JP4050199B2 - リードフレーム及びそれを用いた樹脂封止型半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、リードフレーム及びそれを用いた半導体装置及びその製造方法に係り、特に樹脂封止の底面に外部接続端子を有する樹脂封止型半導体装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、薄型・小型が進められている樹脂封止型半導体装置へ更に、特に電子機器の携帯化に対応した樹脂パッケージの薄型化と半導体装置基板実装への実装効率(チップ面積/パッケージ占有面積)と低コストが求められ、そのため樹脂封止型の半導体装置において新たな構造が必要となる。
【0003】
樹脂封止型半導体装置の従来例として、図9に示す樹脂封止型半導体装置の構造のものがある。半導体素子4、半導体素子4を封止する封止体6、各々の信号用リード12、13が半導体素子4とボンディングワイヤ5により電気的に接続されると共に他端側が封止体6の底面に露出して外部接続用端子10を形成する信号用リード12、13、半導体素子4が搭載されるダイパッド3、半導体素子4を接着する接着剤7により構成されている。(例えば、特許文献1参照)
従来の、一辺が約1mmの半導体素子サイズを搭載できる一般的な樹脂封止型半導体装置の樹脂パッケージの大きさは、X軸方向の長さ3.0mm、Y軸方向の長さ1.6mm、Z軸方向の長さ0.8mm程度であった。
【0004】
樹脂パッケージの小型薄型化を更に進めるには、図9に示す形状の、ボンディングワイヤ5により電気的に接続される信号用リード12、13の接続用平坦上面部Dと、外部接続用端子10平坦下面部長さEとの必要寸法を維持し、A、B、C寸法の極小化を図る必要がある。即ち、図9と図10に示すように、図10(a)の、信号用リード12、13と外部接続用端子10との間の斜面部50長さを排除して図9のB寸法短縮をはかり、図10(b)から図9のD、E必要寸法を維持すると共に図9のA寸法短縮をはかる。目標とする形状を図10(c)に示す。
【0005】
しかし、従来のリードフレームは、厚さ100μm以上のものが使用されていたので、図10(a)形状から図10(c)形状へ小型化薄型化を更に進めるには次に示す課題があり、関連する従来例も加え、下記に示す。
【0006】
第1の課題として折り曲げ外周部のクラック発生がある。クラック発生防止の従来例としては、例えば、リードフレーム曲げ部内側に溝部を形成して、このクラック、ひび割れを防止対策とする方法が開示されている。(例えば、特許文献2参照)
第2の課題としてワイヤボンディング時の振動受け部の形成がある。これに対する受け部形状の従来例としては、前記受け部に隣接して凹部を設け、ボンダビリティの低下を防止する方法が開示されている。(例えば、特許文献3参照)
第3の課題として樹脂バリ発生防止がある。樹脂バリ発生防止の従来例としては、例えば、この封止樹脂境界部に、凹部を形成して樹脂バリを抑制する方法が開示されている。(例えば、特許文献4参照)
【0007】
【特許文献1】
特開昭63−15453号公報
【0008】
【特許文献2】
特開2000−294711号公報
【0009】
【特許文献3】
特開2000−195894号公報
【0010】
【特許文献4】
特開2000−196005号公報
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
樹脂パッケージの小型化薄型化を図るための前記課題を具体的に以下に記す。第1の課題は、垂直へ曲げる際の折り曲げ外周部のクラック発生である。図11に折り曲げ外周部16クラック発生の説明図を示す。図10(a)に示す形状から、無駄な斜面部50の長さを排除して寸法極小化を図ろうとする際の、リードフレーム折り曲げ部の角度が従来45°〜70°から、折り曲げ内側表面の円弧形状部18のR寸法を最少にして、垂直へ曲げる際のリードフレームクラック発生である。
【0012】
リードフレームの折り曲げ加工は、金型に入れて押圧することにより、曲げ加工を施している。しかし、リードフレームは、Fe−Ni合金、Cu合金等の金属で形成されているため、リードフレームの厚さが厚いと、例えば従来の150μm厚さで折り曲げ内側表面円弧形状部18を0に近いR寸法で折り曲げると、曲げ部の外周16で引っ張り応力が、曲げ部の内周18で圧縮応力が生じ、クラック、ひび割れ等が外側表面円弧形状部16に発生する。急激に加工すると折り曲げ形状部でリード折れが発生する。
【0013】
即ち、図9に示すD、E必要寸法を維持すると共に、図10(b)における前記クラック発生を防止しながら小型化へ向けた折り曲げ外側表面円弧形状部16寸法の極小化を同時に図らなければならない。
【0014】
しかし、折り曲げ外側表面円弧形状部16の範囲は、リードフレームの折り曲げ加工に使用される通常上下動だけのプレス折り曲げ方法であり、削除することは非常に困難である。即ち、通常のリードフレームの折り曲げ加工では、上下からの加圧される構造から、図12に示すプレス金型30、31により、折り曲げ外側表面円弧形状部16を形成する長さLの範囲内には、上下から加わる力のみで、外側表面円弧形状部16は引張合って塑性変形をおこし、外側表面円弧形状部16寸法を小さくする力が作用しないからである。
【0015】
第2の課題は、ボンダビリティの低下を招くおそれのあるワイヤボンディング振動受け部51の形成である。図13に示すように、通常はボンディングツールであるキャピラリ52からの超音波振動を、ワイヤ接続される信号用リード12、13の平坦裏面部53に配置した振動受け部51で受けて、信号用リード12、13へ伝えて正常にボンディングされる。
【0016】
振動受け部課題(1)として、リードフレームの製造上の誤差によって、振動受け部51と信号用リードと12、13の間に隙間誤差が生じる場合があり、この状態でワイヤボンドを行うと、キャピラリ52からの超音波振動力Fが、折り曲げ部を支点とした分力Fとなって逃げてしまい、キャピラリ52から与える超音波振動が信号用リード12、13への伝達不足となり、ワイヤの接着不良などを招く。
【0017】
また、振動受け部課題(2)として、振動受け部51の大きさは、製造上の誤差(リードフレーム、リードフレーム位置決め、受け部加工)を加味した大きさにする必要がある。図13に振動受け部51とその大きさLwを示す。振動受け部51に関わる製造上の精度が、例としてリードフレーム誤差±0.03mm、位置決め±0.03mm、振動受け部51加工±0.03mm、最少振動受け部長さ0.10mmとすると、ワイヤボンド振動受け部51の設置大きさLwは150μm以上となる。信号用リード12、13の平坦裏面部53は、この150μm以上の長さを必要とするため、信号用リード12、13平坦部の小型化を目指すことは困難であった。
【0018】
振動受け部課題(1)を解決する従来例の1つとして、振動受け部51に隣接して凹部を設けボンダビリティの低下を防止する方法は、隣接凹部を加えたフレームクランパ54配置寸法の増加を必要として、リードフレーム上のフレーム連設数を減らし、フレーム材料コスト高をもたらすことになる。
【0019】
第3の課題は、樹脂バリ発生である。折り曲げ部外側表面の円弧形状部16は前述したように、リードフレームのプレス折り曲げ加工では、エッジ(角部)が得られず、R部(丸み)がついてしまうため、樹脂封止の際に、図14(a)に示すリードフレームと封止樹脂の境界部に薄い樹脂バリ55が不規則に発生し、外部接続用端子部10の露出面の形状が安定せず、この樹脂バリ55を抑制する必要がある。
【0020】
この封止樹脂境界部に、図14(b)に示す凹部56を形成して樹脂バリ55を抑制する方法が開示されているが、凹部56をエッチングまたはプレス法によってあらかじめ形成する必要を生じ工程増を伴う。
【0021】
本発明の目的は、以上のような課題を解決し、樹脂パッケージの小型化薄型化と、半導体装置基板実装への実装効率(チップ面積/パッケージ占有面積)を上げることができる樹脂封止型半導体装置を提供することにある。また、信頼性を確保して低コストに生産できる製造方法を提供することにある。
【0022】
【課題を解決するための手段】
上記課題は上記の目的を達成するために、下記に記した手段により解決することができる。
【0023】
本発明による樹脂封止型半導体装置では、半導体素子と、前記半導体素子を支持するダイパッドと、前記半導体素子と前記ダイパッドを接着する接着剤と、前記ダイパッドの辺に向かって延在する複数の信号用リードと、前記半導体素子と前記信号用リードを接続するボンディングワイヤと、封止樹脂で封止する封止体とを備え、前記ダイパッドと前記信号用リード中央部は、その周辺部からアップセットされ、前記信号用リードの他端部が封止体の下面に外部接続用端子として一部表面を露出させる樹脂封止型半導体装置において、前記アップセットされた信号用リードの折り曲げ外周円弧部を含む上面部と、前記外部接続用端子の折り曲げ外周円弧部を含む下面部をつぶして、前記信号用リードのアップセットされた折り曲げ高さと前記アップセットされた信号用リード長さとが、その周辺部リードフレームの2倍の板厚寸法以内に収められていることを特徴とするものである。
【0024】
ここで、アップセット折り曲げ高さ(縦寸法)とは、外部接続用端子の平坦下面部から信号用リードの接続用平坦上面部までの高さであり、アップセットされた信号用リード長さ(横寸法)とは、信号用リード先端部から折り曲げを形成している形状部までの長さである。
【0025】
この構成により、不要なアップセット折り曲げ斜面形状の長さと折り曲げ外周円弧部の長さが削除され、アップセット高さを低くした極めて薄い小型なフレームとした樹脂封止型半導体装置とすることができる。
【0026】
また、本発明の構成においては、前記アップセットされた信号用リード上面部と前記外部接続用端子上面部の間と、前記アップセットされた信号用リード下面部と前記外部接続用端子下面部の間には、前記外部接続用端子の上下面に対して垂直の形状部を設けるのが好ましい。ここで、前記垂直形状部は前記外部接続用端子に対して85°〜90°の角度を含む。
【0027】
この構成にした場合には、前記信号用リードの接続用平坦部の直下に前記垂直形状部が形成され、前記垂直形状部すぐ上でのワイヤボンディング接続が可能となり、特別な下方からの受け部を不要にして小スペースでの、接続時のワイヤボンディング加重及び超音波振動が有効に伝わり良好なワイヤボンディング性が得られ、信頼性を高められる。
【0028】
また、本発明の構成においては、前記アップセットされた信号用リードの平坦上面部長さは、前記アップセットされた信号用リードの平坦裏面部長さより長く、前記外部接続用端子の平坦下面部長さは、前記外部接続用端子の平坦上面部長さより長くするのが好ましい。
【0029】
この構成にした場合には、封止樹脂境界部の樹脂バリ発生を抑制した樹脂封止型半導体装置とすることができる。即ち、外部接続用端子下面部をつぶして長さを延長させると、外部接続用端子のなだらかな外側円弧形状部が削除され、外部接続用端子下面部から前記垂直形状部への立上りが急な凸形の境界部形状となる。これにより、外部接続用端子下面部と封止樹脂の境界部が明瞭になり、前記なだらかな外側円弧形状部に発生する不規則な樹脂バリ発生を抑制することができる。
また、ワイヤボンド接続領域部としての前記信号用リードの平坦必要長さと、外部接続用端子上面部の封止体を形成するための平坦必要長さと、外部接続用端子下面部の平坦必要長さとの維持を図ると共に、前記ダイパッド両側に配置している、前記信号用リード上面部平坦長さ増加分と、外部接続用端子下面部平坦長さ増加分だけ、増加個所の4倍寸法のより小型の樹脂封止型半導体装置を実現することができる。
【0030】
また、本発明の構成においては、50μmから80μmの厚さのリードフレームを用いるのが好ましい。50μm以下ではリードフレームの強度が弱くなる。これにより、縦、横寸法が160μm以下の極めて薄い小型な折り曲げ断面形状とすることができる。また、これによる曲げ塑性変形を従来より半減させることと、曲げの塑性変形率を低減させる複数のアップセット工程を経ることにより、クラック発生のない樹脂封止型半導体装置を実現することができる。
【0031】
また、本発明の構成においては、前記信号用リードが向かって延在する先の前記ダイパッドの辺の長さは、前記信号用リード配置の外側幅より大きくするのが好ましい。
【0032】
この構成にした場合には、極めて薄い小型な折り曲げ断面形状部が形成されて、前記ダイパッドの2辺に前記信号用リードを配置できることから、前記ダイパッドの半導体素子搭載部の辺の長さを最大に設けられることにより、より大きな半導体素子を搭載することができる。
【0033】
また、本発明の樹脂封止型半導体装置の好ましい構成においては、前記信号用リードは、前記ダイパッドの第1辺に向かって延在する第1、第2の信号用リードと、前記ダイパッドの対向する第2辺に向かって延在する第3、第4の信号用リードとを有し、前記ダイパッドは、前記信号用リードのいずれか一本と吊りリードを兼ね一体化して支持されている。
【0034】
この構成にした場合には、前記ダイパッドを支持するための吊りリードが前記信号用リードの第1から第4のいずれか一本と兼ね一体化されていることにより、前記ダイパッドを吊るだけの特別なリードを有せず、第1〜第4の外部接続用端子を備える樹脂封止型半導体装置を得ることができる。特に、端子数が3から6端子の樹脂封止型半導体装置に適用した場合、極めて薄い小型な樹脂封止型半導体装置とするのに特に効果的である。
【0035】
また、本発明の構成においては、前記アップセットされた信号用リード下面側の高さの半分以下の平均粒径を有するフィラーを含有するのが好ましい。
【0036】
この構成にした場合には、アップセットされた前記信号用リードの下面部と、前記ダイパッドの端から前記封止体外形までの間隔に、封止樹脂が十分回り込み十分な密着性と成形強度が確保され、樹脂封止型半導体装置の耐湿性が向上して、極めて薄い小型なフレーム構造に特に効果的である。
【0037】
また、本発明の樹脂封止型半導体装置の製造方法においては、ワイヤボンディング接続される信号用リード部と外部接続用端子部との間を折り曲げる工程と、前記信号用リード部と前記外部接続用端子部の間に垂直形状部を形成する工程と、前記信号用リードの上面部と前記外部接続用端子の下面部をつぶす工程とからなるアップセット工程を含むリードフレームを用意する工程と、前記リードフレーム上に半導体素子を搭載する工程と、前記半導体素子と前記信号用リードとを互いにワイヤボンドで電気的に接続する工程と、封止樹脂を用いて前記半導体素子と前記ダイパッドと前記接着剤と前記ボンディングワイヤと前記信号用リードとを封止する工程と、前記リードフレーム本体から樹脂封止型半導体装置を分離する工程とを備えている。
【0038】
この構成にした場合には、不要なアップセット折り曲げ斜面形状の長さと折り曲げ外周円弧部の長さを削除して、アップセット高さを低くした、極めて薄い小型な封止型半導体装置を低コストに製造することができる。
【0039】
【実施例】
以下、本実施例のリードフレームについて図面に基づいて説明する。図1は本発明の実施例である樹脂封止型半導体装置の製造に用いられるリードフレームの単位フレーム平面図である。まず、樹脂封止型半導体装置の製造に用いられるリードフレーム1の単位フレームの構成について説明する。
【0040】
図1に示すように、リードフレーム1は、例えば鉄(Fe)−ニッケル(Ni)系合金からなる厚さが50μmから80μmの板状に、半導体チップ4を搭載しようとする領域に設けられたリードフレーム開口部2へ、リードフレーム開口部2内に配置された半導体素子4を支持するための略四辺形をしたダイパッド3が形成され、搭載しようとする半導体素子4の外形サイズよりも僅かに大きい外形サイズに形成されている。ダイパッド3の外周2辺には、リードフレーム開口部2の縁第1辺からダイパッド3の第1辺に向かって延びる第1、第2の信号用リード11,12と、リードフレーム開口部2の縁第1辺に対向する第2辺からダイパッド3の対向する第2辺に向かって延びる第3、第4の信号用リード13,14とをプレスして形成されている。信号用リードの第1から第4のいずれか一本はダイパッド3を支持するために吊りリードを兼ね、一体化されている。この実施例では、信号用リード11がダイパッド3を支持するために吊りリードを兼ねている。
【0041】
次に、図2に本発明の実施例であるリードフレーム1の周辺部からアップセットされた拡大詳細断面形状を示す。外部接続用端子10の平坦下面部21から信号用リードの接続用平坦上面部15までのアップセット折り曲げ高さ(縦寸法)と、折り曲げ断面部の垂直形状部17aから信号用リード先端部56までの前記アップセットされた信号用リード長さ(横寸法)とが、リードフレーム1の2倍の板厚寸法以内に収められている。
即ち、リードフレーム1の板厚寸法をTとすると、その2倍の2Tの縦・横の中に、アップセットされた信号用リード12,13,14と、アップセット折り曲げ部17a、17bが形成される。例えば、厚さが80μmとすると、縦・横160μm以内に収められている。
【0042】
本発明の特徴である構成について、図3に示す折り曲げ断面形状を形成する工程図の一例をもとに説明する。図3(a)は、上部に折り曲げ形成上金型30、下部に折り曲げ形成下金型31、中央にリードフレーム1が配置された図を示す。図3(b)は、折り曲げ形成上金型30、折り曲げ形成下金型31が塑性変形率緩和する概略の折り曲げ形状を形成するプレスした形態を示す。図3(c)は、折り曲げ垂直形状17a、17bを形成するための折り曲げ形成上金型30a、折り曲げ形成下金型31aがプレスした形態を示す。図3(d)は信号用リードの上面部15と外部接続用端子下面部21をつぶすための折り曲げ形成上金型30b、折り曲げ形成下金型31bがプレスした形態を示す。
【0043】
図3(b)の工程は、信号用リード折り曲げ部塑性変形率緩和するための工程として、また、垂直形状17a、17bの形成準備のアップセット工程として設定している。この工程は、信号用リード接続用上面部15と信号用リード接続用平坦裏面部20をクランプし、信号用リード11〜14の平面位置を保持できるクランプ力でアップセットされ、信号用リード11〜14と外部接続用端子10の間で引き伸ばされる。初回曲げ時は、金型30、31の角部40とリードフレーム1表面とのすべりを生じさせないと、リード折れ、リード破断になるおそれがある。リードフレーム1厚みが例えば従来の150μmでは、0に近い10μm以下のR部で折り曲げると、外側表面の円弧形状部16においてクラック発生を伴い、垂直形状17a、17bの形成ができない。そのためリードフレーム1の急激な曲げを避け、型30、31の角部40とリードフレーム1表面とのすべりをもちながら、信号用リード11〜14の外側表面の円弧形状部16の塑性変形率を抑えた曲げを経て概略の折り曲げ形状が形成される。折り曲げ内側表面の円弧形状部18を形成させる上金型30と下金型31の角部40は大きいR部(曲率半径50〜100μ)にしている。
【0044】
図3(c)の工程は、垂直形状部17a、17b形成の工程として設定している。垂直形状部17a、17b形成時は、折り曲げ内側表面の円弧形状部18を形成させる上金型30aと下金型31aの角部41は0に近いR部で折り曲げられる。この実施例では曲率半径Rは10μm以下である。これは、図3(b)の塑性変形率を抑えた曲げ工程を経ることと、50μmから80μmの厚さのリードフレームを用いることと、リードフレーム厚みの2Tの縦横寸法内形状であることにより、折り曲げ内側表面の円弧形状部18の曲率半径が10μm以下にして、リード破断、クラック発生を伴うことなく、垂直形状部17の形成が可能となる。垂直形状部17a、17bの角度は外部接続用端子10の上下面19、21に対して85°〜90°を含む。垂直形状部17の厚みは、信号用リード11〜14と外部接続用端子10の間で、垂直形成時更に引き伸ばされ、この実施例では、リードフレーム1より20〜50%薄く形成される。
【0045】
図3(d)の工程は、アップセットされた信号用リードの上面部15と外部接続用端子下面部21をつぶす工程として設定している。アップセットされた信号用リード11〜14の外側表面の円弧形状部16と、外部接続用端子10の外側表面の円弧形状部16を含む上面部15と下面部21を、上金型30bと下金型31bによりつぶして平坦部長さを拡大する。
【0046】
リードフレーム1厚さTのつぶし量は、前記リードフレーム1厚さTの10%から50%が好ましい。50%を越えるつぶし量は、前記平坦部長さ増加が少なく前記信号用リードの強度を損なうおそれがあり、リードフレーム1厚さTの10%のつぶし量で信号用リードの平坦上面部長さL1がリードフレーム1厚さTの約50%増加し、リードフレーム1厚さTの50%のつぶし量で約85%増加する効果があるからである。
【0047】
垂直形状部17の厚みTaと信号用リード11〜14の厚みTbと外部接続用端子10の厚みTcは、Ta<Tb<Tcが好ましい。Ta、TbがTcより小さい程、信号用リード接続用平坦部裏面20側と、垂直形状部17aと17b両側の封止樹脂体積増加による成形強度、リード抜け防止効果があるからである。垂直形状部17の厚みTaは、信号用リード11〜14の平面位置を保持できるクランプ力でアップセットするため、リードフレーム厚みの約50%まで引き伸ばすことができる。信号用リード11〜14の厚みTbは、信号用リード11〜14のつぶし面積が少ないため、外部接続用端子10より多くつぶすことができる。実施例では、リードフレーム1厚さを80μmとするとTa、Tb、Tcの厚みはそれぞれ約50μm、約60μm、約70μmであった。
【0048】
前記図3の(c)、(d)工程は、1工程で同時に行うことも、それぞれを複数工程で行うことも可能である。
【0049】
このようにして、図2に示すように、アップセットされた複数の信号用リード11〜14の折り曲げ断面形状が、折り曲げ部外側と内側表面の円弧形状部16a、16b、18と、垂直形状部17a、17bが形成され、リード曲げ部塑性変形率緩和工程の設定と、厚さ50μmから80μmのリードフレームを用いるにより、外側表面の円弧形状部16aの塑性変形が従来より半減して、折り曲げ部クラック発生を防止できると共に、折り曲げ断面形状がリードフレームの2倍の板厚寸法以内に収めることができる。
【0050】
また、内側表面の円弧形状部18の曲率半径を小さくして、前記信号用リードの接続用平坦部の直下に前記垂直形状部が形成され、図13に示す従来形態をした構造のキャピラリからの荷重分力F1に比べ、図4に示すように、この直下部を支点にしたキャピラリからの荷重分力F2がはるかに小さくなり、前記垂直形状部すぐ上でのワイヤボンディング接続が可能となり、特別な下方からの受け部を不要にして小スペースでの、接続時のワイヤボンディング荷重及び超音波振動が有効に伝わり良好なワイヤボンディング性が得られ、信頼性を高められるリードフレームとすることができる。
【0051】
また、前述した図3(d)の工程により、図5に示すように、アップセットされた信号用リードの平坦上面部15長さL1は、平坦裏面部20長さL2より長く、外部接続用端子平坦下面部21長さL3は、平坦上面部19長さL4より長くつぶす長さにしている。
【0052】
外部接続用端子下面部をつぶして長さを延長させると、外部接続用端子のなだらかな外側円弧形状部が削除され、外部接続用端子下面部から前記垂直形状部への立上りが急な凸形の境界部形状となる。これにより、外部接続用端子下面部と封止樹脂の境界部が明瞭になり、前記なだらかな外側円弧形状部に発生する不規則な樹脂バリ発生を抑制したリードフレームとすることができる。
【0053】
また、垂直形状部17a、17bと円弧形状部16a、16b、18を含む前記折り曲げ形状を形成し、アップセットされた信号用リードの平坦上面部15長さL1を形成する時に、図3(d)のプレス加工によって同時に展延され、図5に示す前記平坦上面部15長さL1が、ダイパッド3方向へ大きくなることにより、ダイパッド3とアップセットされた信号用リード11〜14との間隔を狭くすることができる。これは、ダイパッド3両側に信号用リード11、12と13、14を配置している樹脂パッケージにおいては、信号用リード上面部平坦長さL1増加分と、外部接続用端子下面部平坦長さL3増加分の、両側を合せて増加個所4倍のより小型にする効果がある。
【0054】
次に、図6(a)平面図に示す、信号用リード11〜14が向かって延在する先のダイパッド3の辺の長さL5は、信号用リード配置11、12または、13、14の外側幅L6より大きく形成されている。これは、図15に示す、ダイパッド3の樹脂パッケージY方向へ信号用リード11〜14を配置していた従来の方法に比べ、長さの短い本実施例の前記信号用リードを樹脂パッケージX方向へ配置できることにより、図6(a)に示すダイパッド3の大きさを大きくすることができる。これにより、小型で、外部基板実装への実装効率(チップ面積/パッケージ占有面積)を上げるリードフレームにすることができる。また、図6(a)に示す、吊りリード22を兼ね一体化の信号用リード11により、吊りリードのみの部材を省略でき、小型の樹脂封止型半導体装置ができる。
【0055】
次に、図7は本発明の実施例である上記樹脂封止型半導体装置の製造に用いられる短尺リードフレームの例を示す平面図である。図1に示す、リードフレーム開口部2に形成され、中央部をアップセットされた第1〜第4信号用リード11〜14とダイパッド3で構成されるリードフレーム1の単位フレーム23は、図7に示すように、樹脂封止型半導体装置製造工程の搬送方向に対して直角方向に、12から16個連設されている。また、リードフレーム1にはリードフレーム1の搬送及び位置決めをするための位置決め穴25が所定の間隔で形成されている。また、樹脂封止型半導体装置製造工程の搬送方向へ64単位に、直角方向へ12から16単位に連設した短尺リードフレームとする構成にしている。
【0056】
これは、アップセットされた信号用リードの平坦長さと折り曲げ高さと(断面縦横寸法)をリードフレームの2倍の板厚寸法内にして、特別な下方からのワイヤボンディング振動受け部を不要にして小スペースでの小型な単位フレームに構成できたことから、12から16個の密度高く連設したリードフレームとすることができる。
【0057】
これにより、リードフレーム単位面積当りの有効な単位フレーム数が従来の2〜4単位から12から16単位へ3倍〜4倍へ増加し、リードフレーム1の材料費を1/3〜1/4へ下げ、低コストとしての樹脂封止型半導体装置を提供することができる。
【0058】
次に、前述のように構成したリードフレームを用いて、本発明の実施例の樹脂封止型半導体装置とその製造方法について説明する。
【0059】
図6(a)、(b)に示す、半導体素子4は、例えば単結晶珪素からなる半導体基板及びこの半導体基板上に形成された配線層を主体とする構成になっており、その平面形状は方形状で形成されている。半導体素子4には、回路システムが搭載されている。この回路システムは半導体基板の主面に形成された半導体素子及び配線層に形成された配線によって構成されている。半導体素子4の回路形成面には、半導体素子4の外周囲の各辺に沿って3〜4個の電極が形成されている。この3〜4個の電極の各々は半導体素子4の配線層のうちの最上位層の配線層に形成され、回路システムを構成する半導体素子に配線を介して電気的に接続されている。3〜4個の電極は例えばアルミニウム膜又はアルミニウム合金膜で形成されている。
【0060】
リードフレーム1のダイパッド3に、半導体チップ4搭載用の接着剤7がディスペンサ等により供給される。半導体素子4が、例えばコレットにより一面側を真空吸着されることにより保持され、半導体素子4を保持した状態で前記コレットは所定の位置まで移動され、半導体素子4をリードフレーム1のダイパッド3に供給されることにより、前記ディスペンサ等によりダイパッド3に供給された接着剤7がダイパッド3上に押し広げられる。そして接着剤7が加熱により硬化されて半導体チップ4はダイパッド3上に接着固定され搭載される。ダイパッド3は搭載しようとする半導体素子4の外形サイズよりも僅かに大きいサイズで領域を確保した外形サイズで形成されていることから、接着剤供給量の確認が容易となり、素子搭載品質が向上できる。
【0061】
第1〜第4信号用リード11〜14の各々は、半導体素子4の回路形成面に形成された3〜4個の電極の各々に導電性のボンディングワイヤ5を介して電気的に接続される。ボンディングワイヤ5としては、例えば金(Au)ワイヤを用いている。また、ボンディングワイヤ5の接続方法としては、例えば熱圧着に超音波振動を併用したボンディング法を用いている。具体的には、まず、半導体素子4の電極にボンディングワイヤ5の一端測をボンディングツールで熱圧着して接続し、次に、信号用リード11〜14のインナー部の先端部分にボンディングワイヤ5の他端側をボンディングツールであるキャピラリ52で熱圧着して接続する。このボンディングワイヤ5の接続は超音波振動を与えながら行う。特別な下方からの振動受け部51を不要にして、垂直形状部17直上でのワイヤボンディング接続が可能となり、接続時のワイヤボンディング加重及び超音波振動が有効に伝わり良好なワイヤボンディング性が得られている。また、半導体チップ4の回路形成面に形成された3〜4個の電極の各々から前記第1〜第4信号用リードまでは、長さが短く、高さが低いワイヤループ形状を形成される。
【0062】
その後、半導体素子4、ダイパッド3、信号用リード11〜14のインナー部及びボンディングワイヤ5を絶縁性の樹脂からなる封止体6で封止する。第1〜第4の4本の信号用リード11〜14の一方の端部は、封止体4の下面に一部表面を露出し、外部接続用端子10を形成している。
【0063】
封止体6の平面形状は方形状で形成されている。封止体6は、低応力化を図る目的として、例えばフェノール系硬化剤、シリコンゴム及びフィラー等が添加されたビフェニール系の絶縁性樹脂で形成されている。この種の封止方法である大量生産に好適なトランスファーモールディング法は、ポット、ランナー、流入ゲート、及びキャビティ等を備えた成形金型を使用し、ポットからランナー及び流入ゲートを通じてキャビティ内に絶縁性樹脂を加圧注入して封止体6を形成する方法である。
【0064】
図8に示すように、モールディング成形金型32の上型と下型とで形成されるキャビティ内に前記半導体チップ4、ボンディングワイヤ5、信号用リード11〜14のインナー部等が配置されるように、上型と下型との間に短尺リードフレームを配置し、その後、上型と下型とで短尺リードフレームをクランプする。次に、モールディング成形金型32のポット33に樹脂タブレットを投入し、その後、樹脂タブレットをトランスファーモールド装置のプランジャで加圧し、キャビティ内に樹脂を供給して封止体6を形成する。半導体素子4、ボンディングワイヤ5、信号用リード11〜14のインナー部等が封止体6で封止される。その後成形金型32から短尺リードフレームを取り出す。
【0065】
前記封止樹脂の中に、ボンディングワイヤ5を介して電気的に接続される信号用リードの接続用平坦部裏面20側の封止樹脂の高さL7の半分以下の平均粒径を有するフィラーを含有することより、信号用リードの接続用平坦部裏面20側に、封止樹脂が十分回り込み、十分な成形強度を確保することができ、樹脂封止型半導体装置高さを低くできる効果がある。また、ダイパッド3の端から封止体6外形までの間隔にも封止樹脂が十分回り込み、十分な成形強度を確保することができ、樹脂パッケージY方向の寸法を小さく抑えることができる。更に、信号用リード11〜14と封止体6との密着性が高くなり、樹脂封止型半導体装置の耐湿性が向上する。極めて薄い小型なフレーム構造には特に効果的である。
【0066】
本実施例から極めて小型のフレーム構造とすることができることによって、前述した64単位に連設した短尺リードフレームとすることにより、トランスファーモールド装置の最大能力を活用することができる。図16に示す従来の方法は、少ない半導体個数しかモールディング形成できなかったものから、図8に示すように、トランスファーモールド装置へ前記短尺リードフレームを2枚同時に配置して、樹脂封止型半導体装置の個数にして16×64×2=2048個へと一括的に形成遂行し、安価に製造することができる。
【0067】
次に、封止体6の外部に位置するランナーを除去し、その後短尺リードフレームに半田メッキ処理を施す。その後短尺リードフレームから信号用リード部を切断することにより、樹脂封止型半導体装置が得られる。
【0068】
本実施例の樹脂封止型半導体装置小型化への具体的な実施例を説明すると、厚さが80μmのリードフレームを用い、封止樹脂に含有するフィラー粒径を最大40μm、その平均粒径約30μm、ワイヤループを覆い隠すための封止樹脂厚み40μm、ワイヤループ高さ90μm、半導体素子の厚み100μm、接着剤厚み10μm、ダイパッドの厚み70μm、ダイパッド下封止樹脂の厚み70μmの合計として、厚さ0.38mmにして極めて小型の樹脂封止型半導体装置を実現することができる。
【0069】
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、下記のような種々の効果を実現できる。
【0070】
第1に、極めて薄い小型の樹脂封止型半導体装置を提供することができる。即ち、厚さ50μmから80μm以下のリードフレームを用い、アップセットされた信号用リードの長さと折り曲げ高さと(断面縦横寸法)をリードフレームの2倍の板厚寸法内にして、前記垂直部形成と、折り曲げ外周円弧部削減により、ワイヤボンド接続領域部としての前記信号用リード平坦寸法維持と、封止体を形成するための平坦部長さ維持と、外部接続用端子下面部の外部基板実装のための平坦長さ維持とをして、その他の不要な長さを排除することができるからである。パッケージ厚さ0.38mmは、ワイヤループを覆い隠すための封止樹脂厚み40μm、ワイヤループ高さ90μm、半導体素子の厚み100μm、接着剤厚み10μm、ダイパッドの厚み70μm、ダイパッド下封止樹脂の厚み70μmとして、ダイパッドの辺から封止体外形までの長さ200μmは、ダイパッドと信号用リードの間隔80μm、信号用リード裏面部長さ100μm、垂直形状部厚み50μm、垂直形状部と封止体外形の間隔70μmとした厚さなので、極めて薄い0.4mm以下の小型な樹脂封止型半導体装置を実現するのに特に効果的である。
【0071】
第2に、(1)折り曲げ部のクラック、(2)ボンダビリティの低下、(3)封止樹脂境界部の樹脂バリの課題を解決した信頼性の高い樹脂封止型半導体装置を提供することができる。
【0072】
即ち、(1)リードフレーム50μmから80μmの厚さは曲げ塑性変形を従来より半減させ、曲げの塑性変形率を低減させる複数のアップセット工程を経ることにより、クラック発生を防止することができる。(2)前記垂直形状部すぐ上でのワイヤボンディング接続が可能となり、特別な下方からの受け部を不要にして小スペースでの、接続時のワイヤボンディング加重及び超音波振動が有効に伝わり良好なワイヤボンディング性が得られる。(3)外部接続用端子下面部をつぶして長さを延長することにより、外部接続用端子のなだらかな外側円弧形状部が削除され、外部接続用端子下面部から前記垂直形状部への立上りが急な凸形の境界部形状となる。これにより、外部接続用端子下面部と封止樹脂の境界部が明瞭になり、前記なだらかな外側円弧形状部に発生する不規則な樹脂バリ発生を抑制することができる。
【0073】
第3に、低コストとしての樹脂封止型半導体装置を提供することができる。即ち、アップセットの縦横寸法をリードフレームの2倍の板厚寸法内にして極めて小型な単位フレームに形成することにより、リードフレームの列数を密度高くして、取り個数を多くすることができ、モールド工程では一括的に形成遂行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例であるリードフレームの一例の単位フレーム平面図である。
【図2】本発明の実施例である樹脂封止型半導体装置の一例の概略構成を示した断面図と説明するための拡大詳細断面図である。
【図3】本発明の実施例である樹脂封止型半導体装置の一例の製造方法を説明するための金型断面図である。
【図4】本発明の実施例であるリードフレームの一例のワイヤボンディング工程での作用を説明するための拡大詳細断面図である。
【図5】本発明の実施例であるリードフレームの一例の折り曲げ形状を示した図であり、各部長さを説明するための拡大詳細断面図である。
【図6】本発明の実施例である樹脂封止型半導体装置の一例の平面図(a)と拡大詳細断面図(b)である。
【図7】本発明の実施例であるリードフレームの一例の単位フレームが16×64単位の短尺リードフレーム平面図である。
【図8】本発明の実施例である樹脂封止型半導体装置の一例のモールディング製造方法を説明するための平面図である。
【図9】従来の樹脂封止型半導体装置の一例の概略構成を示した断面図である。
【図10】従来の樹脂封止型半導体装置のリードフレームを小型化する課題を説明するための拡大詳細断面図である。
【図11】従来の樹脂封止型半導体装置の折り曲げ工程での課題を説明するための拡大詳細断面図である。
【図12】リードフレーム折り曲げ形状を小型化する課題を説明するための断面図である。
【図13】従来の樹脂封止型半導体装置のワイヤボンディング工程での課題を説明するための拡大詳細断面図である。
【図14】従来の樹脂封止型半導体装置の樹脂バリ課題を説明するための図であり、(a)は発生個所の拡大詳細断面図、(b)は関連する従来例の拡大詳細断面図である。
【図15】従来の樹脂封止型半導体装置の一例のリードフレームの単位フレームを示した平面図である。
【図16】従来の樹脂封止型半導体装置のモールディング製造方法を説明するための平面図である。
【符号の説明】
1・・・リードフレーム
2・・・リードフレーム開口部
3・・・ダイパッド
4・・・半導体素子
5・・・ボンディングワイヤ
6・・・封止体
7・・・接着剤
10・・・外部接続用端子
11・・・第1の信号用リード
12・・・第2の信号用リード
13・・・第3の信号用リード
14・・・第4の信号用リード
15・・・信号用リードの接続用平坦上面部
16a、16b・・・外側表面の円弧形状部
17a、17b・・・折り曲げ断面部の垂直形状部
18・・・内側表面の円弧形状部
19・・・外部接続用端子の平坦上面部
20・・・信号用リードの接続用平坦裏面部
21・・・外部接続用端子の平坦下面部
22・・・ダイパッドを支持するための吊りリード
23・・・リードフレームの単位フレーム
25・・・リードフレーム搬送及び位置決め穴
30、30a、30b・・・折り曲げ形成上金型
31、31a、31b・・・折り曲げ形成下金型
32・・・モールディング成型金型
33・・・ポット
Claims (14)
- 半導体素子と、前記半導体素子を支持するダイパッドと、前記半導体素子と前記ダイパッドを接着する接着剤と、前記ダイパッドの辺に向かって延在する複数の信号用リードと、前記半導体素子と前記信号用リードを接続するボンディングワイヤと、封止樹脂で封止する封止体とを備え、前記ダイパッドと前記信号用リード中央部は、その周辺部からアップセットされ、前記信号用リードの他端部が封止体の下面に外部接続用端子として一部表面を露出させる樹脂封止型半導体装置において、前記アップセットされた信号用リードの折り曲げ外周円弧部を含む上面部からみた板厚と、前記外部接続用端子の折り曲げ外周円弧部を含む下面部からみた板厚とを減じて、前記信号用リードのアップセットされた折り曲げ高さと前記アップセットされた信号用リード長さとが、その周辺部リードフレームの2倍の板厚寸法以内に収められていることを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
- 前記アップセットされた信号用リード上面部と外部接続用端子の上面部の間と、前記アップセットされた信号用リード下面部と前記外部接続用端子下面部の間には、前記外部接続用端子面に対して垂直の形状部が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の樹脂封止型半導体装置。
- 前記アップセットされた信号用リードの平坦上面部長さは、前記アップセットされた信号用リードの平坦裏面部長さより長いことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の樹脂封止型半導体装置。
- 前記外部接続用端子の平坦下面部長さは、前記外部接続用端子の平坦上面部長さより長いことを特徴とする請求項1乃至請求項3のうち何れか1項に記載の樹脂封止型半導体装置。
- 前記リードフレームの厚さは50μmから80μmであることを特徴とする請求項1乃至請求項4のうち何れか1項に記載の樹脂封止型半導体装置。
- 前記信号用リードが向かって延在する先の前記ダイパッドの辺の長さは、前記信号用リード配置の外側幅より大きいことを特徴とする請求項1乃至請求項5のうち何れか1項に記載の樹脂封止型半導体装置。
- 前記信号用リードは、前記ダイパッドの第1辺に向かって延在する第1、第2の信号用リードと、前記ダイパッドの対向する第2辺に向かって延在する第3、第4の信号用リードとを有し、前記ダイパッドは、前記信号用リードのいずれか一本と吊りリードを兼ね一体化して支持されていることを特徴とする請求項1乃至請求項6のうち何れか1項に記載の樹脂封止型半導体装置。
- 前記アップセットされた信号用リード下面側の高さの半分以下の平均粒径を有するフィラーを含有することを特徴とする請求項1乃至請求項7のうち何れか一項に記載の樹脂封止型半導体装置。
- 半導体素子を搭載しようとする領域に設けられたリードフレーム開口部と、前記リードフレーム開口部内に配置された前記半導体素子を支持するためのダイパッドと、前記リードフレーム開口部の対向する2辺から前記ダイパッドの辺へ向かって延在する複数の信号用リードを有し、前記信号用リードの中央部はその周辺部からアップセットされたリードフレームにおいて、前記アップセットされた信号用リードの折り曲げ外周円弧部を含む上面部からみた板厚と、前記外部接続用端子の折り曲げ外周円弧部を含む下面部からみた板厚とを減じて、前記信号用リードのアップセットされた折り曲げ高さと、前記アップセットされた信号用リード長さとが、その周辺部リードフレームの2倍の板厚寸法以内に収められていることを特徴とするリードフレーム。
- 前記リードフレームは、請求項2乃至請求項7のうち何れか一項に記載しているリードフレームの構成を特徴とするリードフレーム。
- ワイヤボンディング接続される信号用リード部と外部接続用端子部との間を折り曲げる工程と、前記信号用リード部と前記外部接続用端子部との間に垂直形状部を形成する工程と、前記信号用リードの上面部からみた板厚と前記外部接続用端子の下面部からみた板厚とを減じる工程とからなるアップセット工程を含むリードフレームを用意する工程と、前記リードフレーム上に半導体素子を搭載する工程と、前記半導体素子と前記信号用リードとを互いにワイヤボンドで電気的に接続する工程と、封止樹脂を用いて前記半導体素子と前記ダイパッドと前記接着剤と前記ボンディングワイヤと前記信号用リードとを封止する工程と、前記リードフレーム本体から樹脂封止型半導体装置を分離する工程とを備えたことを特徴とする樹脂封止型半導体装置の製造方法。
- 前記リードフレームを用意する工程は、請求項9又は請求項10に記載のリードフレームを用意することを特徴とする樹脂封止型半導体装置の製造方法。
- 半導体素子と、前記半導体素子を支持するダイパッドと、前記半導体素子と前記ダイパッドを接着する接着剤と、前記ダイパッドの辺に向かって延在する複数の信号用リードと、前記半導体素子と前記信号用リードを接続するボンディングワイヤと、封止樹脂で封止する封止体とを備え、前記ダイパッドと前記信号用リード中央部は、その周辺部からアップセットされ、前記信号用リードの他端部が封止体の下面に外部接続用端子として一部表面を露出させる樹脂封止型半導体装置において、前記アップセットされた信号用リードの折り曲げ外周円弧部を含む上面部からみた板厚および前記外部接続用端子の折り曲げ外周円弧部を含む下面部からみた板厚とが前記ダイパッドの板厚よりも薄いことを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
- 半導体素子を搭載しようとする領域に設けられたリードフレーム開口部と、前記リードフレーム開口部内に配置された前記半導体素子を支持するためのダイパッドと、前記リードフレーム開口部の対向する2辺から前記ダイパッドの辺へ向かって延在する複数の信号用リードを有し、前記信号用リードの中央部はその周辺部からアップセットされたリードフレームにおいて、前記アップセットされた信号用リードの折り曲げ外周円弧部を含む上面部からみた板厚および前記外部接続用端子の折り曲げ外周円弧部を含む下面部からみた板厚とが前記ダイパッドの板厚よりも薄いことを特徴とするリードフレーム。
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