-06
Also published as: JP2011100899A

Description

本発明は、半導体装置の製造に用いるリードフレームとそのリードフレームを用いる半導体装置の中間製品に関する。

半導体装置の製造には、製造コストの低減が求められ、例えば、特許文献１では、樹脂テープや粘着テープ等を用いることなく半導体装置を安価に製造する方法が提案されている。
特許文献１の半導体装置の製造方法では、まず、リードフレーム材の上面側のワイヤボンディング部、及び下面側の外部接続端子部を形成する位置等にめっき層を形成し、リードフレーム材の上面側のハーフエッチング加工を行っている。そして、半導体素子を搭載した後、ワイヤボンディングを行い、上面側を樹脂封止し、次に、下面側のエッチング加工を行って、外部接続端子部を突出及び独立させ、半導体装置を製造している。

特開２００１−２４１３５号公報

特許文献１の外枠８０（単位リードフレームを複数備えた回路パターン群を隙間を有して囲む枠部）を図１０（Ａ）、（Ｂ）に図示して、説明する。
図１０（Ａ）に示すように、リードフレーム材８１の上面側のハーフエッチング加工を行い、半導体素子（図示せず）を搭載し、ワイヤボンディングを行い、上面側を樹脂封止した状態の外枠８０には、エッチングマスクとして上面めっき層８２及び下面めっき層８３が上面側及び下面側の同じ位置にそれぞれ同じ面積を有して形成されている。また、リードフレーム材８１は、外枠８０に、上面めっき層８２及び下面めっき層８３の間にある外縁部８４を備え、外縁部８４の内側に、上面側からエッチングされたエッチング領域部８５を有している。
そして、上面めっき層８２は、上面側を樹脂封止する樹脂８６との密着性（接合性）が悪いため、外縁部８４の内側側面の上半分、及びエッチング領域部８５の上面を樹脂８６に密着して、外枠８０が樹脂８６から剥離しないよう安定性を保っている。
そして、図１０（Ｂ）に示すように、エッチング領域部８５は、下面側からのエッチング加工によって、除去されるので、リードフレーム材８１と樹脂８６との接触面積が減り、樹脂８６と外縁部８４との密着強度が低下し、わずかな衝撃でも外枠８０が樹脂８６から剥離するという問題を生じる。このため、下面側のエッチング加工を行ってからカッティング（個片化）により各半導体装置を製造するまでの間、半導体装置の中間製品の取り扱いには注意が必要であった。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされるもので、外枠の樹脂からの剥離を防止するリードフレーム及び半導体装置の中間製品を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係るリードフレームは、リードフレーム材に、半導体素子搭載領域の周囲に複数の上側端子部を有する単位リードフレームを一列又は多列に備えた回路パターン群と、該回路パターン群を隙間を有して囲む外枠とをエッチングにより突出形成した後、前記単位リードフレーム毎に半導体素子を搭載し必要な配線を行い、前記半導体素子が搭載された前記回路パターン群の全体と、前記外枠の内側領域と、これに続く該外枠の内側一部とを上面側から樹脂で封止し、更に下面側からエッチングをして前記回路パターン群の前記上側端子部に連接する下側端子部を形成して半導体装置を製造するために用いるリードフレームであって、
前記外枠の上面側には内側一部が樹脂で封止される上面めっき層が、前記外枠の下面側には前記上面めっき層より内側に伸長し、エッチングマスクとして機能する下面めっき層がそれぞれ形成され、しかも、前記リードフレーム材は、前記上面めっき層の内側に前記上側端子部を突出させた薄肉部を有し、前記薄肉部の外周領域であって下面側に前記下面めっき層が形成された外側薄肉部を有している。

本発明に係るリードフレームにおいて、前記下面めっき層は、前記上面めっき層に対して０．３ｍｍ以上内側に広がっているのが好ましい。

前記目的に沿う本発明に係る半導体装置の中間製品は、リードフレーム材に、半導体素子搭載領域の周囲に複数の上側端子部を有する単位リードフレームを一列又は多列に備えた回路パターン群と、該回路パターン群を隙間を有して囲む外枠とをエッチングにより突出形成した後、前記単位リードフレーム毎に半導体素子を搭載し必要な配線を行い、前記半導体素子が搭載された前記回路パターン群の全体と、前記外枠の内側領域と、これに続く該外枠の内側一部とを上面側から樹脂で封止した半導体装置の中間製品であって、
前記外枠の上面側には内側一部が樹脂で封止される上面めっき層が、前記外枠の下面側には前記上面めっき層より内側に伸長し、エッチングマスクとして機能する下面めっき層がそれぞれ形成され、しかも、前記リードフレーム材は、前記上面めっき層の内側に前記上側端子部を突出させた薄肉部を有し、前記薄肉部の外周領域であって下面側に前記下面めっき層が形成された外側薄肉部を有している。

本発明に係る半導体装置の中間製品において、前記下面めっき層は、前記上面めっき層に対して０．３ｍｍ以上内側に広がっているのが好ましい。

請求項１及び２記載のリードフレームと請求項３及び４記載の半導体装置の中間製品は、外枠の上面側に上面めっき層が、外枠の下面側に上面めっき層より内側に伸長した下面めっき層がそれぞれ形成され、しかも、リードフレーム材は、上面めっき層の内側に上側端子部を突出させた薄肉部を有しているので、半導体装置の中間製品を下面めっき層をエッチングマスクとして下面側からエッチングして、下側端子部と外枠を突出形成する際に、下面めっき層の上面めっき層より内側に広くなっている部分により、外枠に薄肉部の一部を残すことができる。これにより、外枠に、外縁部の側面だけでなく、薄肉部の上面もリードフレーム材を露出させることができるため、リードフレーム材と樹脂の接触面積を広くし、外枠と樹脂との密着性を向上することができる。
そして、この密着性の向上によって、外枠の樹脂からの剥離を防止可能であり、これによる不良品の発生を防止することができる。また、半導体装置の中間製品を下面側からエッチングして、個片化するまでの取り扱いを容易にすることができる。

本発明の第１の実施の形態に係るリードフレームの平面図である。同リードフレームを備えたリードフレーム集合体の平面図である。本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の中間製品の平面図である。同半導体装置の中間製品を備えた半導体装置の中間製品集合体の平面図である。（Ａ）〜（Ｇ）は本発明の第１の実施の形態に係るリードフレームの製造方法の説明図である。（Ａ）は本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の中間製品の製造方法の説明図であり、（Ｂ）、（Ｃ）は半導体装置の製造方法の説明図である。（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ図６（Ａ）、（Ｂ）の一部拡大図である。本発明の第１の実施の形態に係るリードフレームの変形例の平面図である。本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の中間製品の変形例の平面図である。（Ａ）、（Ｂ）は従来の半導体装置の中間製品の外枠を示す説明図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１、図５、図６に示すように、本発明の第１の実施の形態に係るリードフレーム１０は、銅又は銅合金からなるリードフレーム材１１に第１回目のエッチングにより、半導体素子搭載領域１２の周囲に複数の上側端子部１３を有する単位リードフレーム１４を多列に備えた回路パターン群１５と、回路パターン群１５を隙間を有して囲む外枠１６とを突出形成した後、単位リードフレーム１４毎に半導体素子１７を搭載し必要な配線を行い、半導体素子１７が搭載された回路パターン群１５の全体と、外枠１６の内側領域とを上面側から樹脂１８で封止し、更に下面側から第２回目のエッチングをして回路パターン群１５の上側端子部１３に連接する下側端子部１９を形成して半導体装置２０を製造するために用いられる。以下、これらについて詳説する。

図１に示すように、リードフレーム１０は、半導体装置２０を製造する工程の途中で形成され、第１回目のエッチングによって、リードフレーム材１１に形成された回路パターン群１５と、回路パターン群１５を囲む外枠１６とを有している。
また、横並びに配置された複数（本実施の形態では４つ）のリードフレーム１０を有して、リードフレーム集合体２１が形成されている（図２参照）。

図５（Ｇ）に示すように、４方から回路パターン群１５を囲む外枠１６の上面側及び下面側には、上面めっき層２３及び下面めっき層２４がそれぞれ設けられている。そして、下面めっき層２４は、上面めっき層２３より内側に伸長して形成され、上面めっき層２３に対し０．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲で内側に広がっている。
リードフレーム１０のリードフレーム材１１は、上面めっき層２３の下部に外縁部２５を有し、上面めっき層２３（外縁部２５）の内側領域には、所定位置に複数の上側端子部１３を突出させた板状の薄肉部２６を有している。なお、薄肉部２６は、外縁部２５の略半分の厚みである。

外枠１６は、上面側に上面めっき層２３が形成され、下面側に下面めっき層２４が形成された外縁部２５と、薄肉部２６の外周領域にあって下面側に下面めっき層２４が形成された外側薄肉部２７から構成される。外側薄肉部２７は上部にめっき層を有さないので、第１回目のエッチングによって、上面側から略半分（具体的には３０〜５５％）の厚みまでエッチングされ、エッチングされない外縁部２５の略半分の厚みとなっている。

図１に示すように、回路パターン群１５は、複数（本実施の形態では、４行４列に配置された合計１６個）の単位リードフレーム１４を備えている。
単位リードフレーム１４には、中央に半導体素子１７を搭載する半導体素子搭載領域１２が設けられ、半導体素子搭載領域１２の周囲に、半導体素子１７と電気的に接続される複数の上側端子部１３が配置されている。
半導体素子搭載領域１２は、薄肉部２６の一部領域と、その薄肉部２６の一部領域の下面側に設けられた下面めっき層２８とによって形成されている（図５（Ｇ）参照）。

上側端子部１３は、上向きに突出するリードフレーム材１１によって形成され、上面側には、上面めっき層３０が設けられている。
また、リードフレーム材１１の下面側には、上側端子部１３が形成された領域に下面めっき層３１が設けられている。
なお、上面めっき層２３、３０は、リードフレーム材１１の上側の表面に下地めっきの一例であるＮｉめっきをなし、その上に貴金属めっき層としてＰｄめっき、更に、その上にＡｕめっきをなして形成（Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ）しているが、下地Ｎｉめっきの上にＡｕめっきをなした２層構造で形成（Ｎｉ／Ａｕ）することもできる。
また、下面めっき層２４、２８、３１は、リードフレーム材１１の下側の表面に下地めっきの一例であるＮｉめっきをなし、その上（下側）にＰｄめっき、更に、その上にＡｕめっきをなして形成（Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ）しているが、Ｎｉめっき又はＳｎめっきの１層構造により形成することも、あるいは下地Ｎｉめっきの上にＳｎめっきをなして２層構造により形成（Ｎｉ／Ｓｎ）することもでき、エッチング液等の条件を考慮して、めっき原料を適宜選択することができる。

図３に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の中間製品３５は、リードフレーム１０が更に半導体装置２０の製造工程を経る過程により得ることができ、半導体素子搭載領域１２に半導体素子１７を搭載した回路パターン群１５と、その回路パターン群１５を囲んで配置された外枠１６とを有している。また、半導体装置の中間製品３５は、半導体素子１７を搭載した回路パターン群１５の全体と、外枠１６の外縁部２５の内側領域及び外側薄肉部２７の全体とが上面側から樹脂１８によって封止されている。なお、外縁部２５は、内側から０．５〜３．０ｍｍの領域が樹脂１８によって封止されている。

また、半導体素子１７は、上面めっき層３０を介して、ボンディングワイヤ３６により、上側端子部１３に電気的に接続されている。
ここで、外枠１６の下面めっき層２４は、上面めっき層２３より内側に伸長して形成されているので、半導体装置の中間製品３５を下面側からエッチング（第２回目のエッチング）するとき、下面めっき層２４がエッチングマスクとなり、外側薄肉部２７はエッチングされずに残ることになる（図６（Ｂ）参照）。そして、めっきは、一般的に、樹脂との接着（密着）強度が弱いが、外側薄肉部２７を残すことによって、外枠１６の外側薄肉部２７の上面及び外縁部２５の内側側面の上半分、即ちリードフレーム材１１が露出した部分と樹脂１８との接触面積を広くして、樹脂１８と外枠１６の密着性を強化し、外枠１６の樹脂１８からの剥離を防止することができる。
なお、半導体装置の中間製品３５を複数（本実施の形態では４つ）連結して、半導体装置の中間製品集合体３７が形成されている（図４参照）。樹脂１８は、図３、図４において、２点鎖線で記載している。

次に、リードフレーム１０を用いた半導体装置２０の製造方法について説明する。
図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、板状のリードフレーム材１１の上面及び下面にレジスト膜４１、４２をそれぞれ形成し、露光及び現像を行って、レジスト膜４１に開口部４３を設けると共に、レジスト膜４２に開口部４４及び開口部４５を設け、更に、外枠形成領域４６の上面及び下面に配置されたレジスト膜４１、４２の一部を取除く。
なお、開口部４３、４５はそれぞれ、上側端子部１３及び下側端子部１９の形成領域に対応する位置に設けられ、開口部４４は、半導体素子搭載領域１２に対応する位置に形成される。

次に、図５（Ｄ）に示すように、外枠形成領域４６の上面、及び開口部４３に、上面めっき層２３、３０をそれぞれ形成すると共に、外枠形成領域４６の下面、及び開口部４４、４５に、下面めっき層２４、２８、及び３１をそれぞれ形成する。
なお、上面めっき層２３は、外枠１６の外縁部２５の形成領域に設けられ、下面めっき層２４は、外枠１６の外縁部２５及び外側薄肉部２７の形成領域に設けられており、下面めっき層２４は、上面めっき層２３に比べてα（α≧０．３ｍｍ）の長さを内側に伸長して形成されている。

図５（Ｅ）、（Ｆ）に示すように、リードフレーム材１１の下面全体にレジスト膜４７を形成した後、リードフレーム材１１の上面側を、上面めっき層２３、３０をエッチングマスクとして、リードフレーム材１１の厚みの略半分まで、エッチング（第１回目のエッチング）し、上側端子部１３と外枠１６の外縁部２５を突出させる。また、外枠１６には、外縁部２５の内側に、エッチングされた外側薄肉部２７が形成される。
なお、エッチングされるリードフレーム材１１の略半分の厚みとは、例えば４５〜７０％の範囲であり、この範囲は、リードフレーム材１１の板厚の変化や、アスペクト比等の影響により生じるエッチングの誤差等からもたらされる。
そして、図５（Ｇ）に示すように、リードフレーム材１１からレジスト膜４７を取除いて、単位リードフレーム１４の形成と共に、１６個の単位リードフレーム１４からなる回路パターン群１５と、外枠１６とを設けたリードフレーム１０が形成される。

図６（Ａ）に示すように、複数の上側端子部１３によって囲まれた半導体素子搭載領域１２に半導体素子１７を搭載し、ボンディングワイヤ３６によって配線（ワイヤボンディング）を行って、半導体素子１７と上側端子部１３とを、上面めっき層３０を介して、電気的に接続し、外枠１６の外縁部２５の一部及び外側薄肉部２７と、半導体素子１７を搭載した回路パターン群１５とを含んだ領域を、上面側から樹脂１８によって樹脂封止して、半導体装置の中間製品３５が形成される。

図６（Ｂ）に示すように、半導体装置の中間製品３５の下面側を、下面めっき層２４、２８、３１をエッチングマスクとしてエッチング（第２回目のエッチング）し、上側端子部１３の下部に連接する下側端子部１９、半導体素子搭載領域１２及び外枠１６を突出形成して独立させる。
図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、下面めっき層２４は、上面めっき層２３に比べてαの長さ（０．３ｍｍ以上）内側に伸長して形成されているので、第２回目のエッチングをすると、外側薄肉部２７は、α（０．３ｍｍ以上）の幅を有することができる。従って、リードフレーム材１１が露出した外側薄肉部２７の上面及び外縁部２５の内側側面によって、樹脂１８とリードフレーム材１１との接触面を十分に確保して、外枠１６が樹脂１８から剥離するのを防止することができる。
そして、図６（Ｃ）に示すように、刃物の一例であるダイサーによって隣り合った各単位リードフレーム１４の間及び外枠１６と各単位リードフレーム１４の間を切断分離して個々の半導体装置２０が製造される。なお、１つの単位リードフレーム１４につき、１つの半導体装置２０が製造される。

また、外枠１６の上面めっき層２３及び外縁部２５の内側は、平面視して、回路パターン群１５を囲む４つの直線辺からなってもよいが（図１参照）、図８に示すように、内側が、平面視して、凹凸形状である上面めっき層５７及び外縁部５８を備えた外枠５９にすることもできる。
以下、リードフレーム１０の変形例である、外枠５９を設けたリードフレーム６０について詳説する。なお、リードフレーム１０と同一の構成要素については同一の符号を付して詳しい説明を省略する。

図８に示すように、リードフレーム６０の外枠５９は、外縁部５８と、外縁部５８の上面側に形成された上面めっき層５７と、外縁部５８の内側に連続して形成された外側薄肉部６１と、下面めっき層２４とを備えている。
下面めっき層２４の上部には、外縁部５８及び外側薄肉部６１が設けられ、下面めっき層２４は上面めっき層５７に対して内側に０．３〜２．０ｍｍの範囲で伸長して形成されている。
リードフレーム６０のリードフレーム材１１は、上面めっき層５７（外縁部５８）の内側領域に板状の薄肉部６２を有している。薄肉部６２は、外縁部５８の３０〜５５％の厚みを有している。また、外側薄肉部６１は薄肉部６２の外周領域に設けられ、リードフレーム材１１を上側から４５〜７０％までエッチング（第１回目のエッチング）して形成されている。

外縁部５８の外側薄肉部６１より上側に突出した部位及び上面めっき層５７は、薄肉部６２を４方から囲む外縁部５８の４隅内側に、平面視して階段状（凹凸形状の一例）の内隅領域６３〜６６を備え、隣り合う内隅領域６３〜６６の間の各領域に、内側に向かって延設された内側突出部６８及び外側に向かって形成された窪み部６９を有している。
内側突出部６８及び窪み部６９は交互に設けられ、内隅領域６３〜６６の間の各領域にそれそれ複数配置されている。
また、内側突出部６８及び窪み部６９は、平面視してＴ字状に形成され、そのＴ字状の頭部の幅広領域を、横長の長方形にして形成することができるが、上側（突出側）左右の角部に丸みを持たせてもよい。なお、本実施の形態では、窪み部６９が上側（窪み側）左右の角部に丸みを持って形成されている。

図９に示すように、リードフレーム６０が更に半導体装置の製造工程を経ることによって形成される半導体装置の中間製品７０は、半導体素子搭載領域１２に半導体素子１７を搭載した回路パターン群１５と、その回路パターン群１５を囲んで配置された外枠５９とを有している。
そして、半導体装置の中間製品７０は、半導体素子１７を搭載した回路パターン群１５と、外枠５９の外縁部５８の内側領域及び外側薄肉部６１とを樹脂１８によって封止されている。なお、樹脂１８は、図９において、２点鎖線で記載している。

半導体装置の中間製品７０は、階段状の内隅領域、内側突出部及び窪み部の無いものに比べて、外枠５９の内側側面に露出したリードフレーム材１１の表面積が広くなり、樹脂１８とリードフレーム材１１との接触面積を増加させ、樹脂１８と外枠５９の密着性を強化して、外枠５９の樹脂１８からの剥離を抑制することできる。そして、実際にその効果を実験によって確認している。
更に、半導体装置の中間製品７０を下側からエッチングしたとき、下面めっき層２４がエッチングマスクとなって、外枠５９に外側薄肉部６１を残すので、外側薄肉部６１がない場合に比べ樹脂１８とリードフレーム材１１の接触面を広く確保することができ、外枠５９が樹脂１８から剥離するのを回避可能である。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
例えば、回路パターン群には、単位リードフレームを一列だけ配置することができる。
更に、内側突出部と窪み部は交互に配置することに限定されず、内側突出部又は窪み部を連続して設けてもよく、内側突出部と窪み部の形状は、平面視してＴ字状以外の形状、例えば矢印形状でもよい。
そして、めっきの原料については、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｓｎを例として挙げたが、その他の耐エッチング性を備えた原料を用いることができる。

１０：リードフレーム、１１：リードフレーム材、１２：半導体素子搭載領域、１３：上側端子部、１４：単位リードフレーム、１５：回路パターン群、１６：外枠、１７：半導体素子、１８：樹脂、１９：下側端子部、２０：半導体装置、２１：リードフレーム集合体、２３：上面めっき層、２４：下面めっき層、２５：外縁部、２６：薄肉部、２７：外側薄肉部、２８：下面めっき層、３０：上面めっき層、３１：下面めっき層、３５：半導体装置の中間製品、３６：ボンディングワイヤ、３７：半導体装置の中間製品集合体、４１、４２：レジスト膜、４３〜４５：開口部、４６：外枠形成領域、４７：レジスト膜、５７：上面めっき層、５８：外縁部、５９：外枠、６０：リードフレーム、６１：外側薄肉部、６２：薄肉部、６３〜６６：内隅領域、６８：内側突出部、６９：窪み部、７０：半導体装置の中間製品

Claims

リードフレーム材に、半導体素子搭載領域の周囲に複数の上側端子部を有する単位リードフレームを一列又は多列に備えた回路パターン群と、該回路パターン群を隙間を有して囲む外枠とをエッチングにより突出形成した後、前記単位リードフレーム毎に半導体素子を搭載し必要な配線を行い、前記半導体素子が搭載された前記回路パターン群の全体と、前記外枠の内側領域と、これに続く該外枠の内側一部とを上面側から樹脂で封止し、更に下面側からエッチングをして前記回路パターン群の前記上側端子部に連接する下側端子部を形成して半導体装置を製造するために用いるリードフレームであって、
前記外枠の上面側には内側一部が樹脂で封止される上面めっき層が、前記外枠の下面側には前記上面めっき層より内側に伸長し、エッチングマスクとして機能する下面めっき層がそれぞれ形成され、しかも、前記リードフレーム材は、前記上面めっき層の内側に前記上側端子部を突出させた薄肉部を有し、前記薄肉部の外周領域であって下面側に前記下面めっき層が形成された外側薄肉部を有していることを特徴とするリードフレーム。
請求項１記載のリードフレームにおいて、前記下面めっき層は、前記上面めっき層に対して０．３ｍｍ以上内側に広がっていることを特徴とするリードフレーム。
リードフレーム材に、半導体素子搭載領域の周囲に複数の上側端子部を有する単位リードフレームを一列又は多列に備えた回路パターン群と、該回路パターン群を隙間を有して囲む外枠とをエッチングにより突出形成した後、前記単位リードフレーム毎に半導体素子を搭載し必要な配線を行い、前記半導体素子が搭載された前記回路パターン群の全体と、前記外枠の内側領域と、これに続く該外枠の内側一部とを上面側から樹脂で封止した半導体装置の中間製品であって、
前記外枠の上面側には内側一部が樹脂で封止される上面めっき層が、前記外枠の下面側には前記上面めっき層より内側に伸長し、エッチングマスクとして機能する下面めっき層がそれぞれ形成され、しかも、前記リードフレーム材は、前記上面めっき層の内側に前記上側端子部を突出させた薄肉部を有し、前記薄肉部の外周領域であって下面側に前記下面めっき層が形成された外側薄肉部を有していることを特徴とする半導体装置の中間製品。
請求項３記載の半導体装置の中間製品において、前記下面めっき層は、前記上面めっき層に対して０．３ｍｍ以上内側に広がっていることを特徴とする半導体装置の中間製品。