JP6679125B2 - Lead frame, semiconductor device using the same, and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、リードフレーム及びこれを用いた半導体装置、並びにそれらの製造方法に関する。 The present invention relates to a lead frame, a semiconductor device using the same, and a manufacturing method thereof.
近年、電子機器の小型化・軽量化が急速に進み、それら電子機器に用いられる半導体装置も小型化・軽量化・高機能化、が要求されている。一般的な半導体装置のうち、比較的小型で薄型の半導体装置としては、QFN(Quad Flat No-Lead)等の金属板を加工したリードフレームを用いた半導体装置が挙げられる。 2. Description of the Related Art In recent years, electronic devices have been rapidly reduced in size and weight, and semiconductor devices used in these electronic devices are also required to be reduced in size, weight, and functionality. As a relatively small and thin semiconductor device among general semiconductor devices, there is a semiconductor device using a lead frame formed by processing a metal plate such as QFN (Quad Flat No-Lead).
また、半導体素子とリード部を連結する際には、一般的に、金線を使用したワイヤボンディング方式が採用されていた。しかし、近年のAu価格の高騰で、金線を使用せず、半導体素子とリード部を直接接続するフリップチップ方式の採用が増えてきている。 Further, when connecting the semiconductor element and the lead portion, a wire bonding method using a gold wire is generally adopted. However, due to the soaring Au price in recent years, the adoption of a flip chip method in which a semiconductor element and a lead portion are directly connected without using a gold wire is increasing.
例えば、特許文献1では、金属製のリードフレームの表面のボンディング性を良くするため、半導体素子実装部を含む領域にAu、Ag等貴金属めっき等の表面処理が予めなされたリードフレームを用意し、半導体素子の電極部と、金属バンプ等を介して熱圧着または超音波併用熱圧着等により接合している。その後、半導体素子及びリードフレーム全体を樹脂封止し、所定の寸法に切断することにより、半導体装置を完成させている。 For example, in Patent Document 1, in order to improve the bonding property of the surface of a metal lead frame, a lead frame in which a surface treatment such as noble metal plating such as Au or Ag is prepared in advance in a region including a semiconductor element mounting portion is prepared. It is bonded to the electrode portion of the semiconductor element by thermocompression bonding or ultrasonic thermocompression bonding via a metal bump or the like. After that, the semiconductor element and the entire lead frame are resin-sealed and cut into a predetermined size to complete the semiconductor device.
また、特許文献2には、パワー半導体装置に関する記載がある。パワー半導体装置には比較的大きな電流を流すことから、1ヶ所のリード部に対し複数本の金ワイヤを接続し、半導体素子の電極とリード部との間の抵抗を低減している。また、1ヶ所リード部に対し半導体素子の電極部に複数のはんだバンプを形成し、フリップチップ実装する記載もある。 Further, Patent Document 2 describes a power semiconductor device. Since a relatively large current is passed through the power semiconductor device, a plurality of gold wires are connected to one lead portion to reduce the resistance between the electrode of the semiconductor element and the lead portion. There is also a description in which a plurality of solder bumps are formed on the electrode portion of the semiconductor element with respect to one lead portion and flip-chip mounting is performed.
更に、特許文献3には、1つ又は複数の端子に対し、同一の平面上に複数のAuバンプを用いフリップチップ実装を行うパワー半導体装置が記載されている。 Further, Patent Document 3 describes a power semiconductor device that performs flip-chip mounting using a plurality of Au bumps on the same plane for one or a plurality of terminals.
上述の状況から、半導体装置は、小型化・薄型化とともに低コスト化の要請を受け、QFN等金属板を加工したリードフレームを使用した半導体装置で、半導体素子の電極部とリード部の接続方法がフリップチップ方式を用いる装置が増加している。加えて、更なる小型化、多ピン化の要求もある。フリップチップ実装の場合、半導体素子の電極部は半導体素子の外形周辺部に配置される。これに従い、リード部先端の内部端子部はこれに合わせるように配置する。特許文献1に示されるように、従来のリード部の先端形状は、バンプ形成部を含みバンプより十分大きな形状とされていた。 Under the circumstances described above, the semiconductor device is a semiconductor device using a lead frame formed by processing a metal plate such as QFN in response to a demand for cost reduction as well as size reduction, and a method for connecting an electrode portion and a lead portion of a semiconductor element. However, the number of devices using the flip chip method is increasing. In addition, there is a demand for further miniaturization and increase in the number of pins. In the case of flip-chip mounting, the electrode portion of the semiconductor element is arranged around the outer shape of the semiconductor element. Accordingly, the internal terminal portion at the tip of the lead portion is arranged so as to match with this. As shown in Patent Document 1, the tip shape of the conventional lead portion has a shape sufficiently larger than the bump including the bump forming portion.
しかしながら、小型化や多ピン化等の要求から、半導体素子自体が小さく、かつ、多ピン化になるに従い、電極間のピッチが狭くなってきている。そして、リード部の先端形状も、隣接するリード部に接触しないように、また、リード部の内部端子部の先端が半導体素子自体に接触しないように、バンプの大きさと、内部端子部を含むリード部先端形状の大きさがほぼ同等になるように要求されてきている。このような状態でフリップチップ実装を行うと、電極の位置とリード部の位置がずれる不具合が発生する。また、バンプがはんだバンプの場合は、リフロー時にはんだがリード側面にも濡れ広がり、隣接するリードと接触する可能性もある。特許文献2や特許文献3に記載のパワー半導体装置の場合は、1つ又は複数の端子に対し、同一の平面上に複数のフリップチップ実装を行うため、バンプ間の間隔が狭くなり、バンプの一部が隣接するバンプと接触する可能性が大きくなる。また、接触は発生しないものの、バンプが膨らみあるいは拡がり、バンプ間の間隔が狭くなることにより、その後の工程である樹脂封止工程でバンプ間に十分に樹脂が入り込めず、樹脂未充填の不具合が発生する可能性が大きくなる。特に、抵コスト化のため、フリップチップ実装にはんだバンプを使用したパワー半導体装置においては、はんだバンプのリフロー時の濡れ広がりを制御することは重要である。 However, due to demands for miniaturization and increase in the number of pins, the pitch between the electrodes has become narrower as the size of the semiconductor element itself becomes smaller and as the number of pins increases. Also, the tip shape of the lead portion is such that the tip of the lead portion does not come into contact with the adjacent lead portion, and the tip of the internal terminal portion of the lead portion does not come into contact with the semiconductor element itself. It has been demanded that the sizes of the tip shapes of the parts be almost the same. If the flip-chip mounting is performed in such a state, the position of the electrode and the position of the lead portion may be displaced. Further, when the bumps are solder bumps, the solder may spread on the side surface of the lead during reflow and may contact the adjacent lead. In the case of the power semiconductor device described in Patent Document 2 or Patent Document 3, since a plurality of flip-chip mounting is performed on one or a plurality of terminals on the same plane, the interval between bumps becomes narrow, There is an increased possibility that some of them will contact the adjacent bumps. In addition, although no contact occurs, the bumps swell or expand and the gap between the bumps becomes narrower, so the resin cannot be sufficiently filled between the bumps in the subsequent resin encapsulation process, which is a problem of resin unfilling. Is more likely to occur. In particular, in order to reduce the cost, in a power semiconductor device using solder bumps for flip chip mounting, it is important to control the wetting and spreading of the solder bumps during reflow.
そこで、本発明は、上記状況を鑑み発明されたもので、フリップチップ実装に適し、チップサイズの小型化、多ピン化が可能で、かつ、低コスト化が可能であるとともに、はんだバンプのリフロー時の濡れ広がりを制御できるリードフレーム及びこれを用いた半導体装置、並びにそれらの製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been invented in view of the above situation, and is suitable for flip-chip mounting, can reduce the chip size, increase the number of pins, and reduce the cost, and reflow solder bumps. An object of the present invention is to provide a lead frame capable of controlling wet spread and a semiconductor device using the same, and a manufacturing method thereof.
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係るリードフレームは、金属材料からなる半導体素子実装用のリードフレームであって、
表面側の所定領域に半導体素子をフリップチップ接続可能な内部端子部を有するリード部と、
該リード部の前記内部端子部の表面に形成され、略平坦面の底部と、下に凸の曲面状の側面とを有する凹部と、
該凹部の内側に形成されためっき層と、を有し、
前記リード部は複数設けられ、複数の前記リード部は、前記表面側に前記凹部及び前記めっき層が1個のみ形成された第1のリード部を少なくとも1つ含むとともに、前記表面側に前記凹部及び前記めっき層が複数個形成された第2のリード部を少なくとも1つ含む。
In order to achieve the above object, a lead frame according to an aspect of the present invention is a lead frame for mounting a semiconductor element made of a metal material,
A lead portion having an internal terminal portion capable of flip-chip connecting a semiconductor element to a predetermined region on the front surface side,
A concave portion formed on the surface of the internal terminal portion of the lead portion, the concave portion having a bottom portion of a substantially flat surface and a curved side surface convex downward.
Possess a plating layer formed on the inner side of the recess, and
A plurality of the lead portions are provided, and the plurality of lead portions include at least one first lead portion having the recess and the plating layer formed on the front surface side, and the recess on the front surface side. And at least one second lead portion having a plurality of the plating layers formed thereon .
また、他の態様に係る半導体装置は、金属材料からなり、表面に形成された凹部の内側にめっき層が形成された内部端子部を表面側に有するリード部と、
前記凹部内の前記めっき層上に設けられたバンプを介して前記内部端子部とフリップチップ接続された半導体素子と、
前記半導体素子、前記バンプ、及び前記リード部の前記表面側を含む領域を封止する樹脂と、を有し、
前記リード部は複数設けられ、複数の前記リード部は、前記表面側に前記凹部及び前記めっき層が1個のみ形成された第1のリード部を少なくとも1つ含み、
前記リード部は複数設けられ、複数の前記リード部は、前記表面側に前記凹部及び前記めっき層が複数個形成された第2のリード部を少なくとも1つ含む。
A semiconductor device according to another aspect is a lead portion made of a metal material and having an internal terminal portion on the surface side, in which a plating layer is formed inside a recess formed on the surface,
A semiconductor element flip-chip connected to the internal terminal portion via a bump provided on the plating layer in the recess,
The semiconductor element, have a, a resin for sealing a region including the surface of the bumps, and the lead portion,
A plurality of the lead portions are provided, and the plurality of the lead portions include at least one first lead portion in which only one of the recess and the plating layer is formed on the front surface side,
A plurality of lead portions are provided, and the plurality of lead portions include at least one second lead portion having a plurality of the recesses and the plating layer formed on the front surface side .
また、他の態様に係るリードフレームの製造方法は、表面側に内部端子部を有するリード部を備えた半導体素子実装用のリードフレームの製造方法であって、
金属板の前記表面側の前記内部端子部を形成しようとする所定領域内に、略平坦面の底部と、下に凸の曲面状の側面とを有する凹部を複数個形成する工程と、
前記凹部の内側にめっき層を形成する工程と、
該凹部を前記内部端子部内に1個のみ有し、所定形状を有する第1のリード部と、該凹部を前記内部端子部内に複数個有し、所定形状を有する第2のリード部と、を形成する工程と、
を有する。
A method of manufacturing a lead frame according to another aspect is a method of manufacturing a lead frame for mounting a semiconductor element, which includes a lead portion having an internal terminal portion on a front surface side,
A step of forming a plurality of concave portions having a bottom portion of a substantially flat surface and a downward curved convex-shaped side surface in a predetermined region where the internal terminal portion on the surface side of the metal plate is to be formed;
A step of forming a plating layer inside the recess,
A first lead portion having only one recess in the internal terminal portion and having a predetermined shape, and a second lead portion having a plurality of recesses in the internal terminal portion and having a predetermined shape. Forming process,
Have.
更に、他の態様に係る半導体装置の製造方法は、前記リードフレームの製造方法により製造されたリードフレームの前記凹部内の前記めっき層上にバンプを形成する工程と、
該バンプを用いて半導体素子を前記リード部の前記表面側にフリップチップ実装する工程と、
前記半導体素子、前記バンプ、及び前記リード部の前記裏面側の表面以外の領域を樹脂で封止する工程と、を有する。
Furthermore, a method of manufacturing a semiconductor device according to another aspect includes a step of forming a bump on the plating layer in the recess of the lead frame manufactured by the method of manufacturing the lead frame,
A step of flip-chip mounting a semiconductor element on the surface side of the lead portion using the bump;
And a step of sealing a region other than the front surface of the semiconductor element, the bump, and the lead portion with a resin.
本発明によれば、フリップチップ実装に適し、チップサイズの小型化、多ピン化が可能で、かつ、低コスト化が可能なリードフレーム及びこれを用いた半導体装置、並びにそれらの製造方法を提供できる。 According to the present invention, there are provided a lead frame suitable for flip-chip mounting, capable of reducing the chip size, increasing the number of pins, and reducing the cost, a semiconductor device using the same, and a manufacturing method thereof. it can.
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。 Embodiments for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
[第1の実施形態のリードフレーム及び半導体装置]
図1は、本発明の第1の実施形態に係るリードフレームの一例を示す図である。図1(a)は本発明の実施形態に係るリードフレームの一例を示した断面図である。図1(b)は本発明の第1の実施形態に係るリードフレームの一例を示した平面図である。図2は、本発明の第1の実施形態に係るリードフレームのリード部先端形状の一例を示した斜視図である。
[Leadframe and Semiconductor Device of First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing an example of a lead frame according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a sectional view showing an example of a lead frame according to an embodiment of the present invention. FIG. 1B is a plan view showing an example of the lead frame according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view showing an example of the tip shape of the lead portion of the lead frame according to the first embodiment of the present invention.
図1(a)、(b)に示されるように、本発明の第1の実施形態に係るリードフレーム50は、半導体素子を実装可能な半導体素子実装領域40を有する。また、リードフレーム50は、半導体素子実装領域40に包含される領域から、半導体素子実装領域40の周辺に延びるように延在するリード部11、12を有する。リード部11、12は、裏面側には外部機器と接続するための外部端子部111、121を有し、表面側には半導体素子の電極を接続するための内部端子部110、120を有している。なお、内部端子部110120は、リード部11、12の先端の一定の幅を有して内側に延びている領域である。図1及び図2に示されるように、内部端子部110、120の表面には凹部20が形成され、かつ凹部20の内側にはめっき層30が形成されている。なお、パワー半導体装置用リードフレームにおいては、リード部11、12は、詳細には制御系リード部11及びパワー系リード部12であるが、特に両者を区別する必要の無いときには、単にリード部11、12と呼んでもよいこととする。 As shown in FIGS. 1A and 1B, the lead frame 50 according to the first embodiment of the present invention has a semiconductor element mounting region 40 on which a semiconductor element can be mounted. Further, the lead frame 50 has lead portions 11 and 12 extending from an area included in the semiconductor element mounting area 40 to the periphery of the semiconductor element mounting area 40. The lead parts 11 and 12 have external terminal parts 111 and 121 on the back surface side for connecting to an external device, and have internal terminal parts 110 and 120 for connecting the electrodes of the semiconductor element on the front surface side. ing. The internal terminal portion 110120 is an area that extends inward with a certain width at the tips of the lead portions 11 and 12. As shown in FIGS. 1 and 2, the recesses 20 are formed on the surfaces of the internal terminal portions 110 and 120, and the plating layer 30 is formed inside the recesses 20. In the lead frame for a power semiconductor device, the lead parts 11 and 12 are specifically the control system lead part 11 and the power system lead part 12. However, when it is not necessary to distinguish the two, the lead parts 11 and 12 are simply used. , 12 may be called.
なお、図2において、凹部20の底面21と側面22が明確に分かれているように描かれているが、凹部20はエッチングにより形成されているので、実際には、底面21と側面22との境界が曖昧な、なだらかな曲面を有する窪み形状となる。 Although the bottom surface 21 and the side surface 22 of the recess 20 are clearly separated in FIG. 2, since the recess 20 is formed by etching, the bottom surface 21 and the side surface 22 are actually formed. It becomes a dent shape with a gentle curved surface with an ambiguous boundary.
図3は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の一例を示した断面図である。図3に示されるように、第1の実施形態に係る半導体装置100は、上述の第1の実施形態に係るリードフレーム50を用いて構成される。具体的には、半導体装置100は、リードフレーム50のリード部11、12上に、バンプ70を介して半導体素子60がフリップチップ接続され、半導体素子60、バンプ70及びリード部11、12の上面及び側面を樹脂80で封止して構成される。 FIG. 3 is a sectional view showing an example of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the semiconductor device 100 according to the first embodiment is configured using the lead frame 50 according to the above-described first embodiment. Specifically, in the semiconductor device 100, the semiconductor element 60 is flip-chip connected to the lead portions 11 and 12 of the lead frame 50 via the bump 70, and the semiconductor element 60, the bump 70, and the upper surfaces of the lead portions 11 and 12. And the side surfaces are sealed with resin 80.
以下、第1の実施形態に係るリードフレーム50及び半導体装置100の各構成要素について個別に説明する。 Hereinafter, each component of the lead frame 50 and the semiconductor device 100 according to the first embodiment will be individually described.
図3に示されるように、半導体装置100は、半導体素子60の電極61とリードフレーム50のリード部11、12とをフリップチップ方式の接続方法により接続する。このため、リードフレーム50は、半導体素子60を搭載するダイパッド部等は有しない。図1(b)に示されるように、半導体素子実装領域40は、リード部11、12の内部端子部110、120を覆う領域となる。 As shown in FIG. 3, in the semiconductor device 100, the electrode 61 of the semiconductor element 60 and the lead portions 11 and 12 of the lead frame 50 are connected by a flip-chip connection method. Therefore, the lead frame 50 does not have a die pad portion or the like on which the semiconductor element 60 is mounted. As shown in FIG. 1B, the semiconductor element mounting region 40 is a region that covers the internal terminal portions 110 and 120 of the lead portions 11 and 12.
図1及び図3に示されるように、リード部11、12は、金属板10をエッチング加工して形成されたものである。金属板10は一般的にCu材またはCu合金材を使用する。リード部11、12の先端部の表面側に、半導体素子60の電極61と接続する内部端子部110、120を配置している。裏面側には、はんだ合金等で外部機器と接続する外部端子部111、121が設けられている。なお、リード部11、12の裏面にめっき層を形成し、めっき層が形成された領域を外部端子部111、121としてもよい。 As shown in FIGS. 1 and 3, the lead portions 11 and 12 are formed by etching the metal plate 10. The metal plate 10 generally uses a Cu material or a Cu alloy material. Internal terminal portions 110 and 120, which are connected to the electrodes 61 of the semiconductor element 60, are arranged on the front surface side of the tip portions of the lead portions 11 and 12. External terminal portions 111 and 121, which are connected to an external device with a solder alloy or the like, are provided on the back surface side. A plating layer may be formed on the back surfaces of the lead portions 11 and 12, and the regions where the plating layer is formed may be used as the external terminal portions 111 and 121.
次に、本発明の第1の実施形態に係るリードフレーム50の特徴について、図1乃至図3を参照して説明する。本発明の第1の実施形態に係るリードフレーム50の特徴は、半導体素子60の電極61とフリップチップ方式で接続する内部端子部110、120の領域に凹部20を形成し、その凹部20内にめっき層30を形成したことである。フリップチップ実装の場合、半導体素子60の電極61は半導体素子60の外形周辺部に配置されることが多い。これに従い、リード部11、12の先端の内部端子部110、120はこれに合わせるように配置する。小型化や多ピン化等により、半導体素子60自体が小さく、かつ、多ピン化になるに従い、電極間のピッチが狭くなり、リード部11、12の先端形状も、隣接するリード部11、12に接触しないように、また、リード部11、12の内部端子部110、120の先端が半導体素子60自体に接触しないように、バンプの大きさと、内部端子部110、120を含むリード部11、12の先端形状の大きさがほぼ同等になるように要求されてきている。このため、バンプ70の搭載位置の精度を向上させ、半導体素子60の電極61の位置に合わせる必要がある。このため、バンプ70が所定の位置よりはみ出すとリード形状を超え、隣接するリード部11、12と接触する危険性がある。また、バンプ70がはんだバンプの場合は、リフロー時にはんだがリード部11、12の側面にも濡れ広がり、隣接するリード部11、12と接触する可能性もある。 Next, features of the lead frame 50 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. The feature of the lead frame 50 according to the first embodiment of the present invention is that the recesses 20 are formed in the regions of the internal terminal portions 110 and 120 that are connected to the electrodes 61 of the semiconductor element 60 by the flip chip method. That is, the plating layer 30 is formed. In the case of flip-chip mounting, the electrodes 61 of the semiconductor element 60 are often arranged around the outer shape of the semiconductor element 60. In accordance with this, the internal terminal portions 110 and 120 at the tips of the lead portions 11 and 12 are arranged so as to match them. Due to the miniaturization and the increase in the number of pins, the pitch between the electrodes becomes narrower as the size of the semiconductor element 60 becomes smaller and the number of pins becomes larger, and the tip shapes of the lead parts 11 and 12 are adjacent to each other. Of the bumps and the lead portions 11 including the internal terminal portions 110 and 120 so that the tips of the internal terminal portions 110 and 120 of the lead portions 11 and 12 do not contact the semiconductor element 60 itself. It has been demanded that the tip shapes of 12 be substantially equal in size. Therefore, it is necessary to improve the accuracy of the mounting position of the bump 70 and match the position of the electrode 61 of the semiconductor element 60. Therefore, if the bump 70 protrudes from a predetermined position, it may exceed the lead shape and come into contact with the adjacent lead portions 11 and 12. When the bumps 70 are solder bumps, the solder may wet and spread on the side surfaces of the lead portions 11 and 12 during reflow, and may come into contact with the adjacent lead portions 11 and 12.
また、図1及び図3では、パワー半導体素子実装用のリードフレーム50及びパワー半導体装置100を例に挙げている。パワー半導体素子60は、電力を制御する半導体素子60である。このため、パワー半導体装置100は、比較的大きな電流を流す、電力の入出力をするパワー系リード部12と、電力の入出力を制御するための制御系リード部11とがある。パワー半導体装置100の特徴は、このパワー系リード部12で、比較的大きな電流が流れるため、パワー系リード部12と半導体素子の電極の接続は、低抵抗が好ましく、通常の半導体素子では、1ヶ所のリードに対し1ヶ所接続であるのに対し、複数のバンプ70を形成し、かつ、バンプ形状も楕円形状と面積を大きくすることにより、抵抗を低減させている。これらをフリップチップ実装する場合、同一平面に複数のバンプ70を形成するため接合部にストレスがかかりやすく、これを防止するためバンプ70ははんだバンプを使用することが多い。以下、バンプ70をはんだバンプとして構成した例を挙げて説明する。はんだバンプ70は、このようなストレスを吸収する。但し、はんだバンプ70の場合、リフロー時の濡れ広がりが大きくなる傾向がある。特に、パッケージサイズが小型化されたパワー半導体装置100のパワー系リード部12は、バンプ70間の間隔が狭くなり、リフロー時にはんだブリッジが発生する可能性がある。また、はんだブリッジまでには至らなくとも、はんだバンプ70が所定の範囲を超えて濡れ広がる可能性がある。これらは、その後フリップチップ接合部を含め樹脂封止されるが、この時はんだブリッジや所定の範囲を超えた濡れ広がり部が支障となり、バンプ70間の一部に未充填部が発生する。よって、パワー系半導体装置100では、はんだ濡れ広がりを管理することが重要である。 1 and 3, the lead frame 50 for mounting a power semiconductor element and the power semiconductor device 100 are taken as an example. The power semiconductor element 60 is a semiconductor element 60 that controls electric power. Therefore, the power semiconductor device 100 has a power system lead section 12 for inputting and outputting electric power and a control system lead section 11 for controlling input and output of electric power, in which a relatively large current flows. A characteristic of the power semiconductor device 100 is that a relatively large current flows through the power system lead section 12, so that the connection between the power system lead section 12 and the electrode of the semiconductor element is preferably low resistance. While one lead is connected to one lead, a plurality of bumps 70 are formed, and the bump shape is elliptical and the area is increased to reduce the resistance. When these are flip-chip mounted, since a plurality of bumps 70 are formed on the same plane, stress is likely to be applied to the joint portion, and in order to prevent this, solder bumps are often used as the bumps 70. Hereinafter, an example in which the bump 70 is configured as a solder bump will be described. The solder bump 70 absorbs such stress. However, in the case of the solder bump 70, there is a tendency that the wetting and spreading during reflow increases. Particularly, in the power system lead portion 12 of the power semiconductor device 100 having a reduced package size, the interval between the bumps 70 becomes narrow, and a solder bridge may occur during reflow. Further, even if the solder bridge is not reached, the solder bump 70 may spread beyond a predetermined range. These are then resin-sealed, including the flip-chip joints, but at this time, solder bridges and wet-spreading portions exceeding a predetermined range become an obstacle, and unfilled portions are generated in a part between the bumps 70. Therefore, in the power semiconductor device 100, it is important to manage the spread of solder.
そこで、本発明の第1の実施形態に係るリードフレーム50は、上述の問題点を踏まえて検討されたものである。本実施形態に係るリードフレーム50のリード部11、12の先端の内部端子部110、120には凹部20を形成し、凹部20の内側にめっき層30を形成した。また、めっき層30は凹部20の内側の面を覆い、かつ、めっき層30の周辺部が高く、中央部が低い窪み形状を有している。 Therefore, the lead frame 50 according to the first embodiment of the present invention has been studied in view of the above problems. The recesses 20 were formed in the internal terminal portions 110, 120 at the tips of the lead portions 11, 12 of the lead frame 50 according to the present embodiment, and the plating layer 30 was formed inside the recesses 20. The plating layer 30 covers the inner surface of the recess 20 and has a hollow shape in which the peripheral portion of the plating layer 30 is high and the central portion is low.
図4は、本発明の第1の実施形態に係るリードフレーム50の実施例を比較例とともに示した図である。図4(a)は、本発明の第1の実施形態に係るリードフレーム50の実施例を示した図である。図4(a)に示されるように、凹部20の内側にめっき層30が形成されているが、凹部20は、中央部がやや深く窪んだ形状となっており、周縁部が中央部よりも浅く、底面が高くなっている。それに伴い、めっき層30も、中央部が周縁部よりも低い窪み形状を有している。 FIG. 4 is a diagram showing an example of the lead frame 50 according to the first embodiment of the present invention together with a comparative example. FIG. 4A is a diagram showing an example of the lead frame 50 according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4A, the plating layer 30 is formed inside the recess 20. However, the recess 20 has a shape in which the central portion is slightly deeper and the peripheral portion is more deeply recessed than the central portion. It is shallow and the bottom is high. Accordingly, the plating layer 30 also has a hollow shape in which the central portion is lower than the peripheral portion.
一方、図4(b)は、比較例に係るリードフレームを示した図であるが、凹部20が形成されずに平坦面上にめっき層が形成された場合、めっき層は表面よりも突起した形状となっている。 On the other hand, FIG. 4B is a diagram showing a lead frame according to a comparative example, but when the recess 20 is not formed and the plating layer is formed on the flat surface, the plating layer is projected more than the surface. It has a shape.
このように、リード部11、12の内部端子部110、120の表面にエッチングにより凹部20を形成し、その上にめっき層30を形成すると、めっき層30は、中央部が周縁部よりも窪んだ窪み形状となる。このめっき層30の窪みの形状の深さは、例えば、3μmから20μmである。この窪み部にははんだバンプ70が形成され、その後フリップチップ接合により半導体素子60が搭載される。この時、はんだがリフローされる。この窪み部の深さは、はんだがリフローされた時にめっき層30以外に濡れ広がりが起きないように、はんだバンプ70の大きさに応じて窪み深さを設定する。窪み深さが深い場合、リード部11、12と半導体素子の下面が接触するリスクが高くなり、かつ、その隙間が狭いとその隙間に封止樹脂が未充填になる可能性がある。逆に窪み深さが浅いとその効果がない。そこで、窪み深さは、5μmから20μmになるようにする。好ましくは、5μmから10μmである。 As described above, when the recesses 20 are formed on the surfaces of the internal terminal portions 110 and 120 of the lead portions 11 and 12 by etching and the plating layer 30 is formed on the recesses 20, the center portion of the plating layer 30 is recessed more than the peripheral portion. It becomes a dimple shape. The depth of the depression shape of the plating layer 30 is, for example, 3 μm to 20 μm. Solder bumps 70 are formed in the recesses, and then the semiconductor element 60 is mounted by flip chip bonding. At this time, the solder is reflowed. The depth of the recess is set according to the size of the solder bump 70 so that the solder does not spread beyond the plating layer 30 when the solder is reflowed. If the depth of the depression is large, the risk of contact between the lead portions 11 and 12 and the lower surface of the semiconductor element increases, and if the gap is narrow, the gap may not be filled with the sealing resin. On the contrary, if the depth of the depression is shallow, there is no effect. Therefore, the recess depth is set to be 5 μm to 20 μm. It is preferably 5 μm to 10 μm.
めっき層30のめっきの種類は、はんだバンプ等と接合性が良いものであれば、限定されない。Au、Ag、Pdの単層めっき、あるいは、凹部20の表面から、Niめっき層、Pdめっき層、Auめっき層を積層した積層めっきであっても良い。なお、めっき層30の最表面層は、はんだバンプと濡れ性が良好なAuめっきであることが好ましい。本発明の第1の実施形態に係るリードフレーム50では、リード部11、12においては、めっき層30の形成は、はんだバンプ等が形成される凹部20の内側の表面上のみに限定される。凹部20の周辺にはめっきが施されず、リードフレーム50の素材面(金属板10の表面)が露出している。めっき層30の最表面層がAuめっき層であれば、はんだバンプがリフローされた時、はんだ濡れ性がよいAuめっきにはんだが集中し、リードフレーム50の素材面が露出している凹部20の周辺の濡れ広がりを防止できる。凹部20の周辺にも同種のめっきを施した場合、はんだが濡れ広がる可能性がある。また、金バンプの場合は、はんだめっきでもよい。 The type of plating of the plating layer 30 is not limited as long as it has good bondability with solder bumps and the like. A single layer plating of Au, Ag, and Pd, or a laminated plating in which a Ni plating layer, a Pd plating layer, and an Au plating layer are stacked from the surface of the recess 20 may be used. The outermost surface layer of the plating layer 30 is preferably Au plating that has good wettability with the solder bumps. In the lead frame 50 according to the first embodiment of the present invention, in the lead portions 11 and 12, the formation of the plating layer 30 is limited to only the inner surface of the recess 20 in which the solder bump or the like is formed. The periphery of the recess 20 is not plated, and the material surface of the lead frame 50 (the surface of the metal plate 10) is exposed. If the outermost surface layer of the plating layer 30 is an Au plating layer, when the solder bumps are reflowed, the solder concentrates on the Au plating having good solder wettability, and the material surface of the lead frame 50 is exposed in the recess 20. It is possible to prevent the surrounding from spreading. When the same kind of plating is applied to the periphery of the recess 20, the solder may spread. In the case of gold bumps, solder plating may be used.
めっき層30の厚さは、限定されない。めっき層30の厚さは、めっきの種類やはんだバンプ70との接合性等を考慮して設定する。なお、めっき層30の厚さは、凹部20の深さと密接に関係する。 The thickness of the plating layer 30 is not limited. The thickness of the plating layer 30 is set in consideration of the type of plating, the bondability with the solder bump 70, and the like. The thickness of the plating layer 30 is closely related to the depth of the recess 20.
凹部20は、フリップチップ実装を行う位置に配置する。大きさは、はんだバンプ70をリフロー時に、はんだの濡れ広がりを防止できる程度に設定する。なお、その後、凹部20の内側には、めっきが施されるので、めっき層30の厚みを考慮し、最終的にめっき層30の窪み深さが5μmから20μmになるように、凹部20の深さとめっき層30の厚さを設定する。例えば、凹部20の深さを10μmとし、凹部20の内面にAgめっきをめっき厚さ5μmで行う場合、めっき層30は、凹部20の側面にもめっきすることにより、めっき層30の周辺部が高く中央部が低い窪み形状を形成することが出来る。前述したパワー系半導体装置100のパワー系リード部12等、はんだバンプ70の量が多い場合やはんだバンプ70の量がばらつきやすい場合は、めっき層30の窪みの深さでそれを調整することができ、有効である。 The recess 20 is arranged at a position for flip-chip mounting. The size is set to such an extent that the solder bump 70 can prevent the solder from spreading when it is reflowed. After that, since the inside of the recess 20 is plated, the depth of the recess 20 is adjusted so that the depth of the recess of the plating layer 30 finally becomes 5 μm to 20 μm in consideration of the thickness of the plating layer 30. And the thickness of the plating layer 30 are set. For example, when the depth of the recess 20 is 10 μm and Ag plating is performed on the inner surface of the recess 20 with a plating thickness of 5 μm, the plating layer 30 is plated also on the side surface of the recess 20 so that the peripheral portion of the plating layer 30 is It is possible to form a hollow shape having a high center and a low center. When the amount of the solder bumps 70 is large or the amount of the solder bumps 70 is likely to vary, such as the power system lead portion 12 of the power semiconductor device 100 described above, it is possible to adjust it by the depth of the recess of the plating layer 30. You can and are effective.
図2に示されるように、凹部20は、底面21と、下に凸の曲面状の側面22とを有する。側面22は、必ずしも曲面状でなくてもよいが、凹部20は、金属板10の表面をエッチングすることにより形成されるため、エッチング面は曲面状となる。底面21もエッチング面であるため、完全な平坦面ではなく、若干の凹凸を有する面である。 As shown in FIG. 2, the concave portion 20 has a bottom surface 21 and a curved side surface 22 that is convex downward. The side surface 22 does not necessarily have to be a curved surface, but since the recess 20 is formed by etching the surface of the metal plate 10, the etched surface has a curved surface. Since the bottom surface 21 is also an etching surface, it is not a completely flat surface but a surface having some irregularities.
また、凹部20の深さを10μmとし、凹部20の内面にNiめっきし、めっき厚さを10μmとし、その後Pdめっきを0.05μmの厚さで形成し、更にその上にAuめっき層を0.005μmの厚さで形成する三層積層めっきをした場合、めっき層30の中央部は、リード部表面の位置と略同じ高さになる。一方、めっき層30の周辺部では、凹部20の側面からめっきが施され、かつ凹部20のエッジ部に電流が集中し、周辺部にめっきが厚く付くエッジ効果により、めっき層30の周辺部が高くなる。半導体装置が小型化、集積化、多ピン化し、フリップチップ接続する領域が小さく、かつはんだバンプ70が小さい場合は、リード部11、12と半導体素子との距離を確保し、かつはんだの濡れ広がりを防止する凹部20を形成する方法として有効である。また、めっき層30の窪み形状を形成し、凹部20の深さよりめっき層30の厚みを厚くすることで、リード部11、12の表面の位置よりめっき層30の中央部の位置を高くすることもできる。即ち、リード部11、12と半導体素子60との距離をより広くすることが可能となる。なお、この場合には、はんだバンプ70がリフローした時、めっき層30の窪み部からめっき層30の側面に濡れ広がることがあるので、バンプの大きさには注意が必要である。 Further, the recess 20 has a depth of 10 μm, the inner surface of the recess 20 is Ni-plated to have a plating thickness of 10 μm, and then Pd plating is formed to a thickness of 0.05 μm, and an Au plating layer is further formed thereon. When the three-layer laminated plating is formed to have a thickness of 0.005 μm, the central portion of the plating layer 30 has substantially the same height as the position of the surface of the lead portion. On the other hand, in the peripheral portion of the plating layer 30, plating is applied from the side surface of the recess 20, and the current concentrates on the edge of the recess 20, and the peripheral effect of the plating layer 30 is increased due to the edge effect of thick plating on the peripheral portion. Get higher When the semiconductor device is miniaturized, integrated, has a large number of pins, the area for flip-chip connection is small, and the solder bump 70 is small, the distance between the lead portions 11 and 12 and the semiconductor element is ensured and the solder spreads. This is effective as a method of forming the concave portion 20 for preventing the above. Further, by forming the recessed shape of the plating layer 30 and making the thickness of the plating layer 30 thicker than the depth of the recess 20, the position of the central portion of the plating layer 30 is made higher than the position of the surface of the lead portions 11 and 12. You can also That is, the distance between the lead portions 11 and 12 and the semiconductor element 60 can be made wider. In this case, when the solder bump 70 is reflowed, it may spread from the recessed portion of the plating layer 30 to the side surface of the plating layer 30, so that the size of the bump needs to be careful.
パワー系半導体装置100は、前述したように、パワー系リード部12と制御系リード部リード部11という機能の違うリード部11、12が存在する。そこで、パワー系リード部12は、半導体素子の電極の接続は低抵抗が好ましく、接続形状を楕円形状等にし、面積を大きくしておりはんだバンプの量も多い。このためパワー系リード部12の表面よりめっき層30の窪み位置が低くなるように設定し、制御系リード部11では、めっき層30の窪み位置がほぼ制御系リード部11と同等の高さになるようにめっき層30を形成してもよい。 As described above, the power semiconductor device 100 has the power system lead section 12 and the control system lead section lead section 11, which have different functions. Therefore, the power system lead portion 12 preferably has low resistance for connection of electrodes of the semiconductor element, has a connection shape of an elliptical shape or the like, has a large area, and has a large amount of solder bumps. Therefore, the depression position of the plating layer 30 is set lower than the surface of the power system lead portion 12, and the depression position of the plating layer 30 in the control system lead portion 11 is set to a height almost equal to that of the control system lead portion 11. You may form the plating layer 30 so that it may become.
なお、パワー系半導体装置としては、パワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)トランジスタ、IGBT(Insulator Gate Bipolar Transistor)等のゲートを制御入力端子とするトランジスタが挙げられる。入力端子及び出力端子は、パワーMOSFETの場合はソース及びドレインとなり、IGBTの場合はエミッタ及びコレクタとなる。 Examples of the power semiconductor device include a power MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) transistor and a transistor such as an IGBT (Insulator Gate Bipolar Transistor) whose control input terminal is a gate. The input terminal and the output terminal are the source and the drain in the case of the power MOSFET, and the emitter and the collector in the case of the IGBT.
凹部20の形状については、特に限定はないが、一般には円形である場合が多い。また、パワー系半導体装置100のパワー系リード部12等は、大きな電流を流す必要があり、接地面積を多くとる必要から、楕円形状等、面積を大きくとる形状を用いることが好ましい。 The shape of the recess 20 is not particularly limited, but is generally circular in many cases. In addition, the power system lead portion 12 and the like of the power system semiconductor device 100 need to flow a large current and need to have a large grounding area. Therefore, it is preferable to use a shape having a large area such as an elliptical shape.
めっき層30は、周辺部が高く中央部が低い窪み形状を有しているため、はんだバンプ70を形成する時のガイドにも有効である。中央部が低い窪み形状になるため、はんだバンプ70がめっき層30の中央部による傾向にあり、フリップチップ接続を行うときに、はんだバンプ70との位置精度の向上が期待できる。 Since the plating layer 30 has a hollow shape having a high peripheral portion and a low central portion, it is also effective as a guide when forming the solder bumps 70. Since the central portion has a low dent shape, the solder bump 70 tends to be due to the central portion of the plating layer 30, and when flip-chip connection is performed, improvement in positional accuracy with the solder bump 70 can be expected.
[第1の実施形態のリードフレームの製造方法]
次に、図5乃至図6を参照して本発明の第1の実施形態に係る半導体素子実装用リードフレーム50の製造方法について説明する。図5は、本発明の第1の実施形態に係る半導体素子実装用リードフレームの製造方法の一例の前半の一連の工程を示した図である。
[Method for Manufacturing Lead Frame According to First Embodiment]
Next, a method of manufacturing the semiconductor element mounting lead frame 50 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a diagram showing a series of steps in the first half of the example of the method for manufacturing the lead frame for mounting a semiconductor element according to the first embodiment of the present invention.
図5(a)は、金属板用意工程の一例を示した図である。図5(a)に示されるように、本発明の実施形態に係るリードフレームを製造するに当たり、まずは金属板10を用意する。使用する金属板10の材質は、リードフレーム材料であれば特に限定はないが、一般的にCu合金又はCuが使用される。 FIG. 5A is a diagram showing an example of the metal plate preparing step. As shown in FIG. 5A, in manufacturing the lead frame according to the embodiment of the present invention, first, the metal plate 10 is prepared. The material of the metal plate 10 used is not particularly limited as long as it is a lead frame material, but Cu alloy or Cu is generally used.
図5(b)は、凹部用レジスト形成工程の一例を示した図である。凹部用レジスト形成工程では、詳細には、金属板10の表面にレジスト被覆、露光、現像を行い、凹部用レジストマスク92を形成する。金属板10の表・裏面全体を、レジスト90で被う。使用するレジスト90としては、ドライフィルムレジストのラミネート、又は液状レジストの塗布及び乾燥によるレジスト層の被覆等、従来からの公知の方法を用いて行うことができる。次に、露光では、前のレジスト被覆工程で金属板10の表・裏面にレジスト90を被覆した後、そのレジスト90上に、表面側では、内部端子部110、120に凹部20となる位置に所望のパターン、裏面側は全面を覆うパターンが形成されたマスク(紫外光遮蔽ガラスマスク)を被せ、露光を行う。 FIG. 5B is a diagram showing an example of the recess resist forming step. In the resist forming step for the recess, specifically, the surface of the metal plate 10 is covered with a resist, exposed and developed to form a resist mask 92 for the recess. The entire front and back surfaces of the metal plate 10 are covered with the resist 90. As the resist 90 to be used, a conventionally known method such as laminating a dry film resist or coating a resist layer by coating and drying a liquid resist can be used. Next, in the exposure, after the front and back surfaces of the metal plate 10 are coated with the resist 90 in the previous resist coating step, the resist 90 is covered, and on the front surface side, the concave portions 20 are formed in the internal terminal portions 110 and 120. A mask (ultraviolet light shielding glass mask) having a desired pattern and a pattern covering the entire back surface is formed and exposed.
現像では、マスクを除去してレジスト90を現像することにより、表面に凹部20を形成する部分(未硬化部分)を除去して開口部91を形成し、金属板10の表面を露出させる。これにより、硬化して残留したレジスト90と開口部91からなる凹部用マスク92が形成される。 In the development, the mask is removed and the resist 90 is developed to remove the portion (uncured portion) forming the recess 20 on the surface to form the opening 91 and expose the surface of the metal plate 10. As a result, a concave mask 92 composed of the resist 90 and the opening 91 that remain after curing is formed.
図5(c)は、凹部エッチング工程の一例を示した図である。図5(c)に示されるように、形成したレジストマスク92を凹部エッチング用マスク92として、金属板10の表面上にエッチング加工を行い、凹部20を形成する。エッチング深さは5μm以上30μm以下で、好ましくは、5μm〜20μmである。 FIG. 5C is a diagram showing an example of the recess etching step. As shown in FIG. 5C, the formed resist mask 92 is used as a recess etching mask 92 to perform etching on the surface of the metal plate 10 to form the recess 20. The etching depth is 5 μm or more and 30 μm or less, preferably 5 μm to 20 μm.
図5(d)は、凹部めっき工程の一例を示した図である。図5(d)に示されるように、形成したレジストマスク92を凹部めっき用マスクとして、金属板10の凹部20が形成された面にめっき加工を行い、凹部20内側にめっき層30を形成する。めっき層30は、凹部20の底面21及び側面22に形成される。めっきの種類は、特に限定はない。めっき層30の表面層には、接合性の良いAu等を用いることが好ましい。 FIG. 5D is a diagram showing an example of the recess plating process. As shown in FIG. 5D, the formed resist mask 92 is used as a recess plating mask to perform plating on the surface of the metal plate 10 on which the recess 20 is formed to form a plating layer 30 inside the recess 20. . The plating layer 30 is formed on the bottom surface 21 and the side surface 22 of the recess 20. The type of plating is not particularly limited. For the surface layer of the plating layer 30, it is preferable to use Au or the like, which has good bonding properties.
図6は、本発明の第1の実施形態に係る半導体素子実装用リードフレームの製造方法の一例の後半の一連の工程を示した図である。 FIG. 6 is a diagram showing a series of steps in the latter half of the example of the method for manufacturing the semiconductor element mounting lead frame according to the first embodiment of the present invention.
図6(a)は、凹部用レジスト剥離工程の一例を示した図である。凹部用レジスト剥離工程では、硬化しているレジスト90を剥離する。これにより、金属板10の表面側に凹部20が形成され、その凹部20の内側にめっき層30が形成された状態となる。 FIG. 6A is a diagram showing an example of a recessed resist removing step. In the recessed resist removing step, the cured resist 90 is removed. As a result, the concave portion 20 is formed on the front surface side of the metal plate 10, and the plating layer 30 is formed inside the concave portion 20.
なお、裏面側の外部端子部にめっき層を必要とする場合は、図6(a)の工程後、再度、図5(c)の凹部エッチング工程を除き、図5(b)から図6(a)の一連の工程を行い、凹部に変えて、外部端子部111、121の該当する範囲にめっきするようにレジストマスクを作成し、めっき層を形成する(図示せず)。 In addition, when a plating layer is required for the external terminal portion on the back surface side, after the step of FIG. 6A, the recess etching step of FIG. A series of steps of a) is performed, a resist mask is formed so as to plate the corresponding areas of the external terminal portions 111 and 121 in place of the recesses, and a plating layer is formed (not shown).
図6(b)は、リード部用レジスト形成工程の一例を示した図である。リード部用レジスト形成工程では、詳細には、金属板10の表面側及び裏面側にレジスト被覆、露光、現像を行い、リード部用レジストマスク96、97を形成する。図6(b)において、最初に、金属板10に凹部20が形成された表面側と金属板10の裏面側の全体を、レジスト94で被う。使用するレジスト94としては、ドライフィルムレジストのラミネート、又は液状レジストの塗布及び乾燥によるレジスト層の被覆等、従来からの公知の方法を用いて行うことができる。次に露光では、前のレジスト被覆で金属板10の表・裏面にレジスト94を被覆した後、表裏面側に、リード部形状を形成可能なように所定のパターンを形成する。なお、少なくとも内部端子部110、120を形成する領域は、レジスト94で覆う。次に、パターンが形成されたマスク(紫外光遮蔽ガラスマスク)を被せ、露光を行う。 FIG. 6B is a diagram showing an example of the lead portion resist forming step. In the lead portion resist forming step, in detail, the front surface side and the back surface side of the metal plate 10 are coated with resist, exposed, and developed to form lead portion resist masks 96 and 97. In FIG. 6B, first, the resist 94 covers the entire surface of the metal plate 10 where the recess 20 is formed and the back surface of the metal plate 10. The resist 94 used may be a conventionally known method such as laminating a dry film resist or coating a resist layer by coating and drying a liquid resist. Next, in the exposure, after the resist 94 is coated on the front and back surfaces of the metal plate 10 by the previous resist coating, a predetermined pattern is formed on the front and back surfaces so that the lead portion shape can be formed. Note that at least a region where the internal terminal portions 110 and 120 are formed is covered with the resist 94. Next, exposure is performed by covering with a mask (ultraviolet light shielding glass mask) on which a pattern is formed.
現像では、マスクを除去してレジスト94を現像することにより、未硬化部分を除去して開口95を形成し、金属板10の表面を露出させる。これにより、硬化して残留したレジスト94と開口部95からなるリード部用マスク96、97が形成される。 In the development, the mask is removed and the resist 94 is developed to remove the uncured portion to form the opening 95 and expose the surface of the metal plate 10. As a result, the masks 96 and 97 for the lead portion, which are composed of the resist 94 and the opening 95 that remain after curing, are formed.
図6(c)は、リード部エッチング工程の一例を示した図である。リード部エッチング工程では、図6(b)で形成したリード部用レジストマスク96、97を使用し、金属板10をエッチング加工してリード部11、12を形成する。 FIG. 6C is a diagram showing an example of the lead portion etching step. In the lead portion etching step, the lead portion resist masks 96 and 97 formed in FIG. 6B are used to etch the metal plate 10 to form lead portions 11 and 12.
図6(d)は、リード部用レジスト剥離工程の一例を示した図である。リード部めっき用レジスト剥離工程では、硬化しているレジスト94を剥離する。 FIG. 6D is a diagram showing an example of the lead portion resist removing step. In the lead portion plating resist removing step, the hardened resist 94 is removed.
これにより、リードフレーム50が完成する。なお、必要に応じ、所定の寸法に切断しシート状にしても良い。 As a result, the lead frame 50 is completed. If necessary, the sheet may be cut into a predetermined size.
このように、上述の各工程を順に経ることにより、本発明の実施形態に係るリードフレーム50が作製される。 In this way, the lead frame 50 according to the embodiment of the present invention is manufactured by sequentially performing the above-described steps.
[第1の実施形態の半導体装置の製造方法]
次に、図7を用いて、上述の製造方法によって作製されたリードフレーム50を用いて半導体装置100を製造する半導体装置100の製造方法の一例について説明する。なお、図7では、半導体素子60とリード部30の接続方法がフリップチップ方式である例について説明する。
[Method for Manufacturing Semiconductor Device of First Embodiment]
Next, an example of a method of manufacturing the semiconductor device 100, which manufactures the semiconductor device 100 using the lead frame 50 manufactured by the above-described manufacturing method, will be described with reference to FIG. 7. Note that FIG. 7 illustrates an example in which the semiconductor element 60 and the lead portion 30 are connected by a flip chip method.
図7は、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例の一連の工程を示した図である。 FIG. 7 is a diagram showing a series of steps of an example of the method for manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present invention.
図7(a)は、バンプ形成工程の一例を示した図である。バンプ形成工程においては、半導体素子実装用リードフレーム50のリード部11、12の内部端子部110、120のめっき層30の表面上に、半導体素子60と接続するためのバンプ70を形成する。 FIG. 7A is a diagram showing an example of the bump forming process. In the bump forming step, the bump 70 for connecting to the semiconductor element 60 is formed on the surface of the plating layer 30 of the internal terminal portions 110 and 120 of the lead portions 11 and 12 of the semiconductor element mounting lead frame 50.
図7(b)は、半導体素子実装工程の一例を示した図である。半導体素子60の電極61は、図7(a)で形成されたバンプ70に接続され、リード部11、12の内部端子部110、120の上側に半導体素子60が実装される。 FIG. 7B is a diagram showing an example of a semiconductor element mounting process. The electrode 61 of the semiconductor element 60 is connected to the bump 70 formed in FIG. 7A, and the semiconductor element 60 is mounted above the internal terminal portions 110 and 120 of the lead portions 11 and 12.
図7(c)は、樹脂封止工程の一例を示した図である。樹脂封止工程では、リードフレーム50の半導体素子60を実装した面全体を樹脂80により封止する。これにより、樹脂80よりリード部11、12の外部端子部111、121の底面のみが露出した半導体装置100が得られる。 FIG.7 (c) is the figure which showed an example of the resin sealing process. In the resin sealing step, the entire surface of the lead frame 50 on which the semiconductor element 60 is mounted is sealed with the resin 80. Thereby, the semiconductor device 100 is obtained in which only the bottom surfaces of the external terminal portions 111 and 121 of the lead portions 11 and 12 are exposed from the resin 80.
図7(d)は、個片化工程の一例を示した図である。最後に、個片化工程において、図7(d)に示すように、所定の半導体装置100の寸法になるように切断し、半導体装置を100完成させる。 FIG.7 (d) is the figure which showed an example of the individualization process. Finally, in the individualizing step, as shown in FIG. 7D, the semiconductor device 100 is completed by cutting it into a predetermined size of the semiconductor device 100.
第1の実施形態に係るリードフレーム50及び半導体装置100によれば、パワー系半導体素子60をフリップチップ接続により実装する場合に、隣接するバンプの間隔が狭い場合であっても、バンプの濡れ広がりを防止し、小型化及び薄型化の要請に応えることができる。 According to the lead frame 50 and the semiconductor device 100 according to the first embodiment, when the power semiconductor element 60 is mounted by flip-chip connection, even if the interval between adjacent bumps is narrow, the wet spread of the bumps occurs. It is possible to meet the demand for downsizing and thinning.
[第2の実施形態のリードフレーム及び半導体装置]
図8は、本発明の第2の実施形態に係るリードフレーム50aの一例を示す断面図である。図9は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置100aの一例を示す断面図である。
[Leadframe and Semiconductor Device of Second Embodiment]
FIG. 8 is a sectional view showing an example of the lead frame 50a according to the second embodiment of the present invention. FIG. 9 is a sectional view showing an example of a semiconductor device 100a according to the second embodiment of the present invention.
本発明の第2の実施形態に係るリードフレーム50aは、半導体素子60a(図9参照)を実装可能な半導体素子実装領域40aを有する。半導体素子実装領域40aに上面視において包含される領域には、リード部11aを配置している。リード部11aの表面側は、内部端子部110aとして機能し、内部端子部110a内に凹部20aが形成されている。また、凹部20aの内側には、リード表面めっき層30aが形成されている。更に、リード部11aの裏面側には、リード裏面めっき層31が形成されている。リード裏面めっき層31は、外部機器と接続するための外部端子部として機能し、リード表面めっき層30aは、半導体素子60aの電極61aを接続するための内部端子部110aとなる。リード部11aは、金属板10aを表面側から裏面に向かって、リード表面めっき層30aの略平面形状に沿って金属板10aの一部からリード部11a、及び裏面連結金属部13を形成する非貫通の窪み領域14を備える。リード部11aは、非貫通の窪み領域14を加工することにより柱状の形状となる。 The lead frame 50a according to the second embodiment of the present invention has a semiconductor element mounting region 40a on which the semiconductor element 60a (see FIG. 9) can be mounted. The lead portion 11a is arranged in a region included in the semiconductor element mounting region 40a in a top view. The surface side of the lead portion 11a functions as the internal terminal portion 110a, and the recess 20a is formed in the internal terminal portion 110a. A lead surface plating layer 30a is formed inside the recess 20a. Further, a lead back surface plating layer 31 is formed on the back surface side of the lead portion 11a. The lead back surface plating layer 31 functions as an external terminal portion for connecting to an external device, and the lead surface plating layer 30a serves as an internal terminal portion 110a for connecting the electrode 61a of the semiconductor element 60a. The lead part 11a forms the lead part 11a and the back surface connecting metal part 13 from a part of the metal plate 10a along the substantially planar shape of the lead surface plating layer 30a from the front surface side to the back surface of the metal plate 10a. A through-hole region 14 is provided. The lead portion 11a has a columnar shape by processing the non-penetrating recessed region 14.
第1の実施形態に係るリードフレーム50と比較して、第2の実施形態に係るリードフレーム50aは、リード部11aの形成が、リード表面めっき層30aの略平面形状に沿っており、金属板10の一部からリード部11a、及び裏面連結金属部13を形成する非貫通の窪み領域14を形成したこと、及び、非貫通の窪み加工をしたことで、裏面側の全面に金属板10が残っていることが相違する。第1の実施形態では、リード部11、12は互いに所定間隔を有して分離されているため、リードフレーム50の枠部と連結片等で連結していないと保持できない。樹脂封止後、連結片を枠部より切断することで各リード部11、12を個別に独立させている。第2の実施形態では、裏面側に金属板10が全面に残っていることにより、連結片の配置を考慮せずに自由に設定することができる。例えば、連結片の配置を気にすることなくリード部11aを2列、3列と複数列設けることができる。 Compared to the lead frame 50 according to the first embodiment, in the lead frame 50a according to the second embodiment, the lead portion 11a is formed along the substantially planar shape of the lead surface plating layer 30a, and the metal plate By forming the lead portion 11a and the non-penetrating depression region 14 forming the back surface connecting metal portion 13 from a part of 10 and performing the non-penetrating depression processing, the metal plate 10 is formed on the entire back surface side. The difference remains. In the first embodiment, since the lead parts 11 and 12 are separated from each other with a predetermined gap, they cannot be held unless they are connected to the frame part of the lead frame 50 by a connecting piece or the like. After the resin is sealed, the lead pieces 11 and 12 are individually separated by cutting the connecting piece from the frame portion. In the second embodiment, since the metal plate 10 remains on the entire back surface, the metal plate 10 can be freely set without considering the arrangement of the connecting pieces. For example, the lead portions 11a can be provided in a plurality of rows, that is, two rows and three rows without paying attention to the arrangement of the connecting pieces.
なお、本発明の特徴である内部端子部110aに凹部20aを形成し、その内側にめっき層30aを形成することについては、第1の実施形態に係るリードフレーム50と同様である。 The formation of the recess 20a in the internal terminal portion 110a, which is a feature of the present invention, and the formation of the plating layer 30a inside the recess 20a are the same as those of the lead frame 50 according to the first embodiment.
図9は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置100aの一例を示す断面図である。柱状のリード部11aの上面は、内部端子部110aとして機能し、内部端子部110aの表面には凹部20aが設けられ、凹部20aの内面上にリード表面めっき層30aが設けられている。そして、バンプ70aを介して内部端子部110aに半導体素子60aがフリップチップ接続されている。半導体素子60a、バンプ70a、及びリード部11aの表面側は、樹脂80aにより封止されている。また、柱状のリード部11aの裏面側の一部は樹脂80aに封止されずに突出し、裏面にはリード裏面めっき層31が形成されている。 FIG. 9 is a sectional view showing an example of a semiconductor device 100a according to the second embodiment of the present invention. The upper surface of the columnar lead portion 11a functions as the internal terminal portion 110a, the concave portion 20a is provided on the surface of the internal terminal portion 110a, and the lead surface plating layer 30a is provided on the inner surface of the concave portion 20a. The semiconductor element 60a is flip-chip connected to the internal terminal portion 110a via the bump 70a. The surface side of the semiconductor element 60a, the bump 70a, and the lead portion 11a are sealed with a resin 80a. In addition, a part of the back surface side of the columnar lead portion 11a protrudes without being sealed by the resin 80a, and a lead back surface plating layer 31 is formed on the back surface.
第2の実施形態に係る半導体装置100aは、第1の実施形態と比較して、樹脂80aで封止した後、裏面側より、リード裏面めっき層31をエッチングマスクとして、裏面連結金属部13をエッチングしてリード部11aを個々に独立させ、樹脂80aより外部端子部111aが突出している所が相違する。 The semiconductor device 100a according to the second embodiment is different from the first embodiment in that after the surface is sealed with the resin 80a, the back surface connecting metal portion 13 is formed from the back surface side using the lead back surface plating layer 31 as an etching mask. The difference is that the lead portions 11 a are individually etched and made independent, and the external terminal portions 111 a project from the resin 80 a.
このように、本発明は、テープレスQFN基板にも適用可能であり、フリップチップ接続を行う種々のリードフレーム50a及び半導体装置100aに適用可能である。 As described above, the present invention can be applied to a tapeless QFN substrate, and can be applied to various lead frames 50a and semiconductor devices 100a for flip-chip connection.
[第2の実施形態のリードフレームの製造方法]
次に、図10乃至図12を参照して本発明の第2の実施形態に係る半導体素子実装用リードフレームの製造方法について説明する。
[Method for Manufacturing Lead Frame of Second Embodiment]
Next, a method of manufacturing a semiconductor element mounting lead frame according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図10は、本発明の第2の実施形態に係る半導体素子実装用リードフレームの製造方法の一例の前半の一連の工程を示した図である。 FIG. 10 is a diagram showing a series of steps in the first half of an example of a method for manufacturing a semiconductor device mounting lead frame according to the second embodiment of the present invention.
図10(a)は、金属板用意工程の一例を示した図である。図10(a)に示されるように、本発明の実施形態に係るリードフレーム50aを製造するに当たり、まずは金属板10aを用意する。使用する金属板10aの材質は、リードフレーム材料であれば特に限定はないが、一般的にCu合金又はCuが使用される。 FIG. 10A is a diagram showing an example of the metal plate preparing step. As shown in FIG. 10A, when manufacturing the lead frame 50a according to the embodiment of the present invention, first, the metal plate 10a is prepared. The material of the metal plate 10a used is not particularly limited as long as it is a lead frame material, but Cu alloy or Cu is generally used.
図10(b)は、凹部用レジスト形成工程の一例を示した図である。凹部用レジスト形成工程では、詳細には、金属板10aにレジスト被覆、露光、現像を行い、凹部用レジストマスク92aを形成する。金属板10の表・裏面全体を、レジスト90aで被う。使用するレジスト90aとしては、ドライフィルムレジストのラミネート、又は液状レジストの塗布及び乾燥によるレジスト層の被覆等、従来からの公知の方法を用いて行うことができる。次に、露光では、前のレジスト被覆工程で金属板10aの表・裏面にレジスト90aを被覆した後、表面側では、レジスト90a上に内部端子部110a内の凹部20aとなる位置に所望のパターン、裏面側では全面を覆うパターンが形成されたマスク(紫外光遮蔽ガラスマスク)を被せ、露光を行う。 FIG. 10B is a diagram showing an example of the recess resist forming step. In the concave portion resist forming step, specifically, the metal plate 10a is covered with a resist, exposed and developed to form a concave portion resist mask 92a. The entire front and back surfaces of the metal plate 10 are covered with the resist 90a. As the resist 90a to be used, a conventionally known method such as laminating a dry film resist or coating a resist layer by coating and drying a liquid resist can be used. Next, in the exposure, after the front and back surfaces of the metal plate 10a are coated with the resist 90a in the previous resist coating step, on the front surface side, a desired pattern is formed on the resist 90a at the positions to be the recesses 20a in the internal terminal portions 110a. On the back side, a mask (ultraviolet light shielding glass mask) having a pattern covering the entire surface is covered and exposure is performed.
現像では、マスクを除去してレジスト90aを現像することにより、表面に凹部20aを形成する部分(未硬化部分)を除去して開口部91aを形成し、金属板10aの表面を露出させる。これにより、硬化して残留したレジスト90aと開口部91aからなる凹部用マスク92aが形成される。 In the development, the mask is removed and the resist 90a is developed to remove the portion (uncured portion) forming the recess 20a on the surface to form the opening 91a and expose the surface of the metal plate 10a. As a result, a concave mask 92a including the resist 90a remaining after curing and the opening 91a is formed.
図10(c)は、凹部エッチング工程の一例を示した図である。図10(c)に示されるように、形成したレジストマスク92aを凹部エッチング用マスクとして、金属板10aの表面上にエッチング加工を行い、凹部20aを形成する。エッチング深さは5μm以上30μm以下で、好ましくは、5μm〜20μmである。 FIG. 10C is a diagram showing an example of the recess etching process. As shown in FIG. 10C, using the formed resist mask 92a as a recess etching mask, etching is performed on the surface of the metal plate 10a to form the recess 20a. The etching depth is 5 μm or more and 30 μm or less, preferably 5 μm to 20 μm.
図10(d)は、凹部めっき工程の一例を示した図である。図10(d)に示されるように、形成したレジストマスク92aを凹部めっき用マスクとして、金属板10aの凹部20aが形成された面にめっき加工を行い、凹部20aの内側にめっき層30aを形成する。めっきの種類は、特に限定はないが、薄膜でも強度があるNiめっきを用いることが好ましい。表面層は接合性の良いAu等を用いる。 FIG. 10D is a diagram showing an example of the recess plating step. As shown in FIG. 10D, using the formed resist mask 92a as a recess plating mask, the surface of the metal plate 10a on which the recess 20a is formed is plated to form a plating layer 30a inside the recess 20a. To do. The type of plating is not particularly limited, but it is preferable to use Ni plating that has strength even in a thin film. For the surface layer, Au or the like having good bonding property is used.
図11は、本発明の第2の実施形態に係る半導体素子実装用リードフレームの製造方法の一例の中盤の一連の工程を示した図である。 FIG. 11 is a diagram showing a series of steps in the middle stage of an example of a method for manufacturing a lead frame for mounting a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
図11(a)は、凹部用レジスト剥離工程の一例を示した図である。凹部用レジスト剥離工程では、硬化しているレジスト90aを剥離する。これにより、金属板10aの上に凹部20aが形成され、その凹部20aの内側にめっき層30aが形成された状態となる。 FIG. 11A is a diagram showing an example of a resist stripping process for recesses. In the recessed resist removing step, the cured resist 90a is removed. As a result, the recess 20a is formed on the metal plate 10a, and the plating layer 30a is formed inside the recess 20a.
図11(b)は、裏面めっき用レジスト形成工程の一例を示した図である。裏面めっき用レジスト形成工程では、図10(b)と同様に、金属板10aの表面側にレジスト94aを被覆し、露光、現像を行い、開口95aを有する裏面めっき用レジストマスク96aを形成する。 FIG. 11B is a diagram showing an example of a back surface plating resist forming step. In the back surface plating resist forming step, similarly to FIG. 10B, the surface of the metal plate 10a is covered with a resist 94a, exposed and developed to form a back surface plating resist mask 96a having an opening 95a.
図11(c)は、裏面めっき工程の一例を示した図である。図11(c)に示されるように、形成したレジストマスク96aを裏面めっき用マスクとして、金属板10aの裏面側にめっき加工を行い、リード裏面めっき層31を形成する。 FIG. 11C is a diagram showing an example of the back surface plating step. As shown in FIG. 11C, using the formed resist mask 96a as a back surface plating mask, the back surface side of the metal plate 10a is plated to form the lead back surface plating layer 31.
図11(d)は、裏面めっき用レジスト剥離工程の一例を示した図である。裏面めっき用レジスト剥離工程では、硬化しているレジスト94aを剥離する。 FIG. 11D is a diagram showing an example of the resist stripping process for backside plating. In the back surface plating resist removing step, the hardened resist 94a is removed.
図12は、本発明の第2の実施形態に係る半導体素子実装用リードフレームの製造方法の一例の後半の一連の工程を示した図である。 FIG. 12 is a diagram showing a series of steps in the latter half of the example of the method for manufacturing the lead frame for mounting a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
図12(a)は、リード部用レジスト形成工程の一例を示した図である。リード部用レジスト形成工程では、詳細には、レジスト被覆、露光、現像を行い、リード部用レジストマスク99aを形成する。図10(d)で金属板10aに凹部20aが形成された表面側の全面と裏面側の全面を、レジスト97aで被う。使用するレジスト97aとしては、ドライフィルムレジストのラミネート、又は液状レジストの塗布及び乾燥によるレジスト層の被覆等、従来からの公知の方法を用いて行うことができる。次に露光では、前のレジスト被覆で金属板10aの表・裏面にレジスト97aを被覆した後、表面側にリード部形状を形成可能なようなパターン、裏面側は全面レジストマスクが覆うようなパターンが形成されたマスク(紫外光遮蔽ガラスマスク)を被せ、露光を行う。なお、少なくとも内部端子部110aは、レジスト97aで覆う。 FIG. 12A is a diagram showing an example of the lead portion resist forming step. In the lead portion resist forming step, in detail, resist coating, exposure, and development are performed to form a lead portion resist mask 99a. In FIG. 10D, the resist 97a covers the entire surface on the front surface side and the entire surface on the rear surface side where the concave portion 20a is formed in the metal plate 10a. As the resist 97a to be used, a conventionally known method such as laminating a dry film resist or coating a resist layer by coating and drying a liquid resist can be used. Next, in the exposure, the resist 97a is coated on the front and back surfaces of the metal plate 10a by the previous resist coating, and then a pattern capable of forming a lead portion shape on the front surface side, and a pattern on the back surface side covered by the entire resist mask. A mask (ultraviolet light shielding glass mask) on which is formed is covered, and exposure is performed. At least the internal terminal portion 110a is covered with the resist 97a.
現像では、マスクを除去してレジスト97aを現像することにより、未硬化部分を除去して開口98aを形成し、金属板10aの表面側を露出させる。これにより、硬化して残留したレジスト97aと開口部98aからなるリード部用マスク99aが形成される。 In the development, by removing the mask and developing the resist 97a, the uncured portion is removed to form the opening 98a, and the surface side of the metal plate 10a is exposed. As a result, the lead portion mask 99a including the resist 97a that remains after curing and the opening 98a is formed.
図12(b)は、リード部エッチング工程の一例を示した図である。リード部エッチング工程では、図12(a)で形成したリード部用レジストマスク99aを使用し、金属板10aの表面側をエッチング加工して非貫通の窪み加工を行い、柱状のリード部11aを形成する。 FIG. 12B is a diagram showing an example of the lead portion etching step. In the lead portion etching step, using the lead portion resist mask 99a formed in FIG. 12A, the front surface side of the metal plate 10a is etched to form a non-penetrating depression, thereby forming a columnar lead portion 11a. To do.
図12(c)は、リード部用レジスト剥離工程の一例を示した図である。リード部めっき用レジスト剥離工程では、硬化しているレジスト97aを剥離する。 FIG. 12C is a diagram showing an example of the lead portion resist stripping step. In the lead portion plating resist removing step, the cured resist 97a is removed.
これにより、リードフレーム50aが完成する。なお、必要に応じ、所定の寸法に切断しシート状にしても良い。 As a result, the lead frame 50a is completed. If necessary, the sheet may be cut into a predetermined size.
このように、上述の各工程を順に経ることにより、本発明の第2の実施形態に係るリードフレーム50aが作製される。 In this way, the lead frame 50a according to the second embodiment of the present invention is manufactured by sequentially performing the above steps.
[第2の実施形態の半導体装置の製造方法]
次に、図13を参照して本発明の第2の実施形態に係る半導体装置100aの製造方法について説明する。
[Method of Manufacturing Semiconductor Device of Second Embodiment]
Next, a method of manufacturing the semiconductor device 100a according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図13は、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法100aの一例の一連の工程を示した図である。 FIG. 13 is a diagram showing a series of steps of an example of the semiconductor device manufacturing method 100a according to the embodiment of the present invention.
図13(a)は、バンプ形成工程の一例を示した図である。バンプ形成工程においては、半導体素子実装用リードフレーム50aのリード部11aの内部端子部110aのめっき層30aの表面上に、半導体素子60aと接続するためのバンプ70aを形成する。 FIG. 13A is a diagram showing an example of the bump forming process. In the bump forming step, the bump 70a for connecting to the semiconductor element 60a is formed on the surface of the plating layer 30a of the internal terminal portion 110a of the lead portion 11a of the semiconductor element mounting lead frame 50a.
図13(b)は、半導体素子実装工程の一例を示した図である。半導体素子60aの電極部61aは、図13(a)で形成されたバンプ70aに接続され、リード部11aの内部端子部110aの上側に半導体素子60aがフリップチップ実装される。 FIG. 13B is a diagram showing an example of a semiconductor element mounting process. The electrode portion 61a of the semiconductor element 60a is connected to the bump 70a formed in FIG. 13A, and the semiconductor element 60a is flip-chip mounted on the upper side of the internal terminal portion 110a of the lead portion 11a.
図13(c)は、樹脂封止工程の一例を示した図である。樹脂封止工程では、半導体素子60a、バンプ70a、窪み領域14を含めリードフレーム50aの表面側の上方を樹脂80aにより樹脂封止する。 FIG. 13C is a diagram showing an example of the resin sealing step. In the resin sealing process, the upper side of the front surface side of the lead frame 50a including the semiconductor element 60a, the bump 70a, and the recessed region 14 is resin-sealed with the resin 80a.
図13(d)は、樹脂封止後のエッチング工程の一例を示した図である。樹脂封止工程後、裏面側よりリード裏面めっき層31をマスクとして金属板10aの裏面連結金属部13をエッチング加工することで、リード部11aを個別分離する。 FIG. 13D is a diagram showing an example of an etching process after resin sealing. After the resin sealing step, the lead portion 11a is individually separated by etching the back surface connecting metal portion 13 of the metal plate 10a from the back surface side using the lead back surface plating layer 31 as a mask.
最後に所定の半導体装置100aの寸法になるように切断し、半導体装置100aを完成させる。 Finally, the semiconductor device 100a is completed by cutting the semiconductor device 100a into a predetermined size.
このように、本発明の第2の実施形態に係るリードフレーム50a及び半導体装置100aの製造方法によれば、テープレスQFN基板についても、小型化及び薄型化に対応したリードフレーム50a及び半導体装置100aを製造することができる。 As described above, according to the method for manufacturing the lead frame 50a and the semiconductor device 100a according to the second embodiment of the present invention, the lead frame 50a and the semiconductor device 100a that are compatible with the downsizing and the thinning of the tapeless QFN substrate are also provided. Can be manufactured.
以下、本発明の実施形態に係るリードフレーム及び半導体装置を作製して実施した実施例について説明する。 Examples of manufacturing and implementing the lead frame and the semiconductor device according to the embodiment of the present invention will be described below.
[実施例1]
金属板として板厚0.2mmのCu板(古河電気工業株式会社製:EFTEC64−T)を幅140mmの長尺板状に加工し、次に厚み0.05mmの感光性ドライフィルムレジスト(旭化成イーマテリアルズ社製AQ−5038)をラミネートロールで、金属板の両面に貼り付けた。
[Example 1]
A Cu plate having a thickness of 0.2 mm (Furukawa Electric Co., Ltd .: EFTEC64-T) is processed into a long plate having a width of 140 mm as a metal plate, and then a photosensitive dry film resist having a thickness of 0.05 mm (Asahi Kasei E. AQ-5038 manufactured by Materials Co., Ltd. was attached to both sides of the metal plate with a laminating roll.
次に、表面側は半導体素子を実装する内部端子領域に凹部を形成する所望のパターン、裏面側は全面を覆うパターンを形成したガラスマスクをドライフィルムレジストの上に被せ、紫外光で露光した。 Next, a dry film resist was covered with a glass mask having a desired pattern for forming a recess in the internal terminal region for mounting a semiconductor element on the front surface side and a pattern for covering the entire surface on the back surface side, and exposed to ultraviolet light.
その後、炭酸ナトリウム溶液を用いて、紫外光の照射が遮られ、感光しなかった未硬化のドライフィルムレジストを溶かす現像処理を行った。 After that, a development treatment was carried out by using a sodium carbonate solution to dissolve the uncured dry film resist that was not exposed to light by blocking the irradiation of ultraviolet light.
次にレジスト層が除去された開口部の金属板の露出部表面をエッチングした。エッチング液としては、塩化第二鉄溶液を使用した。エッチング深さは、10μmとした。これにより、内部端子部に凹部が形成された。 Next, the exposed surface of the metal plate in the opening where the resist layer was removed was etched. A ferric chloride solution was used as the etching solution. The etching depth was 10 μm. As a result, a recess was formed in the internal terminal portion.
次に、エッチングにより形成された凹部に、凹部側面を含めNiめっきを5μm、Pdめっきを0.01μm、Auめっきを約0.003μmの順番にめっきを施した。その後、水酸化ナトリウム溶液でドライフィルムレジストを剥離した。これにより、金属板上にリード部の内部端子部に凹部を形成しその内側にめっき層を形成した。めっき層は、10μmの窪みが形成された。 Next, the recesses formed by etching were plated in the order of Ni plating of 5 μm, Pd plating of 0.01 μm, and Au plating of about 0.003 μm including the side surfaces of the recesses. Then, the dry film resist was peeled off with a sodium hydroxide solution. As a result, a concave portion was formed in the internal terminal portion of the lead portion on the metal plate, and a plating layer was formed inside the concave portion. The plating layer had a recess of 10 μm.
次に、再度、厚み0.05mmの感光性ドライフィルムレジスト(旭化成イーマテリアルズ社製AQ−5038)をラミネートロールで、導電性基材の両面に貼り付けた。 Next, a photosensitive dry film resist (AQ-5038 manufactured by Asahi Kasei E-Materials Co., Ltd.) having a thickness of 0.05 mm was again attached to both surfaces of the conductive base material with a laminating roll.
次に、表面側は全面を覆うパターン、裏面側は外部端子部領域にめっき層を形成する所望のパターンを形成したガラスマスクをドライフィルムレジストの上に被せ、紫外光で露光した。 Next, a glass mask having a pattern covering the entire surface on the front surface side and a desired pattern for forming a plating layer on the external terminal portion area on the back surface was covered on the dry film resist, and exposed to ultraviolet light.
その後、炭酸ナトリウム溶液を用いて、紫外光の照射が遮られ、感光しなかった未硬化のドライフィルムレジストを溶かす現像処理を行った。 After that, a development treatment was carried out by using a sodium carbonate solution to dissolve the uncured dry film resist that was not exposed to light by blocking the irradiation of ultraviolet light.
次にレジスト層が除去された開口部の金属板の露出部表面にNiめっきを5μm、Pdめっきを0.01μm、Auめっきを約0.003μmの順番にめっきを施した。その後、水酸化ナトリウム溶液でドライフィルムレジストを剥離した。これにより、外部端子部にめっき層を形成した。 Next, the exposed surface of the metal plate in the opening where the resist layer was removed was plated with Ni plating of 5 μm, Pd plating of 0.01 μm, and Au plating of about 0.003 μm in this order. Then, the dry film resist was peeled off with a sodium hydroxide solution. As a result, a plating layer was formed on the external terminal portion.
次に、再度、厚み0.05mmの感光性ドライフィルムレジスト(旭化成イーマテリアルズ社製AQ−5038)をラミネートロールで、導電性基材の両面に貼り付けた。 Next, a photosensitive dry film resist (AQ-5038 manufactured by Asahi Kasei E-Materials Co., Ltd.) having a thickness of 0.05 mm was again attached to both surfaces of the conductive base material with a laminating roll.
次に、リード部に該当する所望のパターンを形成したガラスマスクをドライフィルムレジストの上に被せ、紫外光で露光した。 Next, a glass mask having a desired pattern corresponding to the lead portion was covered on the dry film resist and exposed to ultraviolet light.
その後、炭酸ナトリウム溶液を用いて、紫外光の照射が遮られ、感光しなかった未硬化のドライフィルムレジストを溶かす現像処理を行った。 After that, a development treatment was carried out by using a sodium carbonate solution to dissolve the uncured dry film resist that was not exposed to light by blocking the irradiation of ultraviolet light.
次にレジスト層が除去された開口部の金属板の露出部表面をエッチングした。エッチング液としては、塩化第二鉄溶液を使用した。その後、水酸化ナトリウム溶液でドライフィルムレジストを剥離した。これにより、リード部が形成された。 Next, the exposed surface of the metal plate in the opening where the resist layer was removed was etched. A ferric chloride solution was used as the etching solution. Then, the dry film resist was peeled off with a sodium hydroxide solution. As a result, the lead portion was formed.
その後、所定寸法に切断することにより、本発明の実施例1に係るリードフレームを得た。 After that, the lead frame according to Example 1 of the present invention was obtained by cutting into a predetermined size.
次いで、作製したリードフレームの内部端子部の接続領域にフリップチップ用のバンプを形成した。次に、半導体素子の電極部と前記バンプをフリップチップ方式にて実装し、半導体素子とリード部を接続した。次に、半導体素子が実装されている面を樹脂で封止した。 Next, flip chip bumps were formed in the connection regions of the internal terminals of the produced lead frame. Next, the electrode portion of the semiconductor element and the bump were mounted by the flip chip method, and the semiconductor element and the lead portion were connected. Next, the surface on which the semiconductor element was mounted was sealed with resin.
最後に、所定の半導体装置の寸法になるように切断し、半導体装置を完成させた。 Finally, the semiconductor device was completed by cutting it into a predetermined size.
[実施例2]
金属板として板厚0.2mmのCu板(古河電気工業株式会社製:EFTEC64−T)を幅140mmの長尺板状に加工し、次に厚み0.05mmの感光性ドライフィルムレジスト(旭化成イーマテリアルズ社製AQ−5038)をラミネートロールで、金属板の両面に貼り付けた。
[Example 2]
A Cu plate having a thickness of 0.2 mm (Furukawa Electric Co., Ltd .: EFTEC64-T) is processed into a long plate having a width of 140 mm as a metal plate, and then a photosensitive dry film resist having a thickness of 0.05 mm (Asahi Kasei E. AQ-5038 manufactured by Materials Co., Ltd. was attached to both sides of the metal plate with a laminating roll.
次に、表面側は半導体素子を実装する内部端子領域に凹部形成する所望のパターン、裏面は全面を覆うパターンを形成したガラスマスクをドライフィルムレジストの上に被せ、紫外光で露光した。 Next, a dry film resist was covered with a glass mask having a desired pattern for forming recesses in the internal terminal region for mounting a semiconductor element on the front surface side and a pattern for covering the entire surface on the back surface, and exposed to ultraviolet light.
その後、炭酸ナトリウム溶液を用いて、紫外光の照射が遮られ、感光しなかった未硬化のドライフィルムレジストを溶かす現像処理を行った。 After that, a development treatment was carried out by using a sodium carbonate solution to dissolve the uncured dry film resist that was not exposed to light by blocking the irradiation of ultraviolet light.
次にレジスト層が除去された開口部の金属板の露出部表面をエッチングした。エッチング液としては、塩化第二鉄溶液を使用した。エッチング深さは、10μmとした。これにより、内部端子部に凹部が形成された。 Next, the exposed surface of the metal plate in the opening where the resist layer was removed was etched. A ferric chloride solution was used as the etching solution. The etching depth was 10 μm. As a result, a recess was formed in the internal terminal portion.
次に、エッチングにより形成された凹部に、凹部側面を含めNiめっきを10μm、Pdめっきを0.01μm、Auめっきを約0.003μmの順番にめっきを施した。その後、水酸化ナトリウム溶液でドライフィルムレジストを剥離した。これにより、金属板上にリード部の内部端子部に凹部形成しその内側にめっき層を形成した。めっき層は、5μmの窪みが形成された。 Next, the recesses formed by etching were plated in the order of 10 μm of Ni plating, 0.01 μm of Pd plating, and about 0.003 μm of Au plating including the side surfaces of the recesses. Then, the dry film resist was peeled off with a sodium hydroxide solution. As a result, a concave portion was formed on the internal terminal portion of the lead portion on the metal plate, and a plating layer was formed inside the concave portion. The plating layer had a recess of 5 μm.
次に、再度、厚み0.05mmの感光性ドライフィルムレジスト(旭化成イーマテリアルズ社製AQ−5038)をラミネートロールで、導電性基材の両面に貼り付けた。 Next, a photosensitive dry film resist (AQ-5038 manufactured by Asahi Kasei E-Materials Co., Ltd.) having a thickness of 0.05 mm was again attached to both surfaces of the conductive base material with a laminating roll.
次に、表面側は全面を覆うパターン、裏面側は外部端子部領域にめっき層を形成する所望のパターンを形成したガラスマスクをドライフィルムレジストの上に被せ、紫外光で露光した。 Next, a glass mask having a pattern covering the entire surface on the front surface side and a desired pattern for forming a plating layer on the external terminal portion area on the back surface was covered on the dry film resist, and exposed to ultraviolet light.
その後、炭酸ナトリウム溶液を用いて、紫外光の照射が遮られ、感光しなかった未硬化のドライフィルムレジストを溶かす現像処理を行った。 After that, a development treatment was carried out by using a sodium carbonate solution to dissolve the uncured dry film resist that was not exposed to light by blocking the irradiation of ultraviolet light.
次にレジスト層が除去された開口部の金属板の露出部表面にNiめっきを5μm、Pdめっきを0.01μm、Auめっきを約0.003μmの順番にめっきを施した。その後、水酸化ナトリウム溶液でドライフィルムレジストを剥離した。これにより、外部端子部にめっき層を形成した。 Next, the exposed surface of the metal plate in the opening where the resist layer was removed was plated with Ni plating of 5 μm, Pd plating of 0.01 μm, and Au plating of about 0.003 μm in this order. Then, the dry film resist was peeled off with a sodium hydroxide solution. As a result, a plating layer was formed on the external terminal portion.
次に、再度、厚み0.05mmの感光性ドライフィルムレジスト(旭化成イーマテリアルズ社製AQ−5038)をラミネートロールで、導電性基材の両面に貼り付けた。 Next, a photosensitive dry film resist (AQ-5038 manufactured by Asahi Kasei E-Materials Co., Ltd.) having a thickness of 0.05 mm was again attached to both surfaces of the conductive base material with a laminating roll.
次に、表面側にリード部に該当する所望のパターン、裏面側は全面マスクで覆うようなパターンを形成したガラスマスクをドライフィルムレジストの上に被せ、紫外光で露光した。 Next, a dry film resist was covered with a glass mask having a desired pattern corresponding to the lead portion on the front surface side and a pattern covering the entire surface on the back surface side with a mask, and exposed to ultraviolet light.
その後、炭酸ナトリウム溶液を用いて、紫外光の照射が遮られ、感光しなかった未硬化のドライフィルムレジストを溶かす現像処理を行った。 After that, a development treatment was carried out by using a sodium carbonate solution to dissolve the uncured dry film resist that was not exposed to light by blocking the irradiation of ultraviolet light.
次に表面側のレジスト層が除去された開口部の金属板の露出部表面をエッチングした。エッチング液としては、塩化第二鉄溶液を使用した。その後、水酸化ナトリウム溶液でドライフィルムレジストを剥離した。これにより、表面側に柱状のリード部が形成された。 Next, the exposed surface of the metal plate in the opening where the resist layer on the front surface side was removed was etched. A ferric chloride solution was used as the etching solution. Then, the dry film resist was peeled off with a sodium hydroxide solution. As a result, a columnar lead portion was formed on the front surface side.
その後、所定寸法に切断することにより、本発明の実施例2に係るリードフレームを得た。 After that, the lead frame according to Example 2 of the present invention was obtained by cutting into a predetermined size.
次いで、作製したリードフレームの内部端子部の接続領域にフリップチップ用のバンプを形成した。次に、半導体素子の電極部と前記バンプをフリップチップ方式にて実装し、半導体素子とリード部を接続した。次に、半導体素子が実装されている面を樹脂で封止した。その後、裏面側よりエッチング加工してリード部を個別に独立させた。 Next, flip chip bumps were formed in the connection regions of the internal terminals of the produced lead frame. Next, the electrode portion of the semiconductor element and the bump were mounted by the flip chip method, and the semiconductor element and the lead portion were connected. Next, the surface on which the semiconductor element was mounted was sealed with resin. After that, etching processing was performed from the back surface side to individually separate the lead portions.
最後に、所定の半導体装置の寸法になるように切断し、半導体装置を完成させた。
[実施例3]
実施例3は、実施例1において、パワー半導体装置用リードフレームである。リード部は、制御系リード部とパワー系リード部とを有し、パワー系リード部は、1端子に対し、複数のフリップチップ接続を行うパターンである。制御系リード部の凹部の深さを10μmとし、パワー系リード部の凹部の深さを20μmとした。制御系リード部のめっき層は、10μmの窪みができた。パワー系リード部のめっき層には、20μmのめっき層が出来た。その他は実施例1同様である。
Finally, the semiconductor device was completed by cutting it into a predetermined size.
[Example 3]
Example 3 is a lead frame for a power semiconductor device in Example 1. The lead section has a control system lead section and a power system lead section, and the power system lead section is a pattern for performing a plurality of flip chip connections for one terminal. The depth of the recess of the control system lead portion was 10 μm, and the depth of the recess of the power system lead portion was 20 μm. The control layer lead portion had a recess of 10 μm. A 20 μm plated layer was formed on the plated layer of the power system lead portion. Others are the same as in the first embodiment.
[比較例]
比較例は、実施例3において、凹部をエッチングする工程を削除し、次のめっき工程においては、Niめっきを5μm、Pdめっきを0.01μm、Auめっきを約0.003μmの順番にリードフレーム全面にめっきを施した。その他は、実施例と同様である。
[Comparative example]
In the comparative example, the step of etching the concave portion in Example 3 was omitted, and in the next plating step, the Ni plating was 5 μm, the Pd plating was 0.01 μm, and the Au plating was about 0.003 μm in this order. Was plated. Others are the same as the embodiment.
各実施例のリードフレームにおいて、実体顕微鏡にて内部端子部のめっき層を確認した所、実施例1〜3については、めっき層が窪み形状になっていることを確認できた。 In the lead frame of each example, when the plated layer of the internal terminal portion was confirmed with a stereoscopic microscope, it was confirmed that the plated layer had a hollow shape in Examples 1 to 3.
また、実施例1〜3、及び比較例について、半導体装置製作工程において、フリップチップ方式にて半導体素子を実装したが、その接合状況を顕微鏡にて確認を行った。実施例1〜3においては、特に不具合はなく良好であった。比較例においては、パワー系のリード部のフリップチップ接合時、一部に隣接するはんだバンプに接触する不具合が発生した。また、はんだの濡れ広がり量も、実施例1〜3に比べ大きくなっている。実施例1〜3のフリップチップ領域を限定し、その範囲での濡れ広がりを抑制する効果を確認できた。 Further, regarding Examples 1 to 3 and Comparative Example, the semiconductor element was mounted by the flip chip method in the semiconductor device manufacturing process, and the bonding state was confirmed by a microscope. In Examples 1 to 3, there were no particular problems and the results were good. In the comparative example, during flip chip bonding of the power system lead portion, there was a problem of contact with a solder bump adjacent to a part thereof. In addition, the amount of spread of the solder is larger than that in Examples 1 to 3. It was confirmed that the flip chip regions of Examples 1 to 3 were limited and the effect of suppressing the wetting and spreading in the range was suppressed.
以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施形態及び実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態及び実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。 The preferred embodiments and examples of the present invention have been described above in detail, but the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and the above-described embodiments and Various modifications and substitutions can be made to the embodiment.
10、10a 金属板
11、11a、12 リード部
13 裏面連結金属部
14 窪み領域
20、20a 凹部
30、30a、31 めっき層
40、40a 半導体素子実装領域
50、50a リードフレーム
60、60a 半導体素子
70、70a バンプ
80、80a 樹脂
100、100a 半導体装置
10, 10a Metal plate 11, 11a, 12 Lead part 13 Back surface connection metal part 14 Recess area 20, 20a Recessed part 30, 30a, 31 Plating layer 40, 40a Semiconductor element mounting area 50, 50a Lead frame 60, 60a Semiconductor element 70, 70a bump 80, 80a resin 100, 100a semiconductor device
Claims (18)
表面側の所定領域に半導体素子をフリップチップ接続可能な内部端子部を有するリード部と、
該リード部の前記内部端子部の表面に形成され、略平坦面の底部と、下に凸の曲面状の側面とを有する凹部と、
該凹部の内側に形成されためっき層と、を有し、
前記リード部は複数設けられ、複数の前記リード部は、前記表面側に前記凹部及び前記めっき層が1個のみ形成された第1のリード部を少なくとも1つ含むとともに、前記表面側に前記凹部及び前記めっき層が複数個形成された第2のリード部を少なくとも1つ含むリードフレーム。 A lead frame for mounting a semiconductor element made of a metal material,
A lead portion having an internal terminal portion capable of flip-chip connecting a semiconductor element to a predetermined region on the front surface side,
A concave portion formed on the surface of the internal terminal portion of the lead portion, the concave portion having a bottom portion of a substantially flat surface and a curved side surface convex downward.
Possess a plating layer formed on the inner side of the recess, and
A plurality of the lead portions are provided, and the plurality of lead portions include at least one first lead portion having the recess and the plating layer formed on the front surface side, and the recess on the front surface side. And a lead frame including at least one second lead portion having a plurality of the plating layers formed thereon .
前記凹部内の前記めっき層上に設けられたバンプを介して前記内部端子部とフリップチップ接続された半導体素子と、
前記半導体素子、前記バンプ、及び前記リード部の前記表面側を含む領域を封止する樹脂と、を有し、
前記リード部は複数設けられ、複数の前記リード部は、前記表面側に前記凹部及び前記めっき層が1個のみ形成された第1のリード部を少なくとも1つ含み、
前記リード部は複数設けられ、複数の前記リード部は、前記表面側に前記凹部及び前記めっき層が複数個形成された第2のリード部を少なくとも1つ含む半導体装置。 A lead portion made of a metal material and having an internal terminal portion on the surface side, in which a plating layer is formed inside the recess formed on the surface,
A semiconductor element flip-chip connected to the internal terminal portion via a bump provided on the plating layer in the recess,
A resin for sealing a region including the semiconductor element, the bump, and the front surface side of the lead portion,
A plurality of the lead portions are provided, and the plurality of the lead portions include at least one first lead portion in which only one of the recess and the plating layer is formed on the front surface side,
A plurality of the lead portions are provided, and the plurality of the lead portions includes at least one second lead portion having a plurality of the recesses and the plating layer formed on the front surface side.
前記第1のリード部に前記制御入力端子がフリップチップ接続され、
前記第2のリード部に前記入力端子及び前記出力端子がフリップチップ接続された請求項9に記載の半導体装置。 The semiconductor element is a power transistor having a control input terminal, an input terminal and an output terminal,
The control input terminal is flip-chip connected to the first lead portion,
The semiconductor device according to claim 9 , wherein the input terminal and the output terminal are flip-chip connected to the second lead portion.
前記裏面側の柱状部分の一部が前記樹脂から突出している請求項11に記載の半導体装置。 The lead portion has a columnar shape,
The semiconductor device according to claim 11 , wherein a part of the columnar portion on the back surface side projects from the resin.
金属板の前記表面側の前記内部端子部を形成しようとする所定領域内に、略平坦面の底部と、下に凸の曲面状の側面とを有する凹部を複数個形成する工程と、
前記凹部の内側にめっき層を形成する工程と、
該凹部を前記内部端子部内に1個のみ有し、所定形状を有する第1のリード部と、該凹部を前記内部端子部に複数個有し、所定形状を有する第2のリード部と、を形成する工程と、
を有するリードフレームの製造方法。 A method for manufacturing a lead frame for mounting a semiconductor device, comprising a lead portion having an internal terminal portion on a front surface side,
A step of forming a plurality of concave portions having a bottom portion of a substantially flat surface and a downward curved convex-shaped side surface in a predetermined region where the internal terminal portion on the surface side of the metal plate is to be formed;
A step of forming a plating layer inside the recess,
A first lead portion having only one recess in the internal terminal portion and having a predetermined shape; and a second lead portion having a plurality of recess portions in the internal terminal portion and having a predetermined shape. Forming process,
And a method for manufacturing a lead frame.
該バンプを用いて半導体素子を前記リード部の前記表面側にフリップチップ実装する工程と、
前記半導体素子、前記バンプ、及び前記リード部の裏面側の表面以外の領域を樹脂で封止する工程と、を有する半導体装置の製造方法。 A step of forming bumps on the plating layer in the recess of the lead frame manufactured by the manufacturing method of lead frame according to any one of claims 13 to 16,
A step of flip-chip mounting a semiconductor element on the surface side of the lead portion using the bump;
And a step of sealing the semiconductor element, the bump, and a region other than the front surface of the lead portion on the back surface side with a resin.
該バンプを用いて半導体素子を前記リード部の前記表面側にフリップチップ実装する工程と、
前記半導体素子、前記バンプ、及び前記リード部の前記裏面側の表面以外の領域を樹脂で封止する工程と、
前記第2のめっき層をマスクとして前記リード部の前記裏面側からエッチングを行い、前記リード部以外の領域の前記金属板を除去するとともに、前記リード部を柱状に加工する工程と、を有する半導体装置の製造方法。 Forming a bump on the plating layer in the recess of the lead frame manufactured by the method for manufacturing a lead frame according to claim 15 or 16 ;
A step of flip-chip mounting a semiconductor element on the surface side of the lead portion using the bump;
A step of sealing the semiconductor element, the bump, and a region other than the surface of the lead portion on the back surface side with a resin;
A step of performing etching from the back surface side of the lead portion using the second plating layer as a mask to remove the metal plate in a region other than the lead portion, and processing the lead portion into a columnar shape. Device manufacturing method.
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