(57)【要約】      （修正有）【課題】熱放散性がよく個々のリードフレームに切断容易で、欠陥を生じない高温プロセスでダイボンドできるリードフレームを提供する。【解決手段】半導体デバイス用のリードフレーム２０であって、空洞部１６を形成する周縁部と、周縁部から内部に向かって延びる複数のリード１４とを有し、第１の厚さを有する第１のリードフレーム部分１２を含む半導体デバイス用のリードフレーム。第２のリードフレーム部分１８は、第１のリードフレーム部分１６に取り付けられる。第２のリードフレーム部分１８は、第１のリードフレーム部分１２の空洞１６内に収容されたダイ・パドル２０を有する。第２のリードフレーム部分１８は、第１のリードフレーム部分１２の厚さより厚い第２の厚さを有する。このような二重ゲージ・リードフレームは、ダイ・パドルがヒートシンクとして機能する高出力デバイスに特に適している。【選択図】図１
2006049694.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイス用のリードフレームであって、
空洞部を形成する周縁部と、前記周縁部から内部に向かって延びる複数のリードとを有し、第１の厚さを有する第１のリードフレーム部分と、
前記第１のリードフレーム部分に取り付けられ、前記第１のリードフレーム部分の前記空洞部内に収容されたダイ・パドルを有し、第２の厚さを有する第２のリードフレーム部分とを備えるリードフレーム。
【請求項２】
前記第２の厚さが、前記第１の厚さよりも厚い、請求項１に記載のリードフレーム。
【請求項３】
前記第１の厚さが、約８ミル（０．２０３２ｍｍ）であり、前記第２の厚さが、約２０ミル（０．５０８ｍｍ）である、請求項２に記載のリードフレーム。
【請求項４】
前記第１および第２のリードフレーム部分が、金属または金属合金から形成されている、請求項１に記載のリードフレーム。
【請求項５】
第１および第２のリードフレーム部分が、銅から形成されている、請求項４に記載のリードフレーム。
【請求項６】
前記第１および第２のリードフレーム部分が、相互に電気的に絶縁されている、請求項１に記載のリードフレーム。
【請求項７】
半導体デバイス用のリードフレームであって、
空洞を形成する周縁部と、前記周縁部から内部に向かって延びる複数のリードとを有し、第１の厚さを有する第１のリードフレーム部分と、
前記第１のリードフレーム部分に取り付けられ、前記第１のリードフレーム部分の前記空洞部内に収容されたダイ・パドルを有し、前記第１の厚さの約２倍の第２の厚さを有する第２のリードフレーム部分とを備え、
前記第１および第２のリードフレーム部分が、銅から形成され、相互に電気的に絶縁されているリードフレーム。
【請求項８】
半導体デバイスであって、
空洞部を囲む複数のリードを有し、第１の厚さを有する第１のリードフレーム部分と、
前記第１のリードフレーム部分に取り付けられ、前記第１のリードフレーム部分の前記空洞部内に収容されたダイ・パドルを有し、第２の厚さを有する第２のリードフレーム部分と、
前記ダイ・パドルに取り付けられ、前記空洞部内に位置し、前記複数のリードで囲まれ、複数のダイ・パッドを含む集積回路ダイと、
前記ダイ・パッドの各々を前記リードの対応するものに電気的に接続する複数のワイヤとを備える半導体デバイス。
【請求項９】
前記集積回路ダイの頂部表面と、前記ワイヤと、前記リードの頂部表面とを覆う封止材料をさらに備え、少なくとも前記リードの底面および前記第２のリードフレーム部分の底面が露出している、請求項８に記載の半導体デバイス。
【請求項１０】
前記第１および第２のリードフレーム部分が、銅から形成されている、請求項９に記載の半導体デバイス。
【請求項１１】
前記第２の厚さが、前記第１の厚さよりも厚い、請求項８に記載の半導体デバイス。
【請求項１２】
前記第１の厚さが、前記第２の厚さの約半分である、請求項１１に記載の半導体デバイス。
【請求項１３】
前記第１および第２のリードフレーム部分が、相互に電気的に絶縁されている、請求項８に記載の半導体デバイス。
【請求項１４】
半導体デバイスであって、
空洞部を囲む複数のリードを有し、第１の厚さを有する第１の金属リードフレーム部分と、
前記第１のリードフレーム部分に取り付けられ、前記第１のリードフレーム部分から電気的に絶縁され、前記空洞部内に収容されたダイ・パドルを有し、前記第１の厚さよりも厚い第２の厚さを有する第２の金属リードフレーム部分と、
前記ダイ・パドルに取り付けられ、前記空洞部内に位置し、前記複数のリードで囲まれ、複数のダイ・パッドを含む集積回路ダイと、
前記ダイ・パッドの各々を前記リードの対応するものに電気的に接続する複数のワイヤと、
前記集積回路ダイの頂部表面と、前記ワイヤと、前記リードの頂部表面とを覆う封止材料とを備え、少なくとも前記リードの底面および前記第２のリードフレームが露出する半導体デバイス。
【請求項１５】
前記第１および第２のリードフレーム部分が、銅から形成されている、請求項１４に記載の半導体デバイス。
【請求項１６】
半導体デバイスをパッケージする方法であって、
空洞部を形成する周縁部と、この周縁部から内部に向かって延びる複数のリードとを有する第１のリードフレーム部分を供給するステップであって、前記第１のリードフレーム部分が、第１および第２の側面および第１の厚さを有する、前記供給ステップと、
前記第１のリードフレーム部分の第１の側面に接着材を付けるステップと、
第１および第２の表面および第２の厚さを有するダイ・パドルを含む第２のリードフレーム部分を供給するステップと、
前記ダイ・パドルの前記第２の表面に半導体ダイを取り付けるステップであって、前記半導体ダイが、その表面上に複数のボンディング・パッドを有する、前記取付けステップと、
前記第１のリードフレーム部分上に前記第２のリードフレーム部分を積み重ね、その結果、前記ダイ・パドルの前記第１の表面が、前記空洞部内に収容され、前記接着剤に接触するステップと、
複数のワイヤで、前記複数のダイ・ボンディング・パッドを前記複数のリードの各々に電気的に接続するステップと、
前記第２のリードフレーム部分の前記第２の側面と、前記半導体ダイと、電気的接続部の上に成形コンパウンドを形成するステップと、
前記第１のリードフレーム部分の前記第１の側面および前記第２のリードフレーム部分の前記第１の表面から前記接着材を除去し、その結果、前記リードおよび前記第２のリードフレーム部分の前記第１の表面が露出するステップとを備える方法。
【請求項１７】
前記電気的に接続するステップがワイヤ・ボンディング・プロセスを備える、請求項１６に記載の半導体デバイスをパッケージする方法。
【請求項１８】
前記第２の厚さが、前記第１の厚さより厚い、請求項１６に記載の半導体デバイスをパッケージする方法。
【請求項１９】
前記第１の厚さが、約８ミル（０．２０３２ｍｍ）であり、前記第２の厚さが、約２０ミル（０．５０８ｍｍ）である、請求項１６に記載の半導体デバイスをパッケージする方法。
【請求項２０】
前記第１および第２のリードフレーム部分が、金属または金属合金から形成される、請求項１６に記載の半導体デバイスをパッケージする方法。
【請求項２１】
第１および第２のリードフレーム部分が、銅から形成される、請求項２０に記載の半導体デバイスをパッケージする方法。
【請求項２２】
前記第１および第２のリードフレーム部分が、相互に電気的に絶縁されている、請求項１６に記載の半導体デバイスをパッケージする方法。
【請求項２３】
前記接着材を付けるステップが、前記第１のリードフレーム部分の前記第１の側面に接着テープを貼付するステップを備える、請求項１６に記載の半導体デバイスをパッケージする方法。
【請求項２４】
前記ダイ取付けステップが、はんだペーストにより前記ダイ・パドルに前記ダイを取り付けるステップを備える、請求項１６に記載の半導体デバイスをパッケージする方法。
【請求項２５】
前記ダイを取り付けるステップが、エポキシにより前記ダイ・パドルに前記ダイを取り付けるステップを備える、請求項１６に記載の半導体デバイスをパッケージする方法。
【請求項２６】
複数の半導体デバイスをパッケージする方法であって、
第１のリードフレーム・パネルを供給するステップであって、前記第１のリードフレーム・パネルは、各々が、空洞部を形成する周縁部と、この周縁部から内部に向かって延びる複数のリードとを有する複数の第１のリードフレーム部分を有し、かつ、第１および第２の側面ならびに第１の厚さを有する、前記供給ステップと、
前記第１のリードフレーム・パネルの外周縁部に沿って第１の係合構造を形成するステップと、
前記第１のリードフレーム・パネルの第１の側面に接着材を付けるステップと、
第２のリードフレーム・パネルを供給するステップであって、前記第２のリードフレーム・パネルは、各々が、第１および第２の表面ならびに第２の厚さを有するダイ・パドルを含む複数の第２のリードフレーム部分を含む、前記供給ステップと、
前記第２のリードフレーム・パネルの外周縁部に沿って第２の係合構造を形成するステップと、
前記ダイ・パドルの前記第２の表面の各々に複数の半導体ダイを取り付けるステップであって、前記半導体ダイの各々が、その表面上に複数のボンディング・パッドを有する、前記取付けステップと、
前記第１のリードフレーム・パネル上に前記第２のリードフレーム・パネルを積み重ね、その結果、前記ダイ・パドルの前記第１の表面が前記空洞部の各々の内に収容され、前記接着材に接触し、前記第１および第２の係合構造が相互に係合するステップと、
複数のワイヤで、前記ダイの前記複数のダイ・ボンディング・パッドを前記第１のリードフレーム部分の各々の前記複数のリードの各々に電気的に接続するステップと、
前記第２のリードフレーム・パネルの前記第２の表面と、前記ダイと、電気的接続部の上に成形コンパウンドを形成するステップと、
前記リードフレーム・パネルから前記複数の第１および第２のリードフレーム部分を分離する切り離し作業を実行し、それにより個々のパッケージされたデバイスを形成するステップとを備える複数の半導体デバイスをパッケージする方法。
【請求項２７】
前記第１のリードフレーム・パネルの前記第１の側面および前記第２のリードフレーム部分の前記第１の表面から前記接着材を除去し、その結果、前記リードおよび前記第２のリードフレーム部分の前記第１の表面が露出するステップをさらに含む、請求項２６に記載の複数の半導体デバイスをパッケージする方法。
【請求項２８】
前記電気的に接続するステップが、ワイヤ・ボンディング・プロセスを備える、請求項２６に記載の複数の半導体デバイスをパッケージする方法。
【請求項２９】
前記第２の厚さが、前記第１の厚さより厚い、請求項２６に記載の複数の半導体デバイスをパッケージする方法。
【請求項３０】
前記第１の厚さが、約８ミル（０．２０３２ｍｍ）であり、前記第２の厚さが、約２０ミル（０．５０８ｍｍ）である、請求項２９に記載の複数の半導体デバイスをパッケージする方法。
【請求項３１】
前記第１および第２のリードフレーム・パネルが、金属または金属合金から形成される、請求項２６に記載の複数の半導体デバイスをパッケージする方法。
【請求項３２】
第１および第２のリードフレーム・パネルが、銅から形成される、請求項３１に記載の複数の半導体デバイスをパッケージする方法。
【請求項３３】
前記第１および第２のリードフレーム部分が、相互に電気的に絶縁されている、請求項２６に記載の複数の半導体デバイスをパッケージする方法。
【請求項３４】
前記第１の係合構造が一連の溝を備え、前記第２の係合構造が一連のダムを備え、前記第１および第２のリードフレーム・パネルを積み重ねた際に、前記一連のダムの幾つかが前記一連の溝の幾つかに嵌合する、請求項３３に記載の複数の半導体デバイスをパッケージする方法。
【請求項３５】
前記溝およびダム構造が、成形コンパウンド形成ステップ中に成形コンパウンドが流出するのを防止する、請求項３４に記載の複数の半導体デバイスをパッケージする方法。
【請求項３６】
半導体デバイスであって、
空洞部を囲む複数のリードを有し、第１の厚さを有する第１の金属リードフレーム部分と、
前記第１のリードフレーム部分に取り付けられ、前記第１のリードフレーム部分から電気的に絶縁され、前記空洞部内に収容された一対の隣接するダイ・パドルを有し、前記第１の厚さより厚い第２の厚さを有する第２の金属リードフレーム部分と、
前記各ダイ・パドルに取り付けられ、前記空洞部内に位置し、前記複数のリードで囲まれ、各々が複数のダイ・パッドを含む第１および第２の集積回路ダイと、
前記第１および第２のダイの前記ダイ・パッドの各々を、前記リードのうちの対応するものに電気的に接続する複数のワイヤと、
前記第１および第２の集積回路ダイの頂部表面と、前記ワイヤと、前記リードの頂部表面とを覆う封止材料とを備え、少なくとも前記リードの底面および前記第２のリードフレームが露出している半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積回路およびパッケージした集積回路に関し、特にパッケージした集積回路用のリードフレームに関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路（ＩＣ）ダイは、シリコン・ウェハ等の半導体ウェハ上に形成された小型デバイスである。リードフレームは、通常、ウェハから切り離されたＩＣダイをサポートするパドルを含む金属フレームである。リードフレームは、外部との電気的接続を行うリード・フィンガを有する。すなわち、ダイは、ダイ・パドルに取り付けられ、次にダイのボンディング・パッドが、外部への電気的接続を行うために、ワイヤ・ボンディングを通してリード・フィンガに接続される。保護材料によりダイおよびワイヤ・ボンドを封入すると、パッケージが形成される。パッケージ・タイプによっては、外部への電気的接続部は、薄型小型パッケージ（ＴＳＯＰ）のようにそのまま使用することもでき、またはボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）用の球形はんだボールを取り付けることによりさらに処理することもできる。これらの端子点により、ダイをプリント基板上の回路のような他の回路に電気的に接続することができる。
【０００３】
リードフレームは、通常、銅またはニッケル合金から形成される。ダイをダイ・パドルに取り付ける１つの方法は、はんだ付けである。高出力デバイスは、非常に高温のはんだダイ取付け（約３００℃）およびデバイス・リフロー（約２６０℃）を必要とする。しかし、高温においては、リードフレームのメッキが劣化し、この劣化によりワイヤ・ボンディング・プロセスが影響を受ける。より詳細に説明すると、金のワイヤの接合性は、メッキ表面の冶金的変化およびはんだフラックスの汚染により影響を受ける。さらに、熱放散を容易にするためには、高出力デバイスの場合は、厚いダイ・パドルの方が好ましい。しかし、非常に厚い金属からできているリードフレームを（鋸または押抜きにより）個々のリードフレームに切断するのは難しく、信頼性が低い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
熱放散がよく、しかも個々のリードフレームに切断するのが容易なリードフレームを提供することは望ましいことである。さらに、欠陥が生じない高温プロセスでダイをダイ・パドルに取り付けることができることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
添付の図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明を読めば、その内容をよりよく理解することができるだろう。本発明を説明するために、図面は好ましい実施形態を示す。しかし、本発明は、図面に示す正確な配置および手段に限定されないことを理解されたい。
【０００６】
添付の図面に関連する以下の詳細な説明は、本発明の好ましい実施形態を説明するためのものであって、本発明を実行する唯一の形式を表すものではない。同じまたは等価の機能を本発明の技術思想および範囲に含まれる別の実施形態により達成することができることを理解されたい。当業者であれば理解することができると思うが、本発明は種々のパッケージおよびパッケージ・タイプに適用することができる。
【０００７】
図面中のある特徴部分は、図示を容易するために拡大してあり、図面に示す構成要素は必ずしも正確な縮尺ではない。また、図に示すのは、クワッド・フラット・ノーリード（ＱＦＮ）タイプ・パッケージで実施した本発明である。しかし、当業者であれば、本発明の詳細および本発明を他のパッケージ・タイプに適用することができることを容易に理解することができるだろう。図面全体を通して、類似の参照番号は類似の構成要素を示す。
【０００８】
本発明は、半導体デバイス用のリードフレームである。このリードフレームは、第１のリードフレーム部分および第２のリードフレーム部分を含む。第１のリードフレーム部分は、空洞部を形成する周縁部と、この周縁部から内部に向かって延びる複数のリードを含む。第２のリードフレーム部分は、第１のリードフレーム部分に取り付けられ、第１のリードフレーム部分の空洞部内に収容できる大きさのダイ・パドルを有する。第２のリードフレーム部分は、第１のリードフレーム部分の厚さの約２倍の厚さを有する。好適には、第１および第２のリードフレーム部分は、銅から形成され、相互に電気的に絶縁されている。ダイ・パドルおよびリード・フィンガに対して別々のリードフレーム部分を設けることにより、第１および第２のリードフレーム部分を結合する前に、ダイ取付けプロセスを行うことができ、そうすれば、リード・フィンガは、ダイ取付けおよびリフロー・プロセスの高温により影響を受けることはない。さらに、リード・フィンガから独立しているダイ・パドルを設けることにより、これら２つの部材は異なる厚さを有することができる。それ故、ダイ・パドルを厚くして熱放散を良好にすることができるとともに、リード・フィンガをより薄くして個々のリードフレームに容易に切り離すことができる。
【０００９】
本発明は、さらに、第１および第２の金属リードフレーム部分と、集積回路ダイと、ワイヤと、封止材料とを有する半導体デバイスを提供する。第１のリードフレーム部分は、空洞部を囲む複数のリードを有する。第２のリードフレーム部分は、第１のリードフレーム部分に取り付けられ、第１のリードフレーム部分から電気的に絶縁されている。第２のリードフレーム部分は、第１のリードフレーム部分の空洞部内に収容されたダイ・パドルを有する。第２のリードフレーム部分の厚さは、第１のリードフレーム部分の厚さよりも厚い。集積回路ダイは、空洞部内に位置するダイ・パドルに取り付けられ、複数のリードにより囲まれる。ダイは、ワイヤによりリードのうちの対応するものに電気的に接続された複数のダイ・パッドを含む。封止材料は、集積回路ダイの頂部表面、ワイヤ、およびリードの頂部表面を覆い、少なくともリードの底面および第２のリードフレームは露出する。比較的厚く、露出表面を有するダイ・パドルは、ダイ用のヒートシンクとして機能することができる。比較的薄いリード・フィンガは、容易に個々のリードフレームに切断することができる。
【００１０】
本発明は、さらに、同時に複数の半導体デバイスをパッケージする方法を含む。上記方法は、
第１のリードフレーム・パネルを供給するステップであって、第１のリードフレーム・パネルは、各々が空洞部を形成する周辺と、この周辺から内部に向かって延びる複数のリードとを有する複数の第１のリードフレーム部分を有し、かつ、第１および第２の側面ならびに第１の厚さを有する、供給ステップと、
第１のリードフレーム・パネルの外周縁部に沿って第１の係合構造を形成するステップと、
第１のリードフレーム・パネルの第１の側面に接着材を付けるステップと、
第２のリードフレーム・パネルを供給するステップであって、第２のリードフレーム・パネルは、各々が、第１および第２の表面および第２の厚さを有するダイ・パドルを含む複数の第２のリードフレーム部分を含む、供給ステップと、
第２のリードフレーム・パネルの外周縁部に沿って第２の係合構造を形成するステップと、
ダイ・パドルの第２の表面の各々に複数の半導体ダイを取り付けるステップであって、半導体ダイの各々が、その表面上に複数のボンディング・パッドを有する、取付けステップと、
第１のリードフレーム・パネル上に第２のリードフレーム・パネルを積み重ね、その結果、ダイ・パドルの第１の表面が空洞部の各々の内に収容され、接着材に接触し、第１および第２の係合構造が相互に係合するステップと、
複数のワイヤで、ダイの複数のダイ・ボンディング・パッドを各第２のリードフレーム部分の複数のリードの各々に電気的に接続するステップと、
第２のリードフレーム・パネルの第２の表面と、ダイと、電気的接続部の上に成形コンパウンドを形成するステップと、
リードフレーム・パネルから複数の第１および第２のリードフレーム部分を分離する切り離し作業を実行し、それにより個々のパッケージされたデバイスを形成するステップとを備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１を参照すると、この図は、本発明による半導体デバイス１０の一実施形態の拡大断面図である。半導体デバイス１０は、空洞部１６を囲む複数のリード１４を有する第１のリードフレーム部分１２を含む。第１のリードフレーム部分１２は、好適には、金属または金属合金で形成され、第１の所定の厚さを有する。第２のリードフレーム部分１８は、第１のリードフレーム部分１２に取り付けられる。第２のリードフレーム部分１８は、第１のリードフレーム部分の空洞部１６内に収容されているダイ・パドル２０を備える。空洞部１６は、パッケージされているＩＣダイの大きさおよび形状に応じた大きさおよび形状を有する。それ故、一般的に、空洞部１６は、長方形または正方形の形をしているが、集積回路ダイの形状に応じて他の形にすることもできる。第２のリードフレーム部分１８は、好適には、第１の厚さとは異なる第２の厚さを有する。例えば、大量の熱を発生する電源回路の場合には、第２のリードフレーム部分１８をヒートシンクとして使用することができる。そのような場合には、好適には、第２の厚さは第１の厚さよりも厚い。より好ましい実施形態の場合には、第１の厚さは、第２の厚さの約半分かまたはそれ以下である。ある例の場合には、第１の部分が約８ミル（０．２０３２ｍｍ）の第１の厚さを有し、第２の厚さが約２０ミル（０．５０８ｍｍ）であるリードフレームを製造した。これらの大きさにすることにより、第１のリードフレーム部分を、容易に個々のリードフレームに切り離すことができ、同時に第２のリードフレーム部分は効率的に熱放散を行うことができる。
【００１２】
第１および第２のリードフレーム部分１２および１８は、好適には、銅のような金属または金属合金から形成され、メッキされる。一実施形態の場合には、第２のリードフレーム部分１８は、２０ミル（０．５０８ｍｍ）の厚さの銅のスラグを備える。リードフレーム部分１２および１８は、当業者であれば周知のように、プレス加工、打抜き加工またはエッチング加工により形成することができる。第２のリードフレーム部分１８は、以下にさらに詳細に説明するように、接着テープ等の接着材により第１のリードフレーム部分１２に取り付けられる。好適には、取り付けられた場合でも、両者は相互に電気的に絶縁状態である。このような電気的な絶縁は、本発明の重要な特徴であり、特にマルチ・ダイ・アセンブリの場合には重要な特徴である。
【００１３】
集積回路ダイ２２は、ダイ・パドル２０に取り付けられ、ダイ・パドルが空洞部内に位置しているので、ダイ２２は、複数のリード１４により囲まれる。集積回路ダイ２２は、シリコン・ウェハ上に形成され、このウェハから切り離された回路のような、当業者であれば周知のタイプのものであってもよい。すでに説明したように、空洞１６の大きさおよび形状はダイ２２を収容できるようになっている。典型的なダイの大きさは、４ｍｍ×４ｍｍから１２ｍｍ×１２ｍｍの範囲である。ダイ２２は、約６ミル（０．１５２４ｍｍ）から約２１ミル（０．５３３４ｍｍ）の範囲の厚さを有することができる。ダイ２２は、はんだ２４により熱をダイ２２からダイ・パドル２０に逃がすことができるはんだダイ取付けプロセス等の周知の方法でダイ・パドル２０に取り付けられる。他の実施形態の場合には、ダイ２２は、接着材料層または接着テープによりダイ・パドル２０に取り付けることができる。
【００１４】
ダイ２２は、複数のダイ・ボンディング・パッド２６を含む。ダイ・ボンディング・パッド２６のうちのいくつかは、好適には、ワイヤ・ボンディング・プロセスで、ワイヤ２８によりリード１４のうちの対応する何本かのリードに電気的に接続されている。当業者であればこのようなワイヤおよびワイヤ・ボンディング・プロセスは周知である。一実施形態の場合には、２ミル（０．０５０８ｍｍ）の金のワイヤが使用され、別の実施形態の場合には、１０ミル（０．２５４ｍｍ）のアルミニウム・ワイヤが使用される。しかし、コーティングされた（絶縁された）ワイヤおよびコーティングされていないワイヤを含む種々の材料および直径の種々の周知のワイヤを使用することができる。
【００１５】
半導体デバイス１０は、少なくともリード１４の底面および第２のリードフレーム部分１８の底面を露出させた状態で、集積回路ダイ２２の頂部表面、ワイヤ２８およびリード１４の頂部表面を覆う封止材料３０をさらに含む。リード１４の露出している部分は、デバイス１０を、例えばＰＣＢを通して他のデバイスに接続するために使用され、ダイ・パドル２０の露出している底面により、そこから熱を放散することができる。封止材料３０は、パッケージされた電子デバイスで通常使用されるようなプラスチックを含むことができ、成形プロセスにより、リードフレーム部分１２および１８と、ダイ２２と、ワイヤ２８上に形成される。典型的な実施形態のデバイス１０の全体の厚さは約２ｍｍである。
【００１６】
図２を参照すると、この図は、本発明による第１のリードフレーム・パネル３２の平面図である。第１のリードフレーム・パネル３２は、第１のリードフレーム部分３４のアレイを備える。この例の場合には、リードフレーム・パネル３２は３×３アレイである。しかし、実際には、アレイは、概して、より大きなものである。さらに、アレイは同じ数の行および列を有する必要はない。第１のリードフレーム部分３４は、それぞれ、周縁部から内部に向かって延びる複数のリード３８と共に、空洞部３６を形成する周縁部を含む。空洞部３６は、以下に説明するように、ダイ・パドルを収容できる大きさと形状を有する。図の実施形態の場合には、リードフレーム部分３４の周縁部は、リード３８が延びているタイバー４０により形成される。図の場合には、リード３８の長さは同じになっているが、リード３８はいろいろな長さおよび幅にすることができる。例えば、電力およびアース用に使用するリードは、信号用のリードより幅が広くて短い。第１のリードフレーム・パネル３２は、半導体リードフレーム用の共通の寸法である８ミル（０．２０３２ｍｍ）のような予め指定した第１の厚さを有する。
【００１７】
第１のリードフレーム・パネル３２は、第１のリードフレーム・パネル３２の外周縁部に沿って形成された第１の係合構造４２を含む。この好ましい実施形態の場合には、第１の係合構造４２は、リードフレーム・パネル３２内にエッチングまたは切断された一連の溝（ｍｏａｔ）を備える。第１の係合構造４２の目的については、以下にさらに詳細に説明する。また、第１のリードフレーム・パネル３２は、第１のリードフレーム・パネル３２と第２のリードフレーム・パネルとの位置合わせを容易にするために使用される複数のマークまたは孔４４を含むことができる（図３）。このようなマークまたは孔４４は、パネル３２内にエッチング、押抜きまたは切断により形成することができる。
【００１８】
図３を参照すると、この図は、本発明による第２のリードフレーム・パネル４６の平面図である。第２のリードフレーム・パネル４６は、第２のリードフレーム部分４８のアレイを備える。図２の第１のリードフレーム・パネルと同様に、第２のリードフレーム・パネル４６は、３×３アレイであるが、一般的に、アレイの大きさは、第１のリードフレーム・パネル３２の大きさと一致する。第２のリードフレーム部分４８は、ダイ・パドル５０を備える。第２のリードフレーム・パネル４６は、ダイ・パドル５０が、空洞部３６内に収容され、リード３８から離間するように、第１のリードフレーム・パネル３２と係合するような大きさおよび形状を有する。しかし、図１のところで説明したように、ダイ・パドル５０は、ダイ２２のような特定の半導体ダイを収容できるような大きさを有する。
【００１９】
第１および第２のリードフレーム・パネル３２および４６は、好適には、銅またはメッキした銅等の導電性金属、金属合金または優れた熱伝導性を有するメッキした金属のシートから形成される。好適には、第１および第２のリードフレーム・パネル３２および４６は、同じ材料から形成されるが、必ずしもそうする必要はない。リードフレーム・パネル３２および４６は、打抜き方法で形成することができるが、より複雑でより高密度のリードフレームの場合には、化学エッチング方法を使用することが好ましい。当業者であれば理解することができると思うが、エッチング方法では、リードフレームの詳細なパターンを形成するためにアートワーク・マスクを使用し、次に、金属のマスクされなかった部分がエッチングにより除去される。メッキしない部分がある場合には、メッキ・マスクがその部分をマスクするために使用され、次にマスクされなかった部分がメッキ・プロセスにより金属層でメッキされる。プロセス間で洗浄およびクリーニング・ステップが行われる。このようなマスク、エッチング、メッキ、洗浄およびクリーニング・プロセスは当業者にとって周知のものである。
【００２０】
第２のリードフレーム・パネル４６は、予め指定した第２の厚さを有する。以下に説明する実施形態の場合には、ダイ・パドル５０は、ダイをサポートするためばかりでなく、ヒートシンクとしても使用される。それ故、これらの実施形態の場合には、好適には、第２のリードフレーム・パネルを比較的厚く形成する。例えば、第２の予め指定した厚さは、第１の予め指定した厚さよりも厚くすべきであり、好適には、第１のリードフレーム・パネル３２の厚さの２倍以上にする。一実施形態の場合には、第２のリードフレーム・パネルは、約２０ミル（０．５０８ｍｍ）の厚さを有する。ダイ・パドル５０は、タイバー５２により相互に接続することができる。パネル４６の外周縁部から延びるタイバーである外側のタイバー５４は、より広い部分からテーパ状の部分に続く狭い部分を有することができるが、必ずしもそうする必要はない。
【００２１】
また、第２のリードフレーム・パネル４６は、好適には、第１のリードフレーム・パネル３２の第１の係合構造４２と係合するその外周縁部に沿って形成された第２の係合構造５６を含む。この好ましい実施形態の場合には、第２の係合構造５６は、化学エッチングによりパネル４６内に形成されている一連の隆起部すなわちダムを備える。第２のリードフレーム・パネル４６も、第１のリードフレーム・パネル３２内の孔４４と位置合せされる複数のマークまたは孔５８を含むことができる。このようなマークまたは孔５８は、パネル４６内にエッチング、押抜きまたは切断により形成することができる。
【００２２】
第１および第２のリードフレーム・パネル３２および４６が積み重ねられた場合、すなわち、第１のリードフレーム・パネル３２が、第２のリードフレーム・パネル４６の上に積み重ねられた場合、ダム５６は溝４２に嵌合し、ダイ・パドル５０は各空洞部３６内に収容される。第１および第２の係合構造４２および５６の目的は、以下にさらに詳細に説明する成形プロセスまたは封入プロセス中に、樹脂または成形コンパウンドが流出するのを防止することである。
【００２３】
図４Ａ〜図４Ｆを参照すると、これらの図は、本発明の一実施形態による二重ゲージ・リードフレーム半導体デバイスの形成プロセスを説明するための半導体デバイスの形成のいくつかの段階の断面図である。図４は、複数の第１のリードフレーム部分６２（この例の場合には、２つのリードフレーム部分を示す）を有する第１のリードフレーム・パネル６０を示す。第１のリードフレーム部分６２の各々は、空洞部６４を形成する周縁部と、周縁部から内部に向かって延びる複数のリード６６を有する。第１のリードフレーム・パネル６０は、第１および第２の側面６８および７０と、予め指定した第１の厚さを有する。すでに説明したように、第１のリードフレーム・パネル７０は、好適には、約８ミル（０．２０３２ｍｍ）の厚さを有する。第１のリードフレーム・パネル６０は、その外周縁部に沿う第１の係合構造をさらに含む。この好ましい実施形態の場合には、第１の係合構造は、第１のリードフレーム・パネル６０の周縁部の周囲に形成されている溝７２である。溝７０は、切断、打抜きまたはエッチングにより形成することができる。図の溝７０はテーパ状の側面を有する。しかし、側面は垂直であってもよい。
【００２４】
図４Ｂは、第１のリードフレーム・パネル６０の第１の側面６８に貼付される接着材７４を示す。接着材７４は、好適には、マスキング・テープのような接着テープを備える。接着材７４は、第２のリードフレーム・パネルを第１のリードフレーム・パネル６０に取り付けるために使用される。同時に、接着材７４がマスキング・テープを備える場合には、このテープは、樹脂の流出の抑制を補助する。
【００２５】
図４Ｃは、第２のリードフレーム・パネル７６を示す。第２のリードフレーム・パネル７６は、複数の第２のリードフレーム部分７８を含む（この例の場合には、第１のリードフレーム・パネル６０と同じく、２つのリードフレーム部分を示す。）。第２のリードフレーム部分７８の各々は、第１および第２の表面８２および８４ならびに第２の予め指定した厚さを有するダイ・パドル８０を含む。第２の厚さは、好適には、第１の厚さよりも厚く、一実施形態の場合には、第２の予め指定した厚さは約２０ミル（０．５０８ｍｍ）である。第２の係合構造は、第２のリードフレーム・パネル７６の外周縁部に沿って形成される。第２の係合構造は、第１の係合構造（溝７２）と係合するように設計される。この好ましい実施形態の場合には、第２の係合構造はダム８６である。ダム８６は、溝７２内に嵌合することができる大きさと形状を有する（図４Ｆ参照）。ダム８６は鋸による切断または化学エッチングにより形成することができる。例えば、第２のリードフレーム・パネル７６が、約２０ミル（０．５０８ｍｍ）の厚さを有する金属から形成されている場合には、ダム８２を形成するために縁部を鋸により切断することもできるし、エッチングすることもできる。
【００２６】
図４Ｄを参照すると、複数の半導体ダイ８８が、ダイ・パドル８０の第２の表面の各々に取り付けられる。図４Ｄは、取り付けられた１つのダイ８８を示す。次のステップは、他のダイ・パドルにもう１つのダイを取り付けるステップである。ダイ８８は、エポキシ等の接着剤でダイ・パドル８０に取り付けることができるが、好適には、はんだペースト等の熱伝導性接着材で取り付けられる。当業者であれば理解することができると思うが、ダイ８８は、その露出している表面上に複数のボンディング・パッドを含む。
【００２７】
ダイ８８をダイ・パドル８０に取り付けた後で、第１および第２のリードフレーム・パネル６０および７６が積み重ねられる。すなわち、図４Ｅに示すように、ダイ・パドル８０の第１の表面が各空洞部６４内に収容され、接着材７４と接触し、第１および第２の係合構造が相互に係合するように、第２のリードフレーム・パネル７６が、第１のリードフレーム・パネル６０上に積み重ねられる。それ故、ダム８６は溝７２内に収容され、接着材７４と接触する。この好ましい実施形態の場合には、第１および第２のリードフレーム・パネル６０および７６は、それ故、第１および第２のリードフレーム部分６２および７８は、相互に電気的に絶縁される。
【００２８】
リードフレーム・パネル６０および７６を取り付けた後で、ダイ８８のダイ・ボンディング・パッドが、複数のワイヤ９０により第１の各リードフレーム部分６２の各々の複数のリード６６の各々に電気的に接続される。図４Ｆに示すように、ワイヤ・ボンディング・プロセスにより、ワイヤ９０をリード６６およびダイ・パッドに接続することができる。ワイヤ・ボンディングの後で、成形コンパウンドまたは封止材料９２が、図４Ｇに示すように、第２のリードフレーム・パネル７６の第２の表面と、ダイ８８と、ワイヤ９０上に形成される。第１および第２の係合構造の溝７２およびダム８６が、成形プロセス中に樹脂が流出するのを防止する。
【００２９】
次に、個々のパッケージされたデバイスが、リードフレーム・パネル６０および７６から複数の第１および第２のリードフレーム部分６２および７８を分離する切離し（ｓｉｎｇｕｌａｔｉｏｎ）作業を行うことにより形成される。例えば、個々のデバイスを形成するために、点線Ａ−Ａ、Ｂ−ＢおよびＣ−Ｃに沿ってパネル６０および７６を鋸により切断することができる。接着材、すなわちマスキング・テープ７４は、リード６６および第２のリードフレーム部分７８の第１の表面８２が露出するように、切離し作業の前または後で、第１のリードフレーム・パネル６０の第１の側面６８および第２のリードフレーム・パネル７６の第１の表面８２から除去することができる。
【００３０】
図５を参照すると、この図は、本発明の一実施形態による２つのダイ１０２および１０４を有する二重ゲージ・リードフレームのパッケージされたデバイス１００を示す。２つのダイ１０２および１０４は、第１のリードフレーム部分１０８の比較的厚いダイ・パドル１０６に取り付けられ、デバイス１００のリード１１０は、ダイ・パドル１０６および第１のリードフレーム部分より薄い。厚いダイ・パドル１０６は、ダイ１０２および１０４が発生した熱を放散するヒート・スプレッダとして機能することができる。好適には、ダイ・パドル１０６をリード１１０から絶縁する。図を見れば分かるように、リード１１０は、必要に応じて種々の長さ（および幅）を有することができる。リード１１０は、ワイヤ１１４によりダイ１０２および１０４上のパッド１１２に接続される。ワイヤ１１４は、従来のワイヤ・ボンディング・プロセスにより、パッド１１２およびリード１１４に接続することができる。封止材料１１６は、ダイ１０２および１０４、第１のリードフレーム１０８の頂部表面、ワイヤ１１４およびリード１１０上に形成される。リード１１０の底面（図示せず）は露出しており、そのためデバイス１００を他のデバイスまたはＰＣＢに接続することができる。効率的な熱放散を行うことができるように、ダイ・パドル（ヒート・スプレッダ）１０６の底面も露出している。二重ゲージ・リードフレーム、マルチダイのパッケージされたデバイスによりＩ／Ｏ密度が高くなり、さらに電気的性能は優れたものになる。
【００３１】
本発明の二重ゲージ・リードフレーム設計によりパドルが厚くなり、Ｉ／Ｏ端子は薄くなる。端子が薄くなると、ピッチを細かくし、寸法をよりよく制御できるようになる。鋸で切断したタイプのＱＦＮパッケージの場合には、銅または金属リードフレーム材料の量および厚さにより鋸切断プロセスの品質が影響を受ける。厚い銅または金属材料は、機能的に必要な場所だけに使用され、一方、薄い金属は、リードフレーム・フィンガのような重要でない領域に使用される。これにより金属を切断する量を大幅に低減する。さらに、ワイヤ・ボンディングの前には別々のパドルおよびリード・フィンガを有するはんだダイ取付けプロセスの場合には、リード・フィンガを清潔に保ち、はんだプロセスから汚染されないようにすることができ、これによりさらに信頼性の高いワイヤ・ボンディングを行うことができる。
【００３２】
説明および記述のために、本発明の好ましい実施形態を説明してきたが、この説明は本発明のすべてを説明するためのものでもなければ、本発明を開示の形式に制限するためのものでもない。当業者であれば本発明の広義のコンセプトから逸脱することなしに、上記実施形態に対して種々の変更を行うことができることを理解することができるだろう。例えば、２つ以上の構成部材からなるダイ・パドルを有するような３つ以上の部分を有するリードフレームを形成することができる。それ故、本発明は、開示の特定の実施形態に制限されるのではなく、添付の特許請求の範囲に記載する本発明の技術思想および範囲内の修正を含むことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態によるパッケージされた半導体デバイスの拡大断面図。
【図２】本発明の一実施形態による第１のリードフレーム・パネルの平面図。
【図３】本発明の一実施形態による第２のリードフレーム・パネルの平面図。
【図４Ａ】本発明の一実施形態による二重ゲージ・リードフレーム半導体デバイスを形成するプロセスを示す側断面図。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態による二重ゲージ・リードフレーム半導体デバイスを形成するプロセスを示す側断面図。
【図４Ｃ】本発明の一実施形態による二重ゲージ・リードフレーム半導体デバイスを形成するプロセスを示す側断面図。
【図４Ｄ】本発明の一実施形態による二重ゲージ・リードフレーム半導体デバイスを形成するプロセスを示す側断面図。
【図４Ｅ】本発明の一実施形態による二重ゲージ・リードフレーム半導体デバイスを形成するプロセスを示す側断面図。
【図４Ｆ】本発明の一実施形態による二重ゲージ・リードフレーム半導体デバイスを形成するプロセスを示す側断面図。
【図４Ｇ】本発明の一実施形態による二重ゲージ・リードフレーム半導体デバイスを形成するプロセスを示す側断面図。
【図５】本発明の一実施形態によるパッケージされた半導体デバイスの拡大斜視図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図５】
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【外国語明細書】
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