JPH07273235A - 半導体装置とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 リードと基板との的確な接続および電子部品
の容易な封止を行える半導体装置とその製造方法を提供
すること。 【構成】 本発明の半導体装置１は電子部品１０が接続
される基板２の周縁部から外側に延出するアウターリー
ド３と、電極パッド２２とアウターリード３とを電気
的、機械的に接続する異方性導電層４と、基板２上の電
子部品１０を封止するキャップ５とから構成される。ま
たリードフレームの各アウターリード３を鍵状に折り曲
げてその先端部をつなぐ状態に異方性導電層４を被着
し、基板２の電極パッド２２とアウターリード３とを異
方性導電層４を介して接続し、キャップ５にて電子部品
１０を封止してアウターリード３を切り離す製造方法で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、所定の基板上に電子部
品が接続され、その電子部品と外部回路との電気的な入
出力を行うためのアウターリードが基板に接続されて成
る半導体装置とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置の高集積化や高速化等
を実現する観点から、一つの基板上に複数の半導体素子
やチップ部品を高密度に実装して構成したマルチチップ
モジュール（以下、ＭＣＭと言う）への期待が高まって
いる。ＭＣＭは、主としてシリコン等のベースとなる基
板と、この基板上に設けられた薄膜多層配線と、これに
接続される複数のチップ部品とから構成される。

【０００３】チップ部品は、ボンディングワイヤーやバ
ンプ等を介して薄膜多層配線の配線パターンと接続され
ており、この配線パターンと導通し基板の周縁に設けら
れた電極パッドとの導通が図られている。また、ＭＣＭ
と外部回路との電気的な導通を得るためのアウターリー
ドは、基板の周縁に設けられた電極パッドにボンディン
グワイヤーやバンプを介して接続されている。これらの
接続が成されるＭＣＭでは、そのパッケージとしてチッ
プ部品をトランスファーモールド法やポッティング法等
によって樹脂封止しており、外部環境からの保護を図っ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなＭＣＭなどから成る半導体装置においては、アウタ
ーリードや電子部品をボンディングワイヤーやバンプを
介して基板に接続しており、信頼性的に基板への取り付
け強度が不足するため何らかの補強を行う必要がある。
このため、トランスファーモールド法やポッティング法
により電子部品を封止する樹脂を用いてボンディングワ
イヤーやバンプまで覆うことで機械的な補強を行ってい
る。ところが、ＭＣＭなどから成る半導体装置では基板
が大型化する傾向にあり、トランスファーモールド法で
使用する金型にあってはさらに大きなものが必要とな
る。

【０００５】また、金型の不要なポッティング法におい
ては、滴下する樹脂の流動を防ぐため例えば封止領域の
外周にダム枠を設けたりする必要があり製造工程が非常
に複雑となる。さらに、電子部品と配線パターン、およ
び電極パッドとアウターリードとの接続をボンディング
ワイヤーやバンプを介して行う場合には、ワイヤーの曲
がりやバンプ高さ不揃い等によるコンタクト不良が問題
となる。特に、電子部品を封止する方法としてトランス
ファーモールド法を用いる場合、一つの基板上に様々な
形状の電子部品がボンディングワイヤーにて接続されて
いると金型内におけるモールド樹脂の流れが複雑とな
り、ボンディングワイヤーへのストレス増加によるワイ
ヤー曲がり、ワイヤー切断および樹脂ボイド等を発生さ
せる原因となる。また、バンプにおいても電子部品と配
線パターン、および電極パッドとアウターリードとの接
触不良といった問題があり、これが半導体装置の生産歩
留りや信頼性を低下させる原因となっている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解決するために成された半導体装置とその製造方法で
ある。すなわち、本発明の半導体装置は、表面に所定の
配線パターンが形成されるとともにその配線パターンと
導通する電極パッドが周縁部に設けられた基板と、その
基板の配線パターンと接続される電子部品と、基板の周
縁部から外側に延出するリードと、基板の電極パッドと
リードとを電気的および機械的に接続する異方性導電層
と、凹状に形成され少なくとも基板上の電子部品をその
凹部内に封止するキャップとから構成される。

【０００７】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
先ず、保持部から複数のリードが片持ちばり状に延出し
たリードフレームを形成した後、その複数のリードを鍵
状に折り曲げるとともに複数のリードの先端部をつなぐ
状態に異方性導電層を被着し、次いで、所定の電子部品
が搭載される基板の周縁部に設けられ電子部品と導通す
る電極パッドと複数のリードの先端部とを異方性導電層
を介して電気的および機械的に接続し、次に、凹状に形
成されたキャップを用いて少なくとも電子部品をキャッ
プの凹部内に封止して、保持部から複数のリードを切り
離すようにした製造方法である。

【０００８】

【作用】本発明の半導体装置では、基板の電極パッドと
リードとが異方性導電層を介して接続され、凹状のキャ
ップにて電子部品が封止されている。このため、電極パ
ッドとリードとが異方性導電層によって電気的、機械的
に接続保持されるとともに、キャップによってパッケー
ジ外形が構成されることになる。すなわち、リードが異
方性導電層を介して電極パッドと接続されているため、
キャップは電子部品の封止とパッケージ外形構成という
役割だけとなり、種々のパッケージ形態に対応できるよ
うになる。

【０００９】また、本発明の半導体装置の製造方法で
は、リードフレームによる複数のリードを鍵状に折り曲
げ、各先端部をつなげる状態に異方性導電層を被着して
おり、リードの曲がりを防止している。これにより、リ
ードと基板の電極パッドとの位置合わせが正確となると
ともに、基板を接続した後にリードを折り曲げる必要が
なくなり製造時におけるリードと基板との接続部分への
機械的な負担を軽減できるようになる。

【００１０】

【実施例】以下に、本発明の半導体装置とその製造方法
の実施例を図に基づいて説明する。先ず、図１の断面図
に基づいて本発明の半導体装置を説明する。図１（ａ）
に示す半導体装置１は樹脂封止型であり、基板２上の配
線パターン２１に接続されたＬＳＩ等のチップ状の電子
部品１０が樹脂６にて封止されたものである。この半導
体装置１は、主としてシリコンやガラス、セラミック
ス、ガラスエポキシ等から成る基板２と、基板２の周縁
部から延出して設けられた金属性のアウターリード３
と、基板２の周縁部に配置される電極パッド２２とアウ
ターリード３とを接続する異方性導電層４と、凹状に設
けられ電子部品１０をその凹部内の樹脂６にて封止する
ためのキャップ５とから構成されている。

【００１１】このキャップ５は、例えばポリカーボネー
トやエポキシ系のプラスチックにて形成されており、半
導体装置１のパッケージ外形を構成している。また、ア
ウターリード３は基板２の周縁部に配置される電極パッ
ド２２と異方性導電層４を介して接続されているため、
基板２に機械的に保持されるとともに、各電極パッド２
２と各アウターリード３との電気的な接続が成されてい
る。この異方性導電層４は熱可塑性や熱硬化性のバイン
ダー内にカーボンや金属粒等の導電材が混入されたもの
であり、加熱圧着することでその加圧方向にのみ導通が
得られるようになっている。

【００１２】このため、異方性導電層４をアウターリー
ド３と電極パッド２２との間にはさみ、加熱圧着するこ
とで各アウターリード３と各電極パッド２２との導通の
みが得られる状態となり、さらにアウターリード３の機
械的な接続をも可能としている。これによって、キャッ
プ５は少なくとも電子部品１０を封止する役目とパッケ
ージ外形を構成する役目とを果たせばよいことになる。
また、この半導体装置１ではキャップ５内の樹脂６によ
り電子部品１０が封止されていることにより、耐湿性の
向上等が図られている。

【００１３】次に、図１（ｂ）に示す半導体装置１は中
空型（その１）であり、キャップ５内が中空状態となっ
ているものである。すなわち、この半導体装置１は、配
線パターン２１上に電子部品１０が接続された基板２
と、基板２の周縁部に配置された電極パッド２２とアウ
ターリード３とを電気的、機械的に接続する異方性導電
層４と、アウターリード３を基板２に補強的に固定する
とともに中空部内を気密保持するための接着剤７と、凹
状に形成されたその凹部内に電子部品１０を中空封止す
るためのキャップ５とから構成されている。

【００１４】この半導体装置１のキャップ５はアウター
リード３の接続部分まで覆うことができるように形成さ
れており、キャップ５の側面部分と基板２の側面との間
でアウターリード３を挟持できるようになっている。つ
まり、この場合の半導体装置１においては、アウターリ
ード３は異方性導電層４により基板２の電極パッド２２
と電気的、機械的に接続されるとともに接着剤７にて補
強され、さらにキャップ５と基板２との間で完全に固定
される。キャップ５によってアウターリード３の機械的
な補強を行った場合には、半導体装置１の図示しない実
装基板への強固なマウントを実現できることになる。

【００１５】また、電子部品１０がＣＣＤやラインセン
サー、発光素子等の光学的な素子から成る場合には、透
光性のキャップ５を用いるようにする。この透光性のキ
ャップ５と中空構造とにより電子部品１０の上方に配置
される図示しないレンズ等の光学系の屈折率を有効に利
用でき、受光または発光の効率を高めることができるよ
うになる。

【００１６】また、図１（ｃ）に示す半導体装置１は中
空型（その２）であり、キャップ５が基板２上に接続さ
れる電子部品１０のみを覆う形状となったものである。
すなわち、アウターリード３は基板２の周縁部に配置さ
れる電極パッド２２と異方性導電層４を介して電気的、
機械的に接続されており、さらにその接続部分に接着剤
７による補強が成されている。また、キャップ５は基板
２のアウターリード３の接続部分よりも内側で電子部品
１０のみをその凹部内で中空封止する状態となってい
る。このような半導体装置１によれば、キャップ５を基
板２上の平坦な部分と接続することができるため、キャ
ップ５の接続部分におけるシール性が高まり中空型であ
っても内部の気密性を向上させることができる。

【００１７】また、図１（ｂ）や図１（ｃ）に示すよう
な中空型のパッケージから成る半導体装置１では、電子
部品１０の周囲が空気となっているため熱膨張係数の差
に起因するストレス等が少なく、電子部品１０のはがれ
やコンタクト不良を抑制できる。トランスファーモール
ド法による一般的な樹脂封止製品においては、水分吸湿
によって樹脂中の不純物（トランスファーモールド法で
使用する金型に付着した離型剤等が混入したもの）であ
るＣｌ^- イオンがＨＣｌとなって電極パッド等のアルミ
ニウムを腐食する恐れがあるが、図１（ｂ）や図１
（ｃ）に示す中空型のパッケージから成る半導体装置１
では電子部品１０の周囲が中空であるため、水分が侵入
してもそのような心配はない。なお、図１（ａ）に示す
樹脂封止型の半導体装置１では、金型を使用しないで製
造するため樹脂６中に不純物が混入することがなく、し
かも純度の高いエポキシ系やシリコーン系の樹脂６を使
用することができるため電極パッド２２等の腐食の心配
はない。これによって、キャップ５の内部における電気
的な接続信頼性が向上することになる。

【００１８】次に、本発明の半導体装置の製造方法を図
２〜図５に基づいて説明する。先ず、図２（ａ）に示す
ように、保持部３１から複数のアウターリード３が片持
ちばり状に延出するリードフレーム３０を形成する。リ
ードフレーム３０は、例えばＦｅ−Ｎｉ４２合金等から
成る薄板をプレス加工して形成され、錫やはんだ等の全
面めっきが施されている。なお、図においては略平行に
配置されるた２本の保持部３１からその間に向けてそれ
ぞれ複数のアウターリード３が対向して延出するＤＩＰ
（Ｄｕａｌ Ｉｎｌｉｎｅ Ｐａｃｋａｇｅ）用または
ＳＯＰ（Ｓｍａｌｌ Ｏｕｔｌｉｎｅ Ｐａｃｋａｇ
ｅ）用のリードフレーム３０が示されているが、４方向
から内側に向けてアウターリード３がそれぞれ延出する
ＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）用のリ
ードフレーム３０であってもよい。

【００１９】次に、図２（ｂ）に示すように、リードフ
レーム３０に対してプレス加工を施すことでアウターリ
ード３の部分を鍵状に折り曲げる。この折り曲げは、後
のアウターリード３のアウターリード部分の形状となる
ため、製造する半導体装置１（図１参照）のアウターリ
ード部分の形状に応じてその曲げ量を決定する。

【００２０】また、アウターリード３の折り曲げととも
に、各アウターリード３の先端部をつなぐ状態に異方性
導電層４を仮圧着する。異方性導電層４の仮圧着は、例
えば６０℃〜８０℃の温度と３ｋｇ／ｃｍ² 〜５ｋｇ／
ｃｍ² 程度の圧力を２秒〜３秒加えることで行い、アウ
ターリード３の折り曲げ加工と同時に行っても、折り曲
げ直後に行うようにしてもよい。また、アウターリード
３を折り曲げる前に異方性導電層４を仮圧着しておき、
その後にアウターリード３の折り曲げを行ってもよい。
このように、各アウターリード３の先端部を異方性導電
層４にてつなげることで、外力によるリード曲がりを抑
制することができ、隣合うアウターリード３のピッチを
所定の間隔に保つことができる。

【００２１】次に、図３（ａ）に示すように、基板２の
リードフレーム３０への接続を行う。すなわち、基板２
の図中裏面側にはアルミニウム等から成る配線パターン
２１およびポリイミド等から成る層間膜で構成される薄
膜多層配線が設けられており、さらにその配線パターン
２１に電子部品１０が実装され基板周縁部の電極パッド
２２との導通が得られている。この状態で、基板２と電
子部品１０の接続状態や電子部品１０の電気的特性等の
試験が成されており、良品のみがリードフレーム３０と
接続されることになる。この基板２の各電極パッド２２
とリードフレーム３０の各アウターリード３との位置を
合わせた状態で載置し、例えば１７０℃〜１９０℃の温
度、３０ｋｇ／ｃｍ² 〜５０ｋｇ／ｃｍ² 程度の圧力を
２０秒〜３０秒加えることで各電極パッド２２と各アウ
ターリード３とを異方性導電層４を介して電気的、機械
的に一括接続する。

【００２２】各アウターリード３は先に説明したように
その先端部が異方性導電層４にてつなげられた状態とな
っており隣合うアウターリード３との間隔が保持されて
いる。このため、基板２の電極パッド２２のピッチとア
ウターリード３のピッチとが正確に対応することにな
り、確実な位置合わせができるようになる。つまり各電
極パッド２２と各アウターリード３との一括接続が可能
となる。図３（ｂ）は基板２の接続状態を示したもので
あり、図中左右のアウターリード３の間に基板２が配置
され、さらに電極パッド２２とアウターリード３とが異
方性導電層４を介して接続された状態となっている。こ
の接続により、電子部品１０とアウターリード３とが配
線パターン２１、電極パッド２２および異方性導電層４
を介して電気的に接続された状態となる。

【００２３】なお、ここでは既に電子部品１０が実装さ
れた基板２をリードフレーム３０に接続する場合を説明
したが、電子部品１０が実装されていない基板２をリー
ドフレーム３０に接続した後に電子部品１０を実装する
ようにしてもよい。

【００２４】次に、図４（ａ）に示すようにキャップ５
の取り付けを行う。例えば、樹脂封止型の半導体装置１
（図１（ａ）参照）の場合には、キャップ５の凹部内に
軟化したシリコーンやエポキシ系等から成る樹脂６を充
填しておき、その中へリードフレーム３０と接続した基
板２を埋め込むようにしてキャップ５を取り付ける。そ
して、この状態で樹脂６を例えば加熱硬化させることに
より、基板２および電子部品１０がキャップ５内部の樹
脂６にて封止されるようになる。なお、キャップ５内に
充填する樹脂６とキャップ５との熱膨張係数は近い値に
しておくことが望ましい。

【００２５】次に、樹脂６が硬化した状態で図４（ｂ）
に示すようなアウターリード３の切断を行う。すなわ
ち、キャップ５の取り付けの後、アウターリード３はキ
ャップ５の側方へ延出して図２に示す保持部３１と接続
されたままの状態となっている。このため、アウターリ
ード３を保持部３１から切り離すことで図１（ａ）に示
す樹脂封止型の半導体装置１が完成する。

【００２６】通常のリードフレーム３０を用いた半導体
装置１の製造方法においては、電子部品１０の樹脂によ
る封止を行った後、いわゆるトリムアンドフォーム工程
によってアウターリード３の切断と折り曲げ加工とを行
っている。しかし、本発明の半導体装置１の製造方法で
は予めアウターリード３を折り曲げておき、電子部品１
０の封止の後にアウターリード３の切断のみを行ってい
る。このため、基板２とアウターリード３との取り付け
部分に折り曲げによる負荷がかからないことになり、こ
の負荷による電気的な接続不良を抑制することができ
る。また、従来は樹脂による封止後にリードめっき（は
んだや錫等のめっき）を施しているが、本実施例の場合
では予め全面めっきしたリードフレーム３０を使用して
いるのでその必要がなくなり、リードタイム短縮、工程
削減、樹脂水分吸着軽減等を図ることができる。

【００２７】また、図１（ｂ）に示す中空型（その１）
の半導体装置１を製造する場合には、図２（ａ）〜図３
（ｂ）に示す一連の工程によって基板２をリードフレー
ム３０に取り付けた後、図５（ａ）に示すように凹部内
に何も入れていないキャップ５を基板２に被せるように
する。すなわち、キャップ５は熱硬化型や紫外線硬化型
等から成る接着剤７（Ｂステージ状でも良い）によりリ
ードフレーム３０と接続され、接続した状態でキャップ
５の中空内に電子部品１０が封止されることになる。キ
ャップ５の取り付けの後は、図５（ｂ）に示すようにキ
ャップ５と基板２との隙間を接着剤７にて封止し、アウ
ターリード３を切断することで図１（ｂ）に示すような
中空型（その１）の半導体装置１が完成する。

【００２８】また、図１（ｃ）に示す中空型（その１）
の半導体装置１を製造する場合には、図５（ｃ）に示す
ように他の形状のキャップ５を基板２に接続すればよ
い。すなわち、図３（ｂ）に示す基板２の接続を行った
後、基板２の電子部品１０のみを覆う大きさのキャップ
５を用意してそのキャップ５を接着剤７を介して基板２
上に取り付ける。そして、キャップ５と基板２の接続部
の外側とを接着剤７にて補強的に封止しておく。これに
より、キャップ５を基板２の平坦な部分と接続すること
ができ、キャップ５の接続作業性が向上するとともに中
空型であっても高い気密性を確保することができる。そ
して、キャップ５を取り付けた後にアウターリード３を
切断して、図１（ｃ）に示す中空型（その１）の半導体
装置１を完成する。

【００２９】また、中空型の半導体装置１の製造方法と
して、キャップ５を取り付ける接着剤７に熱可塑性接着
剤を用いるようにすれば、キャップ５の付け替えを行う
ことができるようになる。すなわち、キャップ５を取り
付けて半導体装置１を完成させて最終検査を行った際に
中空内部の電子部品１０等に不良が見つかった場合、接
着剤７に熱を加えてキャップ５を取り外すようにする。
これによって、電子部品１０等の不良箇所の修復を行
い、再びキャップ５を取り付けて良品の半導体装置１を
製造することができる。

【００３０】また、いずれの実施例においても、キャッ
プ５として金属製のものを使用し、そのキャップ５を接
地することで電磁的なシールド効果を持った半導体装置
１を製造することもできる。なお、ＤＩＰから成る半導
体装置１を製造する場合には、アウターリード３の折り
曲げにおいて鍵状の略垂直な部分を長く形成しておき、
そのアウターリード３の略垂直な部分の途中で切断する
ようにすればよい。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体装
置とその製造方法によれば次のような効果がある。すな
わち、本発明の半導体装置によればリードが異方性導電
層を介して電極パッドと電気的および機械的に接続され
ているため、キャップによって電子部品の封止およびパ
ッケージ外形構成を行うことができる。このため、トラ
ンスファーモールド法で使用する金型やポッティング法
で使用するダム枠が不要となる。特に、ＭＣＭから成る
半導体装置の場合においては大型の基板を用いることが
多く、トランスファーモールド法で使用する大きな金型
が不要となり、大幅なコストダウンを図ることが可能と
なる。

【００３２】また、本発明の半導体装置の製造方法によ
れば、全面めっき処理したリードフレームのリードを予
め折り曲げておき、異方性導電層を介してリードと基板
の電極パッドとを一括接続するため、基板の接続作業性
が大幅に向上するとともにリードと電極パッドとが接続
された後その接続部分に無理な負荷がかからないためリ
ードの確実な接続を維持できる。これによって、半導体
装置の生産歩留りを大幅に向上させることが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体装置を説明する断面図で、
（ａ）は樹脂封止型、（ｂ）は中空型（その１）、
（ｃ）は中空型（その２）である。

【図２】半導体装置の製造方法を説明する図（その１）
で、（ａ）はリードフレームの形成、（ｂ）はリードの
折り曲げを示している。

【図３】半導体装置の製造方法を説明する図（その２）
で、（ａ）は基板接続、（ｂ）は接続状態を示してい
る。

【図４】半導体装置の製造方法を説明する図（その３）
で、（ａ）はキャップ取り付け、（ｂ）はリード切断を
示している。

【図５】中空型の半導体装置の製造方法を説明する図
で、（ａ）はキャップ取り付け、（ｂ）はリード切断、
（ｃ）は他のキャップの場合である。

【符号の説明】 １ 半導体装置 ２ 基板 ３ アウターリード ４ 異方性導電層 ５ キャップ ６ 樹脂 １０ 電子部品 ２１ 配線パターン ２２ 電極パッド

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に所定の配線パターンが形成される
   とともに該配線パターンと導通する電極パッドが周縁部
   に設けられる基板と、 前記基板の配線パターンと接続される電子部品と、 前記基板の周縁部から外側に延出するリードと、 前記基板の電極パッドと前記リードとを電気的および機
   械的に接続するための異方性導電層と、 凹状に形成され少なくとも前記電子部品をその凹部内に
   封止するキャップとから成ることを特徴とする半導体装
   置。
2. 【請求項２】 保持部から複数のリードが片持ちばり状
   に延出したリードフレームを形成した後、 前記複数のリードを鍵状に折り曲げるとともに該複数の
   リードの先端部をつなぐ状態に異方性導電層を被着し、 次いで、所定の電子部品が搭載される基板の周縁部に設
   けられ該電子部品と導通する電極パッドと前記複数のリ
   ードの先端部とを前記異方性導電層を介して電気的およ
   び機械的に接続し、 次に、凹状に形成されたキャップを用いて少なくとも前
   記電子部品を該キャップの凹部内に封止した後、 前記保持部から前記複数のリードを切り離すことを特徴
   とする半導体装置の製造方法。