JP2006229160A - リードフレームおよび半導体パッケージ並びに半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 リードフレームと封止樹脂との密着性を良好にして封止樹脂からリードが剥離したりすることを防止し、半導体装置の薄型化、小型化を図ることができ、またプレス加工により製造することによって製造コストを低減させることを可能にする。
【解決手段】 表面実装型の半導体装置の製造に使用されるリードフレーム２０であって、半導体素子と電気的に接続される複数のインナーリード２２と、該複数のインナーリード２２の各々について部分的に切り曲げ加工を施し、インナーリード２２と一体に、かつ表面実装によって実装基板に接合される実装面の位置が、前記インナーリード２２とは異なる高さに成形されたアウターリード２４とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明はリードフレームおよび半導体パッケージ並びに半導体装置に関し、より詳細には、表面実装型の半導体装置を形成するためのリードフレームおよびこれを用いた半導体パッケージ、並びに半導体装置に関する。

表面実装型の半導体装置には、図７に示すような、リードフレーム１０に半導体素子１２を搭載し、リードフレーム１０の半導体素子１２が搭載された片面側を樹脂封止して、半導体装置の実装面側で封止樹脂１４の外面と面一にリード１１の裏面を露出させて形成した製品がある。半導体素子１２とリード１１とはワイヤボンディングによって電気的に接続され、リード１１の裏面を実装基板の接続電極にはんだ付け等により接合することにより、実装基板と半導体素子１２とが電気的に接続した状態で半導体装置に表面実装される。
特開２００２−１１８２２２号公報 特開２００２−３４３８９７号公報 特開２０００−６８３９７号公報

上記の半導体装置はリード１１の裏面を封止樹脂１４の外面に露出させるように樹脂封止するから、リード１１と封止樹脂１４との界面が線状に外部に露出し、リード１１を封止樹脂１４中に埋没させるように樹脂封止した製品とくらべて、大気中の水分が半導体パッケージ内に侵入しやすく、これによって製品の信頼性が低下するという問題がある。
また、図７に示すような表面実装型の半導体装置の場合は、リード１１を完全に封止樹脂１４中に埋没させる場合にくらべて、封止樹脂１４とリード１１との密着性が低下し、リード１１が封止樹脂１４から剥離するといった問題が生じやすくなる。

また、表面実装型の半導体パッケージでは、リードフレーム１０を樹脂成形する際に半導体素子１２を搭載するための収納凹部を形成して製品とするものがあるが、従来の半導体パッケージではリードフレーム１０の片面側を樹脂成形して収納凹部を形成するから、収納凹部の深さを深くすると、半導体パッケージの全体厚が厚くなり、半導体装置の薄型化が損なわれるという問題があった。

また、表面実装型の半導体装置に用いられるリードフレームは、封止樹脂との密着性を向上させるため、リードフレーム材にハーフエッチングを施してリードの表面に凹部や段差部を形成するといった製造方法を利用して製造されることが多く、このようなエッチング方法を利用してリードフレームを製造する場合は、プレス加工による方法にくらべて製造コストが高くなるという問題もあった。

そこで、本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、リードフレームと封止樹脂との密着性を良好にして、封止樹脂からリードが剥離したりすることを防止し、半導体パッケージの全体厚を厚くすることなく半導体素子を搭載する収納凹部を形成することができて半導体装置の薄型化、小型化を図ることができ、またプレス加工によって製造可能として製造コストを低減させることができるリードフレームおよびこれを用いた半導体パッケージ並びに半導体装置を提供するにある。

本発明は、上記目的を達成するため次の構成を備える。
すなわち、表面実装型の半導体装置の製造に使用されるリードフレームであって、半導体素子と電気的に接続される複数のインナーリードと、該複数のインナーリードの各々について部分的に切り曲げ加工を施し、インナーリードと一体に、かつ表面実装によって実装基板に接合される実装面の位置が、前記インナーリードとは異なる高さに成形されたアウターリードとを備えていることを特徴とする。
また、前記アウターリードの前記実装面は、プレス加工により平坦状に成形された端子部に形成されていることを特徴とする。
また、前記アウターリードは、前記インナーリードに一端側が連結され、他端側が自由端に形成されていることを特徴とする。

また、前記リードフレームを樹脂成形して形成した半導体パッケージであって、パッケージ本体を構成する樹脂により前記インナーリードのワイヤボンディング部が露出して樹脂成形されるとともに、前記アウターリードの実装面を成形樹脂の外面に露出して樹脂成形されていることを特徴とする。
また、前記リードフレームの半導体素子搭載部に、前記インナーリードよりも実装面側へ向けて低位となる凹部状に形成された半導体素子の収納凹部が樹脂成形されていることを特徴とする。

また、前記半導体パッケージに半導体素子が搭載された半導体装置であって、前記半導体素子が前記収納凹部に搭載され、リードフレームのインナーリードと半導体素子とがワイヤボンディングにより電気的に接続されていることを特徴とする。
また、前記リードフレームに半導体素子を搭載し、前記リードフレームのインナーリードと半導体素子とをワイヤボンディングにより電気的に接続して樹脂封止してなる半導体装置であって、前記アウターリードの実装面が封止樹脂の外面に露出して樹脂封止されていることを特徴とする。

本発明に係るリードフレームによれば、インナーリードを部分的に切り曲げしてアウターリードを形成し、アウターリードの実装面がインナーリードとは異なる高さ位置に設けられたことにより、アウターリードの実装面を実装基板に接合することによって表面実装可能にするとともに、アウターリードと樹脂との密着性を良好にし、アウターリードが樹脂に対してロックするようにして樹脂成形されることによって、リードフレームと樹脂との剥離を防止し、パッケージ内に大気中の水分が侵入することを防止して、より信頼性の高い半導体パッケージおよび半導体装置を提供することを可能にする。

（リードフレーム）
図１(a)および図１(b)は、本発明に係るリードフレームの第１の実施の形態の構成を示す側面図および平面図である。
図１(b)に示すように、本実施の形態のリードフレーム２０は、ワイヤボンディングによって半導体素子と電気的に接続するワイヤボンディング部２２ａが設けられた複数本のインナーリード２２とインナーリード２２と一体的に形成したアウターリード２４とを備える。本実施形態のリードフレーム２０では、インナーリード２２は、矩形枠状に形成されたフレーム２６の２つの対向辺から、先端を向かい合わせるように延出して形成されている。

本実施形態のリードフレーム２０は、インナーリード２２の先端にワイヤボンディング部２２ａとなる領域を残して、インナーリード２２の一方の側縁を切り曲げるようにしてアウターリード２４を形成したことを特徴とする。
すなわち、プレス抜き加工工程ではフレーム２６から、インナーリード２２とアウターリード２４となる帯状にリード形成部分を延出させるようにプレス加工した後、ワイヤボンディング部２２ａとなるリードフレーム材の先端部を残し、帯状部分の略半分の幅でリードフレーム材の側縁部分を切り曲げし、切り曲げ部分の自由端側を平押ししてアウターリード２４を成形する。

こうして、インナーリード２２の先端にワイヤボンディング部２２ａが形成され、インナーリード２２と平行にアウターリード２４が形成されたリードが形成される。図１(b)では、各々のインナーリード２２について同一の側縁側にアウターリード２４が形成されている状態を示す。
図１(a)に示すように、アウターリード２４はインナーリード２２に連結する一端側から斜めに傾斜して延出する連結部２４ａと、連結部２４ａに連結して平坦状に成形された端子部２４ｂとからなる。端子部２４ｂの下面（実装面）は樹脂封止時に封止樹脂の外面に露出する部分であり、端子部２４ｂの下面はインナーリード２２の面方向と平行に、かつ全てのインナーリード２２に形成されるアウターリード２４の端子部２４ｂの下面が同一高さ平面に位置するよう成形される。

リードフレーム材をプレス加工する方法によれば、連続的な自動加工により、フレーム２６に連結する形状にインナーリード２２をプレス加工することは容易であり、切り曲げ加工によってアウターリード２４を成形することも容易である。また、金型を用いてインナーリード２２およびアウターリード２４を成形することによって、インナーリード２２およびアウターリード２４を所定の精度で形成することができる。
なお、図１(a)で、破線Ａはリードフレーム２０を樹脂成形して半導体パッケージを形成した状態での封止樹脂の外形位置を示す。

（半導体パッケージ）
図２(a)および図２(b)は、上述したリードフレーム２０をパッケージ本体を構成する樹脂３２により樹脂成形して形成した半導体パッケージ３０の断面図および底面図である。
半導体パッケージ３０の上面の中央部には、半導体素子を搭載する収納凹部３４が形成されている。本実施形態では、インナーリード２２の材厚と同程度の深さの凹部となるように収納凹部３４を形成しているが、収納凹部３４の深さは、インナーリード２２から下方に突出するアウターリード２４の突出高さ（Ｈ）を考慮して適宜設定することができる。

半導体素子の収納凹部３４の周囲については、インナーリード２２のワイヤボンディング部２２ａが露出するように樹脂成形される。本実施形態ではインナーリード２２のワイヤボンディング部２２ａの表面と樹脂３２とが面一になるように樹脂成形されている。
また、インナーリード２２から下方へ（実装面側へ）へ延出するアウターリード２４の周囲については、アウターリード２４の端子部２４ｂの下面（実装面）が樹脂３２の外面と面一になるように樹脂成形される。
図２(b)は、半導体パッケージ３０の底面（実装面に対向する面）について樹脂３２の外面に端子部２４ｂの下面のみが露出して樹脂成形されていることを示す。

図３は、樹脂封止用の上金型４０ａと下金型４０ｂを用いてリードフレーム２０を樹脂成形している状態を示す。上金型４０ａと下金型４０ｂとでリードフレーム２０をクランプし、インナーリード２２のワイヤボンディング部２２ａを上金型４０ａの金型面に当接させ、アウターリード２４の端子部２４ｂの下面を下金型４０ｂの金型面に当接させてキャビティ４２に樹脂を充填することにより、図２に示す半導体パッケージ３０が得られる。

本実施形態の半導体パッケージ３０では、インナーリード２２から実装面側にアウターリード２４が延出し、樹脂３２中でアウターリード２４が埋没して樹脂成形されることによって、アウターリード２４と樹脂３２との密着性（食い付き）が良好になるという利点と、アウターリード２４がＬ字形に折曲する形状に形成されていることから、樹脂３２を抜け止めするようにアウターリード２４が樹脂３２をロックする作用が生じ、リードフレーム２０と樹脂３２との密着性をさらに向上させることが可能となっている。

また、本実施形態の半導体パッケージ３０では、インナーリード２２から下方にアウターリード２４を延出させた形態としたことにより、アウターリード２４が樹脂３２の厚さを確保するスペーサとして作用し、インナーリード２２の内側領域に半導体素子を搭載する収納凹部３４を形成する際に、半導体パッケージ３０の樹脂３２の厚さを有効に利用して半導体素子を搭載する収納凹部３４を形成することができるという利点もある。

（半導体装置）
図４は、上述した半導体パッケージ３０に半導体素子１２を搭載して半導体装置５０を形成し、半導体装置５０を実装基板６０に実装した状態を示す。
半導体素子１２が半導体パッケージ３０の上面中央部に形成された収納凹部３４内に搭載され、半導体素子１２とインナーリード２２のワイヤボンディング部２２ａとがボンディングワイヤ５２を介して電気的に接続されている。半導体パッケージ３０の開口部にはキャップ５４が気密に接合され、半導体素子１２が半導体パッケージ３０に気密に搭載されている。なお、半導体素子１２を収納凹部３４に搭載し、ワイヤボンディングした後、半導体パッケージ３０の凹部内に封止用の樹脂をポッティングして半導体素子１２を気密に封止することもできる。

半導体パッケージ３０の下面に露出するアウターリード２４の端子部２４ｂは、接合金属であるはんだ６２を介して実装基板６０に形成された接続電極６４に接合される。こうして、実装基板６０に形成された配線と半導体素子１２とがアウターリード２４を介して電気的に接続され、半導体装置５０が実装基板６０に表面実装される。

本実施形態の半導体装置５０は、半導体パッケージ３０に半導体素子１２を搭載する収納凹部３４を形成したことによって、半導体装置５０の全体厚を有効に利用して収納凹部３４を形成する領域を確保することができ、半導体素子を搭載する収納凹部３４を備える形式の半導体装置５０の薄型化を効果的に図ることができる。
また、インナーリード２２からアウターリード２４を実装面側に延出させる形態にリードを形成したことによって、樹脂３２とリードフレーム２０との密着性が向上し、半導体パッケージ３０内に大気中の水分が侵入することを抑制して、半導体装置の信頼性を向上させることが可能となっている。

なお、上述した半導体パッケージ３０および半導体装置５０では、半導体素子１２の搭載部にダイパッドを設けないリードフレーム２０を用いた例であるが、リードフレーム２０にダイパッドを設けて、半導体パッケージ３０を樹脂成形した際に収納凹部３４の底面にダイパッドが露出するようにすることも可能である。

図５は、半導体装置の他の実施の形態を示す。すなわち、図５に示す半導体装置５０ａは半導体素子を搭載する収納凹部を設けずに、リードフレーム２０ａに半導体素子１２を搭載し、表面実装型に樹脂封止して半導体装置としたものである。リードフレーム２０ａは、半導体素子１２を搭載するためのダイパッド２８を形成した他は、図１に示すリードフレーム２０と同一の構成からなるものである。
半導体装置５０ａを形成する場合は、リードフレーム２０ａのダイパッド２８に半導体素子１２を搭載し、半導体素子１２とインナーリード２２のワイヤボンディング部２２ａとをボンディングワイヤ５２を介して電気的に接続した後、樹脂封止金型を用いて樹脂封止する。

半導体素子１２が搭載されたリードフレーム２０ａを樹脂封止する際は、リードフレーム２０ａのアウターリード２４に形成されている端子部２４ｂの下面（実装面）が樹脂５５の外面に露出するよう、樹脂５５の成形面と面一になるように樹脂封止する。こうして、図５に示す半導体装置５０ａを得ることができる。
この半導体装置５０ａの場合も、樹脂５５中に埋没するようにインナーリード２２とアウターリード２４が樹脂封止されること、アウターリード２４が樹脂５５に対して抜け止めされるようにロックする作用を有することから、半導体装置５０ａ内に大気中の水分が侵入することを防止し、半導体装置５０ａの信頼性を向上させることが可能となる。

（リードフレームの他の実施の形態）
本発明に係るリードフレームは、インナーリード２２に部分的に切り曲げ加工を施して、インナーリード２２とは離間する配置にアウターリード２４を形成したことを特徴とする。図１に示すリードフレーム２０は、インナーリード２２の側縁部分に切り曲げ加工を施して、インナーリード２２とは異なる高さにアウターリード２４を形成したものであるが、図６に、インナーリード２２に形成するアウターリード２４の他の形成例を示す。

図６(a)は、インナーリード２２の幅方向の中央位置に切り曲げ加工を施してアウターリード２４を形成した例である。この例では、インナーリード２２の幅内で切り曲げ加工を施すから、切り曲げ加工ができる程度にインナーリード２２が幅広に形成されている必要がある。アウターリード２４は安定した成形が可能である。

図６(b)は、図１の場合と同様に、インナーリード２２の側縁部に切り曲げ加工を施してアウターリード２４を形成した例である。この場合は、インナーリード２２が細幅に形成されていても切り曲げ加工ができるという利点がある。

図６(c)は、インナーリード２２の後端側でインナーリード２２の幅内で切り曲げ加工を施す例である。インナーリード２２の幅内で切り曲げ加工することにより、アウターリード２４の成形性が良好になること、インナーリード２２の後端から切り曲げるから、図６(a)に示すような、完全にインナーリード２２の領域内で切り曲げする場合と比較して加工が容易である。

上記実施形態では、アウターリード２４の一端側をインナーリード２２に連結し、他端側が自由端になるように切り曲げしているが、図６(d)は、アウターリード２４の両端をインナーリード２２に連結して切り曲げした例である。このようにアウターリード２４の両端をインナーリード２２に連結させて切り曲げする場合は、アウターリード２４の端子部２４ｂの成形精度が向上し、各々のインナーリード２２に形成するアウターリード２４の高さの均一性が向上するという利点がある。図６(d)では、Ｂ−Ｂ線断面図をあわせて示している。この実施形態の場合は、アウターリード２４は側面形状が開口するかたちとなり、他例と同様にアウターリード２４とインナーリード２２との間に樹脂が入り込んで樹脂をロックする状態になる。

なお、実際のリードフレームにおけるインナーリード２２の形状は製品によってさまざまであり、インナーリードの形状にしたがってアウターリード２４を適宜形状に形成することができる。また、図１に示すリードフレーム２０では、インナーリード２２は対向する２辺に設けているが、クワドタイプのリードフレームについても同様に適用することができる。このように、リードフレームのインナーリード２２に連結してアウターリード２４を切り曲げして形成する方法は、リードフレームの形状等に応じて適宜選択することができる。

本発明に係るリードフレームの一実施形態の構成を示す側面図(a)、および平面図(b)である。 本発明に係る半導体パッケージの一実施形態の構成を示す断面図(a)、および底面図(b)である。 半導体パッケージの製造方法を示す説明図である。 半導体装置の一実施形態の構成および半導体装置を実装した状態を示す断面図である。 半導体装置の他の実施形態の構成を示す断面図である。 アウターリードの形成方法を示す説明図である。 表面実装型の半導体装置の従来の構成を示す断面図である。

符号の説明

１０、２０、２０ａ リードフレーム
１２ 半導体素子
２２ インナーリード
２２ａ ワイヤボンディング部
２４ アウターリード
２４ａ 連結部
２４ｂ 端子部
２６ フレーム
２８ ダイパッド
３０ 半導体パッケージ
３２ 樹脂
３４ 収納凹部
５０、５０ａ 半導体装置
５５ 樹脂
６０ 実装基板

Claims (7)

1. 表面実装型の半導体装置の製造に使用されるリードフレームであって、
   半導体素子と電気的に接続される複数のインナーリードと、
   該複数のインナーリードの各々について部分的に切り曲げ加工を施し、インナーリードと一体に、かつ表面実装によって実装基板に接合される実装面の位置が、前記インナーリードとは異なる高さに成形されたアウターリードとを備えていることを特徴とするリードフレーム。
2. 前記アウターリードの前記実装面は、プレス加工により平坦状に成形された端子部に形成されていることを特徴とする請求項１記載のリードフレーム。
3. 前記アウターリードは、前記インナーリードに一端側が連結され、他端側が自由端に形成されていることを特徴とする請求項１記載のリードフレーム。
4. 請求項１記載のリードフレームを樹脂成形して形成した半導体パッケージであって、
   パッケージ本体を構成する樹脂により前記インナーリードのワイヤボンディング部が露出して樹脂成形されるとともに、
   前記アウターリードの実装面を成形樹脂の外面に露出して樹脂成形されていることを特徴とする半導体パッケージ。
5. 前記リードフレームの半導体素子搭載部に、前記インナーリードよりも実装面側へ向けて低位となる凹部状に形成された半導体素子の収納凹部が樹脂成形されていることを特徴とする請求項４記載の半導体パッケージ。
6. 請求項５記載の半導体パッケージに半導体素子が搭載された半導体装置であって、
   前記半導体素子が前記収納凹部に搭載され、
   リードフレームのインナーリードと半導体素子とがワイヤボンディングにより電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
7. 請求項１記載のリードフレームに半導体素子を搭載し、前記リードフレームのインナーリードと半導体素子とをワイヤボンディングにより電気的に接続して樹脂封止してなる半導体装置であって、
   前記アウターリードの実装面が封止樹脂の外面に露出して樹脂封止されていることを特徴とする半導体装置。

Images