JPWO2018207583A1 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

実装面積が小さく、かつリードフレーム材料全体の利用効率がより高い半導体装置(100)は、単一のリードフレーム(1)と、半導体素子(2)と、モールド材料(3)とを備えている。半導体素子(2)はリードフレーム(1)の一方の主表面(1a)上に接合され、モールド材料(3)はリードフレーム(1)の一方の主表面(1a)を覆い半導体素子(2)を封止する。リードフレーム(1)は、ダイアタッチ部(11)と、信号端子部(12)と、接地端子部(13)とを含み、ダイアタッチ部(11)、信号端子部(12)および接地端子部(13)は一方の主表面(1a)に沿う方向に並ぶようにモールド材料(3)の真下に配置される。リードフレーム(1)における互いに隣り合うダイアタッチ部(11)と接地端子部(13)との間および信号端子部(12)と接地端子部(13)との間には、リードフレーム(1)が貫通されるように除去された溝部(6)が形成されている。

Description

本発明は半導体装置およびその製造方法に関し、特に、高周波回路が形成された半導体素子がその内部に収容される半導体装置およびその製造方法に関するものである。
高周波回路が形成された半導体素子がその内部に収容される半導体装置において、半導体装置の外部への電磁波の放射を抑制する目的、および外部から照射される電磁波を遮蔽する目的で、たとえば特開2006-319014号公報(特許文献1)のように半導体装置に金属製の覆いが設けられる。特開2006-319014号公報においては、リードフレームを用いた両面モールドパッケージが開示されている。当該パッケージはアウターリードを備えており、モールド部分の上側および下側の双方に金属製の覆いとしての金属ケースが取り付けられている。
またたとえば特開2010−40854号公報(特許文献2)においては、2枚のリードフレームを重ね合わせて固定し、接地された一方のリードフレームの全体が、他方のリードフレームのリード端子の全周を囲む構成が開示されている。これにより、一方のリードフレームは他方のリードフレームのリード端子から発生する漏れ信号および外部からの不要信号をシールド可能としている。
特開2006-319014号公報 特開2010−40854号公報
当該半導体装置を実装することにより形成される高周波応用機器の組立てを容易にするために、表面実装技術で高周波応用機器を組み立てることができる半導体装置が求められている。また、高周波応用機器を小型化するために、半導体装置が占有する実装面積を縮小することが求められる。
特開2006-319014号公報に開示された半導体装置は、電磁遮蔽のための金属ケースを有しているが、その側面からアウターリードが突き出しているため、その外部リードの分だけ、半導体装置全体が占有する実装面積が大きい。また金属ケースの外にアウターリードが突き出しているため、その突き出された部分の信号端子を電磁遮蔽することができない。
一方、特開2010−40854号公報に開示された半導体装置は、アウターリード構造ではなく、端子が底面に配置された底面電極構造である。しかし特開2010−40854号公報においては2枚のリードフレームを組み立てるために嵌合領域が必要となる。また2枚のリードフレームを嵌合させ組み立てた後、最終的に嵌合領域などは除去されるため、リードフレーム材料全体の利用効率が低い。
本発明は以上の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、実装面積が小さく、かつリードフレーム材料全体の利用効率がより高い半導体装置およびその製造方法を提供することである。
本発明の半導体装置は、単一のリードフレームと、半導体素子と、モールド材料とを備えている。半導体素子はリードフレームの一方の主表面上に接合され、モールド材料はリードフレームの一方の主表面を覆い半導体素子を封止する。リードフレームは、ダイアタッチ部と、信号端子部と、接地端子部とを含み、ダイアタッチ部、信号端子部および接地端子部は一方の主表面に沿う方向に並ぶようにモールド材料の真下に配置される。リードフレームにおける互いに隣り合うダイアタッチ部と接地端子部との間および信号端子部と接地端子部との間には、リードフレームが貫通されるように除去された溝部が形成されている。
本発明の半導体装置の製造方法は、単一のリードフレームが準備される。互いに隣り合うダイアタッチ部と接地端子部との間および信号端子部と接地端子部との間に、リードフレームが貫通されるように除去された溝部が形成される。モールド材料によりリードフレームの一方の主表面が覆われ半導体素子が封止される。モールド材料は、ダイアタッチ部、信号端子部および接地端子部の真上に重なるように供給される。接地端子部は、モールド材料の平面視における外周部に配置される。
本発明によれば、リードフレームの各端子がすべてモールド材料と平面的に重なる領域に配置され、その外側に向けて延びないため、部品全体が占有する面積が小さくなる。また単一のリードフレームにより各端子が形成されるため、2枚のリードフレームを組み立てる工程が不要となり、リードフレーム材料全体の利用効率が高められる。
実施の形態1の半導体装置の概略平面図である。 実施の形態1の半導体装置の概略断面図である。 実施の形態1の半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。 実施の形態1の半導体装置の製造方法の第1工程を示す概略平面図である。 実施の形態1の半導体装置の製造方法の第1工程を示す概略断面図である。 実施の形態1の半導体装置の製造方法の第2工程を示す概略断面図である。 実施の形態1の半導体装置の製造方法の第3工程を示す概略断面図である。 実施の形態1の半導体装置の製造方法の第4工程を示す概略断面図である。 実施の形態1の半導体装置の製造方法の第5工程を示す概略断面図である。 実施の形態1の半導体装置の製造方法の第6工程を示す概略断面図である。 実施の形態1の半導体装置の製造方法の第7工程を示す概略断面図である。 第1の比較例の半導体装置の概略断面図である。 第2の比較例の半導体装置の形成途中における一工程での態様を示す概略断面図である。 実施の形態2の半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。 実施の形態3の半導体装置の概略断面図である。 実施の形態3の半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。 実施の形態3の半導体装置の製造方法の、図10の工程に続く第7工程を示す概略断面図である。 実施の形態3の半導体装置の製造方法の、図17の工程に続く第8工程を示す概略断面図である。
以下、一実施の形態について図に基づいて説明する。
実施の形態1.
まず本実施の形態の半導体装置の構成について、図1および図2を用いて説明する。図1は本実施の形態の半導体装置の概略平面図であり、図2は本実施の形態の半導体装置の、特に図1のII−II線に沿う部分の概略断面図である。なお図2に示される導電性材料などの一部の領域は、図1においては省略されている。また説明の便宜のため、各図においてX方向、Y方向、Z方向が導入されている。図1および図2を参照して、本実施の形態の半導体装置100は、リードフレーム1と、半導体素子2と、プラスチックモールド材料としてのモールド材料3とを主に備えている。
リードフレーム1は半導体装置100全体の土台をなし、他の部材を載置するための平板形状の部材であり、たとえば銅からなることが好ましい。もしくはリードフレーム1は鉄とニッケルとの合金からなるものであってもよい。リードフレーム1は、たとえばZ方向上側の一方の主表面1aと、一方の主表面1aと反対側すなわちZ方向下側の他方の主表面1bとを含んでいる。図1に示すように、1つの半導体装置100には、基本的に単一のリードフレーム1のみが含まれている。
またリードフレーム1は、ダイアタッチ部11と、信号端子部12と、接地端子部13とを含んでいる。ダイアタッチ部11は、半導体素子2を載置し接合するための領域である。逆に言えば、リードフレーム1の一方の主表面1a上の一部、特にダイアタッチ部11の一方の主表面1a上に、半導体素子2が接合されている。ダイアタッチ部11と半導体素子2とは、両者の間に挟まれる接合材料4により接合されている。接合材料4はたとえば、金スズ合金はんだ、鉛スズ合金はんだ、スズ銀銅合金はんだ、金ゲルマニウム合金はんだ、金シリコン合金はんだからなる群から選択されるいずれかのはんだ材料からなることが好ましい。あるいは接合材料4は、粒径が1μm未満の金の粉末を用いた焼結金ペースト、粒径がたとえば1nm以上10nm以下の銀の粉末を用いた焼結銀ペースト、表面に防錆処理が施された銅の微粒粉末を用いた焼結銅ペーストからなる群から選択されるいずれかであってもよい。さらに接合材料4は、粒径がたとえば1μm以上100μm以下の銀の粉末を用いた導電性銀ペーストであってもよい。
信号端子部12は、ダイアタッチ部11に接合された半導体素子2と、金属細線5を介して電気的に接合される部分である。また信号端子部12は、半導体装置100の外部との電気的接続を可能とする部分でもある。金属細線5は、その延在方向に交差する断面が直径10μm以上50μm以下の金ワイヤ、銀ワイヤ、銅ワイヤからなる群から選択されるいずれかであることが好ましい。
接地端子部13は、図示されない接地電位に接続される端子である。基本的にダイアタッチ部11、信号端子部12および接地端子部13はリードフレーム1の一方の主表面1aに沿う方向(たとえばX方向)に並ぶように配置されるが、その並ぶ順序などは特に限定されず、それぞれの配置される数および位置は任意である。しかし図1および図2に示すように、ダイアタッチ部11、信号端子部12および接地端子部13は、平面視における内側から外側へ、たとえばX方向に関してこの順に並ぶように配置されることが好ましい。図1においてはX方向に関しては内側から外側へ、ダイアタッチ部11、信号端子部12、接地端子部13の順に並んでおり、言い換えれば信号端子部12はダイアタッチ部11の外側に、接地端子部13は信号端子部12の外側に、それぞれ配置されている。また図1においてはY方向に関しては内側から外側へ、ダイアタッチ部11、接地端子部13の順に並んでいる。
ただし上記のダイアタッチ部11、信号端子部12および接地端子部13の配置にかかわらず、接地端子部13は、モールド材料3の平面視における外周部に配置されている。すなわち接地端子部13は、ダイアタッチ部11および信号端子部12よりも、半導体装置100において平面視における外側に配置されている。また接地端子部13は、信号端子部12を取り囲むように配置されている。以上がリードフレーム1の大まかな構成である。
次に、半導体素子2は、たとえばシリコン、シリコンゲルマニウム、ガリウムヒ素、ガリウムナイトライド、シリコンカーバイドからなる群から選択されるいずれかの材料からなるチップ状の部材である。半導体素子2の上記チップ状の部材には、半導体ウェハプロセスの技術を用いて、トランジスタおよび回路配線などが集積されている。
モールド材料3は、リードフレーム1の一方の主表面1aを覆い、半導体素子2を封止する部材である。言い換えれば、リードフレーム1と、半導体素子2と、金属細線5とをZ方向上側から覆い取り囲むようにモールド材料3が配置されている。さらに言い換えれば、ダイアタッチ部11、信号端子部12および接地端子部13は、リードフレーム1の一方の主表面1aに沿う方向に並ぶように、モールド材料3の真下(Z方向下側)に配置されている。
モールド材料3は、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂材料に、球状シリカまたは粉砕シリカなどの無機フィラーが添加されたものが用いられることが好ましい。無機フィラーが添加されることにより、モールド材料3の線膨張係数とリードフレーム1の線膨張係数との値を互いに近づることができ、環境温度が変化した際に生じる変形および内部応力を低減することができる。
リードフレーム1において、互いに隣り合うダイアタッチ部11と接地端子部13との間、および信号端子部12と接地端子部13との間には、溝部6が形成されている。つまり接地端子部13とそれに隣り合うダイアタッチ部11または信号端子部12との間には、溝部6が形成されている。溝部6は、リードフレーム1がZ方向に関して貫通されるように除去されることで形成された、Z方向に延びる領域である。図2に示すように、溝部6は、リードフレーム1の他方の主表面1bから一方の主表面1aに達するようにこれを貫通し、さらにそこからそのZ方向上側に延びている。これにより溝部6は、リードフレーム1のZ方向上側に重なるように接するモールド材料3内に達するようにZ方向上方に延びている。
その他、本実施の形態の半導体装置100は、導電性材料7と、被覆膜8と、酸化被膜9とを有している。導電性材料7は、モールド材料3の少なくとも一部を覆うようにその外側に形成されている。図2においては導電性材料7は、モールド材料3のZ方向上側を向く上面、およびモールド材料3のX方向(および図示されないがY方向)を向く各側面のほぼ全面を覆うように形成された薄膜である。
上記のように、リードフレーム1において接地端子部13は、ダイアタッチ部11および信号端子部12よりも平面視における外側に配置され、モールド材料3の平面視における外周部に配置される。このためモールド材料3のX方向およびY方向の最外面を覆う導電性材料7の薄膜は、モールド材料3の平面視における外周部に配置される接地端子部13の少なくとも側面(第1の側面)に接している。ここで接地端子部13の第1の側面とはX方向またはY方向を向く面であるため、導電性材料7の薄膜は、リードフレーム1の接地端子部13の厚み方向であるZ方向に延びる面に接している。導電性材料7との接続を可能とする観点から、リードフレーム1の接地端子部13は、モールド材料3の平面視における最外周の少なくとも一部を含むように配置されている。
導電性材料7は、銅合金またはニッケル合金などの金属薄膜、銀ペーストなどの導電性接着剤の薄膜、銅合金またはニッケル合金などのめっき膜からなる群から選択されるいずれかにより形成されることが好ましい。
被覆膜8は、リードフレーム1のダイアタッチ部11、信号端子部12、接地端子部13のそれぞれの、他方の主表面1b上に形成された薄膜である。被覆膜8は基本的にリードフレーム1の防錆のために形成されている。被覆膜8は、イミダゾールなどの防錆皮膜、無電解ニッケルめっき膜、無電解ニッケルめっき膜と無電解金めっき膜とが層状に形成された無電解ニッケル金めっき膜、無電解ニッケルめっき膜と無電解パラジウムめっき膜と無電解金めっき膜とが層状に形成された無電解ニッケルパラジウム金めっき膜からなる群から選択されるいずれかである。これによりリードフレーム1のダイアタッチ部11、信号端子部12、接地端子部13を他方の主表面1b側から保護することができる。
酸化被膜9は、リードフレーム1のダイアタッチ部11、信号端子部12、接地端子部13が溝部6と接する側面1c(第2の側面)に形成された薄膜である。言い換えればリードフレーム1の溝部6の、ダイアタッチ部11、信号端子部12、接地端子部13のそれぞれと接する側面1cには、緻密な酸化被膜が形成されている。
次に、図3のフローチャートおよび図4〜図11、図2の概略図を用いて、本実施の形態の半導体装置の製造方法について説明する。
図3は、本実施の形態の半導体装置100の製造方法に含まれる工程を示すフローチャートである。図3を参照して、ダイボンド工程(S10)、すなわちリードフレーム1のダイアタッチ部11に半導体素子2を接合する工程が行なわれるが、その前にリードフレームが準備される。
図4は、本実施の形態の半導体装置100の製造方法に用いられるリードフレームの概略平面図である。図5は図4のリードフレームの、特に図4のV−V線に沿う部分の概略断面図である。したがって図4における各部材の配置は図1の本実施の形態の半導体装置における各部材の配置と基本的に同様となっている。図4および図5を参照して、まずダイアタッチ部11と、信号端子部12と、接地端子部13とを含むリードフレーム1が準備される。ここでは、1つの半導体装置100に対して、基本的に単一のリードフレーム1のみが準備される。
上記のように、基本的にダイアタッチ部11、信号端子部12および接地端子部13はリードフレーム1の一方の主表面1aに沿う方向(たとえばX方向)に並ぶように配置される。また図4においてはX方向に関しては内側から外側へ、ダイアタッチ部11、信号端子部12、接地端子部13の順に並んでおり、言い換えれば信号端子部12はダイアタッチ部11の外側に、接地端子部13は信号端子部12の外側に、それぞれ配置されている。また図4においてはY方向に関しては内側から外側へ、ダイアタッチ部11、接地端子部13の順に並んでいる。
リードフレーム1は、当初においては、図4のY方向に関して互いに間隔をあけて隣り合うダイアタッチ部11と接地端子部13とは、両者間のタイバー14を介して連結されている。また図4のX方向に関して互いに間隔をあけて隣り合う信号端子部12と接地端子部13とは、両者間のタイバー14を介して連結されている。すなわち当初(後述のタイバー14が除去される工程の前)におけるリードフレーム1は、図のようにダイアタッチ部11と、信号端子部12と、接地端子部13と、タイバー14とにより、これらがすべて一体の平板状の部材として構成している。このため、たとえばこれらの各部材11〜14が互いに別部材である場合に比べて各工程に置けるリードフレーム1の取り扱いが容易になり、効率よく半導体装置100を組み立てることができる。これらの各部材11〜14がすべて一体であることから、各部材間の相互の位置関係は維持されるためである。
リードフレーム1は上記のように銅、または鉄とニッケルとの合金が平板状に形成されたものである。リードフレーム1の形成工程においては、たとえばタフピッチ銅または無酸素銅などの銅材料が冷間圧延加工などにより、金属部材が一方の主表面1aおよび他方の主表面1bを有する平板状となるように成形される。その後、ワイヤー放電加工およびプレス加工などにより、ダイアタッチ部11、信号端子部12、接地端子部13などが任意の数および配置となるように形成される。接地端子部13とダイアタッチ部11または信号端子部12との間に挟まれるタイバー14の部分には、工程内および工程間におけるリードフレーム1のハンドリングのために用いられる搬送代、位置決め穴、またはパイロット穴などが形成されてもよい。
図6は図5に続く工程におけるリードフレームの態様を示す概略断面図である。図6および図3を参照して、図4および図5のように形成されたリードフレーム1のダイアタッチ部11として割り当てられる部分の一方の主表面1aに、半導体素子2が接合される(S10)。ここでの接合材料4としてはんだ材料を用いる場合には、糸状の線はんだ、もしくは板状のリボンはんだを適量切り出したものが用いられる。
ここでフラックスを使用せずにはんだの接合材料4を用いて図6の工程を行なう場合には、まず窒素などダイアタッチ部11の周囲の酸素濃度が200ppm程度にまで下げられた後に、はんだの融点より20℃以上30℃以下程度高い温度に加熱される。これによりはんだが溶融され、リードフレーム1のダイアタッチ部11と半導体素子2との間に当該接合材料4が十分になじませられる。このとき半導体素子2を水平方向すなわちXY平面に沿う方向に動かすことが好ましい。そのようにすれば接合材料4がダイアタッチ部11と半導体素子2との間に接合材料4をよりよくなじませることができる。接合材料4のはんだが十分になじんだところで加熱を終え、接合材料4をはんだの融点より低い温度にまで冷却することにより接合材料4が凝固する。その際に、はんだの融点付近の温度における冷却速度を毎秒4℃以上6℃以下にすることが好ましい。そのようにすれば、ダイアタッチ部11と半導体素子2との間の接合材料4の平面視に置ける外周部と内部との温度差に応じて生じる、はんだが凝固するタイミングの差が小さくなるため、接合材料4による接合状態を良好にすることができる。
またここでフラックスを使用してはんだの接合材料4を用いて図6の工程を行なう場合には、糸状の線はんだまたは板状のリボンはんだに液状またはペースト状のフラックスが供給されてもよい。あるいは粉状のはんだとフラックスとが予め混合されたソルダーペーストが用いられてもよい。はんだ付け工程が終わった後に、はんだの周囲に付着したフラックスの残渣を除去するために、半導体素子2が接合されたリードフレーム1がフラックス洗浄液に浸漬され、フラックスが溶解される。その際に、半導体素子2がはんだ付けされたリードフレーム1がフラックス洗浄液中で揺動されたり、フラックス洗浄液が流動されたり、フラックス洗浄液に超音波振動が印加されることが好ましい。このようにすれば、フラックスの残渣を残らず除去しやすくなる。またフラックス洗浄液へのフラックスの溶解性を高めるために、フラックス洗浄液を暖めておくことが好ましい。
またここで接合材料4として導電性接着剤を用いて図6の工程を行なう場合には、シリンジ容器に充填された導電性接着剤を空気圧によって押し出すディスペンス方式、または転写皿に伸ばし広げられた導電性接着剤をハンコの要領で転写するスタンプ方式が用いられることで、ダイアタッチ部11に所望の量の導電性接着剤が供給され、その後半導体素子2が搭載され導電性接着剤が押し広げられる。その後、オーブンで加熱して導電性接着剤を熱硬化させることにより、半導体素子2が接合されたリードフレーム1が形成される。
図7は図6に続く工程におけるリードフレームの態様を示す概略断面図である。図7および図3を参照して、図6のようにリードフレーム1に接合された半導体素子2と信号端子部12とが、金属細線5を介して電気的に接合される、ワイヤーボンド工程が行なわれる(S20)。金属細線5はたとえばアルミニウムの細線である。ワイヤーボンド工程においては、まず金属細線5が筒状のキャピラリツールを通して設置される。次に金属細線5の先端が加熱溶融されることでイニシャルボールを形成することで、金属細線5が半導体素子2などに超音波加熱加圧接合される。
図8は図7に続く工程におけるリードフレームの態様を示す概略断面図である。図8および図3を参照して、モールド材料3により、リードフレーム1の一方の主表面1aが覆われ半導体素子2が封止される、プラスチックモールド封止工程がなされる(S30)。具体的には、内壁の表面に離型材料が薄く付着された金型が予め加熱された状態で、その金型の内部に、上記の半導体素子2および金属細線5が接合されたリードフレーム1が載置される。その後、たとえばトランスファーモールド法により、当該金型の内部に、加熱され軟化されたプラスチックのモールド材料3が押し込まれるように注入される。これにより当該金型の内部にはモールド材料3が充填される。その後、金型の内部が加圧された状態を保ちながらモールド材料3が硬化される。金型の内壁の表面には離型材料が付着されているため、硬化したモールド材料3は金型に固着することなく容易に取り外される。
この工程により、モールド材料3は、ダイアタッチ部11、信号端子部12および接地端子部13の真上に重なるように供給される。したがってリードフレーム1のダイアタッチ部11、信号端子部12および接地端子部13は一方の主表面1aに沿う方向に並ぶようにモールド材料3の真下に配置され、これらはすべて一方の主表面1a側がモールド材料3に覆われるように封止される。
また上記のように接地端子部13はダイアタッチ部11および信号端子部12の平面視における外側に配置されるが、図8の工程において、接地端子部13は、モールド材料3の平面視における外周部に配置される。
図9は図8に続く工程におけるリードフレームの態様を示す概略断面図である。図9および図3を参照して、ダイアタッチ部11、信号端子部12、接地端子部13のそれぞれの一方の主表面1aと反対側の他方の主表面1b上に被覆膜8が形成される、表面処理被覆形成工程がなされる(S40)。この工程においてはリードフレーム1の他方の主表面1bの全面に被覆膜8が形成されるため、たとえばタイバー14の部分の他方の主表面1bにも被覆膜8が形成される。被覆膜8は、たとえばイミダゾールなどの防錆材料の液相中に浸漬されることで、イミダゾールの防錆皮膜が付着するように形成されてもよい。
あるいは被覆膜8としてめっき膜が形成される場合には、以下の処理がなされる。まずモールド材料3により半導体素子2などが封止されたリードフレーム1が、酸性の洗浄液により洗浄される。これにより、リードフレーム1の特にダイアタッチ部11、信号端子部12、接地端子部13およびタイバー14の各部分の他方の主表面1bの酸化被膜が除去される。その後当該リードフレーム1が無電解めっき液に浸漬されることで、無電解めっき膜が他方の主表面1bに析出される。当該工程により無電解ニッケル金めっき膜が形成される場合、これを構成する層状に形成される膜のうち無電解ニッケルめっき膜の厚みを5μm以上、無電解金めっき膜の厚みを0.05μm以上とすることが好ましい。このようにすれば、完成後の半導体装置100を高周波機器に表面実装する際に生じ得る不具合を抑制することができる。
図10は図9に続く工程におけるリードフレームの態様を示す概略断面図である。図10および図3を参照して、モールド材料3の少なくとも一部を覆い、接地端子部13の少なくとも側面(第1の側面)に接する導電性材料7が形成される、導電性材料形成工程がなされる(S50)。このとき、モールド材料3の表面には封止工程に用いた金型の内壁表面の離型材料が付着しているため、これを十分に除去した後に導電性材料7の薄膜が形成されることが好ましい。マスク部材により予めリードフレーム1の他方の主表面1bが覆われた上で導電性材料7が形成されることが好ましい。これにより他方の主表面1b上への導電性材料7の付着を抑制することができる。
導電性材料7の薄膜が銅合金またはニッケル合金などの金属薄膜からなる場合は、導電性材料7は蒸着加工、スパッタリング加工、電気めっき加工、無電解めっき加工からなる群から選択されるいずれかの加工方法により形成されることが好ましい。あるいは導電性材料7の薄膜が銀ペーストなどの導電性接着剤の薄膜からなる場合は、スクリーン印刷、スプレー噴霧、電着塗装からなる群から選択されるいずれかの方法によりモールド材料3の表面上などに導電性材料7を塗工した後にオーブンなどで熱硬化させることにより形成されることが好ましい。この場合、マスク部材として粘着テープを予めリードフレーム1の他方の主表面1bに貼り付けておけば、銀ペーストを塗工した後にマスク部材を容易に取り外すことができる。このため完成後の半導体装置100を高周波機器に表面実装する際に生じ得る不具合を抑制することができる。
図11は図10に続く工程におけるリードフレームの態様を示す概略断面図である。図11および図3を参照して、互いに隣り合うダイアタッチ部11と接地端子部13との間および信号端子部12と接地端子部13との間に、リードフレーム1が貫通されるように除去された溝部6が形成される、溝部形成工程がなされる(S60)。具体的には、リードフレーム1のタイバー14の部分、およびそれと重なる被覆膜8の部分が、他方の主表面1bから一方の主表面1aまでこれを貫通するように除去される。これにより互いに間隔をあけて配置されるダイアタッチ部11および接地端子部13が切り離され、かつ互いに間隔をあけて配置される信号端子部12および接地端子部13が切り離される。なお溝部6は、リードフレーム1のタイバー14の部分とZ方向に関して重なるように接するモールド材料3内に達するように形成される。すなわち当該溝部6は、図11に示すように、リードフレーム1の除去された部分と平面視に置いて重なる領域において、モールド材料3を部分的に除去するように形成されている。さらに言い換えれば溝部6は、リードフレーム1からモールド材料3内までZ方向に延びている。
溝部6を形成する手段として、円盤状ののこぎりを使用するブレードソー加工や円柱状のドリルを使用するルーター加工などの切削加工が用いられてもよいし、レーザー光線を用いるレーザー加工が用いられてもよい。
再度図2および図3を参照して、ダイアタッチ部11、信号端子部12、接地端子部13が溝部6と接する側面1c(第2の側面)に酸化被膜9が形成される、酸化被膜形成工程がなされる(S70)。具体的には、溝部6が形成したのちに当該リードフレーム1が大気雰囲気のオーブンで加熱処理される。これにより、リードフレーム1のダイアタッチ部11と信号端子部12と接地端子部13とのそれぞれの溝部6に接する第2の側面に緻密な酸化被膜9が形成される。
図示されないが、以上のように形成された半導体装置100は、高周波応用機器に表面実装されることにより使用される。
以下、比較例について説明しながら、本実施の形態の作用効果について説明する。
図12は第1の比較例の半導体装置の概略断面図である。図12を参照して、第1の比較例の半導体装置901において、本実施の形態の半導体装置100と同一の構成要素については同一の符号を付しその説明を繰り返さない。図12に示すように、第1の比較例においては、リードフレーム1が、ダイアタッチ部11と、信号端子部12とを含み、ダイアタッチ部11上に接合された半導体素子2の全体と、信号端子部12の一部が、モールド材料3に覆われ封止されている。信号端子部12の一部は、モールド材料3の最表面3aから平面視における外側へ突出するようにはみ出している。なお信号端子部12のZ方向上側のモールド材料3の最表面3aは、半導体装置100の導電性材料7に相当する上側金属ケース71に覆われており、信号端子部12のZ方向下側のモールド材料3の最表面3aは、半導体装置100の導電性材料7に相当する下側金属ケース72に覆われている。
このような半導体装置901は、モールド材料3から平面視に置ける外側に向けて信号端子部12が突出しているため、装置全体が占有する面積が大きくなる。
図13は第2の比較例の半導体装置の形成途中における一工程での態様を示す概略断面図である。図13を参照して、第2の比較例の半導体装置902において、本実施の形態の半導体装置100と同一の構成要素については同一の符号を付しその説明を繰り返さない。図13に示すように、第2の比較例においては、リードフレームとして、第1のリードフレーム10と、第2のリードフレーム19との2つのリードフレームが配置される。これらの2つのリードフレームは、半導体装置902の製造工程において、Z方向に関して互いに重ね合わせられる。
具体的には、第1のリードフレーム10は、製造工程中においては信号端子部12とそのX方向外側の挿入部15とを含み、これらはX方向に関して互いに間隔をあけて配置されている。信号端子部12および挿入部15はいずれも、第1のリードフレーム10のZ方向上側の主表面1dおよびその反対側の他方の主表面1bとからなる土台部分からZ方向上方に延びている。なお他方の主表面1bは2つのリードフレーム全体のZ方向最下部の主表面として形成されている。
一方、第2のリードフレーム19は、ダイアタッチ部11と、そのX方向外側の接地端子部13とを含み、これらはX方向に関して互いに間隔をあけて配置されている。ダイアタッチ部11は第2のリードフレーム19の中央部に配置され、その上側の主表面が2つのリードフレーム全体のZ方向最上部の主表面である一方の主表面1aとして形成されている。接地端子部13はその大部分がダイアタッチ部11の外側の、Z方向上側の主表面1eおよびその反対側のZ方向下側の主表面1fとからなる部分として形成されているが、最もダイアタッチ部11側においてやや屈曲しZ方向に延在している。接地端子部13は、上側の主表面1eから下方の主表面1fまでこれをZ方向に貫通する開口部16が形成されている。
第2のリードフレーム19の開口部16に第1のリードフレーム10の挿入部15が挿入されることで2つのリードフレームが嵌合された嵌合領域17が形成される。ダイアタッチ部11、信号端子部12、半導体素子2の全体および接地端子部13の一部(ダイアタッチ部11側において屈曲しZ方向に延在する部分)はモールド材料3により封止されるが、接地端子部13の大部分および開口部16はモールド材料3の外側に配置される。
以上のように嵌合領域17にて2つのリードフレームが組み合わせられたところで、破線18よりZ方向下側の部分が除去加工されることにより、半導体装置902が形成される。この半導体装置902は、除去加工後のモールド材料3の最下面から信号端子部12および接地端子部13の双方が露出するため、半導体装置901のようなリードフレームにより全体の専有面積が大きくなる問題を回避できる。しかし半導体装置902においては、2枚のリードフレームが組み合わされた構成を有するため、それらの組立て工程が複雑となる。また嵌合領域17などは最終的に除去されるため、形成されたリードフレームのうち最終的に半導体装置902に残る部分の割合が少なく、リードフレームの材料の製品への利用効率が低いという問題がある。
そこで本実施の形態の半導体装置100においては、まずダイアタッチ部11、信号端子部12および接地端子部13がリードフレーム1の一方の主表面1aに沿う方向に並ぶようにモールド材料3の真下に配置される。すなわち半導体装置901のように信号端子部12がモールド材料3から平面視において突出する構成とはなっていない。このため半導体装置100の専有面積をモールド材料3の平面積と等しくすることができ、半導体装置901の構成に比べて小さくすることができる。このため半導体装置100を高周波応用機器に表面実装する際にも、その占有面積を少なくすることができる。
また半導体装置100は単一のリードフレーム1のみにより構成されている。このため半導体装置902のように2つのリードフレームを組み合わせる製造方法を採用する必要がなくなり、製造工程が簡略化できる。また嵌合領域17および除去される領域がなくなることから、リードフレームを構成する材料の製品への利用効率を高めることができる。
その他、本実施の形態の半導体装置100においては、ダイアタッチ部11と接地端子部13との間、および信号端子部12と接地端子部13との間に溝部6が形成されることでこれら各部間が互いに電気的に絶縁された構成となっている。また接地端子部13は接地電位に接続され、モールド材料3の平面視における外周部に配置される。これにより、接地端子部13を接地電位に接続させることが容易になり、信号端子部12は外部に対する電磁波の入出力を遮蔽することができる。これは接地端子部13が信号端子部12と絶縁を保ちつつ信号端子部12への電磁波の入力および信号端子部12からの電磁波の出力を遮蔽する役割を果たすためである。
上記の電磁波の入出力を遮蔽するために、本実施の形態のリードフレーム1は、信号端子部12はダイアタッチ部11の外側に、接地端子部13は信号端子部12の外側に配置されることが好ましい。これにより、接地端子部13が信号端子部12を平面視における外側から取り囲むことができるため、接地端子部13による信号端子部12への電磁波の入力および信号端子部12からの電磁波の出力を遮蔽する効果が高められる。
また導電性材料7が、接地端子部13の少なくとも第1の側面に接するように形成される。導電性材料7はモールド材料3の少なくとも一部(基本的に最上面および側面のほぼ全面)を覆うように形成されるため、導電性材料7と接地端子部13とが互いに接し両者が同電位となる。これによりモールド材料3の最表面を覆う導電性材料7と接地端子部13とが電磁気的シールド構造を構成する。このため接地端子部13は、これが取り囲む信号端子部12に対する遮蔽効果を高めることができる。
溝部6の側面のうちダイアタッチ部11、信号端子部12および接地端子部13と接する第2の側面には酸化被膜9が形成されている。これにより、半導体装置100を高周波応用機器に表面実装する際に、溝部6の第2の側面に実装用のはんだが濡れ広がることが防止できる。酸化被膜9ははんだに濡れにくいためである。このため、リードフレーム1のダイアタッチ部11、信号端子部12および接地端子部13が電気的に短絡する可能性を低減することができる。
実施の形態2.
本実施の形態の半導体装置は、基本的に実施の形態1の半導体装置100と同様の構成を有するため、詳細な説明を繰り返さない。本実施の形態においては実施の形態1と比較して、その製造方法において一部異なっている。以下では図14を用いて、本実施の形態の半導体装置の製造方法について説明する。
図14は、本実施の形態の半導体装置100の製造方法に含まれる工程を示すフローチャートである。図14を参照して、本実施の形態においては、図3の実施の形態1の製造方法における導電性材料形成工程(S50)と溝部形成工程(S60)との順序が逆になっている。すなわち本実施の形態においては、導電性材料7を形成する工程(図10参照)は、溝部6を形成する工程(図11参照)の後になされる。
なお本実施の形態の製造方法は以上の各点について実施の形態1の製造方法と異なるが、他については基本的に実施の形態1の製造方法と同様であるため、ここではその説明を繰り返さない。
上述しないが、導電性材料7として銅合金またはニッケル合金などのめっき膜が加工された後には、半導体装置100に付着した水分を乾燥する工程が発生する。このためたとえば溝部6が形成された後に導電性材料7としてのめっき膜が形成されれば、水分を乾燥する工程の際に溝部6の第2の側面に酸化被膜9を形成することができる。このため本実施の形態においては実質的に酸化被膜形成工程(S70)を省略することができる。
実施の形態3.
本実施の形態の半導体装置は、基本的に実施の形態1の半導体装置100と同様の構成を有するため、以下において半導体装置100と同一の構成要素については同一の符号を付しその説明を繰り返さない。ただし本実施の形態においては実施の形態1と比較して、その構成において一部異なっている。以下では図15を用いて、本実施の形態の半導体装置の、半導体装置100との構成上の差異について説明する。
図15は実施の形態3の半導体装置の概略断面図である。図15を参照して、本実施の形態の半導体装置200においては、溝部6の構成において半導体装置100と異なっている。具体的には、半導体装置200の溝部6は、断面図においてZ方向中央部におけるX方向(およびY方向)の幅W1が、Z方向上端部および下端部におけるX方向(およびY方向)の幅W2よりも広くなっており、概ね樽型の形状を有している。
すなわち半導体装置200の溝部6は、断面図におけるZ方向中央部の第1の領域61と、第1の領域以外すなわち断面図におけるZ方向上端部および下端部の第2の領域62とを含んでいる。溝部6は、第1の領域61における一方の主表面1aに沿うX方向およびY方向の幅W1は、第2の領域62における一方の主表面1aに沿うX方向およびY方向の幅W2より大きくなるよう、溝部6の第2の側面1cが外側に膨らんでいる。その結果、図15に示すように、信号端子部12および接地端子部13の溝部6と接する側面1cが上記のように膨らむように湾曲している。溝部6の側面1cが湾曲しているため、ここに形成される酸化被膜9も同様に樽型となるように湾曲している。なお幅W1は幅W2の1.1倍以上1.3倍以下、たとえば1.2倍となるように形成されることが好ましい。
なお図15においては信号端子部12と接地端子部13との間の溝部6が樽型形状を有する例を示しているが、本実施の形態においてはダイアタッチ部11と接地端子部13との間の溝部6についても同様に樽型形状を有するように形成されてもよい。
本実施の形態の半導体装置200の製造方法は、基本的に実施の形態1の半導体装置100の製造方法と同様であるが、上記のような樽型の溝部6が形成されるためになされる処理において若干の相違がある。図16のフローチャートおよび図17、図18の概略図を用いて、本実施の形態の半導体装置の製造方法について説明する。
図16は、本実施の形態の半導体装置200の製造方法に含まれる工程を示すフローチャートである。図16を参照して、本実施の形態の半導体装置200の製造方法においては、工程(S10)〜工程(S50)までの各工程については実施の形態1と同様になされるため、ここではその説明を繰り返さない。
図17は実施の形態1の工程(S50)すなわち図10に示す導電性材料7が形成される工程に続く工程におけるリードフレームの態様を示す概略断面図である。図17および図16を参照して、工程(S40)において形成された表面処理被覆としての被覆膜8が部分的に除去される、表面処理被覆除去工程(S60A)がなされる。具体的には、溝部6を形成する工程の一部としてなされる工程であり、溝部6を形成すべき領域すなわちタイバー14の他方の主表面1b上に、タイバー14と重なるように形成された被覆膜8が除去される。
図17のようにタイバー14の真下に被覆膜8が除去された被覆膜除去領域81を形成するためには、たとえば以下の処理がなされる。タイバー14の真下以外の領域に形成された被覆膜8のZ方向下側の面に、図示されないマスク部材が取り付けられる。その状態でリードフレーム1が第1の薬液中に投入され浸漬される。ここで用いられる第1の薬液は、被覆膜8を溶解しやすくリードフレーム1を溶解しにくい薬液であることが好ましい。これにより、マスク部材が取り付けられず露出しているタイバー14の部分の被覆膜8が溶解し除去され、図17に示す態様となる。
あるいは以下の方法により被覆膜除去領域81が形成されてもよい。たとえばタイバー14の部分の被覆膜8のみにレーザー加工がなされることにより当該部分の被覆膜8のみが除去されることで被覆膜除去領域81が形成される。
図18は図17に続く工程におけるリードフレームの態様を示す概略断面図である。図18および図16を参照して、タイバー14の真下に被覆膜除去領域81が形成された状態で、リードフレーム1が第2の薬液中に投入され浸漬される。ここで用いられる第2の薬液は、被覆膜8を溶解しにくくリードフレーム1を溶解しやすい薬液であることが好ましい。これにより被覆膜8は除去されることなく、被覆膜除去領域81と重なるリードフレーム1の部分が除去される。
このとき、被覆膜除去領域81と重なるタイバー14の部分のみならず、特にリードフレーム1のZ方向中央部においては、その周囲の信号端子部12および接地端子部13が部分的に溶解される。すなわち被覆膜8が除去された領域の幅よりも、タイバー14を含むリードフレーム1が除去された領域の幅が大きくなるように除去される。ここでの幅とは図18のX方向(またはY方向)に沿う、リードフレーム1の一方の主表面1aに沿う方向の幅である。これによりリードフレーム1が除去された領域は、その第2の側面1cが部分的に外側に膨らんだ第1の領域61と、それ以外の第2の領域62とを有する溝部6として形成される(S60B)。以上の工程(S60A)および工程(S60B)を併せたものが実施の形態1の溝部形成工程(S60)に相当する。
その後の工程(S70)については実施の形態1と同様になされるため、ここではその説明を繰り返さない。
本実施の形態のように第1の領域61および第2の領域62を含む樽型の溝部6を形成することにより、リードフレーム1にて互いに隣り合うダイアタッチ部11と信号端子部12と接地端子部13のそれぞれの距離を広くすることができる。これは第1の領域61が外側に膨らんだ分だけ溝部6の幅が広くなるためである。そのため、半導体装置200を高周波応用機器に表面実装する際に、樽型の溝部6の内部に表面実装用のはんだが濡れ広がることをより確実に抑制することができる。
なお本実施の形態においても、実施の形態2と同様に、工程(S50)と工程(S60)との順序が逆にされてもよい。この場合、図14における工程(S60)が図16の工程(S60B)に置き換えられ、かつ工程(S40)と工程(S60B)との間に図16の工程(S60A)が挟まれる。
以上に述べた各実施の形態(に含まれる各例)に記載した特徴を、技術的に矛盾のない範囲で適宜組み合わせるように適用してもよい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 リードフレーム、1a 一方の主表面、1b 他方の主表面、1c 側面、1d,1e 上側の主表面、1f 下側の主表面、2 半導体素子、3 モールド材料、3a 最表面、4 接合材料、5 金属細線、6 溝部、7 導電性材料、8 被覆膜、9 酸化被膜、10 第1のリードフレーム、11 ダイアタッチ部、12 信号端子部、13 接地端子部、14 タイバー、15 挿入部、16 開口部、17 嵌合領域、18 破線、19 第2のリードフレーム、61 第1の領域、62 第2の領域、71 上側金属ケース、72 下側金属ケース、81 被覆膜除去領域、100,200,901,902 半導体装置。
本発明の半導体装置は、単一のリードフレームと、半導体素子と、モールド材料とを備えている。半導体素子はリードフレームの一方の主表面上に接合され、モールド材料はリードフレームの一方の主表面を覆い半導体素子を封止する。リードフレームは、ダイアタッチ部と、信号端子部と、接地端子部とを含み、ダイアタッチ部、信号端子部および接地端子部は一方の主表面に沿う方向に並ぶようにモールド材料の真下に配置される。リードフレームにおける互いに隣り合うダイアタッチ部と接地端子部との間および信号端子部と接地端子部との間には、リードフレームが貫通されるように除去された溝部が形成されている。ダイアタッチ部、信号端子部、接地端子部のそれぞれの一方の主表面と反対側の他方の主表面上に形成された被覆膜と、ダイアタッチ部、信号端子部、接地端子部が溝部と接する第2の側面に形成された酸化被膜とをさらに備える。
本発明の半導体装置は、単一のリードフレームと、半導体素子と、モールド材料とを備えている。半導体素子はリードフレームの一方の主表面上に接合され、モールド材料はリードフレームの一方の主表面を覆い半導体素子を封止する。リードフレームは、ダイアタッチ部と、信号端子部と、接地端子部とを含み、ダイアタッチ部、信号端子部および接地端子部は一方の主表面に沿う方向に並ぶようにモールド材料の真下に配置される。リードフレームにおける互いに隣り合うダイアタッチ部と接地端子部との間および信号端子部と接地端子部との間には、リードフレームが貫通されるように除去された溝部が形成されている。
本発明の半導体装置の製造方法は、単一のリードフレームが準備される。互いに隣り合うダイアタッチ部と接地端子部との間および信号端子部と接地端子部との間に、リードフレームが貫通されるように除去された溝部が形成される。モールド材料によりリードフレームの一方の主表面が覆われ半導体素子が封止される。モールド材料は、ダイアタッチ部、信号端子部および接地端子部の真上に重なるように供給される。接地端子部は、モールド材料の平面視における外周部に配置される。ダイアタッチ部、信号端子部、接地端子部のそれぞれの一方の主表面と反対側の他方の主表面上に被覆膜が形成される。ダイアタッチ部、信号端子部、接地端子部が溝部と接する第2の側面に酸化被膜が形成される。
本発明の半導体装置の製造方法は、単一のリードフレームが準備される。互いに隣り合うダイアタッチ部と接地端子部との間および信号端子部と接地端子部との間に、リードフレームが貫通されるように除去された溝部が形成される。モールド材料によりリードフレームの一方の主表面が覆われ半導体素子が封止される。モールド材料は、ダイアタッチ部、信号端子部および接地端子部の真上に重なるように供給される。接地端子部は、モールド材料の平面視における外周部に配置される。

Claims (11)

  1. 単一のリードフレームと、
    前記リードフレームの一方の主表面上に接合された半導体素子と、
    前記リードフレームの前記一方の主表面を覆い前記半導体素子を封止するモールド材料とを備え、
    前記リードフレームは、前記半導体素子が接合されたダイアタッチ部と、前記半導体素子と金属細線を介して電気的に接合された信号端子部と、接地電位に接続され前記モールド材料の平面視における外周部に配置された接地端子部とを含み、前記ダイアタッチ部、前記信号端子部および前記接地端子部は前記一方の主表面に沿う方向に並ぶように前記モールド材料の真下に配置され、
    前記リードフレームにおける互いに隣り合う前記ダイアタッチ部と前記接地端子部との間および前記信号端子部と前記接地端子部との間には、前記リードフレームが貫通されるように除去された溝部が形成されている、半導体装置。
  2. 前記信号端子部は前記ダイアタッチ部の外側に、前記接地端子部は前記信号端子部の外側に、それぞれ配置される、請求項1に記載の半導体装置。
  3. 前記溝部は、前記リードフレームに重なるように接する前記モールド材料内に達するように形成される、請求項1または2に記載の半導体装置。
  4. 前記モールド材料の少なくとも一部を覆い、前記接地端子部の少なくとも第1の側面に接する導電性材料と、
    前記ダイアタッチ部、前記信号端子部、前記接地端子部のそれぞれの前記一方の主表面と反対側の他方の主表面上に形成された被覆膜と、
    前記ダイアタッチ部、前記信号端子部、前記接地端子部が前記溝部と接する第2の側面に形成された酸化被膜とをさらに備える、請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置。
  5. 前記溝部は第1の領域と、前記第1の領域以外の第2の領域とを含み、
    前記第1の領域における前記一方の主表面に沿う方向の幅は、前記第2の領域における前記幅よりも大きくなるよう、前記溝部の前記第2の側面が外側に膨らんでいる、請求項4に記載の半導体装置。
  6. ダイアタッチ部と、信号端子部と、接地電位に接続される接地端子部とを含む単一のリードフレームを準備する工程と、
    前記リードフレームの前記ダイアタッチ部に半導体素子を接合する工程と、
    前記半導体素子と前記信号端子部とを金属細線を介して電気的に接合する工程と、
    モールド材料により前記リードフレームの一方の主表面を覆い前記半導体素子を封止する工程と、
    互いに隣り合う前記ダイアタッチ部と前記接地端子部との間および前記信号端子部と前記接地端子部との間に、前記リードフレームが貫通されるように除去された溝部を形成する工程とを備え、
    前記封止する工程においては、前記モールド材料は、前記ダイアタッチ部、前記信号端子部および前記接地端子部の真上に重なるように供給され、
    前記封止する工程においては、前記接地端子部は、前記モールド材料の平面視における外周部に配置される、半導体装置の製造方法。
  7. 前記リードフレームを準備する工程において、前記信号端子部は前記ダイアタッチ部の外側に、前記接地端子部は前記信号端子部の外側に、それぞれ形成される、請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
  8. 前記溝部を形成する工程において、前記溝部は、前記リードフレームに重なるように接する前記モールド材料内に達するように形成される、請求項6または7に記載の半導体装置の製造方法。
  9. 前記モールド材料の少なくとも一部を覆い、前記接地端子部の少なくとも第1の側面に接する導電性材料を形成する工程と、
    前記ダイアタッチ部、前記信号端子部、前記接地端子部のそれぞれの前記一方の主表面と反対側の他方の主表面上に被覆膜を形成する工程と、
    前記ダイアタッチ部、前記信号端子部、前記接地端子部が前記溝部と接する第2の側面に酸化被膜を形成する工程とをさらに備える、請求項6〜8のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
  10. 前記導電性材料を形成する工程は、前記溝部を形成する工程の後になされる、請求項9に記載の半導体装置の製造方法。
  11. 前記溝部を形成する工程は、
    前記溝部を形成すべき領域の前記他方の主表面上に形成された前記被覆膜を除去する工程と、
    前記被覆膜が除去された状態で、前記リードフレームを薬液に浸漬することにより前記被覆膜が除去された領域と重なる前記リードフレームを除去する工程とを含み、
    前記リードフレームを除去する工程により、前記被覆膜が除去された領域の幅よりも、前記リードフレームが除去された領域の幅が大きくなるように除去されることで、前記第2の側面が部分的に外側に膨らんだ前記溝部が形成される、請求項9または10に記載の半導体装置の製造方法。
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