JP2013062549A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ボンディングワイヤ長を長くすることなく、ワイヤ流れの発生を抑制することのできる半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】リードフレーム材１の表面側に形成した金属めっき層３，４をレジストマスクとして表面側からリードフレーム材１に所定深さのハーフエッチング加工を行い、外枠の一部又は全部と導体端子６及び中継端子７とを突出させ、リードフレーム材１に半導体素子８を搭載した後、半導体素子８とそれぞれ対応する導体端子６との間を直接、または中継端子７を中継してボンディングワイヤ９によって接続し、半導体素子８、導体端子６、中継端子７、及びボンディングワイヤ９を含むリードフレーム材１の表面側を樹脂封止し、リードフレーム材１の裏面側に、裏面側に形成された金属めっき層３をレジストマスクとしてエッチング加工を行って、外部接続端子部１３を突出させて独立させる半導体装置の製造方法。
【選択図】 図２

Description

本発明は、リードフレームを使用した表面実装タイプの半導体装置の製造方法に関する。

半導体装置のパッケージの構造としては、外部入出力用のピンを四辺に配置したＱＦＰ（Quad Flat Package）、外部入出力用のピンが外部に出ていないＱＦＮ（Quad Flat Non-leaded Package）、平たいパッケージの下面に外部入出力用のパッド（ハンダボール）が並んでいるＢＧＡ（Ball Grid Array）等のタイプがあるが、半導体の高集積化、多ピン配列には限界があることと、製造コストが嵩むという問題を有している。
近年の半導体の高集積化、多ピン配列のニーズに対応する半導体装置の構造として、特許文献１に記載されたものがある。これは、図８（Ｅ）に示すように、中央に半導体素子５１が配置され、その半導体素子５１の周辺にエリアアレイ状に、表面側がワイヤボンディング部５２であり裏面側が外部接続端子部５３である導体端子５４が配置され、ワイヤボンディング部５２と半導体素子５１の各電極パッドがボンディングワイヤ５６で電気的に接続され、半導体素子５１、ボンディングワイヤ５２及び導体端子５４の表面側半分が封止樹脂５８で樹脂封止されている半導体装置５０である。

この半導体装置の製造方法は、次の工程からなる。
図８（Ａ）に示すように、板状のリードフレーム材６１の表面側に、中央に搭載予定の半導体素子５１を囲んで形成されるワイヤボンディング部５２及びこれを囲む外枠５７と、ワイヤボンディング部５２に対応して裏面側に形成される外部接続端子部５３とに金めっき層６２、６３を形成する（第１工程）。

次に、図８（Ｂ）に示すように、リードフレーム材６１の裏面側に耐エッチングレジスト膜６４を形成した後、表面側に形成された金めっき層６２をレジストマスクとして表面側からリードフレーム材６１に所定深さのエッチング加工（ハーフエッチング）を行う。これによって、外枠５７とワイヤボンディング部５２とを突出させる（第２工程）。

そして、図８（Ｃ）に示すように、ハーフエッチングされたリードフレーム材６１の表面側中央に半導体素子５１を銀・エポキシ系樹脂からなる接着剤６０を介して搭載した後、半導体素子５１の電極パッド部５５とそれぞれ対応するワイヤボンディング部５２との間をボンディングワイヤ５６によって接続し、電気的導通回路を形成する（第３工程）。

この後、図８（Ｄ）に示すように、半導体素子５１、ボンディングワイヤ５６、及び突出した外枠５７を含むリードフレーム材６１の表面側を封止樹脂５８で樹脂封止する（第４工程）。

以上の処理が終わった後、リードフレーム材６１の裏面側に貼着していた耐エッチングレジスト膜６４を除去する。更に、図８（Ｅ）に示すように、リードフレーム材６１の裏面側に、裏面側に形成された金めっき層６３をレジストマスクとしてエッチング加工を行って、外部接続端子部５３を突出させると共に、隣り合う外部接続端子部５３を電気的に独立させる（第５工程）。この後、外枠５７の分離を行って、独立した半導体装置５０が得られる。
この構造により、多列ＱＦＮよりもより柔軟なフットプリント（部品を実装する銅箔パターン）を持つエリアアレイ・パッケージが提供でき、また、銅板のリードフレームを使用できるため、有機基板パッケージよりも放熱性・電気特性・信頼性およびコストパフォーマンスが高いという効果が得られる。

特開２００１‐２４１３５号公報 特開２００４−１７９６２２号公報 特開平０７‐２３１０６９号公報

しかしながら、前記の表面実装タイプ半導体装置の場合、実装ボードの都合や多ピンが要求されて列数が増え、端子ピッチが長くなると、図９に示すようにパッケージサイズが大きくなり、それに伴ってボンディングワイヤ５６の長さが長くなる。そうすると、ワイヤ配線が複雑になったり、ボンディング作業が難しくなったりするなどして作業性が低下し、さらにその後の樹脂封止工程でワイヤ流れが発生してショートしたり接触不良となったりする等の問題が多発する可能性がある。ここで、「ワイヤ流れ」とは、半導体素子と導体端子とを接続するボンディングワイヤが、樹脂封止の際に注入される封止樹脂により流されて変形することである。特に、ボンディングワイヤが細線化している近年では、ボンディングワイヤの剛性が小さいため、ワイヤ流れの影響が大きくなっている。

上記問題を解決する方策としては、通常ワイヤ配線する部分を、配線パターンの引き回しで内側に配置することが考えられるが、前掲の特許文献１に記載されたような構成の半導体装置は、多列・多ピンで狭ピッチを可能とする半導体装置であるが、狭ピッチの場合はスペースを確保しにくいため、配線パターンの引き回しが出来ない。

そこで本発明は、多列・多ピンの要求等の理由で、パッケージサイズが大きくなった場合においても、ボンディングワイヤ長を長くすることなく半導体素子と導体端子とを接続し、それによりワイヤ流れの発生を抑制することのできる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体素子が配置され、その半導体素子の周辺エリアに、表面側がワイヤボンディング部であり裏面側が外部接続端子部である複数の導体端子がアレイ状に配置され、前記半導体素子の周辺エリアに、中継端子が配置され、前記ワイヤボンディング部と前記半導体素子の間が直接、または前記中継端子を中継してボンディングワイヤで接続され、前記半導体素子、前記ボンディングワイヤ及び前記導体端子の表面側略半分が樹脂封止されている半導体装置の製造方法であって、
リードフレーム材の表面側に形成される前記ワイヤボンディング部及び前記中継端子と、前記リードフレーム材の裏面側に形成される前記外部接続端子部とに金属めっき層を形成する第１工程と、
前記リードフレーム材の表面側に形成した前記金属めっき層をレジストマスクとして表面側から該リードフレーム材に所定深さのハーフエッチング加工を行い、前記外枠の一部又は全部と前記ワイヤボンディング部及び中継端子とを突出させる第２工程と、
前記リードフレーム材に前記半導体素子を搭載した後、該半導体素子とそれぞれ対応する前記ワイヤボンディング部との間を直接、または前記中継端子を中継してボンディングワイヤによって接続する第３工程と、
前記半導体素子、前記導体端子、前記中継端子、及び前記ボンディングワイヤを含む前記リードフレーム材の表面側を樹脂封止する第４工程と、
前記リードフレーム材の裏面側に、裏面側に形成された前記金属めっき層をレジストマスクとしてエッチング加工を行って、前記外部接続端子部を突出させて独立させる第５工程とを有することを特徴とする。
この製造工程により、ボンディングワイヤの長さが短くなり、ワイヤ流れによるボンディングワイヤ同士の接触を防止できるため、信頼性の高い半導体装置が得られる。

前記第１工程において、前記中継端子形成位置に対応する前記リードフレーム材の裏面側には前記金属めっき層を形成しないことにより、第５工程によるリードフレーム材の裏面のエッチングによって中継端子の裏面側の導体部分の除去が行われるため、半導体装置の裏面側に露出する導体の高密度化に伴う短絡事故等の発生を抑制することができる。

なお、先行技術として掲げた特許文献２、３には、半導体素子の周囲にバスバーリードを設けて共通電極として使用できることが記載されているが、このバスリードを共通電極とすることでは、前記課題を解決することはできない。

本発明によれば、ボンディングワイヤの長さが短くなり、ワイヤ流れによるボンディングワイヤ同士の接触を防止できるため、信頼性の高い半導体装置が得られる。

本発明の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。 本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す工程図である。 本発明の実施の形態における中継端子の配置例を示す平面図である。 本発明の実施の形態における中継端子の配置例を示す平面図である。 本発明の実施の形態における中継端子の配置例を示す平面図である。 本発明の実施の形態における導体端子と中継端子の形状の例を示す平面図である。 本発明の別の実施の形態における導体端子と中継端子の配列例を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。 従来の半導体装置の製造工程を示す工程図である。 従来の半導体装置の例を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。半導体装置１１は、中央に配置された半導体素子８と、半導体装置１１の半導体素子８の周辺エリアにアレイ状に配置され表面側がワイヤボンディング部１２であり裏面側が外部接続端子部１３である導体端子６と、半導体素子８と導体端子６との間を中継する中継端子７と、ワイヤボンディング部１２と半導体素子８の電極パッドを直接または中継端子７を経由して接続するボンディングワイヤ９と、導体端子６の略半分、中継端子７、ボンディングワイヤ９及び半導体素子８を樹脂封止する封止樹脂１０とを有している。
ここで中継端子７は半導体素子８の電極パッドと導体端子６との間を中継することにより、ボンディングワイヤ９の長さが短くなり、ワイヤ流れによるボンディングワイヤ９同士の接触を防止することができる。
また封止樹脂１０の裏面側から中継端子７を突出させないことにより、ハンダ実装時に隣接する外部接続端子同士のショートを防ぐことができる。

図２は本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す工程図である。図２（ａ）は銅板からなるリードフレーム材１を示している。このリードフレーム材１の表面及び裏面の所定部、すなわち金属めっきを施さない部分に、図２（ｂ）に示すようにレジスト膜２を設ける。このレジスト膜２は、リードフレーム材１の表面及び裏面を耐めっき性のフォトレジスト膜で覆った後、金属めっきを施す部分の露光処理とこれに続く現像処理を行うことにより形成することができる。次いで、図２（ｃ）に示すようにレジスト膜２が設けられていない部分に金属めっき層３，４を形成する（第１工程）。

金属めっき層３，４のうち、金属めっき層３は後に導体端子６のボンディング部（表面）及び外部接続端子部（裏面）並びに半導体素子の底面の接合部となる部分、金属めっき層４は後に中継端子７のボンディング部となる部分である。この金属めっき層３，４は、最初にニッケル等の下地層めっきを施した後に、Ａｕ等の貴金属めっきを行うことにより形成する。このように、下地めっき層を介してＡｕ等の貴金属で金属めっき層３，４を形成することによって、リードフレーム材１に銅等を使用する場合のボンダビリティの確保と半田濡れ性の確保を維持している。

次に、図２（ｄ）に示すようにレジスト膜２を剥離液等を用いて除去し、金属めっき層３，４をリードフレーム材１上に露出させる。次いで図２（ｅ）に示すようにリードフレーム材１の裏面に耐エッチングレジスト膜としてのテープ５を貼り付ける。次に、図２（ｆ）に示すように、リードフレーム材１の表面側に形成された金属めっき層３，４をレジストマスクとして表面側からリードフレーム材１に所定深さのエッチング加工（ハーフエッチング）を行う。これによって、導体端子６と中継端子７のワイヤボンディング部を突出させる（第２工程）。

次に、図２（ｇ）に示すようにリードフレーム材１の裏面のテープ５を剥がし、次いで図２（ｈ）に示すようにリードフレーム材１に半導体素子８を銀・エポキシ系の導電性接着剤等を用いて搭載した後、半導体素子８の電極パッド部と対応する導体端子６のワイヤボンディング部との間を直接、または中継端子７を中継してボンディングワイヤ９によって接続し（第３工程）、次いで半導体素子８、ボンディングワイヤ９を含むリードフレーム材１の表面側を封止樹脂１０により封止する（第４工程）。

次に、図２（ｉ）に示すように、リードフレーム材１の裏面側に、裏面側に形成された金属めっき層３をレジストマスクとしてエッチング加工して、導体端子６下部の外部接続端子部および半導体素子８底面の接合部を突出させる（第５工程）。なお、このとき、中継端子７の下部は、金属めっき層３が形成されていないため、エッチングにより除去される。
最後に、図２（ｊ）に示すように、外周を定寸に切断して半導体装置を得る。

以上の製造方法により、ワイヤ流れ不良の無い半導体装置を実現することができる。
なお、半導体装置下面の中継端子７の銅の部分の露出が問題になる場合は、裏面よりポッティング等で絶縁してもよい。

中継端子７の配置の例を図３〜図５に示す。
図３は、半導体素子８の周辺エリアの導体端子６の最外列の内側に、半導体素子８を囲むように中継端子７を列状に配列した例を示している。
このように、半導体素子８と導体端子６の最外列への接続は中継端子７を介するため、ボンディングワイヤ９の長さが短くなり、ワイヤ流れを防ぐことができる。

図４は、半導体素子８の周辺エリアの導体端子６の最外列の内側に、中継端子７を不規則に配置した例を示している。
このように、半導体素子８と導体端子６の最外列への接続に不規則に設けた中継端子７を介することにより、効果的にワイヤ流れを防ぎ、かつ端子配置の自由度も増すことができる。

図５は、半導体素子８の周辺エリアの導体端子６の最外列の内側に、半導体素子８の電極パッドからの距離が長い位置、例えばコーナー部の導体端子６を接続するために中継端子７を配置した例を示している。
このようにワイヤ長が最も長くなる箇所にのみ中継端子７を設けることで、効果的にワイヤ流れを防ぐようにしてもよい。

中継端子７の形状は、導体端子６の形状とは異なる形状で形成することが好ましい。すなわち、図６に示すように、導体端子６の形状が円形のときは、中継端子７の形状を楕円形とすることにより、ワイヤボンディングの際の導体端子６と中継端子７との画像認識精度が向上して、配線ミスを防ぐことができる。
なお、中継端子７の形状は楕円形に限らず、多角形や端子周囲に切り欠き若しくは溝部を有する凹凸形状など円形と区別できる形状であればよい。

図７は本発明の別の実施の形態における導体端子と中継端子の配列例を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。この図７のように、中継端子７の端を導体端子６と繋げば、１つの端子と１回のボンディングで接続することが可能となる。

１ リードフレーム材
２ レジスト膜
３，４ 金属めっき層
５ テープ
６ 導体端子
７ 中継端子
８ 半導体素子
９ ボンディングワイヤ
１０ 封止樹脂
１１ 半導体装置
１２ ワイヤボンディング部
１３ 外部接続端子部

Claims (2)

1. 半導体素子が配置され、その半導体素子の周辺エリアに、表面側がワイヤボンディング部であり裏面側が外部接続端子部である複数の導体端子がアレイ状に配置され、前記半導体素子の周辺エリアに、中継端子が配置され、前記ワイヤボンディング部と前記半導体素子の間が直接、または前記中継端子を中継してボンディングワイヤで接続され、前記半導体素子、前記ボンディングワイヤ及び前記導体端子の表面側略半分が樹脂封止されている半導体装置の製造方法であって、
   リードフレーム材の表面側に形成される前記ワイヤボンディング部及び前記中継端子と、前記リードフレーム材の裏面側に形成される前記外部接続端子部とに金属めっき層を形成する第１工程と、
   前記リードフレーム材の表面側に形成した前記金属めっき層をレジストマスクとして表面側から該リードフレーム材に所定深さのハーフエッチング加工を行い、前記外枠の一部又は全部と前記ワイヤボンディング部及び中継端子とを突出させる第２工程と、
   前記リードフレーム材に前記半導体素子を搭載した後、該半導体素子とそれぞれ対応する前記ワイヤボンディング部との間を直接、または前記中継端子を中継してボンディングワイヤによって接続する第３工程と、
   前記半導体素子、前記導体端子、前記中継端子、及び前記ボンディングワイヤを含む前記リードフレーム材の表面側を樹脂封止する第４工程と、
   前記リードフレーム材の裏面側に、裏面側に形成された前記金属めっき層をレジストマスクとしてエッチング加工を行って、前記外部接続端子部を突出させて独立させる第５工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記第１工程において、前記中継端子形成位置に対応する前記リードフレーム材の裏面側には前記金属めっき層を形成しない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。

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