(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、半導体素子の端子と電気的に接続を行うためのインナーリードと、該インナーリードと一体的に連結して外部回路と電気的接続を行うための外部端子と、半導体素子を搭載するためのダイパッドとを平面的に設け、且つ、外部端子を、二次元的に配列させたリードフレームを用いた、ＢＧＡタイプの樹脂封止型半導体装置用のリードフレーム部材の製造方法であって、少なくとも、順に、（Ａ）外形加工されたリードフレームの半導体素子搭載側でない一方の面に、樹脂封止領域を含む所定の領域を覆うように絶縁層を形成する工程と、（Ｂ）形成された絶縁層上側にリードフレーム全体を覆うように保護フィルムを形成する工程と、（Ｃ）前記リードフレームの外部端子が露出するように、保護フィルムと絶縁層に対してレーザにより孔開け加工を施す工程と、（Ｄ）リードフレームの保護フィルムと絶縁層を設けた側をブラスト処理する工程と、（Ｅ）保護フィルムを剥離する工程とを有することを特徴とするＢＧＡタイプの樹脂封止型半導体装置用のリードフレーム部材の製造方法。
【請求項２】
請求項１における絶縁層および保護フィルムは赤外線領域の光に吸収を持つ高分子材料であり、且つ、赤外線領域の波長をもつレーザ光にて孔開け加工することを特徴とするＢＧＡタイプの樹脂封止型半導体装置用のリードフレーム部材の製造方法。
【請求項３】
請求項１ないし２における保護フィルムは、弱粘着性の粘着層を有し、該粘着層によりリードフレーム上に接着固定されるものであることを特徴とするＢＧＡタイプの樹脂封止型半導体装置用のリードフレーム部材の製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項記載の保護フィルムは、透明色であることを特徴とするＢＧＡタイプの樹脂封止型半導体装置用のリードフレーム部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は，リードフレームを用いたＢＧＡタイプの樹脂封止型半導体装置用のリードフレーム部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置は、電子機器の高性能化と軽薄短小の傾向からＬＳＩはＡＳＩＣに代表されるように、ますます高集積化、高機能化の一途をたどってきている。
これに伴い、信号の高速処理には、パッケージ内部のスイッチングノイズが無視できない状況になってきて、特に、ＩＣの同時スイッチングノイズにはパッケージ内部配線の実効インダクタンスが大きく影響を与える為、主に、電源やグランドの本数を増やしてこれに対応してきた。
この結果、半導体装置の高集積化、高機能化は外部端子（ピン）総数の増加を招き、半導体装置の多端子化が求められるようになってきた。
多端子ＩＣ、特にゲートアレイやスタンダードセルに代表されるＡＳＩＣあるいは、マイコン、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等をコストパーフォーマンス高くユーザに提供するパッケージとしてリードフレームを用いたプラスチックＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）が主流となり、現在では３００ピンを超えるものまで実用化に至ってきている。
【０００３】
ＱＦＰは、図８（ｂ）に示す単層リードフレーム８１０を用いたもので、図８（ａ）に示すように、ダイパッド８２１上に半導体素子８２０を搭載し、銀めっき等の表面処理がなされたインナーリード８１２先端部と半導体素子８２０の端子８２１とをワイヤ８３０にて結線し、封止用樹脂８４０で封止を行い、この後、ダムバー部８１４をカットし、アウターリード８１３をガルウイング状に成形したものである。このように、ＱＦＰは、パッケージの４方向に外部回路と電気的に接続するためのアウターリード８１３を設けた構造で多端子化に対応できるものとして開発されてきた。
ここで用いられる単層リードフレーム８１０は、通常、４２合金（４２％ニッケル−鉄合金）あるいは銅合金などの電気伝導率が高く，且つ機械的強度が大きい金属材を素材とし、フォトエッチング法かあるいはスタンピング法により、図８（ｂ）に示すような形状に作製されていた。
【０００４】
しかし、半導体素子の信号処理の高速化、高機能化は、更に多くの端子数を必要とするようになってきた。
ＱＦＰでは外部端子ピッチを狭めることにより、パッケージサイズを大きくすることなく多端子化に対応してきたが、外部端子の狭ピッチ化に伴い、外部端子自体の幅が細くなり、外部端子の強度が低下するため、フォーミング等の後工程におけるアウターリードのスキュー対応やコプラナリイティー（平坦性）維持が難しくなり、実装に際しては、パッケージ搭載精度の維持が難しくなるという実装面での問題を抱えていた。
【０００５】
このようなＱＦＰの実装面での問題に対応するため、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）と呼ばれるプラスチックパッケージが開発されてきた。
このＢＧＡは、通常、両面基板の片面に半導体素子を搭載し、もう一方の面に球状の半田ボールをパッケージの外部端子として二次元的に配列し、スルーホールを通じて半導体素子と外部端子（半田ボール）との導通をとったもので、実装性の対応を図ったパッケージである。
ＢＧＡはパッケージの４辺に外部端子を設けたＱＦＰに比べ、同じ外部端子数でも外部端子間隔（ピッチ）を大きくとれるという利点があり、半導体装置の実装工程を難しくせず、入出力端子の増加に対応できた。
ＢＧＡは、一般に図５に示すような構造である。図５（ｂ）は図５（ａ）の裏面（基板）側からみた図で、図５（ｃ）はスルーホール５５０部を示したものである。このＢＧＡはＢＴレジン（ビスマレイミド樹脂）を代表とする耐熱性を有する平板（樹脂板）の基材５０２の片面に半導体素子５０１を搭載するダイパッド５０５と半導体素子５０１からボンディングワイヤ５０８により電気的に接続されるボンディングパッド５１０を持ち、もう一方の面に、外部回路と半導体装置との電気的、物理的接続を行う格子状あるいは千鳥状に配列された半田ボールにより形成した外部接続端子５０６をもち、外部接続端子５０６とボンディングパッド５１０の間を配線５０４とスルーホール５５０、配線５０４Ａにより電気的に接続している構造である。
しかしながら、このＢＧＡは、搭載する半導体素子とワイヤの結線を行う回路と、半導体装置化した後にプリント基板に実装するための外部端子（半田ボール）とを基板５０２の両面に設け、これらをスルーホール５５０を介して電気的に接続した複雑な構造であり、信号が通過する回路長が長くなり、その回路デザインも複雑化している。また、耐熱及び絶縁樹脂基材を用いて構成される従来型プラスチックＢＧＡ用の基板を製造するプロセスは、樹脂基材の孔開けや表裏回路の導通めっき処理及びソルダーレジスト印刷といった従来のプリント基板と同様の工程が必要であり、全体として長い工程にならざるをえない。これに加えて、高密度化を実現するための回路プロセスにおいての制約が多く存在し、低コストに製造することは難しい。そしてまた、樹脂の熱膨張の影響によりスルーホール５５０が断線を生じることもあり、信頼性の点で問題が多かった。
また、ＢＴレジン等の基材５０２と封止用樹脂の間の熱膨張係数の差によるパッケージの反りが大きくなったり、基材５０２と封止用樹脂との接着力（密着力）が弱く、密着不良による吸湿が原因のパッケージクラックが発生する場合があり問題となっていた。
このように、樹脂封止型のＢＧＡ半導体装置においては、ＢＴレジン等の基材を用いて作製するために、その構造が複雑となり、信頼性の点で問題が多い上に、使用する材質からくるパッケージの反りや封止用樹脂の密着不良による吸湿が原因のパッケージクラックの問題もあり、その対応が求められていた。
【０００６】
この為、図５に示す従来の樹脂封止型のＢＧＡ半導体装置におけるこれらの問題に対応するため、図６に示すようなリードフレームを用いた樹脂封止型のＢＧＡ半導体装置が提案されるようになってきた。
図６に示す半導体装置は、リードフレーム６１０をコア材として回路を形成するもので、リードフレーム６１０の１面に、リードフレームの外部端子６１３に相当する箇所を開口（孔）を開けた絶縁層６２０を貼り合わせ、二次元的に配列されたリードフレーム部の外部端子に半田からなる外部端子電極６６０を一体的に設け外部に露出するようにしたものである。
尚、図６中、６１１はダイパッド、６１２はインナーリード、６２０は絶縁層、６３０は半導体素子、６３１は端子（パッド）、６４０はワイヤ、６５０は封止樹脂である。
ところが、このようなリードフレームを用いた樹脂封止型のＢＧＡ半導体装置においては、リードフレームの外部端子から半田からなる外部端子電極を一体的に外部に露出させて形成する構成のため、絶縁層のリードフレームの外部端子に相当する箇所に貫通孔を設けて、リードフレームに貼り合わせておくことが必要である。
貫通孔を設けた絶縁層をリードフレームに貼り合わせ設ける第一の方法は、図７に示すように、予め金型やドリルにより開口（貫通孔）を設けた絶縁層を作製しておき、これをリードフレーム貼りつける方法であるが、この方法の場合、外部端子の配列には多種あるため、開口（貫通孔）とリードフレームの外部端子とをいつも精度良く機械的に位置合わせすることが難しいと言う問題がある。
第二の方法は、リードフレームに絶縁層を貼り付けた後、絶縁層を紫外線波長のエキシマレーザ、赤外線波長の炭酸ガスレーザ等により加工し、リードフレームの外部端子を露出させる方法であるが、この方法は、前述のドリルによる開口作成方法に比べ開口部の位置ズレの問題は少なくなる。しかし、エキシマレーザを用いた場合には、使用するガスが高価なためコスト高となる問題があり、炭酸ガスレーザを使用した場合はランニングコストの面で大きな利点はあるが、加工の際に金属上の有機被膜が除去しきれないと言う問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、図５に示す従来の樹脂封止型のＢＧＡ半導体装置のように複雑な構造でなく、比較的に簡単な構造で、且つ使用する材質からくるパッケージの反りや封止用樹脂の密着不良による吸湿が原因のパッケージクラックの問題を伴うことがない、図６に示すようなリードフレームを用いた樹脂封止型のＢＧＡ半導体装置が提案されるようになってきたが、このようなリードフレームを用いた樹脂封止型のＢＧＡ半導体装置においては、リードフレームの外部端子から半田からなる外部端子電極を一体的に外部に露出させて形成するため、絶縁層のリードフレームの外部端子に相当する箇所に貫通孔を、精度良く、良好な状態で作成できる方法で、且つ、コスト的にも対応できる方法が求められていた。
本発明は、これに対応するためのもので、リードフレームを用いた樹脂封止型のＢＧＡ半導体装置用の、リードフレームの１面にリードフレームの外部端子に相当する箇所に孔を開けた絶縁層を貼り合わせたリードフレーム部材の製造方法であって、絶縁層のリードフレームの外部端子に相当する箇所に貫通孔を、精度良く、良好な状態で作成できる方法を提供しようとするものである。そして、同時に、コスト的にも対応できる方法を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のＢＧＡタイプの樹脂封止型半導体装置用のリードフレーム部材の製造方法は、少なくとも、半導体素子の端子と電気的に接続を行うためのインナーリードと、該インナーリードと一体的に連結して外部回路と電気的接続を行うための外部端子と、半導体素子を搭載するためのダイパッドとを平面的に設け、且つ、外部端子を、二次元的に配列させたリードフレームを用いた、ＢＧＡタイプの樹脂封止型半導体装置用のリードフレーム部材の製造方法であって、少なくとも、順に、（Ａ）外形加工されたリードフレームの半導体素子搭載側でない一方の面に、樹脂封止領域を含む所定の領域を覆うように絶縁層を形成する工程と、（Ｂ）形成された絶縁層上側にリードフレーム全体を覆うように保護フィルムを形成する工程と、（Ｃ）前記リードフレームの外部端子が露出するように、保護フィルムと絶縁層に対してレーザにより孔開け加工を施す工程と、（Ｄ）リードフレームの保護フィルムと絶縁層を設けた側をブラスト処理する工程と、（Ｅ）保護フィルムを剥離する工程とを有することを特徴とするものである。
そして、上記における絶縁層および保護フィルムは赤外線領域の光に吸収を持つ高分子材料であり、且つ、赤外線領域の波長をもつレーザ光にて孔開け加工することを特徴とするものである。
そして、上記における保護フィルムは、弱粘着性の粘着層を有し、該粘着層によりリードフレーム上に接着固定されるものであることを特徴とするものである。
そして、上記のいずれか１の保護フィルムは、透明色であることを特徴とするものである。
【０００９】
【作用】
本発明のＢＧＡタイプの樹脂封止型半導体装置用のリードフレーム部材の製造方法は、上記のように構成することにより、図３に示す比較的に簡単な構造のリードフレームを用いた樹脂封止型のＢＧＡ半導体装置用の、リードフレームの１面にリードフレームの外部端子に相当する箇所に孔を開けた絶縁層を貼り合わせたリードフレーム部材の製造方法において、絶縁層のリードフレームの外部端子に相当する箇所に貫通孔を、精度良く、良好な状態で作成できるものとしている。
詳しくは、絶縁層上側にリードフレーム全体を覆うように保護フィルムを形成した後に、リードフレームの外部端子が露出するように、保護フィルムと絶縁層に対してレーザにより孔開け加工を施し、リードフレームの保護フィルムと絶縁層を設けた側をブラスト処理するため、絶縁層およびリードフレーム部に損傷を受けることなく、所定の孔開け加工を行うことを可能としている。そして、リードフレームにソリを発生させることなく、残膜を除去できるものとしている。
また、絶縁層および保護フィルムは赤外線領域の光に吸収を持つ高分子材料であり、且つ、赤外線領域の波長をもつレーザ光にて孔開け加工することにより、具体的には、炭酸ガスレーザを用い、絶縁層、保護フィルムの所定の箇所に孔開け加工をすることにより、コスト的にも対応できるものとしている。
そして、保護フィルムは、弱粘着性の粘着層を有し、該粘着層によりリードフレーム上に接着固定されるものであることより、保護フィルムを絶縁層やリードフレーム上に簡単に貼り付けることができ、且つ、絶縁層やリードフレームから簡単に剥離することができるものとし、結果として、製造工程全体を簡単なものとしている。
また、保護フィルムが透明色であることより、孔開け加工の際の画像処理等に保護フィルムがあることによる悪影響を与えずにアライメントが行える。
【００１０】
【実施例】
本発明のＢＧＡタイプの樹脂封止型半導体装置用のリードフレーム部材の製造方法の実施例を図にもとづいて説明する。
図１は実施例のＢＧＡタイプの樹脂封止型半導体装置用のリードフレーム部材の製造方法の工程を示した断面図で、図２はこれを模式的に示した斜視図で、図３は本実施例の製造方法により作製されるリードフレーム部材の展開図で、図４は本実施例の製造方法に用いられた外形加工後のリードフレームの約１／４部分の拡大図である。
図３においては、全体を分かり易くするために図４に比べ、インナーリードの数、外部端子部の数等を少なくして示してある。
尚、図１〜図３においては、分かり易くするため、固定用テープを処略して示している。
図１、図２、図３、図４中、１００はリードフレーム部材、１１０はリードフレーム、１１１はダイパッド、１１１Ａは吊りリード、１１２はインナーリード、１１２Ａインナーリード先端、１１２Ｂは連結部、１１３は外部端子、１１３Ｂは連結部、１１４ダムバー、１１６は固定用テープ、１１８は吊りバー、１１９は切断ライン、１２０は絶縁層、１２１は開口（孔）、１３０は保護フィルム、１４０はレーザ光、１５０はマスク、１５１はレンズ系、１６０は研磨液、１６１はノズルである。
【００１１】
本実施例のＢＧＡタイプの樹脂封止型半導体装置用のリードフレーム部材の製造方法を図１に図にもとづいて説明する。
図１はリードフレーム１個に対してリードフレーム部材を１個製造する場合の断面図を示しているが、実際には図２に示すようにリードフレーム４個を１組みとして、それぞれのリードフレームに対してリードフレーム部材の作製を行った。
先ず、図３に示す形状に外形加工されたリードフレーム１１０を用意した。（図１（ａ））
リードフレームは、図３に示すように、外部端子１１３を二次元的に配置したもので、銅合金を素材とした０．１ｍｍ厚のものを使用した。
次に、リードフレーム１１０の半導体素子搭載側でない一方の面の所定の領域に絶縁層１２０を貼りつけた。（図１（ｂ））
絶縁層１２０としては、ベース材が宇部興産株式会社製のユーピレックスで、ベース材の一方の面側に接着層としてエポキシ系接着剤である東芝ケミカル株式会社製のＴＦＡ（品名）を設けたものを用いた。厚さは略７５μｍのものである。
次いで、絶縁層１２０上側にリードフレーム１１０全体を覆うように、保護フィルム１３０を貼りつけた。（図１（ｃ））
保護フィルム１３０としては、ポリエステルベースにアクリル系接着剤の付いたパナック株式会社製の耐熱再剥離フィルムを用いた。このフィルムは常温での接着力が２０〜２０５ｇ／ｃｍ２  である無色透明の弱粘着性のフィルムで、厚さは略２５μｍのものである。
次いで、波長９．６μｍのＴＥＡ−ＣＯ２  レーザを用いて、保護フィルム１３０と絶縁層１２０の、リードフレーム１１０の外部端子１１３に対応する箇所を孔開け加工した。（図１（ｄ））
レーザ光１４０の照射は、所定のマスク１５０を用い、このマスクを通過した光をレンズ系１５１にて縮小して所定領域に照射するものである。
レーザ加工条件は、１５０Ｈｚ、２０ＫＶ、Ｍ値（縮小値）１０．３４、ショット数１２で行った。
尚、ＴＥＡ−ＣＯ２  レーザは、パルス幅が１μｓ程度と非常に短かく、ピーク出力が１０ＭＷと高い短パルスレーザであり、ＴＥＡは、Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｌｙ  Ｅｘｃｉｔｅｄ  Ａｔｏｍｏｓｐｈｅｒｉｃ−ｐｒｅｓｓｕｒｅの略である。使用した装置は住友機械工業株式会社製のＩＮＰＡＣ  ＬＡＳＥＲ  Ｌ−５００である。
所望の箇所分の孔開けが終わった後、保護フィルム１３０側からのみブラスト処理し、レーザ加工により発生した残膜を除去した（図１（ｅ））
本実施例ではブラスト処理としてウエットブラスト法による処理を行ったが、サンドブラスト法による処理でも良い。
ウエットブラスト処理は、粒径＃３２０のアルミナを研磨材として使用し、圧力１．０Ｋｇｆで５秒間、ノズル１６１より研磨液１６０を吹きつけて研磨した。
この後、保護フィルム１３０を剥離してリードフレーム部材１００を得た。（図１（ｆ））
【００１２】
上記本実施例の製造方法を分かり易く模式的に示したのものが図２であるが、図２（ｂ）は  絶縁層１２０上側に保護フィルム１３０を貼り付けた状態を示しており、図２（ｃ）はマスク１５０を通過した光をレンズ系１５１にて縮小して所定領域にレーザ光１４０を照射する工程を示している。そして、図２（ｄ）は、ノズル１６１より研磨液１６０を吹き付けながら研磨しているウエットブラスト処理工程を示している。
【００１３】
上記本発明のリードフレーム部材の製造方法に使用される外形加工後のリードフレームにおいては、図４（ａ）に示すように、外部端子１１３は、リードフレーム１１０の外周部に設けられた樹脂封止の際のダムとなるダムバー１１４に一体的に連結部１１３Ｂを介して連結した状態であるが、ダムバー１１４部を含め不要の部分は、後述する製造工程の途中で、切断除去される。
また、インナーリード先端１１２Ａは、先端を連結した状態で外形加工されるが、図４（ｂ）（イ）に示すように、所定の位置に固定用のテープ１１６を貼り固定した後、図４（ｂ）（ロ）に示すように、不要な連結部１１２Ｂを切断除去して使用される。
尚、インナーリード先端１１２Ａは、図４（ｂ）（イ）に示すように、先端部のみを連結部１１２Ｂで連結して外形加工される他に、ダイパッドに連結するようにして外形加工される場合もある。
リードフレーム１１０のダイパッド１１１の半導体素子搭載側面、インナーリード１１２の先端のワイヤボンディング面、外部端子１１３の外部電極１１０側面には、それぞれ、半導体素子、ワイヤ、外部電極との接続のためのめっきを施しておくが、めっき工程は、図４（ｂ）（イ）に示す固定用のテープ１１６をテーピングする前に行う。
リードフレーム１１０の厚さは、一般的にはリードフレーム素材の厚さが薄いものほど微細加工、即ち、インナーリード先端１１２Ａの狭いピッチ化が可能であるが、薄くなるに従いリードフレーム全体の強度の確保が難しくなる為、インナーリード先端部のみを薄肉状にしてエッチングにより外形加工してリードフレームを作成して、インナーリードの狭ピッチ化とアウターリードの強度確保を共に達成しても良い。
【００１４】
【効果】
本発明のＢＧＡタイプの樹脂封止型半導体装置用のリードフレーム部材の製造方法は、上記のように、図６に示すようなリードフレームをコア材として回路を形成した簡単な構造のＢＧＡタイプの樹脂封型半導体装置を作製する際に、絶縁層のリードフレームの外部端子に相当する箇所に貫通孔を、精度良く、良好な状態で作成できるものとしている。
そして、赤外線領域の波長をもつレーザ光にて孔開け加工することにより、具体的には、炭酸ガスレーザを用い、絶縁層、保護フィルムの所定の箇所に孔開け加工をすることにより、コスト的にも対応できるものとしている。
更には、透明な保護フィルムを使用することにより、レーザによる孔開け加工におけるアライメントがし易いものとしている。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例のＢＧＡタイプの樹脂封止型半導体装置用のリードフレーム部材の製造方法の工程を示す断面図
【図２】実施例のＢＧＡタイプの樹脂封止型半導体装置用のリードフレーム部材の製造方法の工程を模式的に示した斜視図
【図３】実施例のＢＧＡタイプの樹脂封止型半導体装置用のリードフレーム部材の製造方法により作製されたリードフレーム部材の展開図
【図４】実施例のＢＧＡタイプの樹脂封止型半導体装置用のリードフレーム部材の製造方法に使用されたリードフレームの部分拡大図
【図５】従来のＢＧＡを説明するための図
【図６】リードフレームを用いたＢＧＡタイプの樹脂封止型半導体装置の断面図
【図７】従来のリードフレーム部材の作製方法を模式的に示した斜視図
【図８】従来の樹脂封止型半導体装置と単層リードフレームを説明するための図
【符号の説明】
１００                        リードフレーム部材
１１０                        リードフレーム
１１１                        ダイパッド
１１１Ａ                      吊りリード
１１２                        インナーリード
１１２Ａ                      インナーリード先端
１１２Ｂ、１１３Ｂ            連結部
１１３                        外部端子
１１４                        ダムバー
１１６                        固定用テープ
１２０                        絶縁層
１２１                        開口
１３０                        保護フィルム
１４０                        レーザ光
５０１                        半導体素子
５０２                        基材
５０３                        モールドレジン
５０４、５０４Ａ              配線
５０５                        ダイパッド
５０６                        外部接続端子
５０８                        ボンデイングワイヤ
５１０                        ボンディングパッド
５１８                        めっき部
５５０                        スルーホール
５５１                        熱伝導ビア
６００                        半導体装置
６１０                        リードフレーム
６１１                        ダイパッド
６１２                        インナーリード
６１３                        外部端子
６１３Ｂ                      配線部（連結部）
６２０                        絶縁層
６３０                        半導体素子
６３１                        端子（パッド）
６４０                        ワイヤ
６５０                        封止樹脂
６６０                        外部端子電極
８００                        半導体装置
８１０                      （単層）リードフレーム
８１１                        ダイパッド
８１２                        インナーリード
８１３                        アウターリード
８１４                        ダムバー
８１５                        フレーム（枠）部
８２０                        半導体素子
８２１                        電極部（パッド）
８３０                        ワイヤ
８４０                        封止樹脂
【図１】
0003563846.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0003563846.tif 000006
【図６】
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【図７】
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【図８】
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