JP5428542B2 - 半導体装置とその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は金属板上に接着剤を介して素子を搭載する半導体装置とその製造方法に関する。

圧延工法により１ｍｍ以下の厚さに薄板化され製造された金属板上にＬＤ（レーザダイオード）などの素子を実装する場合がある。当該素子の金属板への固着にはたとえばＡｇペーストなどの接着剤が用いられる。素子が金属板へ固着されると素子と金属板とを接続するワイヤボンディングが行われ必要な電気的接続がとられて半導体装置が完成する。その他、素子を実装する半導体装置については特許文献１〜３に開示がある。

特開２００２−２６１１８７号公報 特開２００２−３７３９５６号公報 特開２００６−３２７７５号公報

前述した圧延により製造された金属板には圧延キズとよばれる深さ０．１μｍ〜０．５μｍ程度のキズが入る。そして、接着剤の溶剤成分がこの圧延キズに沿って毛細管現象により広がる（進行する）ことはブリードアウトと呼ばれている。ブリードアウトにより進行する接着剤の溶剤成分であるブリードアウト成分は金属板を変色させ外観不良を引き起こしたり、ワイヤボンディングを行う領域まで進行してワイヤボンド強度を弱らせたりする問題があった。その結果ワイヤ外れ不良を引き起こす問題があった。

図８は上述の問題を説明する図である。図８では金属板１０２の左右方向に圧延キズが伸びる。素子１０６を金属板に固着するＡｇペースト１０４の溶剤成分が圧延キズに沿ってブリードアウトし、ブリードアウト成分１１２を生じさせている。ブリードアウト成分１１２が、Ａｕワイヤ１０８のワイヤスティッチ部１１０まで進行していると前述したとおりワイヤボンド強度を弱らせるなどの問題を生じる。

このようなブリードアウト成分による問題を回避するために金属板表面に疎水性の皮膜を形成する疎水化処理を行う場合があった。この場合疎水性の皮膜によりブリードアウト成分をはじくためブリードアウトを防止し得る。しかしながら、この疎水化処理の実施自体が半導体装置の低コスト化を阻害する問題があった。また、このような皮膜は耐熱性が悪く標準的には１５０℃程度の加熱で疎水性の劣化が起こる。よって、たとえばフレーム製品では、メッキ工程の後の１５０℃程度の加熱を伴う樹脂モールド工程によって疎水性が劣化する問題があった。ここで、耐熱性の良い疎水性皮膜を利用することが考えられるが、その場合コスト高になるなどの問題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、疎水性の皮膜を形成することなく簡易な方法でブリードアウト成分の進行に伴う弊害を防止する半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

本願の発明にかかる半導体装置は、圧延により製作され圧延キズを有する金属板と、接着材料を介して該金属板に固着された素子と、該金属板と該素子を接続するワイヤと、該金属板にプレス加工を行うことで形成された溝とを備える。そして、該溝は、該接着材料の該圧延キズに沿ったブリードアウト成分が、該金属板と該ワイヤの接続点に伸びることを遮断するように配置され、該溝の深さは、０．５μｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする。

本願の発明にかかる半導体装置の製造方法は、圧延により圧延キズを有する金属板を製造する工程と、プレス加工を行い該金属板に深さが０．５μｍ以上１μｍ以下の溝を形成する工程と、該金属板に接着材料を介して素子を固着する工程と、該金属板であって該接着材料の該圧延キズに沿ったブリードアウト成分が該溝により遮断され該ブリードアウト成分の及ばない領域と該素子とを接続するワイヤボンディングを行う工程とを備える。

本発明によりブリードアウト成分による弊害を防止できる。

実施形態１の半導体装置を説明する図である。 金属板に形成された複数本の溝について説明する図である。 図２に記載の複数本の溝およびその近傍を説明する図である。 実施形態２の半導体装置を説明する図である。 実施形態２の変形例を説明する図である。 金属板に矩形溝を有する半導体装置について説明する図である。 実施形態４の半導体装置を説明するである。 課題を説明する図である。

実施の形態１
本実施形態は図１〜３を参照して説明する。なお、同一材料または同一、対応する構成要素には同一の符号を付して複数回の説明を省略する場合がある。他の実施形態についても同様である。

図１は本実施形態の半導体装置を説明する図である。金属板１２は圧延により薄板化され製作されるものである。したがって金属板１２は圧延方向に細かい圧延キズが入っておりその深さは０．１μｍ〜０．５μｍ程度である。

金属板１２には溝２４が形成されている。溝はプレス加工で形成されたものであり、その深さは０．５μｍ以上１μｍ以下である。このような金属板１２にはＡｇペースト１４を介して素子１６が固着されている。素子はＬＤやＬＥＤなどが考えられるが特に限定されない。素子１６と金属板１２はＡｕワイヤ１８で接続される。この接続はワイヤボンディングにより行われている。

Ａｕワイヤ１８と金属板１２の接続点は、前述の溝２４により圧延キズに沿ったＡｇペースト１４のブリードアウト成分が遮断された領域に配置される。すなわち、溝２４は、Ａｕワイヤ１８のワイヤスティッチ部２０とＡｇペースト１４との間に配置される。さらに、樹脂モールド部１０を備える。本実施形態の半導体装置は上述の構成を備える。以後、この半導体装置の製造方法について説明する。

まず、圧延により圧延キズを有する金属板が製造される。次いで、この金属板に溝２４が形成される。溝２４は金型によるプレス加工により行われる。このプレス加工は、独立した工程としても良いが、本実施形態では金属板のプレス打ち抜きの工程と併合して行う。つまり、プレス打ち抜き時に用いる金型に小さな凸部を設けることにより溝２４を形成する。

次いで、金属板１２に接着材料であるＡｇペースト１４を介して素子１６を固着する。次いで、Ａｕワイヤ１８を用いたワイヤボンディングが行われる。ワイヤボンディングは、金属板１２のうち、Ａｇペースト１４の圧延キズに沿ったブリードアウト成分が溝２４により遮断されブリードアウト成分の及ばない領域に対して行われる。ワイヤボンディングにより素子１６と金属板１２が接続される。

本実施形態の半導体装置によれば、ブリードアウト成分２２は溝２４により遮断されるためワイヤスティッチ部２０におけるワイヤボンド強度は低下せず、ワイヤ外れの問題を解消できる。また、本実施形態では金属板に疎水性処理を行うことなく上述した簡素な方法により溝を形成しブリードアウトを抑制するため、半導体装置の低コスト化ができる。

また、プレス加工により溝を形成する場合の溝深さはたとえば樹脂のはみ出しを防止するなどの目的で数十μｍ程度であることが考えられる。このように溝が深い場合、金属板に残留応力が残ることがある。この残留応力により金属板が歪む問題があった。特にこの金属板が半導体レーザなどの発光素子を搭載するフレームとして利用される場合には、フレームの歪みが原因で光軸ずれを起こす問題があった。このため最終製品の歩留まり低下が起こる問題があった。

このようなフレーム（金属板）の歪は、フレームそのものを２００℃程度で加熱することで除去し得る。ところで、一般に上述したプレス加工のあとにはメッキ工程へ処理が進められる。プレス工程では金属板に加工油が付着するが、メッキ工程への輸送中の錆びを防止する目的でこの加工油は除去されずにメッキ工程へ送られる。そしてメッキ工程では加工油除去、前処理、メッキ、ブリードアウト防止用皮膜形成、乾燥の一連の処理がこの順に自動化ラインで実施される。

このような実工程上の事情を考慮すると、前述の歪除去のための加熱はプレス工程後に行っても好ましくないし、メッキ工程後に行っても好ましくない。すなわち、プレス工程後に加熱を行う場合は一旦加工油を除去し、自動化されたメッキ工程のために再度加工油を塗布する必要がありコスト高になるため好ましくない。一方、メッキ工程後に加熱を行う場合はブリードアウト防止用の皮膜が飛んでしまい、ブリードアウト抑制が困難となるため好ましくない。

そこで、本実施形態のように溝２４を深さ０．５μｍ以上１μｍ以下で形成しておくと、そもそも金属板に残留応力がほとんど残らず、加熱工程がない場合であってもフレーム（金属板）の歪を回避できる。よって、加熱工程が必要ない分半導体装置の低コスト化ができる。しかもプレス加工で用いる金型に小さな凸部を設けるだけで溝２４が形成できるためブリードアウト防止用の皮膜（疎水性の皮膜）と異なりランニングコストを要しない点も低コスト化に寄与する。なお、通常のフレームは板厚０．５ｍｍ以下と薄いものが多く、前述した残留応力による歪の悪影響が顕著であるため、本実施形態の構成が特に有効である。

このように溝２４の深さ上限値を１μｍと定めることは金属板の歪防止効果がある。そして、その下限値を０．５μｍと定めたのは圧延キズに沿ったブリードアウト成分を溝２４により遮断するためである。すなわち、前述の圧延キズの深さは０．１μｍ〜０．５μｍ程度であるため、これと同程度の深さの溝２４によりブリードアウト成分の進行を遮断できる。溝２４の深さの上下限値はこのように定められる。

本実施形態の溝２４の深さは０．５μｍ以上１μｍ以下であるとしたが本発明はこれに限定されない。すなわち、上述のとおり、溝の深さは、金属板の歪みを回避でき、かつ、ブリードアウト成分の進行を遮断できる深さである限り特に限定されない。

本実施形態では素子１６の接着剤としてＡｇペースト１４を用いたが本発明はこれに限定されない。溶剤成分がブリードアウトを起こす接着剤であれば本発明の効果を得られるためその材料は限定されない。

本実施形態では溝２４を一本備える構成としたが本発明はこれに限定されない。すなわち、図２に記載のように複数本の溝３０を形成し確実にブリードアウト成分の進行を遮断することとしても良い。図３は溝２４を複数本備えることの意義を説明する図であり、図２の複数本の溝３０近傍の拡大図である。図３に記載のように溝２４はその深さが不十分で途中で途切れる場合がある。このような溝２４の途切れはプレス加工に用いる金型が大量生産の過程でへたってきたり、金型の組立調整がうまくいかなかったりする場合に起こると考えられる。このような場合にはブリードアウト成分が当該途切れ部分から進行してしまうが、図２、３のように複数本の溝３０を形成しておくことによりブリードアウトが進行するリスクを低減できる。

実施の形態２
本実施形態は金属板に凹部を有する半導体装置とその製造方法に関するものであり図４、５を参照して説明する。図４は本実施形態の半導体装置を説明する図である。本実施形態の金属板１２は凹部４０を備える。凹部４０は実施形態１の溝と同様にプレス加工により製造される。凹部４０の深さは実施形態１と同程度で足りるが特にこれに限定されない。また、凹部４０の幅は１００μｍ程度である。

凹部４０において、Ａｇペースト１４を介して素子１６が固着される。Ａｕワイヤ１８の金属板１２との接続点であるワイヤスティッチ部２０は、金属板１２のうち凹部４０を除く部分に配置される。

このように半導体装置を構成すると、Ａｇペースト１４とワイヤスティッチ部２０の間には凹部４０による段差が存在することになり、この段差で圧延キズに沿ったブリードアウト成分が遮断される。よって実施形態１と同等の効果を得ることができる。

さらに本実施形態の凹部４０は１００μｍと幅が広いため、それに対応してプレス加工で用いられる金型に設けられる凸部の幅も広くなる。よって、大量生産の過程で当該凸部がへたる（後退する）ことを抑制でき、凹部に途切れる部分ができる問題を解消できる。また、同様の理由で金型の交換サイクルを長く取れる。よって大量生産におけるランニングコスト低減ができ低コスト化に有利である。

本実施形態では凹部４０の幅は１００μｍ程度としたが本発明はこれに限定されない。すなわち、凹部４０の幅は素子を固着できる程度であれば本発明の効果を得ることができる。

本実施形態の金属板１２における凹凸の関係を逆転させても同様の効果を得ることができる。つまり、図５に記載のように素子１６は凹部５０以外の場所に固着され、ワイヤスティッチ部２０が凹部５０に配置されることとしてもよい。この場合であってもＡｇペースト１４とワイヤスティッチ部２０との間に段差が形成できるためブリードアウト成分の進行を遮断でき、かつ、上述したランニングコスト低減ができる。

本実施形態の半導体装置とその製造方法は本発明の範囲を逸脱しない限り少なくとも実施形態１と同程度の変形は可能である。

実施の形態３
本実施形態は図６を参照して説明する。本実施形態の溝は矩形溝６０であり、ワイヤスティッチ部２０を囲むようにして形成されている。矩形溝６０は実施形態１の溝と同様にプレス加工で形成され、その深さも実施形態１と同様である。また、本実施形態の半導体装置の製造方法は、矩形溝６０をＡｕワイヤ１８のワイヤボンディングを行う際のワイヤボンドの位置認識用のパターン（マーク）として用いることを特徴とする。

たとえば、ワイヤボンド領域が非常に狭い場合、生産を続けていくうちにワイヤボンド位置がずれて樹脂モールド部１０などのパッケージ構造物にキャピラリが衝突し正常なワイヤボンドを阻害する問題があった。ところが、本実施形態のように矩形溝６０を位置認識用のパターンとして用いることでワイヤボンド位置を正確に決められるので前述の問題を解消できる。これにより半導体装置の歩留まりが向上し製造コストを低減できる。なお、矩形溝６０によりブリードアウト成分の進行を遮断するなどの実施形態１記載の効果も得ることができるため矩形溝６０は多用途であるということでき、位置認識用パターンと溝を別個に形成した場合と比較して低コスト化ができる。

本実施形態では矩形溝６０を位置認識用のパターンとして用いたが、位置認識が可能なパターンである限りそのパターンは矩形に限定されない。

また、このような位置認識用のパターンはワイヤボンディングだけでなく、位置認識を要する他の工程において利用してもよい。

本実施形態の半導体装置とその製造方法は本発明の範囲を逸脱しない限り少なくとも実施形態１と同程度の変形は可能である。

実施の形態４
本実施形態は図７を参照して説明する。本実施形態の半導体装置とその製造方法は溝を形成せずにブリードアウト成分による弊害を回避できる。

本実施形態のワイヤスティッチ部２０はブリードアウト成分の進行する領域を避けて配置される。換言すれば、ワイヤスティッチ部２０は、金属板７０の圧延キズを経由してＡｇペースト１４と接続される場所を避けて配置される。ブリードアウトは圧延キズに沿って進行するため、上述の構成によりブリードアウト成分に起因する問題を解消できる。図７にはこのような構成の半導体装置が記載される。図７では圧延キズが縦方向に走るように金属板７０を配置する。

本実施形態によれば疎水性皮膜や溝の形成を行わずにブリードアウトによる弊害を回避できる。また、本実施形態で記載した発明の特徴を失わない限り実施形態１に記載の変形をなし得る。

１２ 金属板、 １４ Ａｇペースト、 １６ 素子、 １８ Ａｕワイヤ、 ２０ ワイヤスティッチ部、 ２２ ブリードアウト成分、 ３０ 複数本の溝、 ４０ 凹部、 ６０ 矩形溝

Claims (5)

1. 圧延により製作され圧延キズを有する金属板と、
   接着材料を介して前記金属板に固着された素子と、
   前記金属板と前記素子を接続するワイヤと、
   前記金属板にプレス加工を行うことで形成された溝とを備え、
   前記溝は、前記接着材料の前記圧延キズに沿ったブリードアウト成分が、前記金属板と前記ワイヤの接続点に伸びることを遮断するように配置され、
   前記溝の深さは、０．５μｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする半導体装置。
2. 前記溝が複数本形成されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記金属板と前記ワイヤの接続はワイヤボンディングにより行われ、
   前記溝がワイヤボンドの位置認識パターンとして用いられる形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
4. 圧延により圧延キズを有する金属板を製造する工程と、
   プレス加工を行い前記金属板に深さが０．５μｍ以上１μｍ以下の溝を形成する工程と、
   前記金属板に接着材料を介して素子を固着する工程と、
   前記金属板であって前記接着材料の前記圧延キズに沿ったブリードアウト成分が前記溝により遮断され前記ブリードアウト成分の及ばない領域と前記素子とを接続するワイヤボンディングを行う工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 前記ワイヤボンディングを行う工程では前記溝が位置認識パターンとして用いられることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。

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