(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと、この半導体チップに電気的に導通させられている複数本の内部リードと、上記半導体チップないし上記各内部リードを包み込む樹脂パッケージと、上記各内部リードに連続して上記樹脂パッケージの外部に延出する複数本の外部リードと、上記半導体チップから発生する熱を外部に放熱するために、一部が上記樹脂パッケージの表面に露出するようにして樹脂パッケージ内に組み込まれた放熱板とを備える樹脂パッケージ型半導体装置であって、
上記内部リードおよび上記外部リードは、ニッケル合金でできており、上記外部リードの表面にはハンダメッキが施されている一方、上記放熱板は、少なくとも樹脂パッケージの表面に露出する面にニッケルメッキが施された銅系金属板が用いられているとともに、上記露出する面にはさらにハンダメッキが施されていることを特徴とする、樹脂パッケージ型半導体装置。
【請求項２】
上記半導体チップは、上記放熱板に直接ボンディングされている、請求項１に記載の樹脂パッケージ型半導体装置。
【請求項３】
ニッケル合金でできたリードフレームに、少なくとも一面にニッケルメッキが施された銅系金属放熱板を付属させるステップ、
上記リードフレームの適部または上記銅系金属放熱板に半導体チップをボンディングするステップ、
上記半導体チップ上のパッドと上記リードフレームの内部リードとの間をワイヤボンディングによって結線するステップ、
上記銅系金属放熱板の上記ニッケルメッキされた面が外部に露出するようにして、上記半導体チップないしワイヤボンディング部を包み込む樹脂パッケージを形成するステップ、
上記樹脂パッケージが形成された上記リードフレームおよび上記銅系金属放熱板の上記ニッケルメッキされた面に同時にハンダメッキを施すステップ、
を含むことを特徴とする、樹脂パッケージ型半導体装置の製造方法。
【請求項４】
ニッケル合金でできたリードフレームに形成された複数本の内部リードの下面に、少なくとも下面にニッケルメッキが施された銅系金属放熱板の上面周縁部を絶縁性接着部材を介して接続するステップ、
上記銅系金属放熱板の上面に半導体チップをボンディングするステップ、
上記半導体チップ上のパッドと上記リードフレームの内部リードとの間をワイヤボンディングによって結線するステップ、
上記銅系金属放熱板の下面が外部に露出するようにして、上記半導体チップないしワイヤボンディング部を包み込む樹脂パッケージを形成するステップ、
上記樹脂パッケージが形成された上記リードフレーム、および、樹脂パッケージの表面に露出する上記銅系金属放熱板のニッケルメッキされている下面に同時にハンダメッキを施すステップ、
を含むことを特徴とする、樹脂パッケージ型半導体装置の製造方法。
【請求項５】
上記銅系金属放熱板の露出表面に標印を行うステップをさらに含む、請求項２または３に記載の樹脂パッケージ型半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項３ないし５のいずれかに記載の方法によって製造された半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本願発明は、樹脂パッケージ型半導体装置およびその製造方法に関し、とくに、金属放熱板をその一部がパッケージの表面に露出するように組み込んだタイプの樹脂パッケージ型半導体装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
たとえば、モータドライブ用パワーＩＣ、ある種のゲートアレイ、超ＬＳＩなど、駆動時に生じる発熱量が大きい樹脂パッケージ型半導体装置には、図１２に示すように、樹脂パッケージ１の表面に一部が露出するようにして金属放熱板２を組み込んだものがある。
【０００３】
この種の半導体装置は、概ね、次の各工程を経て製造される。まず、リードフレームにおける内部リード３の下面に適当な絶縁性接着部材を介して所定の平面的大きさをもつ金属放熱板２を取り付けておく。次に金属放熱板２の上面に半導体チップ５をボンディングする。次に半導体チップ５上のパッドとこれに対応する内部リード３間をそれぞれワイヤボンディングにより結線する。次に半導体チップないしボンディングワイヤ６を包み込むようにしてエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いてモールドした樹脂パッケージ１を形成する。この際、上記金属放熱板２の下面が樹脂パッケージ１の下面に露出するようにモールドを行う。次に、リードフレームにハンダメッキを行い、検査工程、標印工程を経た後、リードフォーミング工程およびリードカット工程処理を施して、個別の半導体装置が得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記金属放熱板２の材質としては、その放熱性能の良さおよび半導体装置の製造過程で生じる背反事象の少なさにより、銅または銅系合金が最も適切である。
【０００５】
一方、この種の放熱型の半導体装置の製造に用いられるリードフレームの材質としては、導電性および放熱性を考慮すると、銅または銅系合金が最適である。
【０００６】
しかしながら、放熱性能を上記の金属放熱板に委ねることとすると、リードフレームの材質として、ニッケル含有率が４２％のニッケル・鉄合金である、いわゆる４２ニッケルアロイと呼ばれるニッケル・鉄合金を採用することが考えられる。なぜなら、この４２ニッケルアロイによるリードフレームは、強度面、耐腐食性等の面で銅や鉄等の他の金属を材質とするリードフレームより優れており、また、熱膨張係数がシリコンのそれと近似していることから、アイランド上にシリコンウエハから作製される半導体チップをボンディングするタイプの半導体装置を製造する場合に最適なものとして、これまでに多用されてきたからである。もし、図１２に示したような金属放熱板２を付属させる半導体装置を製造するためのリードフレームとして、４２ニッケルアロイを材質とするリードフレームを用いることができれば、従前の４２ニッケルアロイを材質とするリードフレームの製造設備に若干の改変を施すだけで、銅を材質とするリードフレームの製造のための膨大な投資を新たに行わなくともよくなる。
【０００７】
ところが、図１２に示す構造の半導体装置の製造を行う場合、単にリードフレームの材質を４２アロイとし、金属放熱板２として単に銅または銅系合金でできたものを使用すると、次の問題が派生する。すなわち、リードフレーム上に樹脂パッケージを形成する工程の後、リードフレームに無電解ハンダメッキを施すが、この無電解ハンダメッキ工程ラインには、リードフレームの表面活性化処理を行うための活性浴が配置される。そして、この活性浴が樹脂パッケージの表面に露出する金属放熱板２の材質である銅によって早期に汚染され、経時的に、上記のリードフレーム活性化処理が適正に行えなくなるのである。そうすると、ハンダメッキ工程ラインの長時間連続稼働が不能となり、半導体装置の製造効率が低下するし、また、活性浴の再生のためのコストがかかる。
【０００８】
また、活性浴はニッケル系金属に適したものが使用されるため、銅または銅系合金でできた金属放熱板の露出表面、とくに銅は酸化しやすいが故に酸化被膜で覆われた露出表面が適正に活性化されず、この露出表面に対するハンダメッキ層の密着性が損なわれることがある。そうすると、金属放熱板のハンダメッキされた露出表面に刻印または印刷によってメーカ名や製品番号、ロット番号等を記す標印工程、あるいは、ハンドリングや輸送過程において、機械的外力によるハンダメッキ層の剥離が頻発して製品品位が悪化するという問題も生じうる。
【０００９】
本願発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、銅系金属を用いた放熱板をその一部が樹脂パッケージの表面に露出するようにして組込むタイプの樹脂パッケージ型半導体装置の製造において、ニッケル合金のリードフレームを適正に用いることができるようにすることをその課題としている。
【００１０】
【発明の開示】
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を採用した。
【００１１】
本願発明の第１の側面によれば、新たな樹脂パッケージ型半導体装置が提供され、この半導体装置は、半導体チップと、この半導体チップに電気的に導通させられている複数本の内部リードと、上記半導体チップないし上記各内部リードを包み込む樹脂パッケージと、上記各内部リードに連続して上記樹脂パッケージの外部に延出する複数本の外部リードと、上記半導体チップから発生する熱を外部に放熱するために、一部が上記樹脂パッケージの表面に露出するようにして樹脂パッケージ内に組み込まれた放熱板とを備える樹脂パッケージ型半導体装置であって、上記内部リードおよび上記外部リードは、ニッケル合金でできており、上記外部リードの表面にはハンダメッキが施されている一方、上記放熱板は、少なくとも樹脂パッケージの表面に露出する面にニッケルメッキが施された銅系金属板が用いられているとともに、上記露出する面にはさらにハンダメッキが施されていることに特徴づけられる。
【００１２】
好ましい実施の形態においては、上記半導体チップは、上記放熱板に直接ボンディングされる。
【００１３】
本願発明の第２の側面によれば、上記第１の側面による半導体装置の製造方法が提供される。この製造方法の第１の形態は、
ニッケル合金でできたリードフレームに、少なくとも一面にニッケルメッキが施された銅系金属放熱板を付属させるステップ、
上記リードフレームの適部または上記銅系金属放熱板に半導体チップをボンディングするステップ、
上記半導体チップ上のパッドと上記リードフレームの内部リードとの間をワイヤボンディングによって結線するステップ、
上記銅系金属放熱板の上記ニッケルメッキされた面が外部に露出するようにして、上記半導体チップないしワイヤボンディング部を包み込む樹脂パッケージを形成するステップ、
上記樹脂パッケージが形成された上記リードフレームおよび上記銅系金属放熱板の上記ニッケルメッキされた面に同時にハンダメッキを施すステップ、
を含むことを特徴とする。
【００１４】
この製造方法の第２の形態は、
ニッケル合金でできたリードフレームに形成された複数本の内部リードの下面に、少なくとも下面にニッケルメッキが施された銅系金属放熱板の上面周縁部を絶縁性接着部材を介して接続するステップ、
上記銅系金属放熱板の上面に半導体チップをボンディングするステップ、
上記半導体チップ上のパッドと上記リードフレームの内部リードとの間をワイヤボンディングによって結線するステップ、
上記銅系金属放熱板の下面が外部に露出するようにして、上記半導体チップないしワイヤボンディング部を包み込む樹脂パッケージを形成するステップ、
上記樹脂パッケージが形成された上記リードフレーム、および、樹脂パッケージの表面に露出する上記銅系金属放熱板のニッケルメッキされている下面に同時にハンダメッキを施すステップ、
を含むことを特徴とする。
【００１５】
好ましい実施の形態において、上記方法は、上記銅系金属放熱板の露出表面に標印を行うステップをさらに含む。
【００１６】
本願発明の樹脂パッケージ型半導体装置は、金属放熱板として、銅系金属板が用いられており、しかもその表面の一部が樹脂パッケージの外面に露出しているので、その放熱性能はきわめて良好である。そして、半導体チップに電気的に導通する内部リードおよび外部リードは、ニッケル合金が用いられているので、強度および耐腐食性に優れている。そうして、上記銅系金属板よりなる金属放熱板は、銅系金属そのものからできたものをそのまま使用するのではなく、あらかじめ樹脂パッケージの外面に露出するべき面にニッケルメッキが施されたものが使用される。したがって、製造過程において、樹脂パッケージ形成工程の後、リードフレーム全体を活性浴、ハンダメッキ浴等に順次浸漬する処理よりなるハンダメッキを行う場合、とくに、ニッケル合金に適した活性剤が用いられる活性浴が銅によって汚染されるということがなくなり、リードフレームに対するハンダメッキラインの長時間連続稼働が可能となる。さらに、リードフレームに対するハンダメッキと同時に、金属放熱板の露出面にも適正にハンダメッキが施されるので、この金属放熱板の露出面に標印を施す際等にハンダメッキ層が剥離してしまうといった不具合も都合よく回避される。
【００１７】
以上のことから、本願発明によれば、金属放熱板がパッケージに露出するタイプの半導体装置の製造において、金属放熱板として銅系金属を使用し、リードフレームとしてニッケル合金を使用する場合に考えられる前述した不都合がすべて解消される。このことはまた、銅系金属を露出タイプの放熱板として使用しながら、４２ニッケルアロイでできたリードフレームをこの種の半導体装置の製造用フレームとして使用することができることを意味する。すなわち、この４２ニッケルアロイのリードフレーム製造設備をそのまま用い、あるいは若干の改変をすることによって製造することができるリードフレームを、銅系金属放熱板がパッケージに露出するタイプの半導体装置の製造用フレームとして使用できることを意味し、この種の半導体装置の製造が著しく合理化されるとともに、製品のコストダウンを一段と促進することができる。
【００１８】
本願発明のその他の特徴および利点は、図面を参照した以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【００１９】
【好ましい実施の形態】
図１は、本願発明の樹脂パッケージ型半導体装置１０の一実施形態の拡大断面図、図２は図１のＡ部拡大断面図、図３は図１のＢ部拡大断面図である。
【００２０】
図１に示されるものは、デュアル・イン・ライン型の半導体装置に本願発明を適用した例である。エポキシ樹脂などで形成された樹脂パッケージ１１の内部には、この樹脂パッケージ１１の底面に下面が露出するようにして、所定の平面形状を有する金属放熱板１２が一体に組み込まれている。図に示す例では、この金属放熱板１２の上面に、ＬＳＩ等の半導体チップ１５がボンディングされている。また、上記金属放熱板１２の上面縁部に絶縁性接着部材１４を介して連結されている内部リード１３は、水平方向外方に延びて、樹脂パッケージ１１の側面から突出する外部リード１７に連続させられている。各内部リード１３の内端部と半導体チップ１５の上面パッドとの間は、ワイヤボンディングによって電気的に接続されている。上記絶縁性接着部材１４としては、ポリイミドテープと一般に称される両面粘着性テープを用いることができる。
【００２１】
上記金属放熱板１２は、本願発明ではとくに、図３に詳示するように、少なくとも樹脂パッケージ１１の底面に露出する面１２ａにニッケルメッキ１８が施された銅または銅合金板が用いられ、上記内部リード１３および外部リード１７は、その材質として、ニッケル合金が選択される。ニッケル合金としては、いわゆる４２ニッケルアロイと呼ばれる、ニッケル含有率が４２％であるニッケル・鉄合金が好適である。外部リード１７の外表面には、図２に詳示するように、ハンダメッキ１９が施されているとともに、上記金属放熱板１２の外表面にもまた、あらかじめ形成されていたニッケルメッキ１８に重ねて、ハンダメッキ１９が施されている。この金属放熱板１２の表面に形成されるハンダメッキ１９は、この半導体装置１０の製造過程において、リードフレームにハンダメッキを施す際に、同時に形成されたものである。なお、金属放熱板１２の露出表面には、メーカ名や製品番号、あるいはロット番号などの標印を刻印または印刷によって施す場合がある。
【００２２】
図１に示される半導体装置は、熱伝導性に優れた銅または銅合金板からなる放熱板をその下面がパッケージ１１の下面に露出するように組み込まれ、しかも、この放熱板１２の上面に熱発生源である半導体チップ１５が直接搭載されているから、その放熱性能はきわめて良く、モータドライブ用パワーＩＣや超ＬＳＩ、あるいはゲート数のきわめて多いゲートアレイ等の論理演算素子のためのパーケージングとして最適である。しかも、内部リード１３ないし外部リード１７は、強度面および耐腐食性にすぐれたニッケル合金が用いられているので、衝撃等の外力に対する強度面で優れ、かつ耐環境性に優れており、装置の超寿命化に寄与する。また、内部リード１３と外部リード１７がニッケル合金製であることは、この半導体装置１０を製造するためのリードフレームとして、ニッケル合金でできたリードフレームを使用することができることを意味する。すでに述べたように、このことの技術的意義はきわめて大きい。
【００２３】
次に、上記の樹脂パッケージ型半導体装置の製造方法について説明する。
【００２４】
図４は、この半導体装置１０の製造に使用されるリードフレーム２０の平面的構成を示す部分平面図である。幅方向両側に位置するサイドフレーム２１を掛け渡すようにして、半導体チップ１５が配置されるべき位置の長手方向両側に形成されている各タイバー２２によってこのタイバー２２よりも外側に延びる外部リード１７および内側に延びる内部リード１３が一体につなげられている。このリードフレーム２０は、図４に符号Ｘで示す領域を１単位として、これがフレームの長手方向に連続して形成されたものである。前述したように、このリードフレーム２０は、４２ニッケルアロイの薄板にプレス打ち抜きを施すことによって得られたものであり、図５に示すように、アイランド部２３を有する既存のリードフレームからアイランド部を切除することによって得ることができるし、図５に示すようなリードフレームを製造する設備に上記のようにしてアイランド部を切除する工程を付加することによって得ることができる。
【００２５】
次に、図６および図７に示すように、銅または銅合金板からなる放熱板１２が、その上面縁部がいわゆる両面粘着性ポリイミドフィルムなどの絶縁性接着部材１４を介して上記複数本の内部リード１３の先端部下面に接着されるなどして、リードフレーム２０に付属させられる。前述したように、この放熱板１２は、単なる銅板または銅合金板ではなく、少なくともその下面にあらかじめニッケルメッキ１８が施されたものである。
【００２６】
次に、図８に示すように、上記放熱板１２の上面に、半導体チップ１５が直接的にボンディングされ、次いで、図９に示すように、半導体チップ１５の上面のボンディング用パッドとこれに対応する内部リード１３間が、ワイヤボンディングによって結線される。
【００２７】
次に、図１０に示すように、上記半導体チップ１５、ワイヤボンディング部１６を包みこむようにして、かつ、上記放熱板１２の下面を露出させるようようにして、エポキシ樹脂を用いたトランスファモールド法等によって、樹脂パッケージ１１が形成される。
【００２８】
上記のように樹脂パッケージ１１が形成された段階のリードフレーム２０には、次に、ハンダメッキが施される。このハンダメッキ処理は、リードフレーム全体を活性浴、メッキ浴等に順次浸漬するという処理を含む。ハンダメッキのそもそもの目的は、製品となったときの外部リード１５の表面にハンダメッキを施しておいて、製品の基板へのハンダ実装の便宜に供するものであるから、上記活性浴は、外部リード１５を構成するニッケル合金の下地形成に適した活性剤が使用される。この活性化処理において、上記放熱板１２の露出面もまた活性剤に触れることになるが、本願発明においては、この放熱板の露出面にあらかじめニッケルメッキ１８が施されているから、上記活性浴が異種金属によって汚染されることがなくなる。また、放熱板１２の露出面には、ニッケルメッキ１８に重ねるようにして、外部リード１７と同様にハンダメッキ１９が適正に施される。
【００２９】
こうして、リードフレーム２０および樹脂パッケージ１１の表面に露出する放熱板１２にハンダメッキ１９が施された後、標印工程、検査工程等を経て、リードカット工程処理およびリードフォーミング工程処理を施して、図１に示した単位半導体装置１０が得られる。
【００３０】
もちろん、この発明の範囲は図に示した形態に限定されるものではない。パッケージの形態としても、いわゆるクワッド型のものとすることができる。さらに、上記の形態では、放熱板１０上に半導体チップ１５を直接ボンディングしたが、図１１に示すように、半導体チップ１５をボンディングするアイランド部２３の底面に放熱板を接続する態様を選択することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の一実施形態に係る樹脂パッケージ型半導体装置の拡大断面図である。
【図２】図１のＡ部拡大図である。
【図３】図１のＢ部拡大図である。
【図４】図１の樹脂パッケージ型半導体装置の製造に用いられるリードフレームの一例の部分平面図である。
【図５】図４のリードフレームを得るのに好適な既存のリードフレームの一例の部分平面図である。
【図６】図４に示されるリードフレームに対し、金属放熱板を付属させた状態を示す部分平面図である。
【図７】図６のＶＩＩ  −ＶＩＩ  線に沿う断面図である。
【図８】図６に示されるリードフレームに対し、半導体チップをボンディングした状態を示す部分平面図である。
【図９】図８に示されるリードフレームに対し、ワイヤボンディングを行った状態を示す部分平面図である。
【図１０】図９に示されるリードフレームに対して行われる樹脂モールド工程を説明するための断面図である。
【図１１】本願発明の他の実施形態に係る樹脂パッケージ型半導体装置の拡大断面図である。
【図１２】従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
１０  樹脂パッケージ型半導体装置
１１  樹脂パッケージ
１２  金属放熱板
１３  内部リード
１５  半導体チップ
１７  外部リード
１８  ニッケルメッキ
１９  ハンダメッキ
２０  リードフレーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003625903.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0003625903.tif 000011
【図１１】
0003625903.tif 000012
【図１２】
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