(57)【要約】【課題】リードフレームを厚くしても、従来と同等のサイズのアイランドが確保できる、スタンピングプレス加工を用いた半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】アイランドとインナーリード間をスタンピングプレス加工で最低限必要とされる板厚同等以上の幅を有するパンチで抜き加工を行い、その後アイランド裏面からアイランドの周囲を潰す加工を行う。アイランドとインナーリードの間の隙間をリードフレームの厚みより小さくし、同時にアイランドの周囲となるリードフレームの厚みを元のリードフレームの厚みより薄くすることで、必要なアイランドの面積を得る。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リードフレーム材を用意する工程と、
前記リードフレーム材から、スタンピングプレス金型を用いた打ち抜き加工により、半導体素子を搭載するアイランド、インナーリードおよび前記インナーリードに連なるアウターリードを有する、一定の板厚のリードフレームを製造する工程と、
前記打ち抜き加工後に、前記アイランドの周囲に裏面から潰し加工を施し、前記アイランドの面積を拡大する工程と、
前記アイランドの表面に半導体素子をダイアタッチ材により固着する工程と、
前記半導体素子、前記アイランド、および前記インナーリードを、前記アイランドの裏面を露出させずに封止樹脂により封止する工程と、
前記アウターリードが前記封止樹脂から突出し、前記半導体素子、前記アイランド、および前記インナーリードが前記封止樹脂により封止され、前記リードフレームにより支持された半導体装置を前記リードフレームから切断する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記潰し加工の後においては、前記アイランドと前記インナーリードの間の隙間の大きさが前記リードフレームの前記一定の板厚よりも小さくなっていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記リードフレームの前記一定の板厚が前記封止する工程を経た前記封止樹脂の厚みに対し、１／４以上あることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記切断する工程は前記アイランドから延伸している吊りリードを切断することを含む請求項１乃至３のいずれか１項記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂封止半導体パッケージに実装された半導体装置の製造方法に関する。特に、スタンピングプレス加工で製造されたリードフレームを用いた樹脂封止半導体パッケージに実装された半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の携帯電子機器の小型化に伴い、使用される半導体パッケージにも小型化、薄型化された半導体パッケージが必要とされている。半導体パッケージは搭載される半導体素子を環境下から保護するために半導体素子を樹脂で封止する必要がある。
【０００３】
半導体パッケージの小型化、薄型化が必要とされているが、高電圧、高電流を流すことが必要とされている半導体パッケージには厚いリードフレームを採用することが必要となることがある。
【０００４】
その結果、パッケージに収められた状態での厚みを抑えるために樹脂封止厚みは薄いが、使用するリードフレーム厚みは樹脂封止厚みに対して厚めのものが採用されているパッケージが製品化されている。例えば樹脂封止厚みが１．５ｍｍに対して、リードフレーム厚みが０．４ｍｍ以上のピン挿入型半導体パッケージが製品化されている。
【０００５】
リードフレームの材料は、１９４ａｌｌｏｙ材や銅合金を使用するのが一般的である。またリードフレームの加工にはエッチング加工とスタンピングプレス金型を用いたプレス加工があり、エッチング加工でアイランドとインナーリード間の隙間を最小限にする発明も提案されている（例えば特許文献１を参照）。しかし、エッチング加工で作成されるリードフレームはスタンピングプレス加工に比べ金型の製作が必要ないが、エッチングリードフレームは、エッチング加工時にフォトレジストを用いたドライフィルムでマスキングする必要がある。一度使用したドライフィルムは再使用することはできず廃棄されるため、継続してリードフレームを製造する場合は、継続的にドライフィルムを用意する必要がある。また、エッチング加工は薬液を用いた加工であり、スタンピングプレス金型を用いたプレス加工にくらべ形状出来栄え精度は劣る。
【０００６】
スタンピングプレス金型でリードフレームを加工する場合、パンチという刃物でリードフレームを打ち抜き加工する。パンチの材料は超硬材を使用するのが一般的である。超硬材は硬いが反面もろいという特性も持っている。打ち抜き用パンチは超硬材のもろさによる座屈を回避するため加工するリードフレームに対しての強度を確保できるような幅を確保する必要がある。そのために打ち抜き用パンチ幅は、リードフレームの板厚により加工できる最少抜き幅が決まってくる。通常スタンピングプレス金型で形状を打ち抜く場合はパンチ強度を確保するためリードフレームの板厚以上のパンチ幅とするのが一般的である。この結果、インナーリードとアイランドの間を打ち抜くパンチも板厚以上の幅が必要となり、最低でも板厚以上の隙間が必要となる。
【０００７】
厚いリードフレームを使用した場合、インナーリードとアイランド間に板厚以上の隙間を確保するために、インナーリードかアイランドを縮小する必要が出てくる。インナーリードは搭載される半導体素子から電気的に接続されるワイヤー接続領域が最低限必要である。また高電流を必要とする半導体パッケージは半導体素子とインナーリードを電気的に接続するワイヤー径も太いものを採用する必要がありインナーリードを縮小するとワイヤー接続領域が減少し目的としているワイヤーを接続できないことに繋がる。その結果、アイランドサイズを縮小することが必要となる。アイランドに搭載される半導体素子はダイアタッチ材でアイランドに固着させるのが一般的であるが、半導体素子とアイランドの固着強度を確保するには、ダイアタッチ材を半導体素子側面に這い上がらせてフィレットを形成する必要がある。このことから、アイランドサイズに対して搭載される半導体素子はダイアタッチ材のフィレットが形成できるサイズとする事が必要である。すなわち、アイランドサイズを小さくすることは、搭載できる半導体素子のサイズも小さくすることが必要となる。
【０００８】
一般に半導体製品は機能を増やしたり、制御する電流を大きくしたりするとチップサイズが大きくなる。その結果、アイランドサイズが小さくなる事により搭載可能な半導体素子のサイズも小さくすることが必要となり、目的の機能を持った半導体素子を搭載できなくなる可能性があった。
【０００９】
既に述べたように、高電圧、高電流を流すことが必要とされている半導体パッケージには、厚いリードフレームを使用することが必要となるが、樹脂封止の厚みに対してリードフレームの厚みが１/４以上あると、樹脂の流動の妨げとなり、製品の末端まで樹脂が流動されない未充填や、製品の途中に空気を巻き込んだまま硬化してしまう内部ボイド発生により、製品の信頼性が低下することがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−２０８６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで本発明においては、リードフレームを厚くしても、従来と同等のサイズのアイランドが確保できる、スタンピングプレス加工を用いた半導体装置の製造方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明では、まず、アイランドとインナーリード間をスタンピングプレス加工で最低限必要とされる板厚同等以上の幅を有するパンチで抜き加工を行い、その後アイランド裏面からアイランドの周囲を潰す加工を行う。アイランドとインナーリードの間の隙間をリードフレームの板厚より小さくし、同時にアイランドの周囲となるリードフレームの厚みを元のリードフレームの板厚より薄くすることで、アイランドの表面は拡大され、必要なアイランドの面積を得る。
【発明の効果】
【００１３】
アイランド裏面を潰すことによりアイランドサイズを拡大し、搭載できる半導体素子のサイズ制限を緩和する。また、アイランド裏面を潰すことにより樹脂封止時の流入経路が拡大され、樹脂充填時のリードフレームによる妨げを低減し未充填や内部ボイドが解消される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施例であるリードフレームのスタンピングプレス抜き加工後の形状を示す表平面図である。
【図２】本発明の第１の実施例であるリードフレームのスタンピングプレス抜き加工後の形状を示す側面図である。
【図３】本発明の第１の実施例であるリードフレームのアイランド裏面潰し加工後の形状を示す表平面図である。
【図４】本発明の第１の実施例であるリードフレームのアイランド裏面潰し加工後の形状を示す裏面図である。
【図５】潰し加工を説明するための図である。
【図６】本発明の第１の実施例であるリードフレームのアイランド裏面潰し加工実施例を説明する断面指示図である
【図７】図６のＡ−Ａ断面図である。
【図８】図６のＢ−Ｂ断面図である。
【図９】本発明の第１の実施例であるリードフレームを用いた樹脂封止後の表平面図である。
【図１０】本発明の第１の実施例であるリードフレームを用いた樹脂封止後の側面図である。
【図１１】従来のリードフレームにおける樹脂封止時の樹脂流入経路を示す断面図である。
【図１２】本発明の第１の実施例であるリードフレームにおける樹脂封止時の樹脂流入経路を示す断面図である。
【図１３】リードフレームから切断され、個片化され個別の半導体装置となった状態を示す図である。
【図１４】本発明の第２の実施例であるリードフレームのアイランド裏面潰し加工後の形状を示す表平面図である。
【図１５】図１４のＣ−Ｃ断面図である。
【図１６】図１４のＤ−Ｄ断面図である。
【図１７】本発明の第３の実施例であるリードフレームのアイランド裏面潰し加工後の形状を示す表平面図である。
【図１８】図１７のＥ−Ｅ断面図である。
【図１９】図１７のＦ−Ｆ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。最初にピン挿入型半導体パッケージの場合について説明する。
図１は、本発明の第１の実施例であるリードフレームのスタンピングプレス加工後の形状を示す表平面図であり、図２は、本発明の実施例であるリードフレームの厚みを示す側面図であり、図１のＹ−Ｙ切断線に沿った断面図である。
【００１６】
まず、用意されたリードフレーム材に対し、スタンピングプレス金型を用いて打ち抜き加工を行い、半導体素子を搭載するアイランド２、半導体素子の電極とワイヤーで電気的に接続されるインナーリード３およびインナーリード３に連なるアウターリード２３を有するリードフレーム１を形成する。アイランドとインナーリード間には図２に示すリードフレームの板厚Ｔと同等の隙間４が形成されている。インナーリード３アウターリード２３からなるリードはタイバー２４により固定されている。図１では１つの半導体製品に対するリードフレームのみを描いている。製造途中のリードフレームには図１に示すリードフレームが縦と横に２次元的に繰り返し形成されている。
【００１７】
隙間４はスタンピングプレス金型ではパンチ（刃物）を用いて打ち抜き加工を行うがパンチはリードフレームを打ち抜く際の抵抗により強度が無ければ破損してしまう可能性がある。破損した刃物は金型内で飛散し金型内の他の部分も破損してしまう可能性があるため通常リードフレーム板厚以上の幅を確保しパンチ強度を保っている。
そのため、スタンピングプレス金型で抜き加工を行う場合アイランド２とインナーリード３にはリードフレーム板厚Ｔ同等以上の幅が必要である。
【００１８】
アイランド２のサイズ５、６（Ｘ方向アイランドサイズ５およびＹ方向アイランドサイズ６）に関しては、アイランド２とインナーリード３間の隙間４は打ち抜くスタンピングプレス金型のパンチ強度を保つため、リードフレームの板厚以上の幅を確保することが必須であり、アイランド２のサイズ５、６を拡大することはできない。また、インナーリード３は搭載される半導体素子と電気的に接続されるワイヤー接続領域である。ワイヤー接続領域はワイヤー径を太くすることに比例して面積拡大が必要となる。領域を小さくすることは接続されるワイヤー径が制限されることや、大電流を流すことが必要な半導体パッケージで複数のワイヤーを使用する場合において、インナーリードを縮小すると、目的としているワイヤー本数を接続できないことになり、目的とする半導体装置の性能を達成できない可能性がある。そのため、インナーリードを縮小させて、無理にワイヤー接続を行うことはしない。
【００１９】
図３はスタンピングプレス抜き加工後にアイランド２の裏面の周囲に沿って潰し加工を行い潰し加工部７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅを形成した本発明の実施例であるリードフレームの表平面図である。アイランド２とインナーリード３間の隙間８はアイランド裏面に潰し加工部７ｃ、７ｄを設けることにより図１に示した隙間４の半分以下の大きさとすることが可能となる。
【００２０】
また、潰し加工部７ａ、７ｃ、７ｄを設けることによりＹ方向アイランドサイズ１０を図１のＹ方向アイランドサイズ６に対して拡大する事ができる。これにより搭載できる半導体素子のサイズＹを拡大することが可能となる。
【００２１】
さらに、潰し加工部７ｂ、７ｅを設けることによりＸ方向アイランドサイズ９を図１のＸ方向アイランドサイズ５に対して拡大する事ができる。潰し加工部７ｂ、７ｅは潰し加工ではなく、単純にスタンピングプレスでの打ち抜き形状を変更することによっても拡大可能であるが、樹脂の充填に影響がでるため潰し加工を行うのが良い。これについては後述する。
【００２２】
図４は本発明の潰し加工をアイランド裏面において行った実施例を示す裏面図である。アイランド２裏面に潰し加工部７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、7ｅが形成されている。潰し加工の後には、半導体素子をアイランドにダイアタッチ材を用いて接着することで搭載し、半導体素子の表面に設けられた電極とインナーリードとを金あるいはアルミを主とするワイヤーにより電気的に接続する。
【００２３】
図５は潰し加工を説明するための図である。図５（Ａ）に示すように、スタンピングプレスにより加工された状態では、アイランド２とインナーリード３の間の隙間４は最小でもリードフレームの板厚Ｔと同じ大きさを有している。そこで図５（Ｂ）に示すように、潰し加工を行うため、パンチの先端をアイアンドの縁にそって押し付け、パンチが当たった場所のリードフレーム材をリードフレームの表面に向かって移動させる。図では省略してあるが、リードフレームは表面を下にして平らな面に固定してあるので、移動したリードフレーム材は表面に沿って塑性変形する。その結果、図５（Ｃ）の潰し加工後の図に示すように、アイランド表面の周囲にはひさし状に伸びた潰された領域が形成され、アイランド２とインナーリード３の間の隙間４は小さくなり、新たに隙間８となりアイランドの面積を増加させることができる。
【００２４】
図６は本発明のアイランド裏面潰し形状の断面指示図である。アイランド２の表面に半導体素子１６が搭載された状態を示している。ワイヤー２０が半導体素子１６の電極（図示せず）とインナーリード３とを接続している。
【００２５】
図７は図６で示されたＡ-Ａ切断線に沿う断面詳細図である。アイランド２の裏面から深さ１１、幅１２で潰し加工部７ｂ、７ｅが形成されている。なお、半導体素子１６は省略してある。
【００２６】
図８は図で示されたＢ-Ｂ切断線に沿う断面詳細図である。アイランド２裏面に深さ１１、幅１２１で潰し加工部７ａ、７ｃが形成されている。潰し深さ１１は板厚の半分以上あっても問題無く加工することが可能である。潰し深さを深くすることによりアイランドサイズをさらに拡大することができる。潰し幅１２はリードフレームの板厚４と同等まで可能である。
【００２７】
図９は本発明の半導体パッケージの樹脂充填後を示す表平面図である。リードフレームを封止樹脂１３は樹脂注入口（ゲート）１４から充填される。図９の実施例では樹脂注入口は＋Ｘ側に設けているが、これは樹脂ボディのどの位置に設けても構わない。
【００２８】
図１０は本発明の半導体パッケージの樹脂充填後を示す側面図である。リードフレーム１に接続されているアイランドとインナーリード、アイランドにダイアタッチ材により固着されている半導体素子、およびを封止するように封止樹脂１３が表面、裏面側に必要な厚みで形成されている。
【００２９】
図１１は本発明のスタンピングプレスでの打ち抜き加工後にアイランド裏面潰し加工を行わないリードフレームを用いた場合の樹脂充填状態を比較のために示す断面図である。封止樹脂１３は樹脂注入口１４から樹脂流入経路１７で充填されるが、封止樹脂の厚みに対しリードフレームの板厚が比較的厚い場合として、例えば１／４以上ある場合、樹脂注入口１４から樹脂ボディ１３内へ封止樹脂１３が流入する際にリードフレーム１が妨げとなり樹脂の充填が不十分になる可能性がある。
【００３０】
図１２は本発明のリードフレームを用いた場合の樹脂充填状態を示す断面図である。樹脂注入口１４から樹脂流入経路１８で充填されるが、図１０の本発明の加工を行わないリードフレームを用いた場合の樹脂充填に比べ、アイランド端部の厚みが薄くなっており、アイランド端部における樹脂の充填経路が確保されている。これにより樹脂の未充填や樹脂封止１３内に空気が残る内部ボイド発生を低減することが可能となる。
【００３１】
図１３は樹脂封止後に個片化するためにリードフレームから切断され、個別の半導体装置となった状態を示している。本実施例では封止樹脂１３からアウターリード２３の部分が一方向に平行して突き出しているリード形状を有する半導体パッケージに樹脂封止された半導体装置となっている。
【００３２】
以上本発明の実施例となるピン挿入型半導体パッケージの場合について説明してきた。本発明の実施形態はピン挿入型半導体パッケージの場合に限るものではない。次に半導体パッケージの側面から外部に比較的長くピンが延伸されているガルウィング型の半導体パッケージの場合の実施例について説明する。
【００３３】
図１４は本発明の第２の実施例であるガルウィング型半導体パッケージに用いられるリードフレームの表平面図であり、スタンピングプレス抜き加工後にアイランド２の裏面の周囲に沿って潰し加工を行い、潰し加工部７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆが形成されている。アイランド２とインナーリード３の間の隙間８はアイランド裏面に潰し加工部７ａ〜７ｆを設けることにより、スタンピングプレス抜き加工により設けられた当初の隙間を小さくすることができる。当初の隙間の大きさによっては潰し加工により半分以下の大きさとすることも可能となる。このためアイランドは縦横に拡大される。
【００３４】
図１４では上下となるアイランド２の両端から、アイランド２を支持するための吊りリード１８が延伸され、配置されているので、この部分では裏面に潰し加工部を設けることはできない。潰し加工部７ａと７ｆ、７ｃと７ｄとは吊りリード１８によって分断されている。各インナーリード３には半導体パッケージの外に延伸されるアウターリード２３が連なっている。
【００３５】
図１５は図１４で示されたＣ-Ｃ切断線に沿う断面詳細図である。アイランド２の裏面に深さ１１、幅１２１で潰し加工部７ｂ、７ｅが形成されている。潰し深さ１１は板厚の半分以上あっても問題無く加工することが可能である。潰し深さを深くすることによりアイランドサイズをさらに拡大することができる。潰し幅１２はリードフレームの板厚Ｔと同等まで可能である。
【００３６】
図１６は図１４で示されたＤ-Ｄ切断線に沿う断面詳細図である。アイランド２の裏面に深さ１１、幅１２１で潰し加工部７ｂ、７ｅが形成されている。潰し深さ１１は板厚の半分以上あっても問題無く加工することが可能である。潰し深さを深くすることによりアイランドサイズをさらに拡大することができる。潰し幅１２はリードフレームの板厚Ｔと同等まで可能である。
【００３７】
吊りリード１８はアイランド２、インナーリード３、アイランド２の上に搭載された半導体素子（図示せず）、および半導体素子とインナーリードを接続するワイヤー（図示せず）を封止樹脂により封止したあとに切断されるので、切断された後の端面が封止樹脂から露出することになる。
【００３８】
図１７は本発明の第３の実施例であるノンリード型半導体パッケージに用いられるリードフレームの表平面図であり、スタンピングプレス抜き加工後にアイランド２の裏面の周囲に沿って潰し加工を行い、潰し加工部７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆが形成されている。アイランド２とインナーリード３間の隙間８はアイランド裏面に潰し加工部７ａ〜７ｆを設けることにより、スタンピングプレス抜き加工により設けられた当初の隙間を小さくすることができる。当初の隙間の大きさによっては潰し加工により半分以下の大きさとすることも可能となる。このためアイランドは縦横に拡大される。
【００３９】
図１７では左右となるアイランド２の両端に、アイランド２の両端から、アイランド２を支持するための吊りリード１８が延伸され、配置されているので、この部分では裏面に潰し加工部を設けることはできない。潰し加工部７ｂと７ｃ、７ｅと７ｆとは吊りリード１８によって分断されている。各インナーリード３には半導体パッケージの外に僅かに露出されるアウターリード２３が連なっている。
【００４０】
図１８は図１７で示されたＥ−Ｅ切断線に沿う断面詳細図である。アイランド２の裏面に深さ１１、幅１２で潰し加工部７ｃ、７ｅが形成されている。潰し深さ１１は板厚の半分以上あっても問題無く加工することが可能である。潰し深さを深くすることによりアイランドサイズをさらに拡大することができる。潰し幅１２はリードフレームの板厚Ｔと同等まで可能である。
【００４１】
図１９は図１７で示されたＦ−Ｆ切断線に沿う断面詳細図である。アイランド２の裏面に深さ１１、幅１２で潰し加工部７ａ、７ｄが形成されている。潰し深さ１１は板厚の半分以上あっても問題無く加工することが可能である。潰し深さを深くすることによりアイランドサイズをさらに拡大することができる。潰し幅１２はリードフレームの板厚Ｔと同等まで可能である。
【００４２】
吊りリード１８はアイランド２、インナーリード３、アイランド２の上に搭載された半導体素子（図示せず）、および半導体素子とインナーリードを接続するワイヤー（図示せず）を封止樹脂により封止したあとに切断されるので、切断された後の端面が封止樹脂から露出することになる。
【００４３】
以上説明したように本願に係る発明は、リードフレームを用いた半導体パッケージであればパッケージの形状に関わりなく実施することが可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１    リードフレーム
２    アイランド
３    インナーリード
４    インナーリード、アイランド間隙間
５    Ｘ方向アイランドサイズ
６    Ｙ方向アイランドサイズ
７    アイランド裏面潰し加工部
８    アイランド裏面潰し後インナーリード、アイランド間隙間
９    アイランド潰し後アイランドサイズＸ
１０  アイランド潰し後アイランドサイズＹ
１１  アイランド裏面潰し深さ１
１２  アイランド裏面潰し深さ２
１３  封止樹脂
１４  封止樹脂注入口(ゲート)
１５  ダイアタッチ剤
１６  半導体素子
１７  樹脂流入経路
１８  吊りリード
２０  ワイヤー
２３  アウターリード
Ｔ    リードフレーム板厚
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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