JPH06132443A - 半導体装置およびその製造に用いられるリードフレーム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 実装時水蒸気爆発の起き難い表面実装型樹脂
封止型半導体装置の提供 【構成】 パッケージ２と、このパッケージ内に設けら
れたタブ４と、このタブに固定された半導体素子５と、
前記パッケージの内外に亘って延在する複数のリード３
とを有する半導体装置２０であって、前記パッケージ２
にはパッケージ表面に先端が到達する突部１３が設けら
れている。半導体装置２０のリフロー実装時、パッケー
ジ２内の水分は水蒸気に変わるが、この水蒸気はタブ４
とモールド樹脂１との界面を伝わって突部１３に至り、
ついで突部１３の露出部１５からパッケージ２外に抜け
るため、水蒸気爆発の発生が抑止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は樹脂封止型半導体装置、
特に表面実装型樹脂封止型半導体装置およびその製造に
用いられるリードフレームに関する。

【０００２】

【従来の技術】電子機器は、機能面から高密度実装化
が、実装面から軽量化，小型化，薄型化が要請されてい
る。このため、電子機器に組み込まれる電子部品の多く
は、表面実装が可能な構造に移行してきている。表面実
装型集積回路（ＩＣ）パッケージについては、たとえ
ば、工業調査会発行「電子材料」１９８４年９月号、昭
和５９年９月１日発行、Ｐ５５〜Ｐ６４に記載されてい
る。この文献には、「チップを搭載するＩＣパッケージ
は、小型化，多ピン化が進み、従来のＤＩＰ（デュアル
インラインパッケージ）からミニフラット（ＳＯＰとも
呼ばれている。スモールアウトラインパッケージ），Ｑ
ＦＰ（クワッドフラットパッケージ），フイルムキャリ
ヤ，ＬＣＣ（リードレスチップキャリヤ，セラミック基
板使用）などへ変わってきている。さらに最近はＰＬＣ
Ｃ（プラスチックリーディッドチップキャリヤ）も市場
に現れてきている。」旨記載されている。また、同文献
には、一般のフラットパッケージにおける端子形状の種
類としては、（ａ）Ｊ型リード（Ｒｏｌｌｅｄ−ｕｎｄ
ｅｒ），（ｂ）ガルウイング（Ｇｕｌｌ−ｗｉｎｇ，
（ｃ）, バットリード（Ｂｕｔｔ−ｌｅａｄ），（ｄ）
フラットリード（Ｆｌａｔ−ｌｅａｄ）がある旨記載さ
れている。

【０００３】一方、工業調査会発行「電子材料」１９８
８年４月号、昭和６３年４月１日発行、Ｐ７４〜Ｐ７９
には、高密度表面実装型半導体デバイスにおいて、パッ
ケージを形成する樹脂の吸湿とリフロー実装に起因する
樹脂剥離，樹脂クラックについて記載されている。この
文献には、「高密度表面実装化にともなって，パッケー
ジはＳＯＰ，ＳＯＪ（Ｊ型リードのＳＯＰ），ＱＦＰ，
ＰＬＣＣなど多種多様化し，ハンダディップ方式を始
め，赤外線，ベーパフェーズなどのリフロー方式が採用
されるようになった。２００℃以上のディップやリフロ
ー条件下にさらすと，封止樹脂は熱変形を起こし，リー
ドフレームやチップとの剥離や内部樹脂クラックが発生
し，耐湿性の著しい劣化を招く」と記載され、かつ剥
離，樹脂クラックの発生機構が図解されている。

【０００４】他方、日経ＢＰ社発行「日経マイクロデバ
イス」１９８８年５月号、昭和６３年５月１日発行、Ｐ
４１〜Ｐ４７には、リフロー・クラックを解決する対策
方法として三つの方法を開示している。すなわちその方
法は以下の通りである。リードフレームと樹脂との密
着性を上げ，水分のたまる場所を除く。水分の浸入を
少なくする。浸入しても早めに水分を出す。封止樹脂
の曲げ強度を上げて，割れ難くする。そして、浸入した
水分を早くパッケージ外に出す手段の一つとして、パッ
ケージに穴を開けてリードフレームのダイ・パッド（タ
ブ）の裏面が見えるようにした構造が開示されている。
また、この文献には、穴を開けたパッケージに対する競
合他社の評価は悪くないが、自社で採用するか否かの意
見の一つとして、「ユーザーに与える印象が良くない」
とする意見もある旨記載されている。なお、特開昭５９
−１６３５７号公報には、半導体ペレット（半導体素
子）を搭載するアイランド（タブ）の一部、あるいは、
数箇所を抜いた構造を設け、その部分に、封止樹脂を充
填させ、アイランド面の樹脂体積を増やすことにより、
熱ストレス等に強い構造とする例が記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】表面実装型樹脂封止型
半導体装置は、図１３に示すように、モールド樹脂１か
らなるパッケージ２の周囲からリード３を突出させる外
観形状となっている。また、パッケージ２内において
は、タブ４の上面に半導体素子（半導体チップ）５が固
定されている。そして、前記半導体チップ５の図示しな
い電極と前記リード３の内端が導電性のワイヤ６で電気
的に接続されている。このような半導体装置において、
前記モールド樹脂１内に吸湿されかつタブ４とモールド
樹脂１の間に溜まった水分は、半導体装置の実装時の熱
によって気化しかつ急激に膨張する（水蒸気爆発）。こ
の結果、同図のようにモールド樹脂１がタブ４から剥離
（剥離による空隙７）したり、タブ４の端や半導体チッ
プ５の端からクラック９が延びてしまう。また、極端な
場合には、パッケージ２（モールド樹脂１）が割れてし
まう。

【０００６】表面実装型樹脂封止型半導体装置における
実装時の水蒸気爆発によるタブと樹脂との剥離やクラッ
ク発生抑止は、タブとパッケージを構成する樹脂との接
着強度を強くするだけでは充分ではなく、水蒸気爆発が
起きる前にパッケージ外に水分（水蒸気）を速やかに逃
がすことが重要である。本発明者も水蒸気をパッケージ
外に速やかに出す構造の検討の結果本発明をなした。

【０００７】本発明の目的は、実装時水蒸気爆発の起き
難い表面実装型樹脂封止型半導体装置を提供することに
ある。本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特
徴は、本明細書の記述および添付図面からあきらかにな
るであろう。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。すなわち、本発明の表面実装型樹脂
封止型半導体装置は、パッケージと、このパッケージ内
に設けられたタブと、このタブの主面に固定された半導
体素子と、前記パッケージの内外に亘って延在する複数
のリードとを有する半導体装置において、この半導体装
置の製造に用いるリードフレームにあっては、前記タブ
の半導体素子が固定されない裏面に突部を設けておき、
モールド時にはこの突部の先端がパッケージの表面に露
出するように構成されてなるものである。

【０００９】

【作用】本発明の表面実装型樹脂封止型半導体装置は、
タブの裏面に設けられた突部がパッケージの表面に露出
していることから、タブとパッケージを形成する樹脂と
の間に溜まった水分は、リフロー実装時、タブとモール
ド樹脂との界面を伝わって突部に至り、ついで突部の露
出部からパッケージ外（大気中）に抜けるため、水蒸気
爆発の発生が抑止できる。

【００１０】

【実施例】以下図面を参照して本発明の一実施例につい
て説明する。図１は本発明の一実施例による半導体装置
の断面図、図２は同じく半導体装置の底面図、図３〜図
６は本発明の半導体装置の製造の各工程における図であ
って、図３は半導体装置の製造に用いられるリードフレ
ームの平面図、図４はチップボンディング，ワイヤボン
ディングがなされたリードフレームを示す平面図、図５
はモールドされたリードフレームを示す平面図、図６は
半導体装置の製造におけるモールド状態を示す断面図で
ある。

【００１１】本発明による表面実装型樹脂封止型半導体
装置は、図１および図２に示すように、外観的にはモー
ルド樹脂１によって形成されたパッケージ２と、このパ
ッケージ２の周囲から突出する複数のリード３とからな
っている。前記リード３は、パッケージ２の内外に亘っ
て延在する。パッケージ２から突出するアウターリード
１０の端子形状は特に限定はされないが、ガルウイング
型表面実装形状となっている。また、前記モールド樹脂
１の中心部分には、タブ４が配置されるとともに、この
タブ４上には半導体チップ５が接着材１１を介して固定
されている。図１では接着材１１が部分的に使用されて
いる状態を示してあるが、半導体素子５の全面で接着さ
せてもよい。また、前記半導体素子５の電極と、パッケ
ージ２内に位置するリード３部分、すなわちインナーリ
ード１２の内端は、導電性のワイヤ６で接続されてい
る。

【００１２】一方、前記半導体素子５が固定されるタブ
主面の裏面には、図１に示すように突部１３が設けられ
ている。この突部１３の一部、すなわち先端はパッケー
ジ２の裏面の表面に到達して露出している。この露出部
１５は、特に限定はされないが、図２に示すように、パ
ッケージ２を４等分にした各部の中心部分に位置するよ
うに４個設けられている。前記突部１３は後述するが、
タブ４の裏面から見ると、先端が丸みを帯びた円錐状突
部となっている。そして、この円錐状突部の先端が、パ
ッケージ２の裏面表面に到達して、露出部１５を形成す
るようになっている。

【００１３】このような表面実装型樹脂封止型半導体装
置２０は、タブ４とモールド樹脂１との界面に溜まった
水分が、タブ４の裏面とモールド樹脂１との界面に沿っ
て伝わって突部１３に至り、ついで突部１３の露出部１
５表面から大気中に放出されるようになっている。した
がって、この半導体装置２０のリフロー実装時、熱によ
ってパッケージ内部に発生した水蒸気は、速やかに露出
部１５から大気中に抜ける。この結果、本発明の半導体
装置２０にあっては、リフロー実装時の水蒸気爆発を防
止でき、タブ４とモールド樹脂１との剥離、この剥離に
伴う応力によるクラックの発生，ワイヤの断線等の不良
発生を抑止できることになる。

【００１４】つぎに、このような半導体装置２０の製造
方法について図３〜図６を用いて説明する。最初に図３
に示されるようなリードフレーム２５が用意される。こ
のリードフレーム２５は、０．１ｍｍ〜０．１５ｍｍの
厚さのＦｅ−Ｎｉ系合金あるいはＣｕ合金等からなる金
属板をエッチングまたは精密プレスによってパターニン
グすることによって形成される。リードフレーム２５は
複数の単位リードパターンを一方向に直列に並べた形状
となっている。単位リードパターンは、一対の平行に延
在する外枠２６と、この一対の外枠２６を連結しかつ外
枠２６に直交する方向に延在する一対の内枠２７とによ
って形成される枠２８内に形成されている。この枠２８
の中央には、矩形状のタブ（支持体）４が配設されてい
る。また、前記枠２８の四隅の支持片部３０からは細い
タブ吊りリード２９が延在し、その先端で前記タブ４の
四隅をそれぞれ支持している。

【００１５】一方、前記タブ４には十文字状に孔（スリ
ット）３１が設けられている。このスリット３１は、レ
ジンモールドの際、このスリット３１にモールド樹脂を
流れ込ませ、モールド樹脂とタブ４との接着強度向上を
図るようになっている。また、これが本発明の特徴の一
つであるが、前記タブ４には突部１３が設けられてい
る。この突部１３は、この例では、前記タブ４を縦横に
四等分にした各正方形部分の略中心部分に設けられてい
る。この突部１３は、タブ４の半導体素子５を固定する
主面側からコイニングを行い、タブ４の裏面側に円錐状
に突出させることにより形成されている。この突部１３
の形成は、タブ吊りリード２９を途中で一段低くしてタ
ブ４をリード３よりも低く形成する成形時に同時に行わ
れる。また、前記突部１３のタブ４の裏面での突出長さ
は、半導体装置２０のパッケージ２の裏面に突部１３の
一部である先端が現れる長さ、すなわち、タブ４の裏面
側のモールド樹脂１の厚さと同じに設定される。一般に
半導体装置２０におけるパッケージ２においては、半導
体素子５の上のモールド樹脂１の厚さとタブ４の裏面側
のモールド樹脂１の厚さは等しく設計される。そして、
パッケージ２の厚さが１ｍｍ程度となる場合、前記半導
体素子５の上のモールド樹脂１の厚さおよびタブ４の裏
面側のモールド樹脂１の厚さは、それぞれ０．２ｍｍ程
度となる。したがって、前記突部１３のタブ４の裏面か
らの突出長さも、前記タブ４の裏面側のモールド樹脂１
の厚さと一致するように形成される。

【００１６】他方、前記枠２８の各外枠２６および内枠
２７の内側からは、相互に平行となって枠２８の中央の
タブ４に向かって複数のリード３が延在している。これ
らリード３はその先端をタブ４の近傍に臨ませている。
また、前記リード３は、前記隣合う支持片部３０間に亘
って設けられた細いダム３３と交差するパターンとなっ
ている。そして、このダム３３によって各リード３はそ
の途中を支持されている。前記ダム３３は後述するレジ
ンモールド時、溶けたレジンの流出を阻止するダムとし
て、また強度部材として作用する。なお、前記外枠２６
には、図示しないガイド孔が設けられている。このガイ
ド孔は、リードフレーム２５の移送や位置決め等のガイ
ドとして利用される。

【００１７】つぎに、このようなリードフレーム２５に
対して、図４に示すように、チップボンディングおよび
ワイヤボンディングが行われる。すなわち、前記リード
フレーム２５のタブ４の主面には、図１に示すように接
着材１１によって半導体素子５が固定（チップボンディ
ング）されるとともに、この半導体素子５の図示しない
電極とリード３の内端部分が導電性のワイヤ６で接続
（ワイヤボンディング）される。

【００１８】つぎに、このリードフレーム２５は、常用
のモールド（トランスファモールド）技術によって、所
定部分にパッケージ２が形成される。すなわち、リード
フレーム２５は、図６に示すように、トランスファモー
ルド装置のモールド型、すなわち、下型３５と上型３６
との間に型締めされる。その後、下型３５と上型３６に
よって形成されたキャビティ（モールド空間）３７内に
溶けたレジン（モールド樹脂１）が注入される。この
際、本発明のリードフレーム２５においては、タブ４の
突部１３の先端が下型３５のキャビティ３７の底に接触
する構造となっていることから、タブ４の裏面とキャビ
ティ３７の底との間隔が常に一定となる。したがって、
タブ４の下のモールド樹脂１の厚さが常に一定となると
ともに、半導体素子５の上のモールド樹脂１の厚さも一
定となる。これにより、パッケージ２の表面にワイヤ６
が露出したり、パッケージ２の裏面にタブ４の平坦な表
面が露出するような不良の発生は防止できることにな
る。つぎに、前記キャビティ３７内に注入されたレジン
が硬化した後、前記モールド型は型開きされ、リードフ
レーム２５が取り出される。このトランスファモールド
処理によって、図５に示すように、ダム３３の内側の部
分全体にパッケージ２が形成されることになる。図５は
パッケージ２の表面側が示されていることから、パッケ
ージ２の表面には何も現れていないが、パッケージ２の
裏面には図２に示すように突部１３の先端が現れる（露
出部１５）。

【００１９】つぎに、不要となるリードフレーム部分は
切断除去される。さらに、パッケージ２から突出するリ
ード３（アウターリード１０）は成形されて、図２に示
されるようなガルウイング型の半導体装置２０が製造さ
れる。

【００２０】このような半導体装置２０においては、半
導体装置２０を配線基板に実装した場合、すなわち、図
示しない配線基板上のフットプリントにアウターリード
１０の先端部分を重ね、半田リフローによってフットプ
リントとアウターリード１０との接合を図った場合、半
田リフロー時の熱によってパッケージ内部の水分は急激
にガス化（水蒸気）するが、この水蒸気は前記タブ４の
裏面とモールド樹脂１との界面に沿って移動して突部１
３に至り、ついでパッケージ２の表面に露出する突部１
３の露出部１５の表面から大気中に放出されるため、水
蒸気爆発は発生しなくなる。

【００２１】

【発明の効果】（１）本発明の表面実装型樹脂封止型半
導体装置にあっては、タブの裏面にはパッケージの表面
に先端が露出する突部が設けられていることから、半導
体装置のリフロー実装時の熱によってタブとモールド樹
脂との間に発生する水蒸気は、タブとモールド樹脂との
界面を伝わって動き突部に至り、ついで突部の露出部表
面から大気中に放出されるため、水蒸気爆発の発生が生
じなくなるという効果が得られる。

【００２２】（２）上記（１）により、本発明の半導体
装置にあっては、リフロー実装時に水蒸気爆発が発生し
ないことから、水蒸気爆発に伴うモールド樹脂の破損
（剥離，クラック），ワイヤ破断発生が防止でき、実装
歩留りの向上が達成できるという効果が得られる。

【００２３】（３）本発明の半導体装置は、その製造に
おいて、タブの裏面に突部を有する本発明によるリード
フレームを使用して製造される。したがって、本発明に
よる半導体装置においては、その製造におけるトランス
ファモールド時、リードフレーム状態にあるタブの突部
の先端がモールド下型のキャビティ底に接触するように
なるため、タブの裏面側のモールド樹脂の厚さおよびタ
ブの表面側のモールド樹脂の厚さは設計値通りの厚さと
なり、パッケージの信頼性が高くなるという効果が得ら
れる。

【００２４】（４）本発明の半導体装置は、パッケージ
の裏面にタブから突出した突部の先端の露出部が露出し
ているが、突部の周囲もモールド樹脂で被われているた
め、凹凸のない平坦面となり、外観的にも支障がないと
いう効果が得られる。

【００２５】（５）本発明の半導体装置においては、タ
ブに十文字状にスリットが設けられ、このスリット内に
モールド樹脂が流れ込んだ構造となっていることから、
タブとモールド樹脂との接着強度向上が図れ、パッケー
ジの信頼性が高いという効果が得られる。すなわち、モ
ールド樹脂とタブとの接着性が高いことは、リフロー実
装時のモールド樹脂とタブとの剥離を抑止できることに
なり、実装の信頼性が高くなる。

【００２６】（６）上記（１）〜（５）により、本発明
によれば、実装時水蒸気爆発が起き難い信頼度の高い表
面実装型樹脂封止型半導体装置を提供することができる
という相乗効果が得られる。

【００２７】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない、たとえば、
図７〜図９は本発明の他の実施例による図であり、図７
は半導体装置を示す断面図、図８は半導体装置の底面
図、図９はタブの拡大斜視図である。この実施例では、
タブ４の裏面に突出させる突部１３は、図９に示すよう
に断面がＶ字状に屈曲した突条４０とし、パッケージ２
の裏面には、図８に示すように突部１３の露出部１５が
線状に現れるようにすれば、露出部１５が前記実施例の
半導体装置に比較して多くなり、水蒸気のパッケージ外
への放出がより一層効果的に行える効果がある。また、
図７において半導体素子５はタブ４に接着材１１によっ
て部分的に接着されているが、全体的に接着するように
しても良い。

【００２８】図１０は本発明の他の実施例によるリード
フレームにおけるタブの平面図である。この実施例で
は、タブ４の裏面に突出する突部１３は、断面がＶ字状
に屈曲した突条４０を十文字状に配した例である。この
実施例では、十文字状に配される突条４０によってタブ
４は縦横に四等分される状態となることから、四等分に
されたタブ部分の領域の水蒸気は速やかに突条４０に到
達でき、かつ先端からパッケージ外に放出されるため、
実装時の水蒸気爆発はより起き難くなるという効果が得
られる。

【００２９】図１１は本発明の他の実施例によるリード
フレームにおけるタブの平面図である。この実施例で
は、前記実施例同様に四等分されたタブ部分にそれぞれ
突条４０を配した例である。前記突条４０は、タブ４の
一対の辺からそれぞれ２本タブ４の途中まで延在し、そ
れぞれのタブ領域に発生する水蒸気をパッケージ外に速
やかに放出させるようになっている。この突条４０は断
面が円弧状に屈曲したタブ部分によって形成されてい
る。この実施例の半導体装置も前記実施例同様に実装時
に水蒸気爆発が発生しない構造となる。

【００３０】図１２は本発明の他の実施例によるリード
フレームにおけるタブの平面図である。この実施例も前
記実施例同様に四等分されたタブ部分にそれぞれ突条４
０を配した例である。前記突条４０は、タブ４の隣合う
辺に直線的に延在する突条４０のそれぞれの一端が到達
する形状となっている。この実施例の半導体装置におい
ても、リフロー実装時、前記突条４０のパッケージ表面
に露出する部分から水蒸気がパッケージ外に抜けるた
め、水蒸気爆発が発生しなくなる。

【００３１】なお、前記実施例においては、突条４０は
直線的に延在しているが、曲線的に延在していても良
い。また、突条４０は断面がＶ字状に屈曲した構造ある
いは円弧状に屈曲した構造以外に断面がＵ字状に屈曲し
た構造であっても前記実施例同様な効果が得られる。ま
た、タブ４に設ける突部１３はスポット的なものと、突
条４０を組合せたものでもよい。

【００３２】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野である表面実
装型樹脂封止型半導体装置の製造技術に適用した場合に
ついて説明したが、それに限定されるものではない。本
発明は少なくとも樹脂封止型半導体装置の製造技術には
適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体装置の断面図である。

【図２】本発明の半導体装置の底面図である。

【図３】本発明の半導体装置の製造に用いられるリード
フレームの平面図である。

【図４】本発明の半導体装置の製造におけるチップボン
ディング，ワイヤボンディングがなされたリードフレー
ムを示す平面図である。

【図５】本発明の半導体装置の製造においてモールドさ
れたリードフレームを示す平面図である。

【図６】本発明の半導体装置の製造におけるモールド状
態を示す一部の断面図である。

【図７】本発明の他の実施例による半導体装置を示す断
面図である。

【図８】本発明の他の実施例による半導体装置を示す底
面図である。

【図９】本発明の他の実施例による半導体装置における
タブの拡大斜視図である。

【図１０】本発明の他の実施例によるリードフレームに
おけるタブの平面図である。

【図１１】本発明の他の実施例によるリードフレームに
おけるタブの平面図である。

【図１２】本発明の他の実施例によるリードフレームに
おけるタブの平面図である。

【図１３】従来の半導体装置における水蒸気爆発による
破損状態を示す模式的断面図である。

【符号の説明】

１…モールド樹脂、２…パッケージ、３…リード、４…
タブ、５…半導体素子（半導体チップ）、６…ワイヤ、
７…空隙、９…クラック、１０…アウターリード、１１
…接着材、１２…インナーリード、１３…突部、１５…
露出部、２０…半導体装置、２５…リードフレーム、２
６…外枠、２７…内枠、２８…枠、２９…タブ吊りリー
ド、３０…支持片部、３１…孔（スリット）、３３…ダ
ム、３５…下型、３６…上型、３７…キャビティ、４０
…突条。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パッケージと、このパッケージ内に設け
   られたタブと、このタブに固定された半導体素子と、前
   記パッケージの内外に亘って延在する複数のリードとを
   有する半導体装置であって、前記タブにはパッケージ表
   面に一部が到達する突部が設けられていることを特徴と
   する半導体装置。
2. 【請求項２】 タブの主面に半導体素子を固定する樹脂
   封止型半導体装置用リードフレームであって、前記タブ
   の半導体素子が固定されない裏面にはパッケージ表面に
   一部が到達する突部が設けられていることを特徴とする
   リードフレーム。