JP6437406B2

JP6437406B2 - 半導体装置の製造方法、半導体装置、およびリードフレーム

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Publication number: JP6437406B2
Application number: JP2015181479A
Authority: JP
Inventors: 斉石井
Original assignee: Toshiba Memory Corp
Current assignee: Kioxia Corp
Priority date: 2015-09-15
Filing date: 2015-09-15
Publication date: 2018-12-12
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Description

本発明の実施形態は、半導体装置の製造方法、半導体装置、およびリードフレームに関する。

アウターリードとインナーリードとを含むリードと半導体チップとを具備する半導体装置では、半導体チップの電極パッドとインナーリードとの間をボンディングワイヤにより電気的に接続する。このため、電極パッドとアウターリードとの間の距離が長くなるほどインナーリードをアウターリードから電極パッド付近まで長く延在させる必要がある。

長いインナーリードは、半導体装置の製造過程において変形しやすい。インナーリードが変形すると、例えばインナーリードから半導体チップが剥がれやすくなる場合がある、またはワイヤボンディング時にボンディングワイヤとインナーリードとの間で接続不良が生じる場合がある。

米国特許出願公開第２０１０／００２９０４３号明細書特許５５７５０６７号明細書

本発明が解決しようとする課題は、リードの不要な変形を抑制することである。

実施形態の半導体装置の製造方法は、第１のアウターリードと第１のアウターリードから延在する第１のインナーリードとを含む第１のリードと、第２のアウターリードと第２のアウターリードから延在する第２のインナーリードとを含む第２のリードと、第１のアウターリードおよび第２のアウターリードに連結された支持部と、を備え、第２のインナーリードは第１のインナーリードの延在方向の端部と連結された配線部を含む、リードフレームの、第１のインナーリードを押さえつつ配線部の上面に押圧部材を押し当てて配線部の少なくとも一部を変形させ、端部と配線部との間の連結部を切断するとともに配線部を端部から離間させる工程と、第１の電極パッドと第２の電極パッドとを備える半導体チップをリードフレーム上に搭載する工程と、第１の電極パッドと第１のリードとを電気的に接続する第１のボンディングワイヤと第２の電極パッドと第２のリードとを電気的に接続する第２のボンディングワイヤとを形成する工程と、第１のインナーリード、第２のインナーリード、半導体チップ、第１のボンディングワイヤ、および第２のボンディングワイヤを封止する封止樹脂層を形成する工程と、支持部と第１のアウターリードおよび第２のアウターリードとの間の連結部を切断する工程と、を具備する。

リードフレームの構造例を示す平面模式図である。図１に示すリードフレームの一部を示す拡大図である。リードフレーム加工工程を説明するための断面模式図である。リードフレーム加工工程を説明するための断面模式図である。半導体装置の構造例を示す平面模式図である。図５に示す半導体装置の一部を示す拡大図である。図５に示す半導体装置の一部の構造例を示す断面模式図である。

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。図面に記載された各構成要素の厚さと平面寸法との関係、各構成要素の厚さの比率等は現物と異なる場合がある。また、実施形態において、実質的に同一の構成要素には同一の符号を付し適宜説明を省略する。

半導体装置の製造方法例としてＴＳＯＰ（ＴｈｉｎＳｍａｌｌＯｕｔｌｉｎｅＰａｃｋｅａｇｅ：ＴＳＯＰ）である半導体装置の製造方法例について図１ないし図７を参照して説明する。半導体装置の製造方法例は、リードフレーム準備工程と、リードフレーム加工工程と、チップ搭載工程と、ワイヤボンディング工程と、樹脂封止工程と、めっき工程と、トリムアンドフォーミング（Ｔ／Ｆ）工程と、を具備する。各工程の順番は、上記列挙順に限定されない。

図１は、リードフレームの構造例を示す平面模式図である。図１はＸ軸とＸ軸に直交するＹ軸とを含むリードフレームのＸ−Ｙ平面を示している。

リードフレーム準備工程では、図１に示すように、複数のリード１１と複数のリード１１を支持する支持部１２とを有するリードフレーム１を準備する。リードフレーム１は、半導体チップ等の素子が搭載される金属板である。リードフレーム１としては、例えば銅、銅合金、または４２アロイ等の鉄およびニッケルの合金等を用いたリードフレームが挙げられる。リードフレーム１は、打ち抜き加工等により予め加工されている。

複数のリード１１のそれぞれは、アウターリードと当該アウターリードから延在するインナーリードとを含む。インナーリードは、樹脂封止工程後に封止樹脂層に支持される部分である。アウターリードは、樹脂封止工程後に封止樹脂層から突出する部分である。複数のリード１１のアウターリードのそれぞれは、例えばＹ軸に沿ってＸ−Ｙ平面に並置されている。

複数のリード１１としては、例えば入出力信号（ＩＯ）、データストローブ信号（ＤＱＳ）、リードイネーブル信号（ＲＥ）、レディービジー信号（ＲＢ）、チップイネーブル信号（ＣＥ）、アドレスラッチイネーブル信号（ＡＬＥ）、ライトイネーブル信号（ＷＥ）、ライトプロテクト信号（ＲＰ）、またはゼロクオーシェント信号（ＺＱ）等の信号用リード、または電源（ＶＣＣ）、電源（ＶＰＰ）、電源（ＶＳＳ）等の電源用リード等が挙げられる。上記信号として差動信号が用いられてもよい。複数のリード１１は、未接続（ＮＣ）のリードを有していてもよい。各種リードの並び順は半導体装置の規格や仕様等に応じて設定される。

支持部１２は、複数のリード１１を囲むように設けられている。支持部１２は、複数のリード１１のアウターリードのそれぞれに連結されている。なお、支持部１２は、複数の半導体装置のリードを支持していてもよい。

図２は、図１に示すリードフレームの一部（領域１００の一部）を示す拡大図である。図２では、複数のリード１１のインナーリードとして、インナーリード１１１と、インナーリード１１２と、インナーリード１１３と、インナーリード１１４と、を図示している。

インナーリード１１１およびインナーリード１１２は、例えば信号用リードである。インナーリード１１３およびインナーリード１１４は、例えば電源用リードである。このとき、インナーリード１１１とインナーリード１１２との間にインナーリード１１３が設けられることによりインナーリード１１１の信号とインナーリード１１２の信号との間の干渉を抑制することができる。

インナーリード１１４は、インナーリード１１１ないしインナーリード１１３の延在方向の端部に連結された配線部１１５を有する。すなわち、インナーリード１１１ないしインナーリード１１３は、インナーリード１１４および支持部１２により固定されている。配線部１１５の形状は、インナーリード１１１ないしインナーリード１１３とインナーリード１１４とを連結することができる形状であれば特に限定されない。

インナーリード１１１の延在方向の端部と配線部１１５との間の連結部の幅は、図２に示すようにインナーリード１１１の最大幅よりも狭いことが好ましい。同様に、インナーリード１１２の延在方向の端部と配線部１１５との間の連結部の幅は、インナーリード１１２の最大幅よりも狭いことが好ましい。インナーリード１１３の延在方向の端部と配線部１１５との間の連結部の幅は、インナーリード１１３の最大幅よりも狭いことが好ましい。上記連結部は、連結されたインナーリードにおいて最も幅が狭い領域であってもよい。上記連結部の幅は、例えばプレス加工またはレーザ加工等により上記連結部にノッチ１１６を形成することにより調整される。

図３は、リードフレーム加工工程を説明するための断面模式図である。図３は、リードフレーム１のＹ軸とＸ軸およびＹ軸に直交するＺ軸とを含むＹ−Ｚ断面を示している。Ｚ軸は、リードフレーム１の厚さ方向に相当する。図３では、一例としてインナーリード１１３を含む断面を図示している。

リードフレーム加工工程では、溝５１ａを有するステージ５１上にリードフレーム１を載置し、インナーリード１１３の延在方向の端部と配線部１１５との間の連結部の両端（インナーリード１１３およびインナーリード１１４）を押さえ部材５２で押さえる。このとき、配線部１１５を溝５１ａに重畳させる。

次に、押圧部材５３をＺ軸に沿ってステージ５１側に下降させ、押圧部材５３を配線部１１５の上面に押し当てて配線部１１５の少なくとも一部を変形させる。インナーリード１１３の延在方向の端部と配線部１１５との間の連結部は、インナーリード１１３の最大幅よりも狭いため他の領域よりも切断されやすい。よって、配線部１１５を変形させていくと、インナーリード１１３の延在方向の端部と配線部１１５との間の連結部を切断するとともに配線部１１５をインナーリード１１３の延在方向の端部から離間させることができる。同様に、インナーリード１１１およびインナーリード１１２と配線部１１５との間の連結部を切断するとともに配線部１１５をインナーリード１１１およびインナーリード１１２の延在方向の端部から離間させる。

連結部の切断後の配線部１１５は、Ｘ−Ｙ平面に垂直な方向から見たときにインナーリード１１１ないしインナーリード１１３の延在方向の端部に隣り合うように設けられている。また、連結部の切断後の配線部１１５は、Ｙ−Ｚ断面に垂直な方向から見たときにインナーリード１１４の厚さ方向を含む断面に沿ってインナーリード１１１ないしインナーリード１１３と離間するように曲げられている。変形後の配線部１１５の形状は特に限定されないが、図３に示すように配線部１１５がインナーリード１１１ないしインナーリード１１３の延在方向に平行な領域を有していてもよい。以上の工程により、インナーリード１１１の一部ないしインナーリード１１４の一部を互いに分離させる。同様に他の連結されたインナーリードの一部も上記工程により互いに分離させる。

インナーリード１１１ないしインナーリード１１３と配線部１１５との間の連結部の幅を狭くすることにより、切断に必要な荷重を小さくすることができる。これにより、押圧部材５３として、チップ搭載工程で半導体チップを搭載する際に用いられるダイボンディング装置に設けられた複数のボンディングヘッドの一つを適用することができる。

打ち抜き加工でリードフレームを加工する場合、打ち抜きに必要な荷重は上記連結部の切断に必要な荷重よりも大きい。このため、打ち抜き加工用の加工装置を用いて上記連結部を切断するためには打ち抜き機構とは別に打ち抜きよりも低い荷重を与えることができる押圧機構を設ける必要がある。よって、加工装置の構成が複雑になる。また、打ち抜き加工用の加工装置を用いてリードフレームを加工すると、リードフレームの一部を打ち抜く際に切断屑が発生しやすい。リードの切断屑は、製造環境の汚染源となるため、少ないことが好ましい。

打ち抜き加工でリードフレームを加工する場合、加工後にダイボンディング装置までリードフレームを搬送して半導体チップを搭載するため、搬送中にリードが変形しやすい。よって、複数のリードを固定する固定テープを設ける必要がある。固定テープは、水分を吸収しやすいため、リードから剥がれやすい。また、固定テープを有しているとリードフレームが実質的に厚くなる。このため、収容ケースに収容可能なリードフレーム数が減少するため、輸送コストが増大する。さらに、固定テープは、デンドライト状のマイグレーションが起こりやすい。マイグレーションが起こるとリード間の短絡等が起こる場合がある。

これに対し、ダイボンディング装置を用いて上記連結部を切断するとともに各インナーリードの一部を分離させる場合、リードフレーム加工工程後に同じダイボンディング装置を用いて半導体チップを搭載することができる。よって、リードフレームの搬送を少なくすることができる。これにより、固定テープを設けなくてもリードの不要な変形を抑制することができる。また、固定テープの材料費および加工費が削減され、製造コストを削減することができる。さらに、配線部を残存させて各インナーリードの一部を分離させることができるため、打ち抜き加工よりもリードの切断屑を少なくすることができる。

インナーリード１１１ないしインナーリード１１３の延在方向の端部と配線部１１５との間の連結部の形状は、図２に示す形状に限定されない。図４は、リードフレーム加工工程の他の例を説明するための断面模式図である。図４は、図３と同様にリードフレーム１のＹ−Ｚ断面を示している。

図４に示すように、インナーリード１１３の延在方向の端部と配線部１１５との間の連結部の厚さは、インナーリード１１３の最大厚さよりも薄くてもよい。同様に、インナーリード１１１の延在方向の端部と配線部１１５との間の連結部の厚さは、インナーリード１１１の最大厚さよりも薄くてもよい。インナーリード１１２の延在方向の端部と配線部１１５との間の連結部の厚さは、インナーリード１１２の最大厚さよりも薄くてもよい。上記連結部の厚さは、例えばコイニング加工、レーザ加工、またはブレード加工等により上記連結部の深さ方向にノッチ１１６を形成することにより調整される。上記連結部は、連結されたインナーリードにおいて最も薄い領域であってもよい。上記連結部の幅および厚さの少なくとも一つが上記のように調整されていればよい。

図４に示すように、インナーリード１１３の延在方向の端部と配線部１１５との間の連結部の厚さがインナーリード１１３の最大厚さよりも薄い場合、上記連結部は他の領域よりも切断されやすい。よって、インナーリード１１３の延在方向の端部と配線部１１５との間の連結部を切断するとともに配線部１１５をインナーリード１１３の延在方向の端部から離間させることができる。同様に、インナーリード１１１の延在方向の端部と配線部１１５との間の連結部およびインナーリード１１２の延在方向の端部と配線部１１５との間の連結部を切断することができる。

図５は、半導体装置の製造方法を用いて製造可能な半導体装置の構造例を示す平面模式図である。図５は、半導体装置のＸ−Ｙ平面を示している。図６は、図５に示す半導体装置の一部（領域１０１の一部）を示す拡大図である。図７は、図５に示す半導体装置の一部（領域１０１の一部）の断面模式図である。図７は、一例としてインナーリード１１３を含む断面を示している。なお、図５および図６では、便宜のため封止樹脂層４の内部を透過させて図示している。図１ないし図４と共通部分については図１ないし図４の説明を適宜援用する。

チップ搭載工程では、インナーリード１１１ないしインナーリード１１４等の複数のリード１１のインナーリード上に半導体チップ２を搭載する。半導体チップ２は、図６に示すように電極パッド２１１ないし電極パッド２１５を含む複数の電極パッド２１を有する。複数の電極パッド２１は、半導体チップ２の表面に露出している。複数の電極パッド２１は、半導体チップ２の一辺に沿って設けられていてもよい。半導体チップ２の一辺に沿って複数の電極パッド２１を設けることにより、チップサイズを小さくすることができる。半導体チップ２としては、例えばＮＡＮＤ型フラッシュメモリ等のメモリ素子やメモリコントローラ等に用いられる半導体チップが挙げられる。

半導体チップ２は、例えばインナーリード１１１ないしインナーリード１１３の延在方向の端部と配線部１１５との間の連結部の切断に用いられるダイボンディング装置を用いて搭載される。例えば、半導体チップ２は、押圧部材５３と異なる複数のボンディングヘッドの他の一つによりインナーリード１１１ないしインナーリード１１４上に搭載される。半導体チップ２は、絶縁性を有するダイアタッチフィルム等の有機接着層６を介してインナーリード１１１ないしインナーリード１１４等の複数のリード１１のインナーリード上に搭載される。このとき、複数のリード１１のインナーリードは有機接着層６に接着される。これにより、複数のリード１１のインナーリードが固定されるため、その後の工程においてリードの不要な変形を抑制することができる。

半導体チップ２は、インナーリード１１１ないしインナーリード１１３と配線部１１５との間の連結部を切断した後に搭載されることが好ましい。半導体チップを搭載した後に上記連結部を切断すると、半導体チップにダメージが与えられる場合がある。

ワイヤボンディング工程では、複数の電極パッド２１と複数のリード１１との電気的に接続する複数のボンディングワイヤ３を形成する。図６では、インナーリード１１１と電極パッド２１１とを電気的に接続するボンディングワイヤ３１と、インナーリード１１２と電極パッド２１２とを電気的に接続するボンディングワイヤ３２と、インナーリード１１３と電極パッド２１３とを電気的に接続するボンディングワイヤ３３と、インナーリード１１４と電極パッド２１４とを電気的に接続するボンディングワイヤ３４と、インナーリード１１４と電極パッド２１５とを電気的に接続するボンディングワイヤ３５と、を図示している。

ボンディングワイヤ３としては、例えば金ワイヤ、銀ワイヤ、銅ワイヤ等が挙げられる。銅ワイヤの表面がパラジウム膜により覆われていてもよい。ボンディングワイヤ３は、ワイヤボンディングによりリードおよび電極パッドに電気的に接続される。

樹脂封止工程では、インナーリード１１１ないしインナーリード１１４等の複数のリード１１のインナーリード、半導体チップ２、およびボンディングワイヤ３１ないしボンディングワイヤ３５等の複数のボンディングワイヤ３を封止する封止樹脂層４を形成する。封止樹脂層４は、複数のリードのインナーリードの上面および下面を覆うように設けられている。また、封止樹脂層４は、図７に示すようにインナーリード１１１ないしインナーリード１１３の延在方向の端部と配線部１１５との間にも充填されている。

封止樹脂層４は、ＳｉＯ_２等の無機充填材を含有する。また、無機充填材は、ＳｉＯ_２に加え、例えば水酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化チタン、またはチタン酸バリウム等を含んでいてもよい。無機充填材は、例えば粒状であり、封止樹脂層４の粘度や硬度等を調整する機能を有する。封止樹脂層４中の無機充填材の含有量は、例えば６０％以上９０％以下である。封止樹脂層４としては、例えば無機充填材と絶縁性の有機樹脂材料との混合物を用いることができる。有機樹脂材料としては、例えばエポキシ樹脂が挙げられる。

封止樹脂層４の形成法としては、例えば無機充填材と有機樹脂等との混合物を用いた、トランスファモールド法、コンプレッションモールド法、インジェクションモールド法、シートモールド法、または樹脂ディスペンス法等が挙げられる。

めっき工程では、複数のリード１１の表面にめっき加工を施す。例えば錫等を含むはんだ材料を用いて電界めっき等のめっき加工が行われる。めっき加工を施すことにより、例えば複数のリード１１の酸化を抑制することができる。

トリムアンドフォーミング（Ｔ／Ｆ）工程は、複数のリード１１と支持部１２との間の連結部を切断して半導体装置１０を切り出す工程（トリム工程）と、複数のリード１１のアウターリードを半導体装置１０の最終形状に合わせて変形させる工程（フォーミング工程）と、を含む。

以上の工程により半導体装置１０を製造することができる。半導体装置１０は、図５ないし図７に示すように、アウターリードとアウターリードから延在するインナーリードとをそれぞれ含む複数のリード１１と、複数のリード１１上に搭載され、複数の電極パッド２１を有する半導体チップ２と、複数の電極パッド２１と複数のリード１１とを接続する複数のボンディングワイヤ３と、複数のリード１１のインナーリード、半導体チップ２、および複数のボンディングワイヤ３を封止する封止樹脂層４と、を具備する。なお、半導体チップ２は、図７に示す半導体チップ２の搭載面と反対側の複数のリード１１の面に搭載されていてもよい。また、図５ないし図７に示す半導体装置１０は、ＴＳＯＰであるが、他のパッケージ構造を有していてもよい。

上記実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施し得るものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…リードフレーム、２…半導体チップ、３…ボンディングワイヤ、４…封止樹脂層、６…有機接着層、１０…半導体装置、１１…リード、１２…支持部、２１…電極パッド、３１〜３５…ボンディングワイヤ、５１…ステージ、５１ａ…溝、５２…押さえ部材、５３…押圧部材、１００…領域、１０１…領域、１１１〜１１４…インナーリード、１１５…配線部、１１６…ノッチ、２１１〜２１５…電極パッド。

Claims

第１のアウターリードと前記第１のアウターリードから延在する第１のインナーリードとを含む第１のリードと、第２のアウターリードと前記第２のアウターリードから延在する第２のインナーリードとを含む第２のリードと、前記第１のアウターリードおよび前記第２のアウターリードに連結された支持部と、を備え、前記第２のインナーリードは前記第１のインナーリードの延在方向の端部と連結された配線部を含む、リードフレームの、前記第１のインナーリードを押さえつつ前記配線部の上面に押圧部材を押し当てて前記配線部の少なくとも一部を変形させ、前記端部と前記配線部との間の連結部を切断するとともに前記配線部を前記端部から離間させる工程と、
第１の電極パッドと第２の電極パッドとを備える半導体チップを前記リードフレーム上に搭載する工程と、
前記第１の電極パッドと前記第１のリードとを電気的に接続する第１のボンディングワイヤと前記第２の電極パッドと前記第２のリードとを電気的に接続する第２のボンディングワイヤとを形成する工程と、
前記第１のインナーリード、前記第２のインナーリード、前記半導体チップ、前記第１のボンディングワイヤ、および前記第２のボンディングワイヤを封止する封止樹脂層を形成する工程と、
前記支持部と前記第１のアウターリードおよび前記第２のアウターリードとの間の連結部を切断する工程と、を具備する、半導体装置の製造方法。
前記押圧部材は、前記半導体チップを前記リードフレーム上に搭載するダイボンディング装置に設けられた複数のボンディングヘッドの一つである、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
前記端部と前記配線部との間の連結部は、前記第１のインナーリードの最大幅よりも狭い幅および前記第１のインナーリードの最大厚さよりも薄い厚さの少なくとも一つを有する、請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
第１のアウターリードと前記第１のアウターリードから延在する第１のインナーリードとを含む第１のリードと、
第２のアウターリードと前記第２のアウターリードから延在する第２のインナーリードとを含み、前記第２のインナーリードが、前記第１のインナーリードの延在方向の端部に隣り合うように設けられ且つ前記第２のインナーリードの厚さ方向を含む断面に沿って前記第１のインナーリードの延在方向の端部と離間するように曲げられた配線部を有する、第２のリードと、
第１の電極パッドと第２の電極パッドとを有する半導体チップと、
前記第１のリードと前記第１の電極パッドとを電気的に接続する第１のボンディングワイヤと、
前記第２のリードと前記第２の電極パッドとを電気的に接続する第２のボンディングワイヤと、
前記第１のインナーリード、前記第２のインナーリード、前記半導体チップ、前記第１のボンディングワイヤ、および前記第２のボンディングワイヤを封止する封止樹脂層と、を具備し、
前記配線部の前記第１のインナーリードに向かう側にある端部、および、前記第１のインナーリードの延在方向の端部は、前記第１のインナーリードの最大幅よりも狭い幅および前記第１のインナーリードの最大厚さよりも薄い厚さの少なくとも一つを有する、半導体装置。
第１のアウターリードと前記第１のアウターリードから延在する第１のインナーリードとを含む第１のリードと、
第２のアウターリードと前記第２のアウターリードから延在する第２のインナーリードとを含み、前記第２のインナーリードが、前記第１のインナーリードの延在方向の端部に隣り合うように設けられ且つ前記第２のインナーリードの厚さ方向を含む断面に沿って前記第１のインナーリードの延在方向の端部と離間するように曲げられた配線部を有する、第２のリードと、
前記第１のアウターリードおよび前記第２のアウターリードに連結された支持部と、を具備し、
前記配線部の前記第１のインナーリードに向かう側にある端部、および、前記第１のインナーリードの延在方向の端部は、前記第１のインナーリードの最大幅よりも狭い幅および前記第１のインナーリードの最大厚さよりも薄い厚さの少なくとも一つを有する、リードフレーム。