(57)【要約】【課題】リードフレームと樹脂の密着性を維持しつつ、クラックの発生を防ぎ、かつ実装時の半田漏れ性の低下を防ぐことができる信頼性の高い半導体装置を提供する。【解決手段】粗化された上面１５ａと側面１５ｂ、および粗化されていない下面１５ｃを有するアイランド部１５、ならびにインナーリード１２が粗化され、かつアウターリード１３が粗化されていない複数のリードを有するリードフレーム１１と、リードフレーム１１のアイランド部１５の上面１５ａに載置された半導体チップ１９と、半導体チップ１９の上面に設けられた複数の電極パッド２１と、複数の電極パッド２１と複数のインナーリード１２を接続する複数のワイヤ２３と、半導体チップ１９を封止する樹脂２５と、を備える。【選択図】図１
2008103455.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粗化された上面と側面、および粗化されていない下面を有するアイランド部、ならびにインナーリード部が粗化され、かつアウターリード部が粗化されていない複数のリードを有するリードフレームと、
前記リードフレームの前記アイランド部の前記上面に載置された半導体チップと、
前記半導体チップの上面に設けられた複数の電極パッドと、
前記複数の電極パッドと前記複数のリードを接続する複数のワイヤと、
前記半導体チップを封止する樹脂と、
を備える半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記リードフレームは、前記アイランド部の前記上面と前記側面、および前記複数のリードの前記インナーリード部の表面に形成された粗化めっき層を有する半導体装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体装置において、
前記粗化されていない前記アイランド部の前記下面および前記複数のリードの前記アウターリード部に対する、前記粗化された前記アイランド部の前記上面と前記側面、および前記複数のリードの前記インナーリード部の表面の比表面積比率は、１．１５以上である半導体装置。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれかに記載の半導体装置において、
前記リードフレームは、膨張係数が１６ｐｐｍ以上かつ２２ｐｐｍ以下の銅リードフレームである半導体装置。
【請求項５】
請求項１乃至４いずれかに記載の半導体装置において、
前記アイランド部の前記下面は、中央部に粗化された領域を含む半導体装置。
【請求項６】
インナーリード部とアウターリード部を有する複数のリードおよびアイランド部を有するリードフレームを準備する工程と、
前記リードフレームの前記複数のリードの前記インナーリード部および前記アイランド部の上面と側面以外をマスクする工程と、
前記複数のリードの前記インナーリード部および前記アイランド部の前記上面と前記側面を粗化する工程と、
前記粗化されたリードフレームの前記アイランド部の前記上面に半導体チップを載置する工程と、
前記半導体チップの上面に設けられた複数の電極パッドと前記粗化された複数のリードの前記インナーリード部を接続する工程と、
前記半導体チップを樹脂で封止する工程と、を含む半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の半導体装置の製造方法において、
前記マスクをする工程は、前記アイランド部の前記上面と前記側面および中央部、ならびに前記複数のリードの前記アウターリード部以外をマスクする工程を含む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、半導体装置および半導体装置の製造方法に関し、特に、リードフレームを用いた樹脂封止型半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５に示される、従来の半導体装置７は、リードフレーム１と、リードフレーム１のアイランド部２に接着剤３を介して載置された半導体チップ４と、半導体チップ４の複数の電極とリードフレーム１の複数のリードをそれぞれ接続する複数のワイヤ５と、半導体チップ４を封止する樹脂６と、を含む。
【０００３】
従来の半導体装置７において、アンカー効果が得られないために、モールド内の広い範囲で剥離が発生する危険性があった。そのため、樹脂６とリードフレーム１との密着性を上げるために、図６に示すように、従来の半導体装置１０のリードフレーム１の表面の全面を粗化めっき層８で粗化する手法が用いられるようになってきた。全面粗化することにより、アンカー効果が得られ、剥離は生じ難くなる。
【０００４】
また、特許文献１に記載された半導体装置は、リードフレーム１の一面全体をプラズマクリーニングすることによって粗化することで、ノンリード型半導体装置の外部電極端子と封止体との密着性を向上させている。あるいは、プレスによって、リードフレームのリードおよびタブ吊りリードの表面を凹凸面に変形させている。
【特許文献１】特開２００３−１５８２３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記文献記載の従来技術は、以下の点で改善の余地を有していた。
【０００６】
従来の半導体装置１０のようにリードフレーム１のアウターリードまで粗化されていると、半田濡れ性が低下してしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、粗化された上面と側面、および粗化されていない下面を有するアイランド部、ならびにインナーリード部が粗化され、かつアウターリード部が粗化されていない複数のリードを有するリードフレームと、
前記リードフレームの前記アイランド部の前記上面に載置された半導体チップと、
前記半導体チップの上面に設けられた複数の電極パッドと、
前記複数の電極パッドと前記複数のリードを接続する複数のワイヤと、
前記半導体チップを封止する樹脂と、
を備える半導体装置が提供される。
【０００８】
この発明によれば、アイランド部の上面および側面、ならびにインナーリード部の複数のリードを粗化することで、樹脂との密着性を保つことができ、剥離によるボンディングワイヤ接合部の亀裂の発生や、水分浸入による信頼性劣化を防止できる。一方、アイランド部の下面を粗化しないことで、アイランド部の下面を樹脂から剥離させることで、アイランドコーナー部に応力が集中せず、応力を逃すことらクラック発生を防止することができる。また、アウターリード部の複数のリードは粗化しないので、半導体装置を基板に実装する際のリード間位置合わせ時に、電子顕微鏡での画像認識が取り易い。さらに半田濡れ性も向上する。また、モールドの内側のみを粗化するので、樹脂封止時に樹脂のバリが発生するなどの不具合を生じない。このように信頼性の高い半導体装置が提供される。
【０００９】
以上、本発明の構成について説明したが、本発明は、これに限られず様々な態様を含む。
たとえば、本発明によれば、インナーリード部とアウターリード部を有する複数のリードおよびアイランド部を有するリードフレームを準備する工程と、
前記リードフレームの前記複数のリードの前記インナーリード部および前記アイランド部の上面と側面以外をマスクする工程と、
前記複数のリードの前記インナーリード部および前記アイランド部の前記上面と前記側面を粗化する工程と、
前記粗化されたリードフレームの前記アイランド部の前記上面に半導体チップを載置する工程と、
前記半導体チップの上面に設けられた複数の電極パッドと前記粗化された複数のリードの前記インナーリード部を接続する工程と、
前記半導体チップを樹脂で封止する工程と、を含む半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、リードフレームと樹脂の密着性を維持しつつ、クラックの発生を防ぎ、かつ実装時の半田漏れ性の低下を防ぐことができる高い信頼性を有する半導体装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態に係る半導体装置を模式的に示す断面図である。本実施形態の半導体装置１００は、粗化された上面１５ａと側面１５ｂ、および粗化されていない下面１５ｃを有するアイランド部１５、ならびにインナーリード部（インナーリード１２）が粗化され、かつアウターリード部（アウターリード１３）が粗化されていない複数のリードを有するリードフレーム１１と、リードフレーム１１のアイランド部１５の上面１５ａに載置された半導体チップ１９と、半導体チップ１９の上面１９ａに設けられた複数の電極パッド２１と、複数の電極パッド２１と複数のリード（インナーリード１２）を接続する複数のワイヤ２３と、半導体チップ１９を封止する樹脂２５と、を備える。
【００１３】
なお、以下の図において、本発明の本質に関わらない部分の構成については省略してある。
【００１４】
詳細には、本実施形態の半導体装置１００において、リードフレーム１１は、アイランド部１５と、インナーリード１２と、アウターリード１３とを含む。本発明は、膨張係数が大きい銅リードフレームや、樹脂との密着性が一般的に劣るパラジウムめっきリードフレームに対して特に有効である。
【００１５】
めっき層を形成する際、リードフレーム１１の表面側に、図２（ａ）に示す表面用マスクシート４１を対面させ、リードフレーム１１の裏面側に、図２（ｂ）に裏面用マスクシート４３を対面させて、両側から挟み、めっきしたい部分のみを露出させ、他の部分はマスクしてめっき処理を行う。表面用マスクシート４１および裏面用マスクシート４３は、たとえばゴムシートからなる。
【００１６】
図２（ａ）に示すように、表面用マスクシート４１は、リードフレーム１１のインナーリード１２と、アイランド部１５と、吊りピン２７と、が露出するように矩形の開口部４２が形成されている。また、図２（ｂ）に示すように、裏面用マスクシート４３は、リードフレーム１１のインナーリード１２および吊りピン２７のみが露出するように、矩形の開口部４４の中にアイランド部１５をマスクする形状を有するアイランド部マスク４５と、アイランド部マスク４５を開口部４４内に保持するための吊り部４７と、が形成されている。
【００１７】
表面用マスクシート４１および裏面用マスクシート４３で両側から把持されたリードフレーム１１をリフロー処理する。これにより、リードフレーム１１のインナーリード１２は全面に粗化めっき層１７が形成され、リードフレーム１１のアイランド部１５の上面１５ａおよび側面１５ｂに粗化めっき層１７が形成される。一方、マスクされていたアイランド部１５の下面１５ｃには粗化めっき層１７が形成されない。
【００１８】
粗化めっき層１７は、リードフレーム１１の表面にはじめに形成されるニッケルの平滑なめっき層と、その平滑なめっき層の上に形成されるニッケルの粗化めっき層と、その粗化めっき層の上に形成されるパラジウム層と、そのパラジウム層の上に形成される金めっき層と、を含む。めっきは電解めっきで行い、粗化めっき層を形成するためのめっき条件としては、たとえば、電流密度を高くするとともに、めっき液の金属密度を高くするのが好ましい。さらに、同めっき条件で、めっき時間を長くすることでめっき層を厚くするとより好ましい。
【００１９】
次に、本実施形態の半導体装置１００の製造方法について、図３を用いて以下に説明する。図３（ａ）〜図３（ｆ）は、本実施形態の半導体装置１００の各製造工程における断面図である。
【００２０】
本実施形態の半導体装置１００の製造方法は、インナーリード部（インナーリード１２）とアウターリード部（アウターリード１３）を有する複数のリードおよびアイランド部１５を有するリードフレーム１１を準備する工程（図３（ａ））と、リードフレーム１１の複数のリードのインナーリード部（インナーリード１２）およびアイランド部１５の上面１５ａと側面１５ｂ以外をマスクする工程（図３（ｂ））と、複数のリードのインナーリード部（インナーリード１２）およびアイランド部１５の上面１５ａと側面１５ｂを粗化する工程（図３（ｃ））と、粗化されたリードフレーム１１のアイランド部１５の上面１５ａに半導体チップ１９を載置する工程（図３（ｄ））と、半導体チップ１９の上面１９ａに設けられた複数の電極パッド２１と粗化された複数のリードのインナーリード部（インナーリード１２）を接続する工程（図３（ｅ））と、半導体チップ１９を樹脂２５で封止する工程（図３（ｆ））と、を含む。
【００２１】
詳細には、図３（ａ）に示すように、はじめに、リードフレーム１１を準備する。本実施形態において、リードフレーム１１は、銅リードフレームである。本発明は、室温〜３００℃における膨張係数が大きい、たとえば、１６ｐｐｍ以上かつ２２ｐｐｍ以下、好ましくは約１６．５ｐｐｍの銅リードフレームに対して有効である。あるいは、本発明は、樹脂２５との密着性が一般的に劣るパラジウムめっきリードフレームに対して特に有効である。
【００２２】
次に、図３（ｂ）に示すように、リードフレーム１１の表面側に表面用マスクシート４１、リードフレーム１１の裏面側に裏面用マスクシート４３を対面させてリードフレーム１１を挟んで把持する。リードフレーム１１のインナーリード１２の全面と、リードフレーム１１のアイランド部１５の上面１５ａと側面１５ｂが露出された状態となる。このようにマスクすることにより、リードフレーム１１の全面を粗化するのではなく、モールドの内側だけを粗化する。このとき、モールド金型のズレのバラツキなどを考慮して粗化エリアを設定する。
【００２３】
次に、図３（ｃ）に示すように、リードフレーム１１のインナーリード１２の全面と、リードフレーム１１のアイランド部１５の上面１５ａと側面１５ｂに粗化めっき層１７を形成する。粗化めっき層１７の形成については、上述した通りである。なお、第３層のパラジウムめっきおよび第４層の金めっきは、図３（ｄ）に示すように、表面用マスクシート４１および裏面用マスクシート４３を取り外した後に行う。
【００２４】
粗化されていない平滑な表面（アイランド部１５の下面１５ｃ、アウターリード１３の表面）と、粗化めっき層１７が形成されて粗化された表面（アイランド部１５の上面１５ａ、側面１５ｂ、インナーリード１２の表面）と、の、比表面積比は、１（平滑面）：１．２５（粗化面）程度となる。表面粗さ（Ｒａ）は、実測値において、２９．４ｎｍ〜１０８．９ｎｍであった。好ましくは、粗化されていない表面に対する粗化された表面の比表面積比率は、１．１５以上である。このように粗化された表面の方が、粗化されていない表面よりも表面粗さが大きい。
【００２５】
あるいは、他の実施形態において、リードフレーム１１をエッチングして粗化した後、ニッケルめっき層、パラジウムめっき層、金めっき層を形成することもできる。これにより、リードフレーム１１のアイランド部１５の上面１５ａ、側面１５ｂ、およびリードフレーム１１のインナーリード１２の表面が粗化される。
【００２６】
次に、図３（ｄ）に示すように、表面用マスクシート４１および裏面用マスクシート４３を取り外し、リードフレーム１１のアイランド部１５の上面１５ａに半導体チップ１９を接着剤２０を介して載置する。
【００２７】
次に、図３（ｅ）に示すように、半導体チップ１９の複数の電極パッド２１上にバンプ２２をそれぞれ形成し、バンプ２２を介して金細線などのワイヤ２３を用いてリードフレーム１１の対応するインナーリード１２にワイヤボンディングする。そして、図３（ｆ）に示すように、半導体チップ１９、ワイヤ２３、リードフレーム１１のアイランド部１５およびインナーリード１２を含むように樹脂２５で封止する。樹脂２５は、一般的なエポキシ樹脂を用いることもできるが、本発明では、樹脂２５として、安価で密着性が劣る封止剤であるビフェニール系樹脂を用いることができ、信頼性を保つことができる。その後、リードフレーム１１のアウターリード１３を所定の形状に成形し、図１の半導体装置１００が完成する。
【００２８】
このようにして製造された半導体装置１００において、樹脂２５と粗化されたリードフレーム１１との密着性について実験した結果、粗化されていないリードフレーム１１の場合に比較して、良好な密着性が得られた。アイランド部１５の上面１５ａおよび側面１５ｂ、並びに、インナーリード１２の表面を粗化することで、樹脂２５との密着性を保つことができ、剥離によるボンディングワイヤ接合部の亀裂の発生や、水分浸入による信頼性劣化を防止できる。
【００２９】
また、図６に示す従来の半導体装置において、リードフレーム１の表面の全面を粗化した場合、半導体装置１０にかかる応力がアイランド部２のコーナー部に集中し、温度サイクル試験時にクラックを生じてしまう可能性があった。しかし、本実施形態の半導体装置１００によれば、アイランド部１５の下面１５ｃを粗化せずに、下面１５ｃを樹脂２５から剥離させることで、アイランドコーナー部に応力が集中せず、応力を逃すことでクラック発生を防止することができ、信頼性が向上する。
【００３０】
また、図６の従来の半導体装置１０においては、基板実装時に半導体装置１０の表面を電子顕微鏡で画像を観察しながらリード間の位置合わせを行うが、全面粗化された半導体装置１０では、画像の品質が低下し、認識が困難になっていた。しかし、本実施形態の半導体装置１００によれば、リードフレーム１１のアウターリード１３は粗化されていないため、半導体装置１００を基板に実装する際のリード間位置合わせ時に、電子顕微鏡での画像認識が取り易い。さらに半田濡れ性も向上する。また、モールドの内側のみを粗化するので、樹脂封止時に樹脂のバリが発生するなどの不具合を生じない。また、密着性を得るために高価な特殊エポキシなどを使用する必要がなく、安価な汎用封止材を用いることができる。
【００３１】
また、本発明に係る半導体装置は、温度サイクル時に応力が集中し易い極小のアイランド部を有する半導体装置に対しても有効である。図４に、極小アイランド部５５と対面する半導体チップ１９の下面の面積より小さい上面の面積を有する極小アイランド部５５を有するリードフレーム１１を用いた半導体装置１１０を示す。
【００３２】
半導体装置１１０においても、上記実施の形態の半導体装置１００と同様な効果を奏することができる。
【００３３】
表１に、本発明に係る半導体装置と従来の半導体装置におけるインナーリードボンディング部の剥離発生数および樹脂クラック発生数を比較実験した結果を示す。
【表１】
2008103455.tif 000003
【００３４】
図１の通常アイランド品の半導体装置において、粗化を行わない従来の半導体装置では、インナーリードボンディング部における剥離が２２製品中全２２製品で発生した。樹脂クラック発生はなかった。また、全面粗化を行った半導体装置では、樹脂クラックが４製品中全４製品で発生した。インナーリードボンディング部における剥離発生はなかった。一方、本発明のアイランド部１５の下面１５ｃを粗化しない半導体装置１００では、インナーリード１２ボンディング部における剥離および樹脂２５クラックがともに発生しなかった。図４の極小アイランド半導体装置１１０も同様の結果となった。このように、本発明によれば、信頼性の高い半導体装置が提供されることとなる。
【００３５】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【００３６】
たとえば、他の実施形態の半導体装置において、アイランド部１５の下面１５ｃは、中央部に粗化された領域を含むことができる。この粗化領域は、アイランド部１５の周縁部から均等に内方に形成されるのが好ましい。アイランド部１５の面積が広い半導体装置１００の場合に、アイランド部１５の下面１５ｃの全面を粗化せずに、樹脂２５から剥離させると、樹脂２５とアイランド部１５の下面１５ｃとの間の隙間が大きくなり半導体装置１００が膨張してしまうという問題が生じる。
【００３７】
この構成よれば、アイランド部１５の下面１５ｃの中央部の粗化領域により樹脂２５とアイランド部１５の下面１５ｃが部分的に密着するので、半導体装置１００の膨張を防ぐことができ、かつアイランド部１５の下面１５ｃの周縁部は粗化されないので樹脂２５から剥離させることで、アイランドコーナー部には応力が集中せず、応力を逃すことができ、クラック発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態に係る半導体装置を模式的に示した断面図である。
【図２】図１の半導体装置をマスクする工程を説明するための平面図である。
【図３】図１の半導体装置の製造工程を説明するための断面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る半導体装置を模式的に示した断面図である。
【図５】従来の半導体装置を模式的に示した断面図である。
【図６】従来の半導体装置を模式的に示した断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１１  リードフレーム
１２  インナーリード
１３  アウターリード
１５  アイランド部
１５ａ  上面
１５ｂ  側面
１５ｃ  下面
１７  粗化めっき層
１９  半導体チップ
１９ａ  上面
２０  接着剤
２１  電極パッド
２２  バンプ
２３  ワイヤ
２５  樹脂
２７  吊りピン
４１  表面用マスクシート
４２  開口部
４３  裏面用マスクシート
４４  開口部
４５  アイランド部マスク
４７  吊り部
５５  極小アイランド部
１００  半導体装置
１１０  半導体装置
【図１】
2008103455.tif 000004
【図２】
2008103455.tif 000005
【図３】
2008103455.tif 000006
【図４】
2008103455.tif 000007
【図５】
2008103455.tif 000008
【図６】
2008103455.tif 000009