JP6555927B2 - 半導体素子搭載用リードフレーム及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体素子搭載用リードフレーム及び半導体装置、並びにそれらの製造方法に関する。
携帯機器向けを中心として、半導体装置(パッケージ)の小型化が進んでいる。このため様々なCSP(Chip Scale Package)が市場に投入されているが、特許文献1に記載された半導体装置は、これらの中でも、構成が単純で低コスト化が可能であり、また多ピン化も可能であることから、FPBGA(Fine Pitch Ball Grid Array)の代替として期待されている。
特許文献1に記載された半導体装置の製造方法では、金属材料として主にリードフレーム用の銅材を用い、一方の面(表面側)のワイヤボンディング部、及び他方の面(裏面側)の半導体素子搭載部の反対面およびワイヤボンディング部の反対面に相当する外部接続端子面の部分にめっきを施し、半導体素子搭載用リードフレームを完成させる。
図13は、特許文献1に記載の従来の半導体装置の製造方法を示した図である。図13に示されるように、半導体素子160を搭載し、ボンディングワイヤ170にて半導体素子160の電極161とリードフレームのワイヤボンディング部120を接続後、半導体素子160およびボンディングワイヤ170等をエポキシ樹脂180などで封止する。
図14は、特許文献1に記載の従来の半導体装置の製造方法を示した図である。図14に示されるように、外部接続端子面として形成しためっき層130をエッチング用マスクとして銅材110をエッチングし、半導体素子搭載部114および外部接続端子部115を各々電気的に独立させ、最後にパッケージの大きさに切断し個々のパッケージを完成する。ここで、エポキシ樹脂封止の後にその裏面に露出した金属材料をエッチングする事を特にエッチバックとして以後明記し、リードフレームのパターン形成の為のエッチングと区別する。
図15は、特許文献1に記載された従来のもう1つの半導体装置の製造方法を示した図である。図15に示されるように、特許文献1に記載されたもう一つの半導体装置の製造方法では、金属材料として主にリードフレーム用の銅材110を用い、一方の面(表面側)のワイヤボンディング部120、および他方の面(裏面側)の半導体素子搭載部の反対面およびワイヤボンディング部の反対面に相当する外部接続端子面の部分にめっき層130を形成する。その後、裏面側の全面にレジストによるマスクを形成し、表面側は、形成しためっきをエッチング用マスクとして使用し、銅材に表面側から所定の深さとなるハーフエッチングを施し、半導体素子搭載用リードフレームを完成させる。そして、半導体素子160を搭載し、ボンディングワイヤ170にて半導体素子160の電極161とリードフレームのワイヤボンディング部120を接続後、半導体素子160およびボンディングワイヤ170等をエポキシ樹脂180などで封止する。
図16は、特許文献1に記載された従来のもう1つの半導体装置の製造方法を示した図である。図16に示されるように、外部接続端子面として形成しためっき層130をエッチング用マスクとして銅材110をエッチバックし、半導体素子搭載部114および外部接続端子部115を各々電気的に独立させ、最後にパッケージの大きさに切断し個々のパッケージを完成する。
特許文献1に記載された半導体装置の製造方法によれば、樹脂封止まではそれぞれの端子部(ワイヤボンディング部と外部接続端子部)が金属材料又はそのハーフエッチングの残部でつながっており、樹脂封止後に金属材料又はそのハーフエッチングの残部をエッチバックで除去するため、それぞれの外部接続端子を外形フレームとつなげておく必要がない。そのため、従前のリードフレームのような支持部が必要なく、設計の自由度が増し、例えば外部接続端子を2列以上に並べることも可能であり、小型のパッケージサイズで多ピン化が可能となる。
特開平11−195742号公報
しかしながら、特許文献1に記載された図14に示す半導体装置は、内部端子と封止樹脂との接触のみで接続されているため密着強度が弱い。このため、樹脂封止後のエッチバックで金属材料をエッチング中に、内部端子が封止樹脂から抜けてしまい、工程歩留り悪化によりコストが増加するという問題点を有する。また、半導体装置において外部からの衝撃等で端子部が抜け落ちる可能性もある。また、特許文献1に記載された図16に示す半導体装置では、内部端子形状を表面からハーフエッチング加工し窪み形状にして封止樹脂との接触面を増やして接続強度を上げようとする方法が提案されている。内部端子が窪み形状を持つことで、端子と封止樹脂との密着性は向上するが、高価なエッチング液を使用し表面からハーフエッチング加工をする工程を追加する必要がありコストが増加する問題があった。
そこで、本発明は、樹脂封止後のエッチバックで金属材料をエッチングする際の端子抜けを防止できるとともに、高価なプロセスを必要とせず、安価に製造可能な半導体素子搭載用リードフレーム及び半導体装置、並びにそれらの製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る半導体素子搭載用リードフレームは、金属板と、
該金属板の表面上に設けられた半導体素子搭載領域と、
前記金属板の前記表面上の前記半導体素子搭載領域の周囲に形成された内部端子用めっき層と、
前記金属板の裏面上の前記半導体素子搭載領域及び前記内部端子用めっき層の反対側の位置に形成された外部端子用めっき層と、を有し、
前記内部端子用めっき層は、逆台形の断面形状を有する逆テーパー形状に構成された構造であり、前記金属板の前記表面が封止樹脂で覆われたときに、該封止樹脂からの裏面側への抜けを防止する構造を有し、
前記外部端子用めっき層は、該逆台形の断面形状を有しない。
本発明の他の態様に係る半導体装置は、逆テーパーの断面形状を有する金属柱からなる半導体素子搭載部と、
逆テーパーの断面形状を有する金属柱からなり、前記半導体素子搭載部の周辺に配置されたリード部と、
前記半導体素子搭載部の表面上に搭載された半導体素子と、
前記リード部の表面上に形成された内部端子用めっき層と、
前記リード部の裏面上に形成された外部端子用めっき層と、
前記半導体素子の電極と前記内部端子用めっき層とを電気的に接続するボンディングワイヤと、
前記半導体素子、前記内部端子用めっき層及び前記ボンディングワイヤを覆う封止樹脂と、を有し、
前記内部端子用めっき層は、逆台形の断面形状を有する逆テーパー形状に構成された構造であり、前記封止樹脂からの裏面側への抜けを防止する構造を有し、
前記外部端子用めっき層は、該逆台形の断面形状を有しない。
本発明の他の態様に係る半導体素子搭載用リードフレームの製造方法は、金属板の表面及び裏面を第1のレジスト層で覆う工程と、
前記金属板の前記表面上の前記第1のレジスト層に、逆台形の断面形状を有する開口を形成して第1のめっきマスクを形成する工程と、
該第1のめっきマスクを用いて前記金属板の前記表面上に第1のめっき層を形成する工程と、
前記第1のめっきマスク及び前記第1のレジスト層を除去する工程と、
前記金属板の前記表面及び前記裏面を第2のレジスト層で覆う工程と、
前記金属板の前記裏面上の前記第2のレジスト層に開口を形成して第2のめっきマスクを形成する工程と、
該第2のめっきマスクを用いて前記金属板の前記面上に第2のめっき層を形成する工程と、
前記第2のめっきマスク及び前記第2のレジスト層を除去する工程と、を有する。
本発明の他の態様に係る半導体装置の製造方法は、前記半導体素子搭載用リードフレームの製造方法により製造された半導体素子搭載用リードフレームの前記表面上の所定領域に半導体素子を搭載する工程と、
該半導体素子の電極と前記第1のめっき層とをワイヤボンディングにより接続する工程と、
前記半導体素子搭載用リードフレームの前記表面上を樹脂封止する工程と、
前記第2のめっきマスクをエッチングマスクとして、前記金属板を前記裏面側からエッチングし、テーパー状の側面を有する金属柱を形成する工程と、
前記金属板の前記裏面上を樹脂封止する工程と、を有する。
本発明によれば、リードフレームパターン形成エッチングを不要とし、簡素化された製造工程により安価に製造できるとともに、樹脂封止後のエッチバックで金属材料をエッチングの際の端子抜けを防止できる。また、半導体装置において外部からの衝撃等で端子部が抜け落ちることのない信頼性の高い半導体装置を得られる。
本発明の第1の実施形態に係る半導体素子搭載用リードフレームの一例を示した図である。 本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の一例を示した図である。 本発明の第1の実施形態に係る半導体素子搭載用リードフレームの製造方法の前半の一連の工程を示した図である。図3(a)は、金属板用意工程の一例を示した図である。図3(b)は、第1のレジスト層形成工程の一例を示した図である。図3(c)は、第1の露光工程の一例を示した図である。図3(d)は、第1の現像工程の一例を示した図である。図3(e)は、第1のめっき工程の一例を示した図である。図3(f)は、第1のレジスト層剥離工程の一例を示した図である。 本発明の第1の実施形態に係る半導体素子搭載用リードフレームの製造方法の後半の一例の工程を示した図である。図4(a)は、第2のレジスト層形成工程の一例を示した図である。図4(b)は、第2の露光工程の一例を示した図である。図4(c)は、第2の現像工程の一例を示した図である。図4(d)は、第2のめっき工程の一例を示した図である。図4(e)は、第2のレジスト層剥離工程の一例を示した図である。 本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例の一連の工程を示した図である。図5(a)は、半導体素子搭載工程の一例を示した図である。図5(b)は、ワイヤボンディング工程の一例を示した図である。図5(c)は、第1の樹脂封止工程の一例を示した図である。図5(d)は、エッチング工程の一例を示した図である。図5(e)は、第2の樹脂封止工程の一例を示した図である。 本発明の第2の実施形態に係る半導体素子搭載用リードフレームの一例を示した図である。 本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の一例を示した図である。 本発明の第2の実施形態に係る半導体素子搭載用リードフレームの製造方法の一例の前半の一連の工程を示した図である。図8(a)は、金属板用意工程の一例を示した図である。図8(b)は、レジスト層形成工程の一例を示した図である。図8(c)は、第1の露光工程の一例を示した図である。図8(d)は、第1の現像工程の一例を示した図である。図8(e)は、第1のめっき工程の一例を示した図である。図8(f)は、第1のレジスト層剥離工程の一例を示した図である。 本発明の第3の実施形態に係る半導体素子搭載用リードフレームの一例を示した図である。 本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の一例を示した図である。 本発明の第4の実施形態に係る半導体素子搭載用リードフレームの一例を示した図である。 本発明の第4の実施形態に係る半導体装置の一例を示した図である。 特許文献1に記載の従来の半導体装置の製造方法を示した図である。 特許文献1に記載の従来の半導体装置の製造方法を示した図である。 特許文献1に記載された従来のもう1つの半導体装置の製造方法を示した図である。 特許文献1に記載された従来のもう1つの半導体装置の製造方法を示した図である。
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。
〔第1の実施形態〕
図1は、本発明の第1の実施形態に係る半導体素子搭載用リードフレームの一例を示した図である。第1の実施形態に係る半導体素子搭載用リードフレーム50は、金属板10と、内部端子用めっき層20と、外部端子用めっき層30とを備える。また、金属板10の表面11上には半導体素子搭載領域13が設けられている。内部端子用めっき層20は、金属板10の表面11上の半導体素子搭載領域13の周囲に設けられる。また、外部端子用めっき層30は、金属板10の裏面12上であって、内部端子用めっき層20の反対側の位置と、半導体素子搭載領域13の反対側の位置に設けられる。
なお、本実施形態では半導体素子搭載領域を確保してめっき層は配置しない形態を説明するが、半導体素子搭載領域に内部端子用めっき層20と同等のめっき層と配置してもよい。
金属板10は、種々の金属材料が用いられてよいが、例えば銅材又は銅合金材が用いられてもよく、通常のリードフレームで用いられている高強度の金属材料を用いることが望ましい。金属板10の厚みは、ハンドリングの容易性等を考慮し、50〜200μmの範囲で選択することが好ましい。更に好ましくは、エッチバックの生産性を考慮して、50〜150μmの厚さの金属板を用いると良い。ここで、金属板10について、半導体素子が搭載されて電気的に接続される内部端子用めっき層20のパターンニング面を以後は表面11と明記し、外部機器と電気的に接続される外部端子用めっき層30のパターンニング面を以後は裏面12と明記する。
内部端子用めっき層20は、半導体素子搭載領域13に搭載された半導体素子(図1には図示せず)の電極をワイヤボンディングにより接続するための内部端子をなすめっき層である。よって、内部端子用めっき層20は、半導体素子搭載領域12に半導体素子が搭載されたときに、半導体素子の電極とボンディングワイヤを介して接続が可能なように、半導体素子搭載領域13と同一面である金属板10の表面11上であって、かつ半導体素子搭載領域13の周辺に形成される。
内部端子用めっき層20は、封止樹脂からの抜けを防止する樹脂抜け防止構造を有して構成される。具体的には、図1に示されるように、内部端子用めっき層20は、逆台形の断面形状を有するとともに、逆テーパー状の側面を有して構成される。かかる形状を有することにより、金属板10の表面11上が封止樹脂で覆われた際、封止樹脂からの抜け不良の発生を防止することができる。つまり、逆台形の形状を有することにより、先端の広がった部分が封止樹脂に引っ掛かる状態となり、内部端子用めっき層20が抜け難い状態となる。本実施形態に係る内部端子用めっき層20は、このような、先端が根元よりも広い形状を有することにより、樹脂抜けを効果的に防止する。
内部端子用めっき層20の逆台形又は逆テーパー形状のテーパー角度は、用途に応じて種々の角度に設定されてよいが、例えば、30°以上70°以下に設定されてもよい。なお、逆台形の断面形状又は逆テーパーの側面形状は、例えば、このような形状を有するめっきマスクを露光により形成することにより形成されるが、この点の詳細については後述する。
外部端子用めっき層30は、外部機器が接続される外部端子として機能するめっき層30である。外部端子用めっき層30は、樹脂抜けを防止する必要は無いので、通常の矩形の断面形状を有するめっき層として形成されてよい。なお、外部端子用めっき層30は、金属板10の裏面12上に、内部端子用めっき層20及び半導体素子搭載領域13の反対側の位置に形成される。
図2は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の一例を示した図である。第1の実施形態に係る半導体装置100は、半導体素子搭載部14と、リード部15と、内部端子用めっき層20と、外部端子用めっき層30と、半導体素子60と、ボンディングワイヤ70と、封止樹脂80、81とを有する。
図1に示した半導体素子搭載用リードフレーム50の金属板10を、外部端子用めっき層30をエッチングマスクとして裏面12側からエッチングすることにより、半導体搭載領域13及び各内部端子用めっき層20が各々分離し、半導体素子搭載部14及びリード部15を構成している。半導体素子部14及びリード部15は、逆テーパー形状の側面を有する金属柱として構成される。リード部12の表面11上には内部端子用めっき層20が形成されており、裏面12上には外部端子用めっき層30が形成されている。また、半導体素子搭載部14の表面11上には半導体素子60が搭載され、裏面12上には外部端子用めっき層30が形成されている。
また、半導体素子60の電極61は、ボンディングワイヤ70を介して内部端子用めっき層20の表面上に接続されている。半導体素子搭載部14及びリード部15の表面11上、つまり半導体素子60、内部端子用めっき層20及びボンディングワイヤ70は、封止樹脂80により封止されて覆われている。また、半導体素子搭載部14、リード部15及び外部端子用めっき層30の側面は、封止樹脂81により封止されており、外部端子用めっき層30の表面が外部接続端子として封止樹脂81から露出している。
ここで、図1の半導体素子搭載用リードフレーム50の状態から、図2の半導体装置100に加工される際、半導体素子搭載部14及びリード部15の表面11上を封止樹脂80で封止した後、金属板10を裏面12側からエッチングするという手順になる。その時、金属板10のエッチングが進行するにつれて、半導体素子搭載部14及びリード部15は分離してゆき、最終的な支持箇所は封止樹脂80に支持されている内部端子用めっき層20とリード部15の接合のみとなってしまう。エッチングは、エッチング液を金属板10に噴射することにより行われるので、金属板10にはある程度の強さの圧力が加わる。よって、内部端子用めっき層20と封止樹脂80とは、このエッチングの圧力に耐え得る接合力を有することが必要である。本実施形態に係る半導体装置100では、内部端子用めっき層20が逆台形の断面形状を有し、逆テーパー状の側面形状を有するので、根元よりも広い周長を有する側面部が封止樹脂80と係合する状態となり、効果的にリード部15の端子抜けを防止することができる。
なお、裏面12側の封止樹脂81は、表面11側の封止樹脂80と同一の樹脂であってもよいし、異なる樹脂であってもよいが、全体の整合性の観点から、同一の樹脂から構成されることが好ましい。
次に、本発明の第1の実施形態に係る半導体素子搭載用リードフレームの製造方法について説明する。
図3は、本発明の第1の実施形態に係る半導体素子搭載用リードフレームの製造方法の前半の一連の工程を示した図である。
図3(a)は、金属板用意工程の一例を示した図である。金属板用意工程においては、金属板10が用意される。なお、金属板10には、上述のように、例えば、厚さ50〜200μmの銅板を用いてもよい。
図3(b)は、第1のレジスト層形成工程の一例を示した図である。第1のレジスト層形成工程においては、最初に、金属板10の両面にレジスト層40を形成し、金属板10の表面11及び裏面12の全面をレジスト層40で覆う。レジスト層40の形成は、種々のレジストを用いてよく、例えば、金属板10の両面にドライフィルムレジストをラミネートしてもよい。また、ドライフィルムレジストの種類、厚みは特に限定されないが、通常感光部が硬化するネガタイプのものを用いる。この他にポジタイプのドライフィルムレジストを用いても良い。また液状のフォトレジストを塗布しても良い。レジスト層40の厚みは、形成するパターンの線幅・線間距離で決定されるが、15〜40μmの範囲を用いることが多い。
図3(c)は、第1の露光工程の一例を示した図である。第1の露光工程においては、レジスト層40に、所定の位置に所定の形状の内部端子用めっき層20を形成するためのパターンを露光する。これは、一般的な方法と同じで、レジスト層40にパターンを形成したフォトマスク(図示せず)を密着させ、紫外線を照射することでフォトマスクのパターンをドライフィルムレジストに露光する。このとき、半導体素子60が搭載される面側となる表面11側と反対側の外部接続端子となる裏面12側が区別される。表面11側に内部端子用めっき層20のめっきパターンを露光し、裏面12側は全面露光にてパターンニングしない構造とする。
なお、露光の際、紫外線の散乱光を用いて露光し、散乱光が斜めから入射するようにし、逆台形の断面形状となるようにパターニングを行う。図3(c)に示されるように、硬化しないレジスト層40が逆台形の断面形状を構成するように紫外線の散乱光を照射し、散乱光が照射した部分は硬化部分41となる。
図3(d)は、第1の現像工程の一例を示した図である。第1の現像工程では、露光工程後のレジスト層40が現像され、未硬化部分が溶解除去され、開口部42が形成される。これにより、めっきマスク43が完成する。なお、レジスト層40として、アルカリ現像型のフォトレジストを用いる場合は指定の現像液を用いる。このようにして、金属板10の表面11側に所定形状の開口部42が形成された内部端子用めっき層20用のレジストマスクを形成する。
なお、図3(b)〜図3(d)が、第1のめっきマスク形成工程となる。第1のめっきマスク形成工程により、逆台形の断面形状、つまり逆テーパー形状の側面形状の開口部42を有するめっきマスク43が形成される。
図3(e)は、第1のめっき工程の一例を示した図である。第1のめっき工程においては、めっきマスク43の開口部42にめっきを行ない、内部端子用めっき層20を形成する。めっきの金属は耐熱性、半導体素子との接合のためのワイヤボンディング性等を考慮し、通常は電気めっきで、Ni、Pd、Au、Ag等の単層めっきあるいは2種以上の積層めっきをする。上述のように、めっきマスク43の開口部42が逆テーパー形状を有するため、金属板10の表面11に、テーパーめっきが施されることになる。
上述のように、テーパーめっきは、半導体素子60を搭載し、ワイヤボンディングした半導体素子搭載側に封止樹脂80を封入した後の内部端子の接続強度を向上させる目的が有る。例えば、テーパーめっきのテーパー角度を30°以上70°以下にすることで、接続強度を十分に向上させるテーパーめっき層が得られる。めっき形状のテーパー角度が30°未満のときには、封止樹脂80が内部端子用めっき層20との間に充填し難くなり、未充填を生じるおそれがある。また、テーパー角度が70°を超えたときには、封止樹脂80と内部端子用めっき層20との接続強度が不足し、エッチバック後に端子剥がれを生じるおそれがある。例えば、Niを用いてテーパーめっき層を形成し、封止樹脂80との密着性を向上させた後、半導体素子60との接続のために行われるワイヤボンディング性を考慮して、Auめっき層、Agめっき層及び/又はPdめっき層をめっきして積層めっき層としてもよい。
図3(f)は、第1のレジスト層剥離工程の一例を示した図である。レジスト層剥離工程においては、めっきマスク43及び裏面12のレジスト層41が剥離される。なお、レジスト層40としてアルカリ現像型のフォトレジストを用いている場合には、指定の剥離液を用いる。
図4は、本発明の第1の実施形態に係る半導体素子搭載用リードフレームの製造方法の後半の一例の工程を示した図である。
図4(a)は、第2のレジスト層形成工程の一例を示した図である。第2のレジスト層形成工程においては、内部端子用めっき層20がめっきパターンニングされた金属板10の両面11、12の全面に、レジスト層44が形成される。レジスト層44の形成は、種々のレジストを用いて行われてよく、例えば、ドライフィルムレジストをラミネートしてレジスト層44を形成してもよい。ドライフィルムレジストの種類、厚みは特に限定されないが、通常感光部が硬化するネガタイプのものを用いる。この他に、ポジタイプのドライフィルムレジストでも良い。また液状のフォトレジストを塗布することでも良い。レジスト層44の厚みは形成するパターンの線幅・線間距離で決定されるが、15〜40μmの範囲を用いることが多い。
図4(b)は、第2の露光工程の一例を示した図である。第2の露光工程においては、レジスト層44に、所定の位置に所定の形状の外部端子用めっき層30を形成するためのパターンを露光する。これは、一般的な方法と同じで、レジスト層40にパターンを形成したフォトマスクを密着させ、紫外線を照射することでフォトマスクのパターンをレジスト層44に露光する。表面11側の内部端子用めっき層20のめっきパターン上にラミネートされたレジスト層44は全面露光し、裏面12側は外部端子用めっき層30のめっきパターンを露光する。なお、裏面12側は、通常のめっき層の形成でよいので、散乱光ではない一般的な紫外線を照射してよい。なお、紫外線が照射されたレジスト層44は、硬化部分45となる。
図4(c)は、第2の現像工程の一例を示した図である。第2の現像工程では、現像により、未硬化の部分のレジスト層44が溶解除去され、開口部46が形成される。これにより、裏面12側にめっきマスク47が形成される。なお、レジスト層44にアルカリ現像型のフォトレジストを用いる場合は指定の現像液を用いる。
このようにして金属板10の裏面12側に所定形状の開口部46が形成された外部端子用めっき層30用のめっきマスク47が形成される。なお、図4(a)〜図4(c)が、第2のめっきマスク形成工程となる。
図4(d)は、第2のめっき工程の一例を示した図である。第2のめっき工程では、めっきマスク47の開口部46にめっきを行なう。めっきの金属は耐熱性、外部機器との半田接合性等を考慮し、通常の電気めっきで良く、Ni、Pd、Au等の単層めっきあるいは2種以上の積層めっきをする。例えば、Niめっき0.5μm、Pdめっき0.01μm、Auめっき0.003μmとしてもよい。特にここでは、エッチバック後の外部端子用めっき層30のダレ込みやバリを防止する目的で、Niめっきの厚付けめっきを用いると良い。Niめっきの厚付けめっきは、エッチバック後の外部端子用めっき層30のダレ込みやバリを防止する目的が有り、例えば、スルファミン酸ニッケルめっきでNiめっき層を2μm以上20μm以下の厚さで形成する。その後、Pdめっき層を0.01μm形成し、Auめっき層を0.003μm形成すれば、エッチバック後の外部端子用めっき層30のダレ込みやバリの発生を防止することができる。Niめっき層の厚さが2μm未満の場合には、エッチバック後の外部端子用めっき層30のダレ込みやバリを生じるおそれがある。一方、Niめっき層が20μmを超えた場合には、めっき厚みが厚くなり生産性が低下する。よって、外部端子用めっき層30の一部として、Niめっき層を2μm以上20μm以下の範囲で形成してもよい。このように、外部端子用めっき層30は、多層のめっき層で構成してもよい。
図4(e)は、第2のレジスト層剥離工程の一例を示した図である。第2のレジスト層剥離工程では、表面11側のレジスト層45及び裏面12側のめっきマスク47を剥離する。レジスト層44として、アルカリ現像型のフォトレジストを用いている場合には、第2のレジスト層剥離工程では、指定の剥離液を用いる。
次に、シート状にカッティングし必要であれば洗浄し本発明の第1の実施形態に係る半導体素子搭載用リードフレームが得られる。
次に、本発明の第1の実施形態に係る半導体素子搭載用リードフレームを用いた半導体装置の製造方法について説明する。
図5は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例の一連の工程を示した図である。
図5(a)は、半導体素子搭載工程の一例を示した図である。半導体素子搭載工程においては、半導体素子搭載用リードフレーム50の半導体素子搭載領域13上に、半導体素子60を搭載する。なお、半導体素子60の搭載は、半導体素子搭載用リードフレーム50の表面11側の半導体素子搭載領域13上に、半導体素子60を、ダイペースト等を用いて搭載してもよい。なお、ダイペーストには、銀ペースト等を用いてもよい。
図5(b)は、ワイヤボンディング工程の一例を示した図である。ワイヤボンディング工程では、半導体素子60の電極61が、ワイヤボンディングによりボンディングワイヤ70を介して内部端子用めっき層20に電気的に接続される。ボンディングワイヤ70には、金ワイヤや銅ワイヤなど20〜40μmφの大きさのワイヤを用いてもよい。
図5(c)は、第1の樹脂封止工程の一例を示した図である。第1の樹脂封止工程では、金属板10の表面11上に封止樹脂80を充填し、金属板10の半導体素子搭載側である表面11側を樹脂封止する。なお、封止樹脂80には、例えば、エポキシ樹脂等を用いてもよい。
図5(d)は、エッチング工程の一例を示した図である。エッチング工程では、外部端子用めっき層30をエッチングマスクとして、裏面12側から金属板10がエッチングされる。このように、金属板10をエッチバック加工することで、半導体素子搭載部14及びリード部15が独立する。ここで、エッチング加工は、外部端子用めっき層30側の一方向からエッチバックされることで、エッチバック後の半導体素子搭載部14及びリード部15の断面形状が逆台形の形状、つまり逆テーパーの側面形状となることで、封止樹脂81からの抜け不良を無くすことが出来る。例えば、エッチング工程では、エッチバックに使用される銅材選択エッチング液をノズル噴射して、半導体装置搭載用リードフレーム50の裏面12側に吹き付けるが、この時に噴射圧と噴射時間とノズル搖動角度の調整等で、エッチバック後の半導体素子搭載部14及びリード部15の断面形状が逆台形に形成される様に調整すればよい。
図5(e)は、第2の樹脂封止工程の一例を示した図である。第2の樹脂封止工程においては、金属板10のエッチバック加工後の裏面12側を樹脂封止する。この第2の樹脂封止工程は、エッチバックにて半導体素子搭載部14及びリード部15の側面が露出したことにより、酸化や変色等の劣化を防止すると同時に、半導体素子搭載部14及びリード部15の抜け不良を防止するためにも有効な手法である。
そして最後に、ダイシングなどの方法で個々のパッケージサイズに切断する。このようにして、リードフレームの製造工程においてエッチング工程を使用せずに半導体素子搭載用リードフレームが得られる。
本発明の第1の実施形態に係る半導体素子搭載用リードフレーム及び半導体装置、並びにそれらの製造方法によれば、内部端子用めっき層20を逆台形の断面形状を有する構造とすることにより、封止樹脂80からの内部端子用めっき層20の抜けを効果的に防止することができる。また、エッチバック加工により、半導体素搭載部14及びリード部15も逆テーパー形状に構成することにより、裏面12側でも外部端子用めっき層30を含む半導体素子搭載部14及びリード部15の抜けを効果的に防止することができる。
〔第2の実施形態〕
図6は、本発明の第2の実施形態に係る半導体素子搭載用リードフレームの一例を示した図である。
図6において、第2の実施形態に係る半導体素子搭載用リードフレーム51は、金属板10及び外部端子用めっき層30の構成は図1に示す第1の実施形態に係る半導体素子搭載用リードフレーム50と同様であるが、内部端子用めっき層21の構成が、第1の実施形態に係る半導体素子搭載用リードフレーム50と異なっている。
図6に示されるように、内部端子用めっき層21は、外部端子用めっき層30と同様に矩形の断面形状を有するが、表面22が粗化された構成となっている。かかる粗化された表面22を有することにより、内部端子用めっき層21は、封止樹脂80との接合性を高めることができる。
内部端子用めっき層21の表面22の粗化は、表面22を粗化できる限り、種々の方法により行われてよいが、例えば、粗化めっきが可能な粗化めっき浴を用いて内部端子用めっき層21をめっきして形成してもよい。粗化めっきは、半導体素子60を搭載し、ワイヤボンディングした半導体素子搭載側に封止樹脂80を封入した後、内部端子用めっき層21の接続強度を向上させる目的がある。例えば、塩素系Ni粗化めっきしてPdめっきした後のめっき表面の表面粗さ(Ra)を0.2μm以上0.7μm以下にすることで、接続強度を十分に向上させかつボンディングが可能な粗化めっきが得られる。めっき表面粗さ(Ra)が0.2μm未満のときには、封止樹脂80と内部端子用めっき層21との接続強度が不足し、エッチバック後に端子剥れを生じるおそれがある。また、めっき表面粗さ(Ra)0.7μmを超えたときには、めっき厚を厚くする必要が生じて生産性が低下する。このように、粗化めっきは、表面が粗化していればよく、Pd等の単層の粗化めっきあるいは、Ni等の粗化めっきの上にPd、Au、Ag等の貴金属めっきを行う積層めっきでもよい。
また、上記では、内部端子用めっき層21の断面形状が矩形形状の場合について説明したが、内部端子用めっき層21の断面形状は矩形形状に限定されるものではない。例えば、第1の実施形態のように、断面形状が逆台形等でもよい。この場合、形状による効果と、粗化されて表面による効果で、より内部端子用めっき層21の接続強度を向上させることができる。
かかる構成を有することにより、第2の実施形態に係る半導体素子搭載用リードフレーム51は、内部端子用めっき層21の樹脂抜けを効果的に防止することができる。なお、内部端子用めっき層21以外の構成要素は、第1の実施形態に係る半導体素子搭載用リードフレーム50と同様であるので、同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
図7は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置101の一例を示した図である。内部端子用めっき層21の表面22が粗化され、封止樹脂80との接合性が十分に高められている点は、第1の実施形態に係る半導体装置100と同様である。なお、他の構成要素は、第1の実施形態に係る半導体装置100と同様であるので、各構成要素に同一の参照符号を付してその説明を省略する。
次に、本発明の第2の実施形態に係る半導体素子搭載用リードフレームの製造方法について説明する。なお、第2の実施形態に係る半導体素子搭載用リードフレームの製造方法については、第1の実施形態に係る半導体素子搭載用リードフレームの製造方法と異なる点を中心に説明し、同一又は類似の内容については、その説明を省略又は簡略化する。
図8は、本発明の第2の実施形態に係る半導体素子搭載用リードフレームの製造方法の一例の前半の一連の工程を示した図である。
図8(a)は、金属板用意工程の一例を示した図であり、図8(b)は、レジスト層形成工程の一例を示した図である。金属板用意工程及びレジスト層形成工程は、図3(a)、(b)に示した第1の実施形態に係る半導体素子搭載用リードフレームと同様であるので、各構成要素に同一の参照符号を付してその説明を省略する。
図8(c)は、第1の露光工程の一例を示した図である。第1の露光工程においては、紫外線の散乱光を用いずに、一般的な紫外線を用いる点が異なっている。よって、レジスト層40の硬化部分41は、上方から垂直に紫外線が照射され、金属板10の表面11に対して、ほぼ垂直に形成される。その他の内容は、図3(c)で説明した内容と同様であるので、説明を省略する。
図8(d)は、第1の現像工程の一例を示した図である。現像により形成された開口部42aは、金属板10の表面11に対してほぼ垂直な側面を有する。なお、その他の内容は、図3(d)で説明した内容と同様であるので、説明を省略する。また、図8(b)〜図8(d)で第1のめっきマスク形成工程を構成する点も、図3(b)〜図3(d)と同様である。
図8(e)は、第1のめっき工程の一例を示した図である。第1のめっき工程においては、粗化した表面22が形成される粗化めっき浴を用いてめっきが行われ、内部端子用めっき層21が形成される。粗化めっきは、半導体素子搭載しワイヤボンディングし半導体素子搭載側に第一の樹脂を封入した後の内部端子の接続強度を向上させる目的が有り、例えば、塩素系Ni粗化めっきしてPdめっきした後のめっき表面の表面粗さ(Ra)が0.2μm以上0.7μm以下にすることで接続強度を十分に向上させる粗化めっきが得られる。また、Ni粗化めっきを施した後に、半導体素子との接続のために行われるワイヤボンディング性を考慮して、AuめっきやAgめっきやPdめっきを積層めっきするのが一般的である。
図8(f)は、第1のレジスト層剥離工程の一例を示した図である。図3(f)に示した第1の実施形態に係る半導体素子搭載用リードフレームと同様であるので、各構成要素に同一の参照符号を付してその説明を省略する。
その後は、第1の実施形態に係る半導体素子搭載用リードフレーム50の製造方法の図4(a)〜(e)と同様の工程を順次実行すればよい。これにより、封止樹脂80と内部端子用めっき層21の接合性が高い半導体素子搭載用リードフレーム51を製造することができる。
本発明の第2の実施形態に係る半導体装置101の製造方法は、内部端子用めっき層21の構成が異なる点以外は、図5で説明した第1の実施形態に係る半導体装置100の製造方法と同様であるので、その説明を省略する。
〔第3の実施形態〕
図9は、本発明の第3の実施形態に係る半導体素子搭載用リードフレームの一例を示した図である。第3の実施形態に係る半導体素子搭載用リードフレーム52は、金属板10の表面11上の半導体素子搭載領域13の反対側の裏面12上の位置に、外部端子用めっき層30が形成されていない点で、第1の実施形態に係る半導体素子搭載用リードフレーム50と異なっている。
このように、半導体素子搭載領域13の裏面12側に外部端子用めっき層30を設けることは必須ではなく、図9に示すような構成としてもよい。その他の構成要素は、第1の実施形態に係る半導体素子搭載用リードフレームと同様であるので、同一の構成要素に同一の参照符号を付してその説明を省略する。
図10は、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の一例を示した図である。第3の実施形態に係る半導体装置102は、金属板10が加工して形成された半導体素子搭載部14を備えていない点で、第1の実施形態に係る半導体装置100と異なっている。このように、半導体素子60が半導体素子搭載部14上に設けられることは必須ではなく、エッチング工程で除去してしまい、封止樹脂80、81で半導体素子60を保持する構成であってもよい。
なお、第3の実施形態に係る半導体素子搭載用リードフレームの製造方法は、第1の実施形態に係る半導体素子搭載用リードフレームの製造方法において、図4(b)〜(d)の第2のめっきマスク形成工程において、半導体素子搭載領域13の反対側の位置のレジスト層44を硬化部分45とし、開口部46を形成しないようにすればよい。
また、第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法は、図5で説明した半導体装置の製造方法と同様であり、エッチング工程において、半導体素子搭載領域13がエッチングにより除去される点のみが異なる。
〔第4の実施形態〕
図11は、本発明の第4の実施形態に係る半導体素子搭載用リードフレームの一例を示した図である。第4の実施形態に係る半導体素子搭載用リードフレーム53は、金属板10の表面11上の半導体素子搭載領域13の反対側の裏面12上の位置に、外部端子用めっき層30が形成されていない点で、第2の実施形態に係る半導体素子搭載用リードフレーム51と異なっている。
このように、半導体素子搭載領域13の裏面12側に外部端子用めっき層30を設けることは必須ではなく、図11に示すような構成としてもよい。その他の構成要素は、第2の実施形態に係る半導体素子搭載用リードフレームと同様であるので、同一の構成要素に同一の参照符号を付してその説明を省略する。
図12は、本発明の第4の実施形態に係る半導体装置の一例を示した図である。第4の実施形態に係る半導体装置103は、金属板10が加工して形成された半導体素子搭載部14を備えていない点で、第2の実施形態に係る半導体装置101と異なっている。このように、半導体素子60が半導体素子搭載部14上に設けられることは必須ではなく、エッチング工程で除去してしまい、封止樹脂80、81で半導体素子60を保持する構成であってもよい。
なお、第4の実施形態に係る半導体素子搭載用リードフレームの製造方法は、第2の実施形態に係る半導体素子搭載用リードフレームの製造方法において、図4(b)〜(d)の第2のめっきマスク形成工程において、半導体素子搭載領域13の反対側の位置のレジスト層44を硬化部分45とし、開口部46を形成しないようにすればよい。
また、第4の実施形態に係る半導体装置の製造方法は、図5で説明した半導体装置の製造方法と同様であり、エッチング工程において、半導体素子搭載領域13がエッチングにより除去される点のみが異なる。
〔実施例〕
〔実施例1〕
次に、本発明の半導体素子搭載用リードフレームと半導体素子搭載用リードフレームの製造方法の実施例を図8及び図4に示すフローに従って説明する。
金属板10として、厚さ0.125mmの銅系合金材(古河電工製EFTEC64−T)を用いて、両面にドライフィルムレジスト(旭化成製2558)をラミネートした(図8(b)参照)。
次に所定のパターンで両面に露光を行い、現像して内部端子用めっき層21が必要な部分が開口されためっきマスク43aを形成した(図8(c)、(d)参照)。
次に、形成したレジストマスク12の開口部から露出している金属板10に、塩素系ニッケル浴にて粗化Niを5μm、Pdを0.01μmの厚さで順次内部端子用めっき層21を形成した(図8(e)参照)。
次に、めっきマスク43a及びレジスト層41を剥離した(図8(f)参照)。
ここで内部端子用めっき層21として得られためっき表面22の粗さ(Ra)は、0.2μmであった。表面粗さの計測は、オリンパス社製OLS3000を使用し表面粗さ(Ra)を測定した(図8(f)参照)。
次に、両面にドライフィルムレジスト44(旭化成製2558)をラミネートした(図4(a)参照)。
次に所定のパターンで両面に露光を行い、現像して外部端子用めっき層30が必要な部分が開口されためっきマスク47を形成した(図4(b)、(c)参照)。
次に、形成しためっきマスク47の開口部46から露出している金属板10に、スルファミン酸ニッケル浴にてNiを2μmめっきし、Pdを0.01μm、Auを0.003μmの厚さで順次めっきし、外部端子用めっき層30を形成した(図4(d)参照)。
次に、めっきマスク47及びレジスト層45を剥離した(図4(e)参照)。
次に、シート状にカッティングし必要であれば洗浄する。この様にして本発明のリードフレームが得られた。
次に、上述の工程で得られた半導体素子搭載用リードフレーム51を用いて、半導体素子60の搭載とボンディングワイヤによる連結をしてから表面11側をエポキシ樹脂80により第一の樹脂封入を行った(図5(a)〜(c)参照)。
次に、裏面12側に形成した外部端子用めっき層30をエッチングマスクとして、金属板10をエッチバック加工した(図5(d)参照)。
次に、裏面12側からエポキシ樹脂81により第二の樹脂封入を行った(図5(e)参照)。
その後に、ソーイングにより小片化し半導体装置を作製した。
〔実施例2〜5、比較例〕
表1に実施例2〜5、比較例の各設定を示す。
Figure 0006555927
実施例2では、内部端子用のめっき層21の表面粗さ(Ra)を表1に示す通りにした。その他は実施例1と同じ方法で作成した。
実施例3では、図3(c)で説明したように、めっきマスク43用のレジスト層40のパターン形成時に、露光工程で散乱光を用いて、逆台形の断面形状の開口部42を形成した(図3(d)参照)。その後、めっきを施して、内部端子用めっき層20のテーパー角度を表1に示す通りにした(図2(f)参照)。テーパー角度の計測は、ニコン社製測定顕微鏡MM−60を使用し、測定値にて算出した。その他の構成要素は、実施例1と同じ方法で作成した。
実施例4では、実施例3と同様に内部端子用めっき層20のテーパー角度を表1に示す通りにした。その他の構成要素は、実施例1と同じ方法で作成した。
実施例5では、外部端子用めっき層30のめっきにおいて、Ni20μmをめっきし、Pdを0.01μm、Auを0.003μmの厚さで順次めっきし、外部端子用めっき層30を形成した(図3(d)参照)。その他の構成要素は、実施例1と同じ方法で作成した。
比較例では、表1に示す通り、内部端子用のめっき層を、一般的な断面矩形形状とし、表面粗化も行わなかった。その他の構成要素は、実施例1と同じ方法で作成した。
次に効果の確認として、実施例1〜5の内部端子用めっき層20、21の封止樹脂密着性の確認と外部端子用めっき層30のダレ込みやバリの外観確認を行った。
内部端子用めっき層20、21の封止樹脂密着性の確認については、樹脂封止後のエッチバックで金属材料をエッチング中に、内部端子用めっき層20、21が封止樹脂から抜け不具合が発生するかを確認した。抜け不具合が発生しない場合:○、一部に抜け不具合が発生した場合:×、とした。本発明の実施例1〜5の全てに端子抜け不良は発生しなかったが、比較例には数点の内部端子めっき層の抜けの不具合が発生した。本実施例に係る半導体素子搭載用リードフレーム及び半導体装置は、内部端子用めっき層20、21の樹脂抜けを効果的に防止できることが確認された。
更に、半導体装置になった状態で半導体装置の底面の金属層や電極層の周縁部の封止樹脂状況を顕微鏡で観察した。外部端子用めっき層30のダレ込みやバリの発生がない場合:○、一部にダレ込みやバリの発生がある場合:×、と表現することとした。結果を表1に示す。
実施例1〜5及び比較例のサンプル全てに樹脂封止部や電極端子のダレ込みやバリや欠け等は発見されず、良好な結果が得られた。
このように、実施例1〜5のサンプルは、封止樹脂密着性と外部端子外観の双方において、優れた結果が得られた。
以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施形態及び実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態及び実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
10 金属板
11 表面
12 裏面
13 半導体素子搭載領域
14 半導体素子搭載部
15 リード部
20、21 内部端子用めっき層
22 粗化表面
30 外部端子用めっき層
43、47 めっきマスク
50〜53 半導体素子搭載用リードフレーム
60 半導体素子
61 電極
70 ボンディングワイヤ
80、81 封止樹脂
100〜103 半導体装置

Claims (6)

  1. 金属板の表面及び裏面を第1のレジスト層で覆う工程と、
    前記金属板の前記表面上の前記第1のレジスト層に、逆台形の断面形状を有する開口を形成して第1のめっきマスクを形成する工程と、
    該第1のめっきマスクを用いて前記金属板の前記表面上に第1のめっき層を形成する工程と、
    前記第1のめっきマスク及び前記第1のレジスト層を除去する工程と、
    前記金属板の前記表面及び前記裏面を第2のレジスト層で覆う工程と、
    前記金属板の前記裏面上の前記第2のレジスト層に開口を形成して第2のめっきマスクを形成する工程と、
    該第2のめっきマスクを用いて前記金属板の前記裏面上に第2のめっき層を形成する工程と、
    前記第2のめっきマスク及び前記第2のレジスト層を除去する工程と、を有する半導体素子搭載用リードフレームの製造方法。
  2. 前記第1のめっきマスクの前記逆台形の断面形状を有する開口は、散乱光を用いた露光及び現像により形成される請求項に記載の半導体素子搭載用リードフレームの製造方法。
  3. 前記第1のめっき層を形成する工程では、表面が粗化された前記第1のめっき層を形成する請求項又はに記載の半導体素子搭載用リードフレームの製造方法。
  4. 前記表面が粗化された前記第1のめっき層は、粗化されためっき層が形成される粗化めっき浴を用いためっきにより形成される請求項に記載の半導体素子搭載用リードフレームの製造方法。
  5. 前記第1のめっき層は、異なるめっき浴を用いた複数回のめっきにより形成され、
    該複数回のめっきのいずれかのめっきが前記粗化めっき浴を用いためっきである請求項に記載の半導体素子搭載用リードフレームの製造方法。
  6. 請求項乃至のいずれか一項に記載された半導体素子搭載用リードフレームの製造方法により製造された半導体素子搭載用リードフレームの前記表面上の所定領域に半導体素子を搭載する工程と、
    該半導体素子の電極と前記第1のめっき層とをワイヤボンディングにより接続する工程と、
    前記半導体素子搭載用リードフレームの前記表面上を樹脂封止する工程と、
    前記第2のめっき層をエッチングマスクとして、前記金属板を前記裏面側からエッチングし、テーパー状の側面を有する金属柱を形成する工程と、
    前記金属板の前記裏面上を樹脂封止する工程と、を有する半導体装置の製造方法。
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