JP5574297B2 - リードフレームの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体素子を樹脂封止した半導体パッケージの製造段階で用いるリードフレームの製造方法に関する。

半導体素子を樹脂封止している半導体パッケージは、リードフレームのダイパッドに半導体素子を搭載してから、ワイヤを用いて半導体素子の電極パッドとリードフレームのインナーリードとを電気的に接続した後、リードフレームに形成されていて外部の回路基板に電気的に接続するためのアウターリード以外を、樹脂で封止することによって製作されている。そのため、この種の半導体パッケージは、樹脂封止をしたことによって、半導体素子のみならず、ダイパッド、インナーリード、ワイヤ、ワイヤとの各接続部等が、外界からの応力や汚染から守られる構造になっている。そして、最近では、このような構造をした半導体パッケージに対しても、電子機器の軽薄短小化や半導体素子の高集積化に伴って、リードフレームに形成される複数のリードの多ピン化，ファインピッチ化の要求が一段と大きくなっている。

そこで、この種の半導体パッケージの製造方法を、もう少し具体的に説明する。先ず、シート状の均一な厚さを有する金属製の材料にプレス加工，エッチング加工，めっき加工などを行って製作したリードフレームを用意する。但し、この段階でのリードフレームは、半導体パッケージ１個分のものではなく、やがて半導体パッケージの１部品となる形状パターンを、１シート上に複数個分配列して（通常は４個分ぐらいのパターンを帯状に１列に配置することが多い）形成したものである。

また、このリードフレームは、複数個分の形状パターンを形成しているだけでなく、シートの外周には外縁部を形成しており、また通常は、各形状パターンを形成している領域の間に境界部を形成している。そして、その外縁部には、半導体素子を組み付ける製造装置上において、リードフレームを間欠的に搬送して位置決めをするために、複数のパイロットホールなどを形成している。そのため、そのような外縁部や境界部などを含む枠体部のことを、俗にレール部などと言うことがある。

半導体素子は、このように形成されているリードフレームの個々の形状パターンに設けられたダイパッドに搭載される。そして、半導体素子の電極パッドとリードフレームのインナーリードとをワイヤボンディングで接続した後、樹脂で封止される。その後、プレス機により、上記の枠体部も含め、それまでのリードフレームには存在していたが個々の半導体パッケージには不要となる部分を切り落とすことによって、樹脂封止された半導体パッケージの単位体にする。そして最後に、樹脂封止部から突き出ているアウターリードを曲げ加工するなどして、樹脂封止された半導体パッケージの完成品とする。

このように、樹脂封止された半導体パッケージの製作時に用いるリードフレームも、最近では、半導体素子の高集積化や半導体パッケージの小型化に伴って、材料の厚さが、かつての０．２５ｍｍから、０．２ｍｍ、０．１５ｍｍ、０．１２５ｍｍと薄くなってきており、インナーリードの幅やインナーリードの間隔（ピッチ）を、それぞれの材料の厚さよりも小さい値とすることが要求されている。そこで、そのような要求に応えるための一つの方法として、リードフレームに形成される多数のインナーリードを、ワイヤボンディングする部位だけ薄くすることが、下記の特許文献１に記載されている。

特開平０８−２８８４４８号公報

このように、半導体パッケージの製作段階で用いるリードフレームは、プレス加工やエッチング加工などを行って所定の形状パターンを複数形成した後、必要な部分にはめっきを施すのが通常の製造方法になっていて、既に、厚さが０．１２５ｍｍのリードフレームについても製造されるようになってきた。ところが、最近では、半導体パッケージ全体の薄型化を図るために、半導体素子の厚さを薄くしたり、ワイヤボンディングの高さを低く抑えたりするようになってきて、リードフレームについても、さらに０．１ｍｍ又はそれ以下の厚さとすることが要求されるようになってきた。

しかし、上記の枠体部も含めてリードフレームのシート全体をこれまで以上に薄くすると、剛性が低下してしまうことから、半導体パッケージの組立段階での搬送時に、腰折れ（主に搬送方向に直交する方向の折れ）が発生して搬送不能になったり、リードフレームが細い帯状の場合には、軒先に設置されるトイ状に反りが発生し、裏面（凸面）側にキズが生じたり、インナーリード形成部が変形したりすることがあり、従来の製造工程では、半導体パッケージを好適に製造することができなくなってしまう。そのため、新たに専用の製造装置を開発したり、従来の製造ラインを大幅に組み直す必要が生じるなど、大きな時間と費用が発生することによって、従来よりも大幅なコストアップになってしまうという問題点があった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、半導体素子の組み付け工程においては、従来と同等の製造ラインを使用しても、上記のような搬送不良等を生じさせることのない剛性を有しているにもかかわらず、製造完了時においては、例えば厚さ０．１ｍｍ又はそれ以下となるような従来よりも薄いインナーリードなどを有する樹脂封止した半導体パッケージが好適に得られるリードフレームの製造方法を提供することである。

上記の目的を達成するために、本発明の製造方法によるリードフレームは、半導体素子を樹脂封止して製作される半導体パッケージ用の形状パターン形成領域を複数個分形成していて、外周には製造装置上での搬送に必要な外縁部を形成しているリードフレームであって、前記各形状パターン形成領域に形成されている部位のうち少なくとも樹脂封止される部位の厚さが、前記外縁部の厚さよりも薄く形成されていることを特徴としている。

その場合、前記各形状パターン形成領域に形成されているダイパッド、インナーリード、アウターリードの形成部位は、同じ厚さに形成されていることが好ましく、さらに、前記外縁部の厚さが０．１２ｍｍ以上であって、前記外縁部の厚さよりも薄く形成されている部位の厚さが０．１ｍｍ以下であることが好ましい。

また、上記の目的を達成するために、本発明のリードフレームの製造法方は、均一の厚さを有し位置決め穴が形成された金属板に対して、半導体素子を樹脂封止して製作される半導体パッケージのための形状パターンの形成予定領域をハーフエッチング加工で複数個分同時に同じ厚さに形成する工程と、その後、レジストマスクを形成し、前記ハーフエッチングした各領域内に少なくとも半導体パッケージの一部となる部位、及び前記領域を囲んでいるハーフエッチングされていない外縁部にパイロットホールを含む所定の部位の形状をエッチング加工で同時に形成するとともに、前記位置決め穴を含め前記レジストマスクを形成していない部位を除去する工程、とを含むことを特徴とするとしている。

本発明の製造方法によるリードフレームによれば、外縁部の厚さを従来とほぼ同じぐらいの厚さにしているので、樹脂封止される部位の厚さを薄くしても、半導体パッケージの組立工程では、搬送不良等を起こさない剛性を確保でき、従来と同等の製造ラインを使用して、半導体パッケージを製造することが可能である。また、本発明のリードフレームは、従来の加工設備等を用いるだけで容易に製造することが可能である。そのため、本発明のリードフレームの製造方法は、半導体素子を樹脂封止した半導体パッケージの薄型化に、低コストで寄与することができるという特徴を有している。

半導体パッケージ４個分の形状パターンが１列に形成されているように製作された実施例のリードフレームを概略的に示したものであって、図１（ａ）はその平面図であり、図１（ｂ）は断面図である。尚、図１（ａ）においては、各形状パターンの形成領域だけを示し、各形状パターンの具体的な図示は省略されている。 図１（ａ）の左半分を拡大し、形状パターンを具体的に明示した平面図である。 図１に示されたリードフレームの製造方法を説明するための図であって、図３（ａ）〜図３（ｅ）は各工程段階におけるリードフレームの平面図である。

上記したように、本発明の製造方法によるリードフレームは、樹脂封止された半導体パッケージ１個分のリードフレームではなく、複数個分の形状パターン形成領域を、１シート上に所定の間隔で配列しているものである。そして、そのようなリードフレームは、通常、４個分ぐらいの形状パターン形成領域を１列に配置しているように製作していることが多い。しかしながら、本発明のリードフレームは、そのようにしたものに限定されず、例えば４個分を２列に配置し、合計８個分として形成しても構わない。

また、この種のリードフレームは、複数個分の形状パターン形成領域を配列した状態のままで半導体パッケージの製造に供されるため、上記したように、個々の形状パターン形成領域のほかに、シート全体の外周には外縁部が存在しているし、また、通常は、各形状パターン形成領域を仕切る境界部が存在している。そして、幅方向の少なくとも一方の外縁部には、半導体素子を組み付ける製造装置上において、リードフレームを、その幅方向とは直交する方向へ間欠的に搬送するのに必要な複数のパイロットホールが、所定の間隔で形成されている。

このような態様のリードフレームにおいて、半導体パッケージ全体の薄型化や、リードの多ピン化，ファインピッチ化などの要求に応えるには、各形状パターン形成領域に形成されていて半導体パッケージの一部となる部位を薄くすることが必要になる。しかし、そのために、これまでと同じ方法で、シート状のリードフレームの厚さを全体的に薄くしてしまうと、これまでにも既に相当に薄くなっているので、組立段階での搬送時に腰折れが発生して搬送不能になったり、トイ状に反りが発生して、裏面側にキズが生じたり、インナーリードが変形したりするようになってしまう。

そこで、本発明のリードフレームの場合には、これまでと同等の装置で組み立てても、
搬送不能が生じたり反りが生じたりしないようにするために、形状パターン形成領域に形
成されている部位のうち少なくとも樹脂封止される部位については、全て要求されている
寸法の薄い厚さに形成するが、枠体部のうち少なくとも外縁部については、従来と同等の
厚さに形成するようにする。

その場合、ダイパッド，インナーリード，アウターリードの形成部位を、全て同じ厚さにすることを要するものではないが、加工上からは、同じ厚さにするのが好ましい。そして、本発明のリードフレームの実施態様としては、ダイパッド，インナーリード，アウターリードの形成部位の厚さを０．１ｍｍ以下とし、外縁部の厚さを０．１２ｍｍ以上にするのが最も好ましい。但し、製造装置の性能などとの関係で、本発明のリードフレームは、例えば、外縁部の厚さが０．２０ｍｍであって、ダイパッド，インナーリード，アウターリードの形成部位の厚さが、例えば０．１２５ｍｍであるようにしても一向に差し支えない。

そこで、そのようにして製作されているリードフレームの実施態様の一例を、図１及び図２を用いて説明する。このリードフレーム１は、図１から分かるように、半導体パッケージ４個分の形状パターン形成領域２を１列に形成したものである。そして、このリードフレーム１は、それらの形状パターン形成領域２のほか、それらの形状パターン形成領域２の全てを囲んでいる外縁部３と、隣接する形状パターン形成領域２同士を仕切っている境界部４とからなっている枠体部５を有している。そして、このリードフレーム１の枠体部５は、全て均一な厚さとなるように形成されており、その厚さは０．１２７ｍｍである。

尚、このリードフレーム１の場合は、枠体部５が外縁部３と境界部４とを有しているが、本発明のリードフレームは、このような形状に限定されず、例えば、形状パターン形成領域２を２個分だけ形成したものであって、外縁部３だけで十分に全体の剛性を確保できるというような場合には、境界部４を設けずに、形状パターン形成領域２を連続的に形成するようにしても構わない。また、境界部４を設ける場合であっても、必ずしも外縁部３と同じ厚さにする必要はない。

リードフレーム１の幅方向の両端側に形成されている外縁部３には、形状パターン形成領域２の配置間隔に対応して複数のパイロットホール６が形成されている。これらのパイロットホール６は、半導体素子を組み付けるとき、製造装置上での搬送時における位置決めに用いられるものであり、リードフレーム１を貫通した穴として形成されている。しかしながら、製造装置によっては、このパイロットホール６は、リードフレーム１の幅方向の一端側の外縁部３にだけ形成されているようにしても構わないし、貫通していない穴として形成されていたり、穴の代りにマークが形成されているようにしても構わない。更に、外縁部３には、必要に応じて、製造上で必要なその他の各種の形状やマークを施すようにしても構わない。

他方、４つの形状パターン形成領域２は、図１（ｂ）の断面図から分かるように、図１（ａ）の表面側をエッチング加工によって所定の深さにハーフエッチングされ、外縁部３や境界部４よりも薄くて、０．１ｍｍの均一な厚さに形成されている。また、それらの形状パターン形成領域２には、さらにエッチング加工がなされたことによって、同一形状の形状パターンが各々形成されている。そして、図２に示されているように、各々の形状パターン形成領域２には、周知のように、インナーリード７、アウターリード８、ダイパッド９が形成されているが、そのほかにも、半導体パッケージの完成状態においてはインナーリード７などと共に樹脂封止されてしまう部位や、製造段階でだけ必要となる部位も形成されている。

尚、このリードフレーム１の場合は、形状パターン形成領域２の厚さを、１回のハーフエッチングによって均一に形成しているが、本発明のリードフレームは、形状パターン形成領域２の厚さを必ずしも均一に形成する必要はなく、例えば、製造上で必要な場合には、２回のハーフエッチング加工を行い、少なくとも樹脂封止される部位の厚さだけは０．１ｍｍにするが、それ以外の全て又は一部の部位の厚さを、その０．１ｍｍと、外縁部３の厚さである０．１２７ｍｍとの間になるように形成しても差し支えない。

そこで次に、図１及び図２に示されているリードフレーム１の製造方法を、図３を用いて説明する。先ず、材料としては、銅合金又は４２％ニッケル−鉄合金等からなっていて、上記のリードフレーム１の外縁部３と同じ厚さをした金属製のフープ材を、その後に行われるエッチング加工などの工程の効率性を考慮して所定の長さに切断したものが用いられる。図３（ａ）に示された材料１１は、そのようにして既に切断されたものであって、上記のリードフレーム１（即ち、図３（ｅ）に示されているリードフレーム１）の１枚分の長さに相当する部分だけを示したものである。また、この材料１１の幅は、図３（ｅ）と比較すれば分かるように、リードフレーム１の幅よりも大きい。そして、この段階においては、既に、幅方向の一端に沿って、その後に形成される形状パターン形成領域２の形成間隔と同じ間隔で、複数の貫通した位置決め穴１２が形成されている。

そこで次に、このような材料１１の両面に、その位置決め穴１２を塞がないようにしてレジストをラミネートし、その後、位置決め穴１２を利用して、材料１１の一方の面側（以下、表面側という）だけを、ハーフエッチングしたい領域のパターンを描いたマスクで覆い、露光、現像を行う。図３（ｂ）は、そのようにして、材料１１の表面に、ハーフエッチングをしたい領域を除いてレジストマスク１３が形成された状態を示したものである。また、図示していないが、このとき、他方の面側（以下、裏面側という）には、位置決め穴１２を塞がないようにして全面にレジストマスク１３が形成されている。

その後、ハーフエッチング処理が行われ、上記のレジストマスク１３で覆われていない領域が所定の深さに形成された後、レジストマスク１３を剥離した状態が、図３（ｃ）に示されている。従って、このとき、材料１１の表面には、幅方向の両端に沿って二つのハーフエッチング部１４，１５が細長く形成されており、それらの間には、正方形をした複数のハーフエッチング部１６が１列に形成されている。そして、それらのうち、ハーフエッチング部１６の正方形の領域が、以下のさらなるエッチング加工によって、上記した形状パターン形成領域２になる。

そこで次に、位置決め穴１２を塞がないようにして両面にレジストをラミネートした後、両面に所定の製品パターンを描いたマスクを用いることによって２回目の露光、現像を行うが、このときのマスクに描かれているパターンは、表面側と裏面側とで対応している。また、このときのマスクの位置決めは、位置決め穴１２の中心座標を認識して行う。先のハーフエッチング処理によって、このときの位置決め穴１２は直径が若干大きくなっているが、少なくとも２つの位置決め穴１２の中心座標を認識することで、マスクのパターンとハーフエッチング部１６との位置を整合させることが可能になっている。

図３（ｄ）は、そのようにして行われた２回目の露光、現像によって、レジストマスク１７が、材料１１の表面側に形成された状態を示したものである。この場合のレジストマスク１７の幅は、図３（ｂ）に示されているレジストマスク１３の幅よりも小さい。尚、この図３（ｄ）においては、レジストマスク１７の形成部がハッチングで示されていることもあって、図３（ｃ）に示されているハーフエッチング部１６のところに形成されているパターンが分かりにくくなっているが、その部分におけるレジストマスク１７のパターンは、図２に示されている形状パターン形成領域２のパターンと全く同じである。

次に、このような状態の材料１１に対してエッチング加工が行われ、レジストマスク１７を形成していない部位が除去されてからレジストマスク１７を剥離する。その結果、幅方向の両端に沿った領域は、各々、所定の間隔で複数のパイロットホール６が形成されて、上記の外縁部３になり、また、複数のハーフエッチング部１６は、個々の製品パターンに対応した形状が形成されて、上記の形状パターン形成領域２になり、さらに、ハーフエッチング部１６同士の間は、エッチングされることなく、上記の境界部４になっている。

そして、その後、材料１１は、４個の形状パターン形成領域２ごとに、境界部４のところで切断される。そのため、もし必要であるならば、切断される境界部４の幅を、最初から、他の境界部４の幅より大きく形成しておくようにしても構わない。また、そのようにして切断されたところの境界部４は、他の境界部４とは異なって、もはや境界部とは言えず、パイロットホール６を形成した２つの直線状の外縁部３と共に、本発明におけるリードフレームの外周に形成された外縁部の一部ということになる。尚、この実施態様においては、この段階で、長尺の材料１１を切断しているが、例えば、図３（ａ）に示された状態の段階で、切断しておくようにしても構わない。

このようにして形成された材料１１に対し、最後に、必要に応じてめっきを施し、所期の姿勢の維持が不安定なインナーリード７がふらつかないようにテーピングを施して、図３（ｅ）に示された状態のリードフレーム１、即ち、図１及び図２に示されたリードフレーム１が完成する。

そこで次に、このような方法を用いて実際にリードフレーム１を製作したときの具体例を、実施例として以下に説明する。

先ず、図３（ａ）に示すようにして、厚さ０．１２７ｍｍ、幅１６０ｍｍの帯状の銅合金材料１１を用意し、その一方の端面に沿って５０ｍｍのピッチで、直径２ｍｍの丸穴を、材料１１の端面から丸穴の中心までが３ｍｍとなる位置に、プレス加工にて連続的に形成し、これを位置決め穴１２とした。そして、幅１５０ｍｍのドライフィルムレジストを位置決め穴１２を塞がないようにして、材料１１の両面にラミネートした。

次に、位置決め穴１２を利用して、薄く形成する領域のための所定のパターンが描かれたマスクを用いて材料１１の表面側を露光し、裏面側は全面を露光した。このとき、マスクにはパイロットピンが装着されており、位置決め穴１２を使用して所定の位置にマスクが位置決めされた。そして、炭酸ナトリウム溶液にて現像を行って、図３（ｂ）に示すように表面側には露光されたパターンのレジストマスク１３を形成し、裏面側には全面を覆うレジストマスクを得た。

その後、塩化鉄溶液にて、薄く形成する領域をエッチング処理によってハーフエッチングし、平均の深さが３０μｍになるハーフエッチング部１４，１５，１６を形成した。図３（ｃ）は、その後、水酸化ナトリウム溶液を用いてレジストマスク１３を剥離した状態を示したものである。

次に、１列に配置されている複数のハーフエッチング部１６が幅方向のほぼ中間になるようにして、幅１３０ｍｍのドライフィルムレジストを両面にラミネートし、パイロットホール６、インナーリード７、アウターリード８、ダイパッド９等の平面形状を描いた所定の製品パターン用マスクを用いて２回目の露光を行った。その場合、マスクは、２つの位置決め穴１２の中心座標を認識して位置決めした。

そして、炭酸ナトリウム溶液にて現像を行うことによって、図３（ｄ）に示すように、各々のハーフエッチング部１６では、インナーリード７、アウターリード８、ダイパッド９等を形成するための形状をしており、また、複数のハーフエッチング部１６の上下位置となるハーフエッチングをしていない細長いところでは、複数のパイロットホール６を形成するための形状をした、所定の製品パターンを有するレジストマスク１７を得た。

次に、塩化鉄溶液にてエッチング加工を行い、各々のハーフエッチング部１６内には、インナーリード７、アウターリード８、ダイパッド９等を形成し、複数のハーフエッチング部１６の上下両側には、複数のパイロットホール６を形成した。その後、水酸化ナトリウム溶液を用いてレジストマスク１７を剥離し、プレス加工で、４個分の形状パターン形成領域２ごとに切断して、図３（ｅ）に示すリードフレーム１を得た。

このようにして得られたリードフレーム１は、インナーリード７、アウターリード８、ダイパッド９等は０．１ｍｍの厚さで薄く形成され、パイロットホール２を形成した外縁部３と境界部４とからなる枠体部５は０．１２７ｍｍの厚さで厚く形成されているため、特にインナーリード７の微細な形成が好適に得られ、且つ製造時の搬送に必要な所定の剛性も確保された。また、このリードフレーム１を用いた半導体パッケーの組み立て工程においても、従来の製造装置で行って何のトラブルも発生しなかった。

１ リードフレーム
２ 形状パターン形成領域
３ 外縁部
４ 境界部
５ 枠体部
６ パイロットホール
７ インナーリード
８ アウターリード
９ ダイパッド
１１ 材料
１２ 位置決め穴
１３，１７ レジストマスク
１４，１５，１６ ハーフエッチング部

Claims (1)

1. 均一の厚さを有し位置決め穴が形成された金属板に対して、半導体素子を樹脂封止して製作される半導体パッケージのための形状パターンの形成予定領域をハーフエッチング加工で複数個分同時に同じ厚さに形成する工程と、
   その後、レジストマスクを形成し、前記ハーフエッチングした各領域内に少なくとも半導体パッケージの一部となる部位、及び前記領域を囲んでいるハーフエッチングされていない外縁部にパイロットホールを含む所定の部位の形状をエッチング加工で同時に形成するとともに、前記位置決め穴を含め前記レジストマスクを形成していない部位を除去する工程、
   とを含むことを特徴とするリードフレームの製造方法。

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