JPH11163007A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
を提供する。 【解決手段】 アイランド33上に半導体チップ38を
固着し、ワイヤ39でリード端子34、35と接続す
る。全体を樹脂40でモールドする。裏面側の樹脂40
を部分的に除去して、外部接続用電極となる箇所の金属
表面を露出する。半導体チップ38の周囲を囲むように
樹脂40を切断して、個々の半導体装置に分割する。
Description
特に、半導体装置のチップ面積と、半導体装置をプリン
ト基板等の実装基板上に実装する実装面積との比率で表
す実装有効面積率を向上させた半導体装置に関する。
素子が形成された半導体装置は、図11(A)に示すよ
うな構成が主に用いられる。1はシリコン基板、2はシ
リコン基板1が実装される放熱板等のアイランド、3は
リード端子、及び4は封止用の樹脂モールドである。ト
ランジスタ素子が形成されたシリコン基板1は、同図に
示すように、銅ベースの放熱板等のアイランド2に半田
等のろう材5を介して固着実装され、シリコン基板1の
周辺に配置されたリード端子3にトランジスタ素子のベ
ース電極、エミッタ電極とがそれぞれワイヤーボンディ
ングによってワイヤー6で電気的に接続されている。コ
レクタ電極に接続されるリード端子はアイランドと一体
に形成されており、シリコン基板をアイランド上に実装
することで電気的に接続された後、エポキシ樹脂等の熱
硬化型樹脂4によりトランスファーモールドによって、
シリコン基板とリード端子の一部を完全に被覆保護し、
3端子構造の半導体装置が提供される。
ファーモールドでは、上下金型7、8で形成したキャビ
ティ9の内部にダイボンド及びワイヤボンドを施したリ
ードフレーム10を設置し、この状態でキャビティ9内
に樹脂を注入することにより行われる。
ルドされた半導体装置は、通常、ガラスエポキシ基板等
の実装基板に実装され、実装基板上に実装された他の半
導体装置や回路素子と電気的に接続され、所定の回路動
作を行うための一部品として取り扱われる。
を実装したときの断面図を示し、20は半導体装置、2
1、23はベース又はエミッタ電極用のリード端子、2
2はコレクタ用のリード端子、24は実装基板である。
実装基板24上に半導体装置20が実装される実装面積
は、リード端子21、22、23の先端部分で囲まれた
領域によって表される。実装面積は半導体装置20内の
シリコン基板(半導体チップ)面積に比べ大きく、実際
に機能を持つ半導体チップの面積に比べ実装面積の殆ど
はモールド樹脂とリード端子が占めている。
積と実装面積との比率を有効面積率として考慮すると、
樹脂モールドされた半導体装置では有効面積率が極めて
低いことが確認されている。有効面積率が低いことは、
実装面積の殆どが半導体チップとは直接関係のないデッ
ドスペースとなるので、実装基板24の高密度小型化の
妨げとなる。例えば、EIAJ規格であるSC−75A
外形に搭載される半導体チップの最大サイズは、図12
(B)に示すように、概ね0.40mm×0.40mm
(0.16平方mm)が最大であり、パッケージの実装
面積は1.6mm×1.6mm(2.56平方mm)と
なる。従って有効面積率は約6.25%であり、実装面
積の殆どがデットスペースとなっていることが伺える。
ドフレーム10とキャビティ9との位置合わせ精度はプ
ラス・マイナス50μ程度が限界である。このため、ア
イランド2の大きさは前記合わせ精度を考慮した大きさ
に設計しなければならない。従って、合わせ精度の問題
は、パッケージの外形寸法に対するアイランド2の寸法
を小さくし、これがパッケージの外形寸法に対して収納
可能な半導体チップ1の最大寸法に制限を与えていた。
ものであり、本発明は、半導体装置のベース、エミッタ
及びコレクタ用の外部接続電極を同一平面上に配置し、
半導体チップ面積と実装基板上に実装される半導体装置
の実装面積との比率である有効面積率を最大限向上さ
せ、実装面積のデットスペースを最小限小さくできる半
導体装置の製造方法を提供する。
を固着するアイランドおよび前記アイランドに先端を近
接するリード端子とを有するリードフレームを準備する
工程と、前記アイランドの表面に半導体チップを固着す
る工程と、前記半導体チップの表面に形成した電極と前
記リード端子とを電気的に接続する工程と、前記半導体
チップを含め、前記アイランドとリード端子を絶縁材料
で封止する工程と、前記絶縁材料の一部を除去してリー
ド端子の裏面側の一部を露出する工程と、前記絶縁材料
を除去した部分を切断して、前記半導体チップを囲む領
域で個々のパッケージに分割する工程と、を具備するこ
とを特徴としている。
説明する。 第1工程:(図1) 先ず、リードフレーム30を準備する。図1(A)はリ
ードフレーム30の平面図であり、図1(B)は図1
(A)のX−X断面図である。本発明で用いられるリー
ドフレーム30は、多数のフレーム31が行方向(又は
列方向)に複数個配置されており、複数のフレーム31
は連結バー32によって互いに連結されている。該フレ
ーム31は、半導体チップの搭載部となるアイランド3
3と、外部接続用電極となる複数のリード端子34、3
5を有する。そして、互いに連結された複数のフレーム
31が同じく連結バー32によって外枠36、36の間
に連結される。更に、フレーム31に隣接して他のフレ
ーム31Aが連結バー32Aによって同様に連結され
る。フレーム31のアイランド33に対して、隣のフレ
ーム31Aのアイランド33Aに保持されたリード端子
34A、35Aが対応する。この様にフレーム31を行
・列方向に複数配置することで、1本の短冊状のリード
フレーム30に例えば100個のフレーム31を配置す
る。各アイランド33、33Aから延在される各リード
端子34、35、34A、35Aは、その中間部分の両
側がくさび状に形成され、部分的に細く形成されてい
る。
0.2mm厚の銅系の金属材料で形成された帯状あるい
は矩形状のリードフレーム用金属薄板を用意し、このリ
ードフレーム用金属薄板をエッチング加工またはスタン
ピング加工によってパターニングすることにより得るこ
とができる。ここでは、リードフレーム30の板厚は必
要に応じて適宜に設定することができる。
イヤボンド工程を行う。図2(A)及び図2(B)に示
すように、各アイランド33、33Aの一主面上にAg
ペースト、半田等の導電ペースト37を塗布し、その導
電ペースト37を介して各アイランド33、33A上に
半導体チップ38を固着する。各アイランド表面に金メ
ッキを行い、そのメッキ上に半導体チップを共晶接続す
ることも可能である。
たボンディングパッドと、これに対応するリード端子3
4、35とをワイヤ39でワイヤボンディングする。ワ
イヤ39は例えば直径が20μの金線から成る。ここ
で、ワイヤ39は各アイランド33上に固着した半導体
チップ38の表面電極と、その隣に隣接した他のアイラ
ンド33Aから延在するリード端子34A、35Aとを
接続する。半導体チップ38が固着された各アイランド
33、33Aの裏面は、係る半導体チップ38の外部接
続用の電極となり、ワイヤ39で電気的に接続されたリ
ード34A、35A、34、35も外部接続用の電極と
なる。アイランド33、33Aの裏面を接続用端子の1
つとして用いる形態は、半導体チップ38として例えば
トランジスタ、パワーMOSFET等の、電流経路が垂
直方向になる半導体デバイス素子に適している。
た導電性ペースト37は、図2(A)から明らかなよう
に、半導体チップ38が固着されるアイランド33、3
4A上に選択的に塗布形成する。リード端子34、3
5...上に導電性ペースト37が付着すると、ワイヤ
ボンディングを行う場合に、ボンディング装置のキャピ
ラリーの先端部分に導電性ペーストがつまりボンディン
グ不良が生じ生産性が低下する恐れがあるためである。
この様な問題がない場合には、導電性ペーストをフレー
ム31、31A全面に塗布しても良い。
に、リードフレーム30上にエポキシ樹脂等の熱硬化性
の封止用樹脂層40を形成し、各フレーム31、31
A..、半導体チップ38及びワイヤ39を封止保護す
る。樹脂層40は、素子A、素子B、素子C……を個別
にパッケージングするものではなく、半導体チップ38
の全部を被うように形成する。また、リードフレーム3
0の裏面側にも0.05mm程度の厚みで樹脂を被着す
る。これで、アイランド33とリード端子34、35は
完全に樹脂40内部に埋設されることになる。モールド
後のリードフレーム30の状態を図3(B)に示す。
が形成する空間(キャビティ)内にリードフレーム30
を設置し、該空間内にエポキシ樹脂を充填、成形する事
によって形成する。 第4工程:(図4) 次に、リードフレーム30の裏面側の樹脂40を部分的
に除去してスリット孔41を形成する。このスリット孔
41は、ダイシング装置のブレードによって樹脂40を
切削することによって形成したものであり、前記ブレー
ド厚みに応じて切削を複数回繰り返すことにより、幅が
約0.5mmのスリット孔41を形成する。また、樹脂
40を切削すると同時にリード端子34、35の裏面側
も約0.1mm程切削して、リードフレーム20の金属
表面を露出させる。このスリット孔41は、各リード端
子34、35...の中間に形成した「くさび状部分」
の付近に一本、あるいは複数本形成する。
に露出したリード端子34、35、34A、35A..
の表面に半田メッキ等のメッキ層42を形成する。この
メッキ層42は、リードフレーム30を電極の一方とす
る電解メッキ法により行われる。スリット孔41はリー
ド端子34、35の板厚の全部を切断していないので、
アイランド33とリード端子34、35は未だ電気的な
導通が保たれている。更に各フレーム31、31A..
が連結バー32、32Aによって共通接続されている。
このように露出した金属表面のすべてが電気的に導通し
ているので、一回のメッキ工程でメッキ層42を形成す
ることができる。
子C....を分離する。即ち、アイランド33とこの
上に固着された半導体チップ38に接続されたリード端
子34A、35Aとを囲む領域(同図の矢印43、及び
図3Aの一点鎖線43)で切断することにより、個々に
分割した半導体装置を形成する。切断にはダイシング装
置が用いられ、ダイシング装置のブレードによって樹脂
層40とリードフレーム30とを同時に切断する。切断
する際には裏面側(スリット孔91を設けた側)にブル
ーシート(例えば、商品名:UVシート、リンテック株
式会社製)を貼り付けた状態で、前記ダイシングブレー
ドがブルーシートの表面に到達するような切削深さで行
う。スリット孔41が位置する箇所では、少なくともス
リット孔41の側壁に付着したメッキ層42を残すよう
に形成する。この様に残存させたメッキ層42は、半導
体装置をプリント基板上に実装する際に利用される。ま
た、切断したリード端子34、35の他方はアイランド
33に連続する突起部33aとして残存し、切断した連
結バー32、32Aはアイランド33に連続する突起部
33b(図6Bに示した)として残存する。切断された
リード端子34、35及び突起部33a、33bの切断
面は、樹脂層40の切断面と同一平面を形成し、該同一
平面に露出する。
成後の半導体装置を示す、(A)断面図、(B)裏面
図、(C)側面図である。更に図7は、装置を裏面側か
らみたときの斜視図である。所望の能動素子を形成した
シリコン半導体チップ38が導電性の接着剤によってア
イランド33の一主面上に接着されている。アイランド
33は外部接続電極の一部として使用される。リード端
子34、35がアイランド33とは離れた位置に複数本
設けられている。半導体チップ38の表面部分に形成し
た電極パッドとリード端子34、35の表面とがボンデ
ィングワイヤ39によって電気的に接続される。半導体
チップ38とボンディングワイヤ39を含めて、アイラ
ンド33とリード端子34、35が樹脂40でモールド
されて、大略直方体のパッケージ形状を形成する。樹脂
40は熱硬化性エポキシ樹脂である。アイランド33と
リード端子34、35は、厚さが約0.2mmの銅系の
金属材料から成る。樹脂40の外形寸法は、縦×横×高
さが、約0.7mm×1.0mm×0.6mmである。
うち、上面40aと裏面40bはモールド金型によって
形成された面で構成される。前記6面の内、側面40
c、40d、40e、40fは樹脂40を切断した(第
6工程参照)切断面で構成される。該切断面に沿ってリ
ード端子33、35の切断面が露出する。アイランド3
3には切断されたリード端子34、35の名残である突
起部33aと連結部32の名残である突起部33bを有
し、これらの突起部33a、33bの切断面も露出す
る。
面側には第4工程で形成したスリット孔41の名残であ
る段差部43を有し、該段差部43の表面にアイランド
33の裏面側と、リード端子34、35の裏面側の一部
が露出する。アイランド3とリード端子34、35の露
出した表面には半田メッキなどの金属メッキ層42が形
成される。リード端子34、35の露出部分とアイラン
ド33の露出部との間は、樹脂40で被覆される。
を図8に示す。実装基板24上に形成した素子間接続用
のプリント配線25に対して段差部43に露出したリー
ド端子34、35とアイランド33の突起部33aを位
置合わせし、半田26等によって両者を接続する。この
時、上記の第5工程で形成した金属メッキ層42が半田
の塗れ性を良好にする。
は、以下のメリットを有する。図9を参照して、本願発
明者は、チップサイズが0.40mm×0.40mmの
トランジスタチップをアイランド33上に設置し、上述
の製造方法によってパッケージサイズが1.0mm×
0.7mmの半導体装置を実現した。この時の、アイラ
ンド33のサイズは0.5mm×0.5mm、リード端
子34、35のサイズは0.25mm×0.15mmと
することができた。これらのサイズは実装される半導体
チップサイズに応じて任意に設定することができる。
造方法によって製造された半導体装置の有効面積率を、
図12(B)に示した従来の半導体装置と比較する。従
来の半導体装置のチップサイズは、0.40mm×0.
40mm(0.16平方mm)で、半導体装置の実装面
積は1.6mm×1.6mm(2.56平方mm)であ
る。従って、従来の半導体装置の有効面積率は約6.2
5%である。
製造した半導体装置は、金属製リード端子がパッケージ
から突出しないので、実装面積を半導体装置の大きさと
同じ程度の大きさにすることができる。即ち1.0mm
×0.7mm(0.7平方mm)とすることができ
る。。従って、本発明の有効面積率は22.85%とな
り、従来と比べて約3.6倍向上する事ができた。これ
により、実装基板上に実装する実装面積のデットスペー
スを小さくすることができ、実装基板の小型化に寄与す
ることができる。
のメリットを得ることができる。分割された半導体装置
の各外部接続用電極の表面にはメッキ層42が形成され
ているので、実装基板上に半田固着した際に該半田が切
断面の上部まで(スリット孔41の側壁に相当する部
分)容易に盛り上がって半田フィレットを形成する。従
って半田接合力が向上し熱ストレス等の応力による劣化
を防止することができる。
露出し、段差部43と段差部43との間の領域は樹脂4
0によって被覆されるので露出しない。従って実装基板
24上に実装した際に半田26と半田26との距離を比
較的大きく設計でき、半田ブリッジによる外部接続端子
間の短絡事故を防止できる。分割された半導体装置のリ
ード端子34、35の終端は、図6(B)に示すよう
に、半導体装置の終端部分でくさび状に形成されるため
に、リード端子34、35が樹脂層40の側面から抜け
落ちることを防止している。
るので、個々にパッケージングする場合に比べて無駄に
する材料を少なくでき。材料費の低減につながるパッケ
ージの外形をダイシング装置のブレードで切断すること
により構成したので、あらかじめリードフレーム30の
外枠36に位置あわせマークを形成しておき、該マーク
を使用してダイシングを行うことにより、リードフレー
ム30のパターンに対する樹脂外形の精度を向上でき
る。即ち、モールド金型による合わせ精度がプラス・マ
イナス50μ程度であるのに対して、ダイシング装置に
よって切断した樹脂外形はプラス・マイナス10μ程度
に小さくできる。合わせ精度を小さくできることは、ア
イランド33の面積を増大して、搭載可能な半導体チッ
プ38のチップ面積を増大できることを意味する。
ードフレームを用いて説明をしたが、4端子用にする場
合には、図10に示すように、アイランド33から3本
のリード端子34、35、50を延在させて上述した方
法で製造を行えば4端子用の半導体装置を提供すること
ができる。また、上述した実施形態では、各アイランド
に1つの半導体チップ38を固着したが、1つのアイラ
ンドに、例えばトランジスタを複数個固着すること、及
び、トタンジスタと縦型パワーMOSFET等の他の素
子との複合固着も可能である。この様な場合には、リー
ドフレームは図10に示すような多数のリード端子を有
するものが使用される。
8にトランジスタを形成したが、縦型或いは比較的発熱
量の少ない横型のデバイスであればこれに限らず、例え
ば、パワーMOSFET、IGBT、HBT等のデバイ
スを形成した半導体チップであっても、本発明に応用が
できることは説明するまでもない。加えて、リード端子
の本数を増大することでBIP、MOS型等の集積回路
等にも応用することができる。
リード端子34,35がパッケージから突出しない半導
体装置を得ることができる。従って、半導体装置を実装
したときのデッドスペースを削減し、高密度実装に適し
た半導体装置を得ることができる。
層40で被覆した構造にできるので、装置を実装したと
きの半田ブリッジ等による端子間短絡の事故を防止でき
る。パッケージの外形をダイシングブレードによる切断
面で構成することにより、アイランド33と樹脂40の
端面との寸法精度を向上できる。従って、アイランド3
3の面積を増大して、収納可能な半導体チップ38のチ
ップサイズを増大できる。
明する図。
Claims (4)
- 【請求項1】 半導体チップを固着するアイランドと、
前記アイランドに先端を近接するリード端子とを有する
リードフレームを準備する工程と、 前記アイランドの表面に半導体チップを固着する工程
と、 前記半導体チップの表面に形成した電極と前記リード端
子とを電気的に接続する工程と、 前記半導体チップを含め、前記アイランドとリード端子
を絶縁材料で封止する工程と、 前記絶縁材料の一部を除去してリード端子の裏面側の一
部を露出する工程と、 前記絶縁材料を除去した部分を切断して個々のパッケー
ジを形成する工程と、を具備することを特徴とする半導
体装置の製造方法。 - 【請求項2】 前記絶縁材料を除去した後に前記露出し
たリード端子表面に金属メッキを施す工程を具備するこ
とを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項3】 前記リードフレームには、前記アイラン
ドと前記リード端子とが行列状に多数個配置されている
ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項4】 前記絶縁材料を除去する工程が、ダイシ
ング装置のブレードによるものであることを特特徴とす
る請求項1記載の半導体装置の製造方法。
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