JP2004319884A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ダイパッド1と、ダイパッド1の下面に形成された凹部6bと、ダイパッド1の上面において凹部6bと中心が略一致するように形成された凸部6aと、ダイパッド1の周囲に配置された電極端子5と、凸部6aの先端面に搭載された半導体素子2と、半導体素子2と電極端子5とを電気的に接続した接続部材4と、ダイパッド1、半導体素子2および接続部材4を封止した封止樹脂7とを備え、凸部6aの先端面の面積が凹部6bの底面の面積よりも大きくした。これにより、ダイパッド1の加工時において凸部6aを形成してアップセットする際、ダイパッド1の材肉の伸び分を凸部6a側の増加した面積分で吸収することができるので、高品質、高歩留り化を図ることができる。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、高密度実装が可能な小型で薄型の面実装用樹脂封止型半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、電子機器の小型化、高密度化に対応するために、半導体装置の小型、薄型化が進んでいる。小型、薄型の樹脂封止型半導体装置として実質的に片面封止されたQFN(Quad Flat Non−leaded Package)やSON(Small Outline Non−leaded Package)と称される半導体装置が開発されている。また、その製造方法は、組立コストを低減するため複数の半導体装置を一括して樹脂封止し、ダイシング加工によって個々の半導体装置に分割する工法が主流になりつつある。
【0003】
以下、従来の半導体装置(例えば、特許文献1)を、図6を用いて説明する。図6は従来のQFN型の樹脂封止型半導体装置を示す図であり、図6(a)は、概略的な構成を示す平面図であり、図6(b)は、概略的な構成を示す断面図であり、図6(c)は、概略的な構成を示す底面図である。図6に示すように、従来型の半導体装置は、サポートリード13によって支持されるダイパッド1に接着剤3を塗布して、その上に半導体素子2を固着している。ダイパッド1の中央付近は半切断加工によってアップセットされている。サポートリード13は曲げ加工することで、その中央部を封止樹脂体7に埋没している。半導体素子2には金属細線4が接続され、ダイパッド1の周辺にある複数の電極端子5とそれぞれ電気的に接続されている。ダイパッド1、半導体素子2、接着剤3、金属細線4及び電極端子5は封止樹脂体7で封止されている。封止樹脂体7は4辺形の平板状に形成されているとともに、電極端子5の金属細線4と接続されている面の対向面が封止樹脂体7の底面より露出している。さらに電極端子5の一部は、封止樹脂体7底面に露出する電極端子5と連続的に側面にも露出している。
【0004】
また、組立コストを低減するため複数の半導体装置を一括して樹脂封止し、ダイシング加工によって個々の半導体装置に分割する工法用いた、従来の半導体装置を、図5を用いて説明する。図5は従来のQFN型樹脂封止型半導体装置を示す図であり、図5(a)は、概略的な構成を示す平面図であり、図5(b)は、概略的な構成を示す断面図であり、図5(c)は、概略的な構成を示す底面図である。図5に示すように、従来型の半導体装置は、サポートリード13によって支持されるダイパッド1に接着剤3を塗布して、その上に半導体素子2を固着している。ダイパッド1の中央付近は半切断加工によってアップセットされている。サポートリード13は、その裏面をハーフエッチングすることで封止樹脂体7に埋没している。半導体素子2には金属細線4が接続され、ダイパッド1の周辺にある複数の電極端子5とそれぞれ電気的に接続されている。ダイパッド1、半導体素子2、接着剤3、金属細線4及び電極端子5は封止樹脂体7で封止されている。封止樹脂体7は4辺形の平板状に形成されているとともに、電極端子5の金属細線4と接続されている面の対向面が封止樹脂体7の底面より露出している。さらに電極端子5の一部は、封止樹脂体7の底面に露出する電極端子5と不連続的に側面にも露出している。
【0005】
これらQFN型(SON型)の半導体装置は、封止樹脂体7の底面から電極端子5を露出させるよう片面封止することで小型、薄型化を可能としている。また、高放熱化を目的としてダイパッド1を封止樹脂7より露出させつつ、ダイパッド1の中央付近をアップセットさせることで、半導体素子2の大きさが周囲の電極端子5にオーバーラップしても接触しない構造を有する、半導体素子2のサイズ自由度が高い半導体装置である。
【0006】
【特許文献1】
特開2000−243891号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の半導体装置の構造では、ダイパッドの凹側半切断部と対向の凸側半切断部の面積が等しいため、ダイパッドを半切断加工する際に発生する材肉の逃げ場所が無く、またダイパッドがサポートリードにより支持されており、サポートリードは内枠に繋がり、内枠は外枠へと繋がっているので、リードフレーム全体が反ってしまう。このため、ワイヤボンド工程におけるクランプ開放時にリードフレームが反った状態に戻る衝撃によってワイヤ変形が発生し、ショート不良や断線不良が発生する。また、組立工程中における搬送時にリードフレームの変形が発生し、品質や歩留り低下(すなわち高コスト)の原因となっている。
【0008】
したがって、この発明の目的は、従来の上記問題点を解決するもので、小型、薄型、高放熱で半導体素子サイズの自由度を損なわずに、高品質で歩留りが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。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためにこの発明の請求項1記載の半導体装置は、ダイパッドと、前記ダイパッドの下面に形成された凹部と、前記ダイパッドの上面において前記凹部と中心が略一致するように形成された凸部と、前記ダイパッドの周囲に配置された電極端子と、前記凸部の先端面に搭載された半導体素子と、前記半導体素子と前記電極端子とを電気的に接続した接続部材と、前記ダイパッド、前記半導体素子および前記接続部材を封止した封止樹脂とを備え、前記凸部の先端面の面積が前記凹部の底面の面積よりも大きくした。
【0010】
このように、凸部の先端面の面積が凹部の底面の面積よりも大きくしたので、ダイパッドの加工時において凸部を形成してアップセットする際、ダイパッドの材肉の伸び分を凸部側の増加した面積分で吸収することができる。これにより、ダイパッドおよび電極端子等を有するリードフレーム全体の反りを低減することができるので、組立工程におけるクランプ開放時や搬送時のリードフレームや金属細線等の変形を防止できる。このため、小型、薄型、高放熱で半導体素子サイズの自由度を損なわずに、高品質、高歩留り化を図ることができる。
【0011】
請求項2記載の半導体装置は、請求項1記載の半導体装置において、凸部が円柱状である。このように、凸部が円柱状であるので、加工歪みの部分的な集中を避けることができる。
【0012】
請求項3記載の半導体装置の製造方法は、ダイパッドおよび電極端子を形成し、前記ダイパッドの下面に凹部を形成するとともに前記ダイパッドの上面において前記凹部と中心が略一致し、かつ、前記凹部の底面の面積よりも大きい面積の先端面を有する凸部を形成したリードフレームを用意する工程と、前記凸部の先端面に半導体素子を搭載する工程と、前記半導体素子の電極と前記電極端子とを接続部材により電気的に接続する工程と、前記ダイパッド、前記半導体素子および前記接続部材を封止樹脂により封止する工程とを含む。
【0013】
このように、ダイパッドおよび電極端子を形成し、ダイパッドの下面に凹部を形成するとともにダイパッドの上面において凹部と中心が略一致し、かつ、凹部の底面の面積よりも大きい面積の先端面を有する凸部を形成したリードフレームを用意する工程と、半導体素子を搭載する工程と、接続部材により電気的に接続する工程と、封止樹脂により封止する工程とを含むので、リードフレームの加工工程においてダイパッドに凸部を形成してアップセットする際、ダイパッドの材肉の伸び分を凸部側の増加した面積分で吸収し、リードフレーム全体の反りを低減することができる。これにより、組立工程におけるクランプ開放時や搬送時のリードフレームや金属細線等の変形を防止できるので、ショート不良や断線不良が発生することはなく、小型、薄型、高放熱で半導体素子サイズの自由度が高い半導体装置において、高品質で安価(高歩留り)な、半導体装置を提供することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を図1〜図4に基づいて説明する。図1は本発明の実施形態の半導体装置を示す図であり、図1(a)は、概略的な構成を示す平面図であり、図1(b)は、概略的な構成を示す断面図であり、図1(c)は、概略的な構成を示す底面図である。
【0015】
図1に示すように、本実施形態による半導体装置は、ダイパッド1と、ダイパッド1の下面に形成された凹部6bと、ダイパッド1の上面において凹部6bと中心が略一致するように形成された凸部6aと、ダイパッド1の周囲に配置された電極端子5と、凸部6aの先端面に搭載された半導体素子2と、半導体素子2と電極端子5とを電気的に接続した接続部材と、ダイパッド1、半導体素子2および接続部材を封止した封止樹脂7とを備えている。
【0016】
この場合、サポートリード13で支持されるダイパッド1に接着剤3を塗布して、その上に半導体素子2を固着している。その半導体素子2には接続部材として金属細線4が接続されダイパッド1の周辺にある複数の電極端子5とそれぞれ電気的に接続されている。ダイパッド1、半導体素子2、接着剤3、金属細線4及び電極端子5は封止樹脂体7で封止されている。封止樹脂体7は4辺形の平板状に形成されているとともに、電極端子5の金属細線4と接続されている面の対向面が封止樹脂体7の底面より露出しており、その電極端子5は半導体装置底面の周縁に配置される。また、サポートリード13の裏面にハーフエッチング加工を施しており、封止樹脂体7に埋没させている。さらに電極端子5の一部は、封止樹脂体7底面に露出する電極端子5とは不連続的に側面にも露出している。
【0017】
ダイパッド1の中央部は、プレス加工を途中で止める半切断加工によって周辺部よりもアップセットしている。また、半切断部6の形状を、円柱形、平面視で円形とすることで、加工歪の部分的な集中を避けると共に、凸側半切断部(凸部6a)の面積を対向面の凹側半切断部(凹部6b)の面積よりも大きくすることで、材肉の伸び分を凸側の増加した面積分で吸収し、リードフレーム全体の反りを低減することができる。これによって、組立工程におけるクランプ開放時や搬送時のリードフレームやワイヤの変形を防止できるので、小型、薄型、高放熱で半導体素子サイズの自由度を損なわずに、高品質、高歩留り化(すなわち低コスト化)を図ることが出来る。
【0018】
また、半導体素子2と電極端子5との電気的接続は、図1に示す金属細線4の他に、Auや半田等を用いた金属バンプ(図示せず)を使用してもよい。
【0019】
次に図2,3を用いて本発明の実施形態の半導体装置に用いられるリードフレームとその製造方法について説明する。図2は本発明の実施形態の半導体装置に用いられるリードフレームを示す平面図である。また、図3は、本発明の実施形態の半導体装置に用いられるリードフレームの製造工程を説明する工程断面図であり、図3(a)は、リードフレーム素材を示す図であり、図3(b)は、リードフレームのエッチング、Pdめっき工程を示す図であり、図3(c)は、リードフレームのダイパッド部アップセット工程を示す図であり、図3(d)は、リードフレーム裏面にテープを貼り付ける工程を示す図である。
【0020】
まず、本発明の実施形態に用いられるリードフレームについて、図2を用いて説明する。図2に示すように、リードフレーム8は、ダイパッド1、電極端子5、外枠10、内枠11、穴12及びサポートリード13で構成され、1枚のリードフレーム8に複数個分の半導体装置が配置されている。また、図示しないが、Pdなどのめっきが施され、リードフレーム裏面には、樹脂封止する際の電極端子露出部への樹脂漏れ防止用のテープが貼り付けられている。そしてダイパッド1の中央部には、半切断部6の加工が施されている。
【0021】
次に、本発明の実施形態に用いられるリードフレーム製造方法について、図3を用いて説明する。図3(a)に示すように、リードフレーム素材8aとしては0.1〜0.2mm程度の厚みで、比較的熱伝導の良好で、かつ強度の高いCu合金を使用する。熱伝導の良好な素材を使用することによって、高い放熱性を備えた半導体装置を提供できる。
【0022】
次に、図3(b)に示すように、エッチング加工によってダイパッド1、電極端子5などを形成した後、リードフレーム全体にPdめっき(図示せず)を施す。電極端子5の表面にはハーフエッチング加工による溝(図示せず)を形成することで、基板実装時などに発生する応力により発生する電極端子5と封止樹脂体7との剥離を止め、これによる断線を防止することができる。また、PdめっきはNi、Pd、Auの3層で構成する。最外層にAuフラッシュを施すことで、封止樹脂体との良好な密着性を得ることができる。ここでは、Pdめっきを実施形態としたが、変わりに電極端子5の電気的に接続する部分へAgめっきを施しても良い。この場合、半導体装置の組立工程途中で、封止樹脂体7より露出するダイパッド1及び電極端子5に半田めっきなどを施す必要がある。
【0023】
次に、図3(c)に示すように、ダイパッド1の中央部は、プレス加工を途中で止める半切断加工によって周辺部よりもアップセットしている。また、半切断部6の形状を、平面視で円形とすることで、加工歪の部分的な集中を避けると共に、凸側半切断部6aの面積を対向面の凹側半切断部6bの面積よりも大きくすることで、材肉の伸び分を凸側の増加した面積分で吸収し、リードフレーム全体の反りを低減している。これによって、組立工程におけるクランプ開放時や搬送時のリードフレームやワイヤの変形を防止できるので、小型、薄型、高放熱で半導体素子サイズの自由度を損なわずに、高品質、高歩留り化(すなわち低コスト化)を図ることが出来る。
【0024】
次に、図3(d)に示すように、リードフレーム8の裏面に熱可塑性などの接着剤と2層構造のポリイミドテープ9を貼り付ける。このテープ9は、樹脂封止する際に、電極端子5の裏面(露出面)へ封止樹脂が漏れないようにするためのものである。
【0025】
以上のようにして、本発明の実施形態の半導体装置に用いるリードフレームを完成することができる。
【0026】
次に、本発明の実施形態の半導体装置の製造方法について、図4を用いて説明する。図4は、本発明の実施形態の半導体装置の製造方法を説明する工程断面図であり、図4(a)は、接着剤を塗布する工程を説明する図であり、図4(b)は、半導体素子を搭載する工程を説明する図であり、図4(c)は、金属細線の接続する工程を説明する図であり、図4(d)は、樹脂封止する工程を説明する図であり、図4(e)は、リードフレーム裏面のテープを剥離する工程を説明する図であり、図4(f)は、半導体装置を個別に分割する工程を説明する図である。
【0027】
まず、上記のようにダイパッド1および電極端子5を形成し、ダイパッド1の下面に凹部6bを形成するとともにダイパッド1の上面において凹部6bと中心が略一致し、かつ、凹部6bの底面の面積よりも大きい面積の先端面を有する凸部6aを形成したリードフレーム8を用意する。次に、図4(a)に示すように、ダイパッド1の上にディスペンサ(図示せず)などを用いて接着剤3を塗布する。接着剤3は、一例として熱硬化性のエポキシ樹脂にAg粉を混合させた銀ペーストからなる。
【0028】
次に、図4(b)に示すように、接着剤3を塗布したダイパッド1上の凸部6aの先端面にコレット(図示せず)などを用いて半導体素子2を搭載した後、ヒートステージ(図示せず)上で加熱し、接着剤3を硬化させる。一例として、半導体素子2は0.1〜0.2mm程度の厚みのシリコン単結晶である。また、接着剤3の硬化条件は、硬化温度200〜250℃、硬化時間30〜60秒程度である。
【0029】
次に、図4(c)に示すように、ダイパッド1上に固着された半導体素子2の電極であるボンディングパッドと電極端子5とを金属細線4を用いて電気的に接続する。ワイヤボンド装置のヒートステージ(図示せず)には、真空孔が開いており、リードフレーム裏面のテープ9を吸引固定し、また、リードフレーム8の外周部を押さえ治具(図示せず)によりリードフレーム8のボンディングエリア外周部を固定した状態で、ワイヤボンディングを実施する。一例として、金属細線は、直径20〜25μmのAuワイヤを用いる。
【0030】
次に、図4(d)に示すように、シリンダにより型締めされる180℃程度に加熱した封止金型(図示せず)を搭載したトランスファー装置により、複数の半導体装置を一括して樹脂封止する。リードフレーム8の裏面には樹脂封止の際、電極端子5の裏面に封止樹脂が漏れないようにテープ9が貼り付けてある。封止樹脂が硬化して封止樹脂体7が形成された後、型開きされると共にトランスファー装置より脱装される。そして、重りなどで加圧しながら硬化炉などで封止樹脂の本硬化を実施する。一例として加圧力は1g/mm2程度である。
【0031】
次に、図4(e)に示すように、封止樹脂体に200℃程度の熱を加えながら、テープ9を剥離する。テープ9を剥離する場合、封止樹脂体7に対して、できるだけ小さな角度でテープ9を剥離することで、テープ剥離時の応力を抑制し、半導体装置へのダメージを最小限にすることができる。
【0032】
次に、図4(f)に示すように、ダイシング装置(図示せず)により半導体装置を個々に分割する。封止樹脂体7はリングに貼り付けたUVシート(図示せず)上に貼り付け固定し、ブレードにより個々の半導体装置に分割する。一例としてブレードは、電鋳製で0.25〜0.3mm程度の厚みのものである。
【0033】
以上のようにして、本発明の実施形態の半導体装置を完成することができる。
【0034】
【発明の効果】
この発明の請求項1記載の半導体装置によれば、凸部の先端面の面積が凹部の底面の面積よりも大きくしたので、ダイパッドの加工時において凸部を形成してアップセットする際、ダイパッドの材肉の伸び分を凸部側の増加した面積分で吸収することができる。これにより、ダイパッドおよび電極端子等を有するリードフレーム全体の反りを低減することができるので、組立工程におけるクランプ開放時や搬送時のリードフレームや金属細線等の変形を防止できる。このため、小型、薄型、高放熱で半導体素子サイズの自由度を損なわずに、高品質、高歩留り化を図ることができる。
【0035】
請求項2では、凸部が円柱状であるので、加工歪みの部分的な集中を避けることができる。
【0036】
この発明の請求項3記載の半導体装置の製造方法によれば、ダイパッドおよび電極端子を形成し、ダイパッドの下面に凹部を形成するとともにダイパッドの上面において凹部と中心が略一致し、かつ、凹部の底面の面積よりも大きい面積の先端面を有する凸部を形成したリードフレームを用意する工程と、半導体素子を搭載する工程と、接続部材により電気的に接続する工程と、封止樹脂により封止する工程とを含むので、リードフレームの加工工程においてダイパッドに凸部を形成してアップセットする際、ダイパッドの材肉の伸び分を凸部側の増加した面積分で吸収し、リードフレーム全体の反りを低減することができる。これにより、組立工程におけるクランプ開放時や搬送時のリードフレームや金属細線等の変形を防止できるので、ショート不良や断線不良が発生することはなく、小型、薄型、高放熱で半導体素子サイズの自由度が高い半導体装置において、高品質で安価(高歩留り)な、半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の実施形態の半導体装置の概略的な構成を示す平面図、(b)は断面図、(c)は底面図である。
【図2】本発明の実施形態の半導体装置に用いるリードフレームを示す平面図である。
【図3】(a)〜(d)は本発明の実施形態の半導体装置に用いるリードフレームの製造工程を説明する工程断面図である。
【図4】(a)〜(f)は本発明の実施形態の半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。
【図5】(a)は従来例の半導体装置の概略的な構成を示す平面図、(b)は断面図、(c)は底面図である。
【図6】(a)は別の従来例の半導体装置の概略的な構成を示す平面図、(b)は断面図、(c)は底面図である。
【符号の説明】
1 ダイパッド
2 半導体素子
3 接着剤
4 金属細線
5 電極端子
6 半切断部
6a 凸側半切断部
6b 凹側半切断部
7 封止樹脂体
8 リードフレーム
8a リードフレーム素材
9 テープ
10 外枠
11 内枠
12 穴
13 サポートリード
Claims (3)
- ダイパッドと、前記ダイパッドの下面に形成された凹部と、前記ダイパッドの上面において前記凹部と中心が略一致するように形成された凸部と、前記ダイパッドの周囲に配置された電極端子と、前記凸部の先端面に搭載された半導体素子と、前記半導体素子と前記電極端子とを電気的に接続した接続部材と、前記ダイパッド、前記半導体素子および前記接続部材を封止した封止樹脂とを備え、前記凸部の先端面の面積が前記凹部の底面の面積よりも大きくしたことを特徴とする半導体装置。
- 凸部が円柱状である請求項1記載の半導体装置。
- ダイパッドおよび電極端子を形成し、前記ダイパッドの下面に凹部を形成するとともに前記ダイパッドの上面において前記凹部と中心が略一致し、かつ、前記凹部の底面の面積よりも大きい面積の先端面を有する凸部を形成したリードフレームを用意する工程と、前記凸部の先端面に半導体素子を搭載する工程と、前記半導体素子の電極と前記電極端子とを接続部材により電気的に接続する工程と、前記ダイパッド、前記半導体素子および前記接続部材を封止樹脂により封止する工程とを含む半導体装置の製造方法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003114142A JP2004319884A (ja) | 2003-04-18 | 2003-04-18 | 半導体装置およびその製造方法 |
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JP2008041707A (ja) * | 2006-08-01 | 2008-02-21 | Nissan Motor Co Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
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- 2003-04-18 JP JP2003114142A patent/JP2004319884A/ja active Pending
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