JP6940097B2 - リードフレームの設計方法 - Google Patents

Description

本発明は、リードフレームの設計方法に関し、特に半導体装置の製造工程で樹脂封止され、リード端子間に流れ込む封止樹脂の圧力によってリードフレームの一部が変形するおそれのあるリードフレームの設計方法に関する。

近年、通信機器、車載機器や家電機器等の電子機器の小型化が進んでおり、電子機器に搭載される半導体装置も小型化が要求されている。このような半導体装置の小型化の要求に対し、リードフレーム、セラミック基板や樹脂基板等の基材に複数の半導体素子を搭載して、一括樹脂封止し、封止樹脂と基材を切断して個々の半導体装置を製造するＭＡＰ（Mold Array Package）方式による製造方法が採用されている。

さらに高耐圧化の要請に対し、本願出願人はＭＡＰ方式により製造することができる半導体装置を提案した（特許文献１）。本願出願人が提案した半導体装置は、リードフレームのリード端子がダイパッドを挟んで両側に配置し、リード端子間に封止樹脂が入り込んだ構造となっている。

図２は、従来のＭＡＰ方式の半導体装置の製造方法を説明する図であり、列状に配置した半導体装置形成領域を樹脂封止する工程を説明する図で、２列分を記載している。また図３は、この種の半導体装置の製造方法に用いられるリードフレーム１の平面図の一部を模式的に示している。図３に示すように、各半導体装置形成予定領域は、ダイパッド６を挟んで両側に複数のリード端子７、８が並んだ形状となっている。各リード端子は、ダイパッド６ａ、６ｂに対向する端部が自由端となっており、他端は周囲の枠体あるいは、タイバー９に接続した構造となっている。なお通常のリードフレームは、図３に示す半導体装置形成領域が複数個連続して配置した形状となっており、密着する封止樹脂とリードフレームの線膨張係数の違いから発生するリードフレームの変形を防ぐため、隣接する半導体装置形成領域の間にスリット５が形成されている。一般的にスリット５は、例えば特許文献２に記載されているようにリードフレームの短手方向（例えば図３の上下方向）にわたって連続して開口した構造となっている。

図３において、リード端子７を含むリード列を第１のリード列、リード端子８を含むリード列を第２のリード列とすると、図面右側に示すダイパッド６ａを含む半導体装置形成領域の第１のリード列のリード端子７に接続するタイバー９を含んだ領域と、図面左側に示すダイパッド６ｂを含む半導体装置形成領域の第２のリード列のリード端子８に接続するタイバー９を含んだ領域とで区画されるスリット５が配置されている。

このような構造のリードフレーム１を用いて半導体装置を形成する場合、図２に示すように、リードフレーム１上に半導体素子２を搭載し、必要な接続を形成した後、一対の封止用金型３でリードフレーム１を挟持し、封止用金型３で囲まれた空間に封止樹脂を注入して樹脂封止する。このとき、大きな圧力（モールド圧力）を加えて空間内に封止樹脂が注入される。

ところで、一般的な半導体装置の封止樹脂には、封止用金型の離型を考慮し、樹脂にＷＡＸ成分が多く含有されている。また、ＭＡＰ方式の半導体装置の製造方法では、リードフレームの線膨張係数に近い樹脂を使用する必要があり、封止樹脂に多数のフィラーを添加している。そのため、封止樹脂とリードフレーム間等の密着性が低下する。その対策として、密着付与剤を封止樹脂に添加したり、樹脂にＷＡＸ成分を含有させず、図２（ａ）に示すように封止用金型３の表面に熱可塑性のフッ素系フィルムからなる離型フィルム４を配置して、樹脂封止を行っている。この樹脂にＷＡＸを含有させず離型フィルム４を用いる場合の方が高い密着性が得られ、信頼性の高い半導体装置を提供することが可能となる。

ところで、離型フィルム４を用いて一対の封止用金型３でリードフレームを挟持する場合、図２（ａ）に示すように、一方の封止用金型３（下金型）はリードフレームに直接接触するが、他方の封止用金型３（上金型）は離型フィルム４を介してリードフレームに接触することになる。熱可塑性の離型フィルム４は、１６０〜１８０℃程度の封止用金型に接触しているため、図２（ｂ）に示すように上金型、下金型とも直接挟持する場合と比較して挟持力が低下してしまう。

特に図３に示す構造のリードフレームでは、樹脂封止のモールド圧力が加わると、封止樹脂がリード端子間に流れ込み、リード端子間のタイバー９をスリット５の中心方向に変形させる圧力が加わる。このとき図２（ａ）に示す挟持構造では、挟持力が弱く、タイバー９が封止樹脂によってスリット５側に押圧され、リード端子とともにスリット５の中心方向に変形してしまっていた。

特開２０１６−１３６６０８号公報 特開２０１４−１２７５７１号公報

図３に示す構造のリードフレームを用いて樹脂封止を行うと、リード端子間に入り込んだ封止樹脂からの圧力によって、タイバー９がスリット５の中心側に押圧された状態で封止樹脂が注入され硬化することになる。その結果、リードフレームが大きく変形してしまうという問題があった。本発明は、このような問題を解消することができるリードフレームの設計方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本願請求項１に係るリードフレームの設計方法は、ダイパッドを挟んで対向配置する第１のリード列のリード端子と第２のリード列のリード端子とを備えた半導体装置形成領域が複数配置し、前記半導体装置形成領域間にスリットが配置し、前記第１のリード列のリード端子および前記第２のリード列のリード端子は、前記ダイパッドに対向する端部が自由端で、他端がタイバーに連結し、少なくとも前記第１のリード列の複数のリード端子に連結する前記タイバーを含んで区画される前記スリット、あるいは前記第２のリード列の複数のリード端子に連結する前記タイバーを含んで区画される前記スリットを備えるリードフレームの設計方法であって、前記第１のリード列のリード端子間の前記タイバーあるいは前記第２のリード列のリード端子間の前記タイバーに、前記ダイパッド側から均等に圧力を加えたとき、前記タイバーが前記スリットの幅の中心方向へ変位する寸法を算出し、算出された前記寸法が所定範囲内となるように前記スリットの延出方向の長さを決定することを特徴とする。

本願請求項２に係るリードフレームの設計方法は、ダイパッドを挟んで対向配置する第１のリード列のリード端子と第２のリード列のリード端子とを備えた半導体装置形成領域が複数配置し、前記半導体装置形成領域間にスリットが配置し、前記第１のリード列のリード端子および前記第２のリード列のリード端子は、前記ダイパッドに対向する端部が自由端で、他端がタイバーに連結し、前記第１のリード列の複数のリード端子に連結する前記タイバーと隣接する半導体装置形成領域の前記第２のリード列の複数のリード端子に連結する前記タイバーとを含んで区画される前記スリットを備えるリードフレームの設計方法であって、前記第１および前記第２のリード列のリード端子間の前記タイバーに前記ダイパッド側から均等に圧力を加えたとき、前記タイバーが前記スリットの幅の中心方向へ変位する寸法を算出し、算出された前記寸法が所定の範囲内となるように前記スリットの延出方向の長さを決定することを特徴とする。

本願請求項３に係るリードフレームの設計方法は、請求項１または２いずれか記載のリードフレームの設計方法において、前記タイバーに加える圧力を、半導体装置の樹脂封止の工程で、封止樹脂が前記タイバーに加える圧力とすることを特徴とする。

本発明のリードフレームの設計方法によれば、リード間に入り込んだ樹脂封止によって、タイバーがスリット側に押圧され、スリット側に変形する寸法を予め算出し、この変形寸法が許容できる所定の寸法となるようにスリットの延出方向の長さを設定することで、樹脂封止後の変形を許容範囲内とすることを可能としている。

その結果、個片化のためダイシングテープに封止樹脂後のリードフレームを貼り付けた場合、歪みのない形状となり精度よくダイシングソーを用いた個片化や切断金型を用いた切断等により個片化することができ、外形寸法の揃った半導体装置を形成することができる。

特に本発明に係るリードフレームの設計方法は、スリットの一部がタイバーで構成されているため、このタイバーに加わる圧力、即ち樹脂封止の際にリード端子間に入り込んだ封止樹脂により押される圧力となり、変形が所定の範囲内となるようにスリットの延出方向の長さに設計することは容易となる。

本発明の実施例のリードフレームを説明する図である。 ＭＡＰ方式の半導体装置の製造方法を説明する図である。 従来のＭＡＰ方式の半導体装置に用いられるリードフレームの説明図である。

本発明のリードフレームの設計方法によると、予めリードフレームのスリットの長さを所定の長さとすることで、リード端子間に封止樹脂が入り込んでタイバーを押圧する場合でも、その変形を抑えることができる。以下、本発明の実施例について詳細に説明する。

図１に本発明のＭＡＰ方式の半導体装置に用いられるリードフレームの平面図を示す。従来例で説明した図３に示すリードフレーム同様、本発明に係るリードフレームは、第１のリード列のリード端子７と第２のリード列のリード端子８がダイパッド６に対向する端部が自由端で、他端がタイバー９に連結した形状となっている。従って図２で説明したように樹脂封止工程で、リード端子とリード端子の間のタイバー９に封止樹脂から圧力が加わることになる。その場合、タイバー９に加わる圧力は、リードフレームのスリットの延出方向（図１では上下方向）のどの位置でもほぼ一定の圧力が加わることになる。ここで、封止用金型３は離型フィルム４を介してタイバー９を挟持しているので、この挟持力によってタイバーの変形を抑えることはできず、タイバー９が変形することになる。

このときタイバーの変形寸法δは、δ＝ｗＬ⁴／（３８４・Ｅ・Ｉ）、Ｉ＝ｂＤ³／１２で表すことができる。ここで、ｗはタイバーに加わる圧力、Ｌはスリットの長さ、Ｅはリードフレームの縦弾性係数、ｂはタイバーの長さ、Ｄはリードフレームの厚さで、両端が固定された梁（タイバー）に均等に圧力が加わったときに生じる変形として算出している。

このタイバーの変形寸法δが、スリット５の幅よりも十分に小さい範囲となるようにスリットの長さＬを決定する。スリット５は、その両側のタイバー９が変形することも考慮する必要がある。さらに、部分的なタイバー９の変形によって、リードフレーム１全体が歪んでしまうと、その後の個片化の工程に支障が出てしまうので、リードフレーム１の形状等によっても許容される変形寸法δが変わることになる。従って、タイバーの変形、リードフレームの変形等を考慮して許される変形寸法が「所定の範囲内」ということになる。

変形寸法δの許容値が決まると、スリットの長さＬが決まる。具体的には、図１に示すように、スリットの長さＬより短くなるようにスリットを分割すればよい。なお、個片化工程では、タイバー９を切断除去することになるので、スリットの長さは長い程好ましい。そこで、分割する数は最少数とするのが好ましい。

具体的には、銅合金製リードフレーム（古河電工社製ＥＦＴＥＣ６４Ｔ）を用いた場合、弾性率Ｅ＝１２７ｋＮ/ｍｍ²、封止樹脂の圧力が加わるタイバー９の長さ０．５ｍｍ、リードレーム厚０．４ｍｍ、モールド圧力ｗ＝１０Ｎ/ｍｍ²とすると、許容する変形寸法δ＝０．００７ｍｍとすると、スリットの長さは３．０８９ｍｍとなる。

次に、本発明により設計されたリードフレームを用いて半導体装置を形成する場合について説明する。まず、上記リードフレームを用意し、ダイパッド６上の半導体素子２を搭載し、所望の接続を形成する。

樹脂封止工程は、図２（ａ）に示す工程となる。この樹脂封止により、リード端子間に封止樹脂が入り込んだ形状となる。このとき、リード端子間に入り込んだ樹脂は、タイバーを押圧し、スリットの中心方向にわずかに変形させることになる。しかし、所定の変形寸法の範囲内となるようにスリットの長さを設計しているため、タイバーの変形がその後の工程等に影響を与えることはない。

その後、タイバー９を除去すると共に、個々の半導体形成領域毎に個片化する。図１に示すリードフレームを用いた場合、個々の半導体装置の形成予定領域に沿ってダイシングソーを走行させ、あるいは切断金型により切断することで、個々の半導体装置に個片化することができる。ここでスリットは、その分割数を最少にするように設定することで、この個片時の負荷は抑えることができる。

また、この個片化の際、スリット５の長さを所定の長さとすることで、リードフレームの歪みが抑えられ、所定の位置で切断することができるようになる。

以上説明したように、本発明のリードフレームの設計方法によれば、リードの一端がタイバーに接続しているリードフレームを用いて半導体装置を形成する場合、タイバーの変形が抑えられ、所望の半導体装置を形成することが可能となる。

１：リードフレーム、２：半導体素子、３：封止用金型、４：離型フィルム、５：スリット、６：ダイパッド、７：第１のリード列のリード端子、８：第２のリード列のリード端子、９：タイバー

Claims (3)

1. ダイパッドを挟んで対向配置する第１のリード列のリード端子と第２のリード列のリード端子とを備えた半導体装置形成領域が複数配置し、
   前記半導体装置形成領域間にスリットが配置し、
   前記第１のリード列のリード端子および前記第２のリード列のリード端子は、前記ダイパッドに対向する端部が自由端で、他端がタイバーに連結し、
   少なくとも前記第１のリード列の複数のリード端子に連結する前記タイバーを含んで区画される前記スリット、あるいは前記第２のリード列の複数のリード端子に連結する前記タイバーを含んで区画される前記スリットを備えるリードフレームの設計方法であって、
   前記第１のリード列のリード端子間の前記タイバーあるいは前記第２のリード列のリード端子間の前記タイバーに、前記ダイパッド側から均等に圧力を加えたとき、前記タイバーが前記スリットの幅の中心方向へ変位する寸法を算出し、算出された前記寸法が所定範囲内となるように前記スリットの延出方向の長さを決定することを特徴とするリードフレームの設計方法。
2. ダイパッドを挟んで対向配置する第１のリード列のリード端子と第２のリード列のリード端子とを備えた半導体装置形成領域が複数配置し、
   前記半導体装置形成領域間にスリットが配置し、
   前記第１のリード列のリード端子および前記第２のリード列のリード端子は、前記ダイパッドに対向する端部が自由端で、他端がタイバーに連結し、
   前記第１のリード列の複数のリード端子に連結する前記タイバーと隣接する半導体装置形成領域の前記第２のリード列の複数のリード端子に連結する前記タイバーとを含んで区画される前記スリットを備えるリードフレームの設計方法であって、
   前記第１および前記第２のリード列のリード端子間の前記タイバーに前記ダイパッド側から均等に圧力を加えたとき、前記タイバーが前記スリットの幅の中心方向へ変位する寸法を算出し、算出された前記寸法が所定の範囲内となるように前記スリットの延出方向の長さを決定することを特徴とするリードフレームの設計方法。
3. 請求項１または２いずれか記載のリードフレームの設計方法において、前記タイバーに加える圧力を、半導体装置の樹脂封止の工程で、封止樹脂が前記タイバーに加える圧力とすることを特徴とするリードフレームの設計方法。

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