JP5908294B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、半導体装置およびその製造方法に関する。
リードフレームに半導体素子を接着した半導体装置では、リードフレームの表面にAg層を選択的に設ける場合がある。たとえば、集積回路装置において、Ag層とボンディングワイヤとは、良好なコンタクトを保つことができる。また、発光装置において、光反射率の高いAg層を内部に設けると、光取り出し効率を高めることができる。
Ag層をメッキで形成する場合、表面の不要領域をシリコンラバーなどでマスクすると、必要領域のみに選択メッキができる。しかしながら、リードフレームの厚さ方向の側面にメッキ液が漏れて、側面Ag層すなわちリードフレームの側面に形成されたAg層が生じやすい。特に、半導体装置を小型化する場合、リードフレームも小型となるので側面Ag層の発生を抑制することがより困難となる。
メッキによる側面Ag層は、リードフレームの長手方向に沿った側面に広がりやすい。側面Ag層があるとSnAgなどの外装メッキ層が剥がれやすくなる。また、リードフレームと、樹脂成型体と、の間隙に沿って、Agがマイグレーションを生じる問題がある。
特開平11−340399号公報
外装メッキ剥がれや、Agマイグレーションが抑制された信頼性の高い半導体装置およびその製造方法を提供する。
本実施形態の半導体装置は、入力インナーリード部と前記入力インナーリード部の表面に設けられた第1の銀層と、を有する入力リードと、前記第1の銀層の上に設けられた発光素子と、出力インナーリード部と、前記出力インナーリード部の表面に設けられた第2の銀層と、を有する出力リードであって、前記出力インナーリード部の側面は、第1領域と、第2領域と、を有し、前記第2の銀層は、前記出力インナーリード部の上面に設けられた上面部と、前記出力インナーリード部の側面の前記第2領域には設けられず前記第1領域に設けられた側面部と、を有し、前記側面部の端縁は、前記第1領域と前記第2領域との境界の稜線に位置する出力リードと、前記発光素子と、前記入力インナーリード部と、前記第1の銀層と、前記出力インナーリード部と、前記第2の銀層と、を包む樹脂成型体と、を備え、前記樹脂成型体の表面における前記出力リードの幅は、前記稜線の部分における前記出力リードの幅よりも小さい。

図1(a)は第1の実施形態にかかる半導体装置の模式斜視図、図1(b)はA−A線に沿った模式断面図、である。 第1の実施形態にかかる半導体発光素子の製造方法のフロー図である。 図3(a)はシェービング前のリードフレームの部分模式平面図、図3(b)はシェービング後のリードフレームの部分模式平面図、である。 図4(a)は切断面のうちA部の写真図、図4(b)は切断面のうちB部の写真図、である。 図5(a)は出力側のリードフレームのシェービング前の模式平面図、図5(b)はそのシェービング後の模式平面図、である。なお、斜線部はメッキ領域を示す。 図6(a)は外装メッキ後のリードフレームのうちの1つを上方からみた模式斜視図、図6(b)は下方からみた模式斜視図、図6(c)は入力リード10のAgメッキ層を示す写真図、である。 図7(a)は第1の実施形態にかかる半導体装置の出力側フレームのシェービング前の模式平面図、図7(b)は変形例のシェービング後の模式平面図、である。 図8(a)は第2の実施形態にかかる半導体装置の樹脂成型前の模式平面図、図8(b)はEX部を拡大した模式平面図、である。 第2の実施形態にかかる半導体装置の製造方法のフロー図である。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。
図1(a)は第1の実施形態にかかる半導体装置の模式斜視図、図1(b)はA−A線に沿った模式断面図、である。
半導体装置は、入力リード10と、発光素子30と、出力リード20と、受光素子40と、樹脂成型体50と、を有する。なお、樹脂成型体50は、破線で表している。
入力リード10は、第1入力リード11と、第2入力リード12と、を含む。第1入力リード11は、ダイパッド部11aを含むインナーリード部11bと、アウターリード部11cと、インナーリード部11bの表面に設けられた第1の銀(Ag)層61と、を有する。発光素子30は、ダイパッド部11aに設けられた第1のAg層61に接着される。
また、第2入力リード12は、ボンディング部12aを含むインナーリード部12bと、アウターリード部12cと、インナーリード部12bの表面に設けられた第1のAg層60と、を有する。発光素子30の上部電極と、ボンディング部12aに設けられた第1のAg層61と、はAu線などのボンディングワイヤで接続される。
出力リード20は、第1出力リード21と、第2出力リード22と、第3出力リード23と、を含む。第1出力リード21は、ダイパッド21aを含むインナーリード部21bと、アウターリード部21cと、ダイパッド部21aの表面に設けられた第2のAg層60と、を有する。また、第2出力リード22は、ダイパッド部22aを含むインナーリード部22bと、アウターリード部22cと、ダイパッド部22aの表面に設けられた第2のAg層60と、を有する。
また、第3出力リード23は、ダイパッド部23aと吊りピン23b、23cとを含むインナーリード部と、ダイパッド部23aの表面に設けられた第2のAg層60と、を有する。第3出力リードの第2のAg層60の上面には、受光素子40が接着される。吊りピン23b、23cは、リードフレーム状態において、ダイパッド部23aを出力側リードフレームに連結するリードである。樹脂成型ののち、ダイパッド部23aは、固定されるので、吊りピン23b、23cは、切断され、切断面が樹脂成型体50の表面近傍に残る。
なお、図1(a)において、斜線部は、リードフレームの表面に第2のAg層60と、第1のAg層61と、が設けられたことを示す。インナーリード部にAg層を設けることにより、可視光〜赤外光の波長において、放出光の反射率を高め、かつ入射光が漏れることを抑制できる。このため、発光素子30の出力を低減でき、発光素子30のサイズを縮小できる。
また、ボンディングワイヤとAgとは良好なオーミックコンタクトを形成する。このため、信頼性とコンタクト抵抗とが改善できる。受光素子40をフォトダイオードの直列接続とすると、いわゆるフォトボル出力となる。また、受光素子40を受光ICとしその出力を2つのMOSトランジスタ52、53のゲートにそれぞれ接続しゲートドライブしてもよい。
図2は、第1の実施形態にかかる半導体装置の製造方法のフロー図である。
まず、 鉄ニッケル合金や銅合金からなりプレス加工されたリードフレーム素材の片面に、たとえば、選択メッキによるAg層を形成する。選択メッキ用マスクとしては、シリコンラバーなどを用いることができる。半導体装置のリードは、薄くて細い。このため、マスクの隙間からメッキ液が漏れてリードフレームの厚さ方向の側面には、マスクの隙間から漏れたメッキ液により上面部から広がったAgからなる側面部が形成される。
図3(a)は第2のAg層の模式斜視図、図3(b)は側面部を除去したリードの模式斜視図、である。
図3(a)のように、マスクの隙間から、メッキ液が毛細管現象やブリード現象により滲みだし、吊りピン23cの側面に側面部60dを生じる。吊りピン23cの厚さは、たとえば、100〜300μmなどとすることができる。なお、斜線部はメッキ領域を示す。
Agからなる側面部60dが樹脂成型体50の外部に露出すると、SnやSnAg外装メッキ工程において、前処理剤に含まれる燐(P)などが析出し、外装メッキ層の密着性が低下し、剥がれなどの問題を生じる。吊りピン23cが樹脂成型体50の表面から、たとえば、0.1mm程度突出し、側面部に剥がれを生じやすいSnAg層が付着することは好ましくない。
また、半導体装置を動作中において、樹脂成型体50と、吊りピン23cと、の間隙に侵入した湿気などによりAgがマイグレーションを生じ樹脂成型体50の表面に移動することがある。このため、吊りピン23cと、樹脂成型体50と、の間に間隙が広がり密着性が低下する。また、隙間から侵入した外気などにより、Agの硫化などを生じやすくなる。このように、Agを含む側面部60dが、吊りピン23cに残ると半導体装置の信頼性が低下する。
第1の実施形態では、図3(b)のように、プレス加工または研削などのシェービングを行い、Agからなる側面部60dから吊りピン23cの側面に到達する切断面を形成する。切断面は、第2のAg層60の側面部60dの切断面60bと、吊りピン23cの側面のリード切断面23dと、を含む。削り取る厚さは、たとえば、50〜150μmなどとすることができる。
図4(a)は切断面のうちA部の写真図、図4(b)は切断面のうちB部の写真図、である。
図4(a)、(b)のように、リードフレームの厚さ方向の側面には、側面部60dが広がっている。また、Ag層60の上面部60aの端部60cと、シェービング後の側面部60dのシェービングによる切断面60bと、吊りピンのリード切断面23d、23e(フレーム材)と、が現れる。この切断面60b、リード切断面23d、23eを覆うように樹脂成型体50を形成すればよい。
図5(a)は出力側のリードフレームのシェービング前の模式平面図、図5(b)はそのシェービング後の模式平面図、である。なお、斜線部はメッキ領域を示す。
図5(b)のように、吊りピン23b、23cは、の側面は、たとえば、50〜150μmそれぞれシェービングにより削り取られ、リードフレームの素材からなるリード切断面23d、23eが露出する。樹脂成型体50と、リードフレームの素材とは密着性が良好であり気密性を高めることができる。また、Agが樹脂成型体50の外部に連続していないのでAgのマイグレーションが抑制できる。
なお、ダイパッド部21a、22aには、MOSトランジスタ42a、42bをそれぞれ接着するためのものであるので、MOSトランジスタ52、53を設けない場合には削除できる。
このようにしてリードフレームを準備したのち、出力第3リード23の第2のAg層60の表面にSiなどからなる受光素子40を、Agペーストなどの導電性接着剤を用いて接着する(S202)。さらに受光素子40の電極と、出力リード20と、をAuなどのボンディングワイヤを用いて接続する(S204)。
他方、GaAs、GaAlAs、InGaAlP、InGaAlNなどからなる発光素子30を、Agペーストなどの導電性接着剤を用いて鉄ニッケル合金や銅合金からなる第1入力リード11のダイパッド部11a上の第1のAg層61に接着する(S300)。
また、発光素子30の上面電極と、第2入力リード12のボンディング部12aと、をAu線などのボンディングワイヤを用いて接続する(S302)。
発光素子30には、透明樹脂によるエンキャップを行うことができる。この場合、リード11に両面メッキを行い、リードフレームに含まれるCuがエンキャップ剤51と接しないようにすると、Cuイオンの移動による影響を低減でき、発光素子30の信頼性がより高められる。なお、入力側のリードフレームの実装工程と、出力側のリードフレームの実装工程と、のうちの、どちらを先に行ってもよい。
続いて、入力側のリードフレームと、出力側のリードフレームと、を位置合わせし溶接などにより固定する(S304)。さらに、エポキシなどの樹脂を用いて成型する(S306)。この場合、樹脂成型体50は、図3(b)に破線で示すように、第2のAg層60の上面部60aの端部60cと、側面部60dの端部60dと、を覆うように形成される。
また、図5(b)に破線で示すように、ダイパッド部21a、22aが、同様に樹脂成型体50により包まれる。
さらに、アウターリード部の表面に、SnやSnAgなどを用いて外装メッキを行う(S308)。
図6(a)は外装メッキ後のリードフレームのうちの1つを上方からみた模式斜視図、図6(b)は下方からみた模式斜視図、図6(c)は入力リード10のAgメッキ層を示す写真図、である。
吊りピン23b、23cは、リードフレームに連結された状態である。吊りピン23b、23cの側面はシェービングされているので、側面にAgは広がっておらず、Ag層60が樹脂成型体50の外表面に露出することはない。
入力リード10は、ダイパッド部11a、12aと、アウターリード部11c、12cと、の距離が長い。このため、図(c)のように、Ag層61の側面部61dが樹脂成型体50の表面まで到達することが抑制できている。
このあと、リードカットを行ってリードフレームから半導体装置を分離する。この場合、入力リード10および出力リード20のアウターリード部の長さは、実装基板へ取り付けに必要な長さとする。吊りピン23b、23cは、B−B線に沿って切断される。また、吊りピン23b、23cは、成型体50の表面から、たとえば、0〜0.15mm外部に突出してもよい。なお、吊りピン23b、23cが、このように僅かに外部に突出して切断されていても、「インナーリードは樹脂成型体に包まれる」ものとする。
図1に示す第1の実施形態にかかる半導体装置は、入力リード10と、出力リード20と、が電気的に絶縁されている。まず、発光素子30は、入力電気信号に応じて電気−光変換を行う。発光素子30と対向するように設けられた受光素子40は、入射光を光−電気変換する。必要に応じて、トランスインピーダンス回路などを内蔵して増幅した信号を出力することができる。MOSトランジスタ52、53によりさらに出力を増幅することができる。
受光素子40、はフォトダイオードやフォトトランジスタなどとすることができ、さらに増幅回路が一体化された受光ICとすることもできる。このような半導体装置は、光結合装置、フォトカプラーなどと呼ぶことができる。また、その用途は、データ伝送や通信などであり、産業機器、数値制御工作機械、プロセスコントローラなどに広く用いることができる。この場合、情報の大容量化に伴って、光結合装置のサイズの小型化が必要である。本実施形態によれば、Ag層を確実に設けることができリードフレームの小型化が容易となる。
図7(a)は第1の実施形態にかかる半導体装置の出力側フレームのシェービング前の模式平面図、図7(b)は変形例にかかるリードフレームのシェービング後の模式平面図、である。
図7(a)において、吊りピン23b、23c、第1出力リード21、および第2出力リード22の側面には、Agからなる側面部60dが広がっている。図7(b)では、第1出力リード21にシェービングによりリード切断面21dがさらに設けられている。また、第2出力リード22にシェービングによりリード切断面22dがさらに設けられている。
第1出力リード21および第2出力リード22において、第2のAg層60の端部から樹脂成型体50の表面までの距離は、吊りピンにおける第2のAg層60の上面部60aの端部から樹脂成型体50の表面までの距離よりも長い。このため、側面部が樹脂成型体50の表面に到達しにくい。もし、シェービングによりリード切断面21d、22dをさらに設けると、Agのマイグレーションが抑制され、第1出力リード21と、第2出力リード22と、の間の短絡をさらに抑制できる。たとえば、リード間のピッチを1.27mm以下とし、パッケージを小型化する場合、マイグレーションによるリード間の短絡をさらに抑制できる。また、外装メッキの剥がれが抑制できる。さらに、入力リード10に、シェービングを行い第1のAg層61の側面部を除去してもよい。
図8(a)は第2の実施形態にかかる半導体装置の樹脂成型前の模式平面図、図8(b)はEX部を拡大した模式平面図、である。
半導体装置は、第1のリード80と、半導体素子84と、第2のリード82と、樹脂成型体92と、ボンディングワイヤ86と、を有する。
第1のリード80は、吊りピン80bとダイパッド部80aとを有するインナーリード部80cと、アウターリード部80dと、インナーリード部80cの表面に設けられた第1のAg層90と、を有する。半導体素子84は、第1のAg層90の表面に接着される。
また、第2のリード82は、インナーリード部82aと、アウターリード部82bと、インナーリード部82aの表面に設けられた第2のAg層91と、を有する。また、第2のリード82は、ダイパッド部80aの外側に設けられる。樹脂成型体92は、半導体素子84と、ダイパッド部80aと、吊りピン80bと、第2のリード82のインナーリード部82aと、を包むように設けられる。
図8(b)のように、第2のAg層91は、上面部91aから第2のリード82の側面に広がった側面部91dを有する。第2のリード82は、第2のAg層91の第2の側面部91dから第2のリード82の側面に到達する切断面を有する。
同様に、第1のAg層90は、上面部90aから第1のリード80の側面に広がった側面部を有する。第1のリード80は、第1のAg層90の第1の側面部から第1のリードの側面に到達する切断面を有する。これらの切断面は、樹脂成型体92によりそれぞれ覆われる。このため、Ag層が樹脂成型体92の外側まで移動することが抑制できる。
図9は、第2の実施形態の製造方法のフロー図である。
リードフレーム95の所定の位置にマスクを設け、メッキにより第1のAg層90と、第2のAg層91と、を形成する。第1及び第2のAg層90、91は、図8に斜線で示す。また、第1のリード80の吊りピン80bの側面と、第2のリード82の側面と、にシェービングを行いAgからなる側面部を削り取る。
このように加工したリードフレームに、半導体素子84を接着する(S402)。さらに半導体素子84の上部電極と、第2のリード80のインナーリード82aと、をAuなどからなるボンディングワイヤ86を用いてそれぞれ接続する。インナーリード82aにはメッキによるAg層が設けられているので、多数のワイヤを確実にかつ短時間で接続することができる(S402)。
続いて、樹脂が切断面を覆うように樹脂成型体92を形成する(S404)。続いて、アウターリード82の不要な領域、および吊りピンをカットし、必要に応じてアウターリードの外装メッキを行う(S406)。
第2の実施形態において、半導体素子84は、トランジスタ、MOSトランジスタ、集積回路などとすることができる。また、集積回路は、ディジタル回路、アナログ回路、これらの混載回路などとすることができる。この場合、細くて短いリードにAgメッキを行うと、第1の実施形態と同じように側面に不要なAgを含む側面部が形成され、マイグレーションにより樹脂成型体92の外側に移動する。しかしながら、第2の実施形態では、Agマイグレーションが抑制され、信頼性の高い半導体装置とすることができる。
以上のように、第1および第2の実施形態によれば、外装メッキ剥がれや、Agマイグレーションが抑制され、信頼性の高い半導体装置が提供される。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
10 入力リード、11 第1入力リード、12 第2入力リード、20 出力リード、21 第1出力リード、22 第2出力リード、23第3出力リード、30 発光素子、40 受光素子、50 樹脂成型体、60 第2のAg層、61 第1のAg層、80 第1のリード、82 第2のリード、84 半導体素子、86 ボンディングワイヤ、90 第1のAg層、91 第2のAg層、92 樹脂成型体、95 リードフレーム

Claims (6)

  1. 入力インナーリード部と、前記入力インナーリード部の表面に設けられた第1の銀層と、を有する入力リードと、
    前記第1の銀層の上に設けられた発光素子と、
    出力インナーリード部と、前記出力インナーリード部の表面に設けられた第2の銀層と、を有する出力リードであって、前記出力インナーリード部の側面は、第1領域と、第2領域と、を有し、前記第2の銀層は、前記出力インナーリード部の上面に設けられた上面部と、前記出力インナーリード部の側面の前記第2領域には設けられず前記第1領域に設けられた側面部と、を有し、前記側面部の端縁は、前記第1領域と前記第2領域との境界の稜線に位置する出力リードと、
    前記発光素子と、前記入力インナーリード部と、前記第1の銀層と、前記出力インナーリード部と、前記第2の銀層と、を包む樹脂成型体と、
    を備え、
    前記樹脂成型体の表面における前記出力リードの幅は、前記稜線の部分における前記出力リードの幅よりも小さい、半導体装置。
  2. 前記出力インナーリード部は、ダイパッド部と、前記ダイパッド部から外方に突出する吊りピンと、を含み、
    前記第2の銀層の前記側面部は、前記吊りピンの側面に広がり、
    前記ダイパッド部の上面に設けられた前記第2の銀層の前記上面部に受光素子が設けられた請求項1記載の半導体装置。
  3. ダイパッド部と、前記ダイパッド部から外方に突出する吊りピンと、少なくとも前記ダイパッド部の表面に設けられた銀層と、を有するリードであって、前記吊りピンの側面は、第1領域と、第2領域と、を有し、前記銀層は、上面部と、前記吊りピンの側面の前記第2領域には設けられず前記第1領域に設けられた側面部と、を有し、前記側面部の端縁は、前記第1領域と前記第2領域との境界の稜線に位置するリードと、
    前記銀層の前記上面部に設けられた半導体素子と、
    前記半導体素子と、前記ダイパッド部と、前記吊りピンと、前記銀層と、を包む樹脂成型体と、
    を備え、
    前記樹脂成型体の表面における前記吊りピンの幅は、前記稜線の部分における前記吊りピンの幅よりも小さい、半導体装置。
  4. インナーリード部と、アウターリード部と、前記インナーリード部の表面に設けられた銀層と、を有するリードであって、前記インナーリード部の側面は、第1領域と、第2領域と、を有し、前記銀層は上面部と、前記インナーリード部の側面の前記第2領域には設けられず前記第1領域に設けられた側面部と、を有し、前記側面部の端縁は、前記第1領域と前記第2領域との境界の稜線に位置するリードと、
    前記銀層の前記上面部に接続されたボンディングワイヤと、
    前記インナーリード部と、前記ボンディングワイヤと、前記銀層と、を包む樹脂成型体と、
    を備え、
    前記樹脂成型体の表面における前記インナーリード部の幅は、前記稜線の部分における前記インナーリード部の幅よりも小さい、半導体装置。
  5. 複数のリード部と、前記複数のリード部のそれぞれの表面に設けられた銀層であって前記リード部の上面に設けられた上面部と前記上面部から前記リード部の側面に広がった側面部とを有する銀層と、を有するリードフレームの前記側面部により被覆された前記リード部の一部を前記側面部とともに削り取って、前記一部が削り取られた部分の前記リード部の幅を、前記側面部が残された部分の前記リード部の幅よりも狭くする工程と、
    前記リード部のうちの前記上面部が設けられた部分と、前記削り取られた部分の一部と、を包むように樹脂形成体を形成する工程と、
    前記樹脂成型体から露出した部分において前記リード部を切断することにより、前記樹脂成型体により包まれた部分を前記リードフレームから分離する工程と、
    を備えた半導体装置の製造方法。
  6. 前記側面部により被覆された前記リード部の前記一部を、プレス加工または研削により、前記側面部とともに削り取る請求項5記載の半導体装置の製造方法。
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