JP4651563B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置の製造技術および半導体装置に関し、特に、半導体チップをリードフレームのダイパッド部上に搭載して樹脂封止した後、リードを切断して1個1個の半導体装置に個片化し、これをキャリアテープに収納して外観検査するまでの半導体装置の製造に適用して有効な技術に関するものである。
例えば被検査物の検査面に対して略垂直に配置される筒状拡散部と、筒状拡散部の筒外に配置され筒状拡散部に光を照射する照射手段であるリング状光源とを備えており、リング状光源から照射する光を筒状拡散部を介して拡散させ、その拡散光を筒状拡散部の筒内から被検査物へ当てて反射光を得るようにした外観検査用照明装置が特開平8−61928号公報(特許文献1参照)に開示されている。
特開平8−61928号公報(段落[0015]〜[0018]、図1)
リードフレームのリードの切断には、一般に金型の切断パンチが用いられる。切断パンチの先端のリードに接する面(以下、接触面と記す)はほぼ平坦であり、この接触面にはリードフレームの表面を覆うメッキ層が剥がれて付着するのを防止するための鏡面仕上げ処理が施されている。さらに鏡面仕上げされた面にはDLC(Diamond Like Coating)処理によって10μm以下の厚さのダイアモンドと同じ硬度の被膜が形成されている。従って、鏡面仕上げ処理およびDLC処理が施された切断パンチの先端の接触面がリードの一部分に接し、切断パンチに力が加わることによってリードは切断される。
さらに、上記切断パンチを用いてリードフレームの本体から切り離された1個1個の半導体装置はキャリアテープに収納され、外観検査装置を用いて1個1個の半導体装置の外観検査が行われる。しかしながら、この外観検査においては以下に説明する種々の技術的課題が存在する。
半導体装置の外観検査では、キャリアテープに収納した半導体装置をCCD(Charge Coupled Devices)カメラにより撮像する。ところが、切断パンチの先端の接触面が接したリードの一部分が外観検査装置の撮像画像に黒く映り、背景の色(キャリアテープの色である黒)と判別できないためにリード形状が正しく認識できないという問題が生じた。
本発明の目的は、キャリアテープに収納された半導体装置の外観検査において、撮像画像における誤認識を低減することのできる技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
本発明の一つの実施の形態における半導体装置の製造方法は、以下の工程を含むことを特徴とする:(a)本体部と、表面、前記表面とは反対側の裏面、および前記表面及び前記裏面のそれぞれに形成されたメッキ層を有し、前記本体部と一体に形成され、かつ、半導体チップを封止する封止体から露出するリードと、を備えたリードフレームを準備する工程(b)前記(a)工程の後、前記リードの前記表面に形成された前記メッキ層における第1部分に切断パンチの接触面接触させ前記本体部から前記リードを分離し、前記リードフレームの前記本体部から切り離された半導体装置を取得する工程;(c)前記(b)工程の後、前記切り離された半導体装置をカメラで撮像し、取得した画像を用いて前記切り離された半導体装置の外観を検査する工程;ここで、前記(b)工程で使用する前記切断パンチの前記接触面には、凹凸が形成されており、前記(b)工程後の前記第1部分の粗さ前記リードの前記表面に形成された前記メッキ層における、前記切断パンチの前記接触面が接しない第2部分の粗さよりも大きく、前記第1部分は、前記第2部分よりも前記封止体から遠い位置であり、前記(c)工程では、前記リードの前記表面に光を照射する。
本発明の一つの実施の形態における半導体装置は、リードの表面を覆うメッキ層の一部分の粗さと、リードの表面を覆うメッキ層の他の部分の粗さとが互いに異なる
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
キャリアテープに収納された半導体装置の外観検査において、撮像画像における誤認識を低減することができる。
本実施の形態においては、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。さらに、本実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、本実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
また、本実施の形態において、リードフレーム、リードまたはダイパッド部の表面と言うときは、半導体チップを搭載する側の面を指すものとする。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
まず、本発明の実施の形態による半導体装置の製造方法がより明確となると思われるため、本発明者によって見いだされた外観検査において生ずる撮像画像の誤認識の原因について簡単に説明する。
外観検査装置に備わるリング状照明の径は、例えば25〜30mmであり、一般に半導体装置の長さよりも大きいことから、半導体装置に入射する光は半導体装置の表面の法線方向に対して一定の角度を有している。また、半導体チップを保護する封止樹脂の表面にレーザによってマークを彫る場合があるが、そのマークの溝の底部は湾曲することから、半導体装置の表面の法線方向から光りを入射させると、乱反射によってマークの真上に置かれたCCDカメラに入る光の量が少なくなりマークが見えにくくなる。そのため、照明からの光を半導体装置の表面の法線方向に対して一定の角度を持たせて照射している。
通常、メッキ処理が施されたリードの表面は微細な凹凸のある粗地状態である。半導体装置の外観検査において、この状態のリードを備える半導体装置に光を照射すると、照射された光がリードを覆うメッキ層の表面で乱反射するので、乱反射した比較的多量の光を半導体装置の中心のほぼ真上に置かれたCCDカメラで得ることができる。これにより、リードを覆うメッキ層は白またはキャリアテープの色と区別できる白に近い色彩となって外観検査装置の撮像画像に映し出される。従って、リードを覆うメッキ層の色はキャリアテープの色である黒と明らかに区別することができて、半導体装置に備わるリードの形状を外観検査装置の撮像画像によって正確に認識することができる。
しかし、リードを切断する際、鏡面仕上げおよびDLC処理が施された切断パンチの先端の接触面でリードを押さえると、その接触面と接したリードを覆うメッキ層の一部分の表面は鏡面状態となる。このため、半導体装置に照射された光のうち鏡面状態のリードを覆うメッキ層の一部分の表面で反射する光は全反射し、半導体装置の中心のほぼ真上に置かれたCCDカメラに入る光の量がリードを覆うメッキ層の表面が粗地状態の他の部分と比べて少なくなる。これにより、リードの一部分が黒またはキャリアテープの色と区別できない黒に近い色彩となって外観検査装置の撮像画像に映し出される。従って、鏡面状態のリードの一部分の形状はキャリアテープと明確に区別することが難しくなり、半導体装置に備わるリードの形状を外観検査装置の撮像画像によって正確に認識することができなくなる。
なお、キャリアテープの素材は導電性ポリカーボネイトであり、炭素を含んでいるため、その色は黒となる。導電性を有する炭素をキャリアテープに混在させることにより、半導体装置の静電破壊を防止することができるので、キャリアテープに炭素を含む素材を用いることが望ましい。
次に、本発明の一実施の形態による半導体装置の製造方法を図1〜図12を用いて説明する。図1は半導体装置の製造方法において、その工程フローの一例を示すフロー図、図2はリードフレームの表面図、図3はリードフレームの単位フレームに搭載された半導体装置の要部断面図、図4は切断装置およびその動作を説明する概略図、図5はリード切断された半導体装置のリードの拡大断面図、図6はリード切断された半導体装置のバリが生じたリードの拡大断面図、図7はリード切断された半導体装置の斜視図、図8はリード切断された半導体装置の上面図、図9は半導体装置を収納したキャリアテープの上面図、図10は自動外観検査装置およびその動作を説明する概略図、図11は光源から照射された光およびリードの表面で反射した光の進行を模式的に説明する半導体装置のリードの拡大断面図、図12は出荷時における半導体装置を搭載したキャリアテープの概略図であり、(a)は側面図、(b)は正面図である。
まず、図2に示すリードフレーム1を用意する。リードフレーム1は、例えば銅からなり、長手方向(x軸方向)を列とし、これに直交する方向(y軸方向)を行とすると、半導体装置が1つ形成される単位フレーム2が複数行2列に配置された構成となっている。各単位フレーム2は半導体チップが搭載されるダイパッド部(タブ、チップ搭載部)3を含んでおり、ダイパッド部3はリードフレーム1の本体とリード4aによって繋がっている。さらに各単位フレーム2はダイパッド部3と対向するように設けられ、半導体チップの表面電極と接続されるリード4bを含んでいる。また、複数の単位フレーム2のうち、隣り合う単位フレーム2の間にはタイバー4cを含んでいる。このタイバー4cが設けられていることにより、後の切断工程において、半導体装置9がリードフレーム1から切り離されても、リードフレーム1が複数個に分離することはない。また、各単位フレーム2の周辺には複数の孔5が設けられているが、これはリードフレーム1の位置決めのため、あるいは樹脂封止に伴うリードフレーム1の歪みを緩和するためのものであり、またリードフレーム1を移動する際の送り機構としても用いられる。
次に、図3に示すように、各単位フレーム2のダイパッド部3の表面上に、半導体チップ6の裏面に形成された裏面電極を、例えば金−シリコン共晶または銀ペーストを用いて接合する。続いて、半導体チップ6の表面に形成された表面電極とリード4bとをボンディングワイヤ7、例えば金線を用いて接続する(図1の工程100)。半導体チップ6にはダイオード、例えばPIN(Positive Intrinsic Negative)ダイオード、pnダイオード(例えばスイッチングダイオードまたはツェナーダイオード)、あるいはショットキ・バリアダイオード等が形成されており、半導体チップ6の表面に形成された表面電極と、半導体チップ6の裏面に形成された裏面電極とから2つの端子を取り出すことができる。
次に、ダイパッド部3の裏面およびリード4a,4bの裏面を露出させて、半導体チップ6およびボンディングワイヤ7を樹脂8、例えばエポキシ系樹脂により封止して保護する。これにより、リードフレーム1の各単位フレーム2に半導体チップ6が搭載された半導体装置9が形成される(図1の工程101)。
その後、リードフレーム1に半導体装置9が形成された状態でメッキ処理することにより、樹脂封止されていないリードフレーム1の表面および裏面に厚さ10μm以下、例えば7μmの錫−銅系合金または、錫−鉛系合金からなるメッキ層を形成する。さらに、樹脂8の上面(リード4a,4bと接する面と反対の面)にレーザにより製品識別用のマークが彫られる(図1の工程102)。
次に、図4に示すように、切断装置10を用いてメッキ処理されたリード4a,4bを切断し、リードフレーム1の本体から各半導体装置9を切り離す(図1の工程103)。この際、切断装置10に備わる切断パンチ11は、樹脂8の上面側からリードフレーム1に打ち下ろされる。従って、後の半導体装置9の外観検査において撮像されるメッキ処理されたリード4a,4bの表面に切断パンチ11の先端が接することになる。切断パンチ11の先端の幅(図4のL1)は、例えば0.06mmであり、切り離された半導体装置9の樹脂8から露出するリード4の長さ(図4のL2)は、例えば0.1mmである。
リードフレーム1のメッキ処理されたリード4a,4bに接する切断パンチ11の接触面11aは、ほぼ平面形状(図4に挿入した拡大図(a))または一辺が僅かに湾曲したほぼ平面形状(図4に挿入した拡大図(b))を有しているが、接触面11aには微細な凹凸が形成されている。この微細な凹凸は、例えば粗さ♯200(単位面積当たりの凸部の数が200個程度)の砥石を押し当てて研磨することにより形成することができる。なお、砥石の粗さとしては、例えば♯100から♯500が適切な範囲と考えられる(他の条件によってはこの範囲に限定されないことはもとよりである)。また、量産に適した範囲としては♯200から♯400が考えられるが、さらに♯200を中心値とする周辺範囲が最も好適と考えられる。
図5に、上記接触面11aを有する切断パンチ11を用いてリードフレーム1の本体から切り離された半導体装置9のリード4の拡大図を示す。リード4の表面にはメッキ層13が形成されており、通常、メッキ層13の表面は微細な凹凸のある粗地状態である(図5、6および11の拡大図では直線で記載)。さらに、リード4a,4bの切断時に微細な凹凸を付けた切断パンチ11の接触面11aが接することから、切断パンチ11の接触面11aが接したリード4を覆うメッキ層13の表面は、切断パンチ11の接触面11aが接しないリード4を覆うメッキ層13の表面と同等あるいはそれ以上に粗い粗地状態となる。従って、後の半導体装置9の外観検査において、半導体装置9に光を照射した場合、その光はリード4を覆うメッキ層13の表面の粗地によって乱反射させることができる。
なお、切断装置10に備わる切断パンチ11を、樹脂8の下面(リード4a,4bと接する面)側からリードフレーム1に打ち上げることにより、リード4a,4bを切断し、リードフレーム11の本体から各半導体装置9を切り離すことは可能である。この場合は、後の半導体装置9の外観検査において撮像されるメッキ処理されたリード4a,4bの表面に切断パンチ11の先端が接しないので、撮像画面には粗地状態のメッキ層13に覆われたリード4の形状が映し出されて、常にリード4の形状を撮像画像によって正確に認識することができる。しかしながら、切断パンチ11を樹脂8の下面側(リード4a,4bの裏面側)からリードフレーム1に打ち上げるこの手段では、打ち上げにより生じたメッキ層13またはリードフレーム1を構成する金属のバリ、所謂リードダレ(リードバリ)13aがリード4の裏面側に突出てしまう。その結果、半導体装置9を実装基板に実装する際にリード4が浮いた状態となり、実装不良が生ずることがある。従って、切断パンチ11は、樹脂8の上面側からリードフレーム1に打ち下ろす手段が好ましい。この場合も同様に、リードフレーム1の打ち下げによりリードダレ13aは生じるが、例えば図6に示すように、リード4の表面側に出るので実装時の不良原因とはならない。
前述した切断方法によりリードフレーム1の本体から切り離された半導体装置9の斜視図および上面図を図7および図8に示す。図中、符号4(13)はメッキ層13により覆われたリード4を示し、“BO”は樹脂8の上面にレーザを使用して彫られたマークの一例である。
次に、半導体装置9を選別した後、図9に示すように、キャリアテープ14の窪み14aに半導体装置9を収納する(図1の工程104)。キャリアテープ14は、長手方向(x軸方向)を列とし、これに直交する方向(y軸方向)を行とすると、半導体装置が1つ収納される窪み14aが複数行1列に配置された構成となっている。
次に、図10に示すように、外観検査装置15を用いてキャリアテープ14の窪み14aに収納された各半導体装置9の外観検査を行う(図1の工程105)。外観検査装置15は、半導体装置9へ光を照射するリング状光源16、半導体装置9から反射した光を取り込むCCDカメラ17、およびその他、図示は省略するが画像処理装置等を備えている。また、キャリアテープ14の窪み14aに収納された各半導体装置9の表面側にはカバーテープ18が貼られている。カバーテープ18を貼ることにより、キャリアテープ14の窪み14aに収納された半導体装置9が外部に飛び出ないように保持することができる。
リード4の表面はメッキ層13で覆われていること、さらに切断パンチ11を使用してリードフレーム1から半導体装置9を切り離す際、微細な凹凸を付けた接触面11aをリード4a,4bを覆うメッキ層13に当てて押していることから、CCDカメラ17で撮像される半導体装置9のリード4の表面を覆うメッキ層13の表面は全て粗地状態となっている。これにより、図11に示すように、リング状光源16から照射された光R1がリード4を覆うメッキ層13の表面で乱反射してCCDカメラ17に到達する反射光R2の量が増える。その結果、リード4は白またはキャリアテープの黒と明らかに区別できる白に近い色彩となって撮像画像に映し出されて、リード4の形状を正しく認識することができる。
次に、外観検査において外観不良と判断された半導体装置9を取り除いた後、図12に示すように、キャリアテープ14をリール19に巻き取り、防湿された袋にリード19を収容した状態で、出荷する(図1の工程106)。
なお、前述した実施の形態では、切断パンチ11の先端の接触面11aが接したリード4を覆うメッキ層13の表面を、切断パンチ11の先端の接触面11aが接しないリード4を覆うメッキ層13の表面と同等あるいはそれ以上に粗い粗地状態としており、この粗地状態が本発明を実施する最良の形態であると考えられるが、これに限定されるものではない。
例えば切断パンチ11の先端の接触面11aが接したリード4を覆うメッキ層13の表面を、切断パンチ11の先端の接触面11aが接しないリード4を覆うメッキ層13の表面よりも粗くない粗地状態とすることも可能である。すなわち、このような場合であっても、切断パンチ11の先端の接触面11aが接したリード4を覆うメッキ層13の表面に、外観検査装置15で得られる撮像画面でリード4の形状と認識することができる、ある一定の粗さがあれば良い。
また、例えば半導体装置9の静電破壊を防止する目的で、現在は導電性を有する炭素をキャリアテープ14の材料に混在しており、このためキャリアテープ14の色は黒となる。しかし、炭素に代えて他の導電性を有する元素をキャリアテープの材料に混在する、炭素に加えて他の導電性を有する元素をキャリアテープの材料に混在する、あるいは静電耐圧の高い半導体装置の場合は、その材料に炭素を混在しないキャリアテープを用いることによって、キャリアテープを黒以外の色としてもよい。これにより、外観検査装置15で得られる撮像画像においてリード4の形状を表す色とキャリアテープの色とを区別して、リード4の形状を認識することも可能である。
また、例えば半導体装置9がリードフレーム1から切断された後でも、リードフレーム1が互いに分離しないように保持しておくためのタイバー4cは、1つの単位フレーム2おきに配置されていなくてもよく、複数個の単位フレーム群おきに設けてもよい。
このように、本実施の形態によれば、所定の光を照射して、その反射した光を取り込むことで得られる画像処理によって外観検査する場合、半導体装置のリードの形状とキャリアテープとの区別が明確にできるので、撮像画像におけるリードの形状の誤認識を低減することができる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
例えば、前記実施の形態では、ダイオード製品に適用した場合について説明したが、切断パンチを用いてリードフレームから切断され、その後、所定の光を照射して、その反射した光を取り込むことで得られる画像処理により外観検査が行われるダイオード製品以外の半導体装置にも適用することができる。
本発明は、リードを有するディスクリート半導体装置(トランジスタ、ダイオード、コンデンサ、サイリスタなどの半導体装置)に利用することが可能である。
本発明の一実施の形態による半導体装置の製造方法において、その工程フローの一例を示すフロー図である。 本発明の一実施の形態によるリードフレームの表面図である。 本発明の一実施の形態によるリードフレームの単位フレームに搭載された半導体装置の要部断面図である。 本発明の一実施の形態による切断装置およびその動作を説明する概略図である。 本発明の一実施の形態によるリード切断された半導体装置のリードの拡大断面図である。 本発明の一実施の形態によるリード切断された半導体装置のバリが生じたリードの拡大断面図である。 本発明の一実施の形態によるリード切断された半導体装置の斜視図である。 本発明の一実施の形態によるリード切断された半導体装置の上面図である。 本発明の一実施の形態による半導体装置を収納したキャリアテープの上面図である。 本発明の一実施の形態による自動外観検査装置およびその動作を説明する概略図である。 本発明の一実施の形態によるリード切断された半導体装置のリードの拡大断面図である。 (a)および(b)は、それぞれ本発明の一実施の形態による出荷時における半導体装置を搭載したキャリアテープの側面図および正面図である。
符号の説明
1 リードフレーム
2 単位フレーム
3 ダイパッド部(タブ、チップ搭載部)
4,4a,4b リード
4c タイバー
5 孔
6 半導体チップ
7 ボンディングワイヤ
8 樹脂
9 半導体装置
10 切断装置
11 切断パンチ
11a 接触面
13 メッキ層
13a リードダレ(リードバリ)
14 キャリアテープ
14a 窪み
15 外観検査装置
16 リング状光源
17 CCDカメラ
18 カバーテープ
19 リール
R1,R2 光

Claims (10)

  1. 以下の工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法:
    (a)本体部と、表面、前記表面とは反対側の裏面、および前記表面及び前記裏面のそれぞれに形成されたメッキ層を有し、前記本体部と一体に形成され、かつ、半導体チップを封止する封止体から露出するリードと、を備えたリードフレームを準備する工程;
    (b)前記(a)工程の後、前記リードの前記表面に形成された前記メッキ層における第1部分に切断パンチの接触面接触させ、前記本体部から前記リードを分離し、前記リードフレームの前記本体部から切り離された半導体装置を取得する工程;
    (c)前記(b)工程の後、前記切り離された半導体装置をカメラで撮像し、取得した画像を用いて前記切り離された半導体装置の外観を検査する工程;
    ここで
    前記(b)工程で使用する前記切断パンチの前記接触面には、凹凸が形成されており、
    記(b)工程後の前記第1部分の粗さ前記リードの前記表面に形成された前記メッキ層における、前記切断パンチの前記接触面が接しない第2部分の粗さよりも大きく、
    前記第1部分は、前記第2部分よりも前記封止体から遠い位置であり、
    前記(c)工程では、前記リードの前記表面に光を照射する。
  2. 請求項1において、
    前記リードの前記裏面は、実装基板に実装する際に、前記実装基板と対向する面であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 請求項2において、
    前記(c)工程では、前記切り離された半導体装置をキャリアテープの窪みに収納し、前記キャリアテープの上方から前記窪みに収納された前記切り離された半導体装置に向かって、前記切り離された半導体装置の表面の法線方向とは異なる方向から前記切り離された半導体装置に前記光を照射し、前記カメラを用いて前記切り離された半導体装置の外観検査を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法
  4. 請求項3において、
    前記キャリアテープは炭素を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 請求項3において、
    前記キャリアテープの色は黒であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  6. 請求項3において、
    前記キャリアテープに収納された前記半導体装置を覆うように、前記キャリアテープにカバーテープが貼られていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  7. 請求項3において、
    前記(a)工程の後、かつ前記(b)工程の前に、前記封止体の前記上面にマークを形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  8. 請求項4乃至7の何れかにおいて、
    前記切断パンチの接触面は、砥石で研磨されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  9. 請求項8において、
    前記(b)工程により、前記リードの前記表面側に突出するバリを前記リードの先端部に形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  10. 請求項1において、
    前記切り離された半導体装置は、前記リードと、前記リードと一体に形成されたチップ搭載部と、前記チップ搭載部に搭載された前記半導体チップと、前記半導体チップと前記リードとを電気的に接続するワイヤとを有しており、
    前記リードの前記表面は、前記チップ搭載部において前記半導体チップが搭載される面と同じ側の面であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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