(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
格子状に配列した複数のランド構成体と、
前記ランド構成体の上面に搭載された半導体素子と、
前記半導体素子と前記ランド構成体とを電気的に接続する接続部材と、
前記ランド構成体の少なくとも底面と側面の一部とを露出するように、前記ランド構成体と前記半導体素子と前記接続部材とを封止した封止樹脂とよりなり、
前記ランド構成体の前記封止樹脂から露出した前記底面と前記側面の一部のうち、前記底面のみ金属メッキ層が形成されており、
前記底面の前記金属メッキ層上にのみ電極部材が付設されていることを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
【請求項２】
前記電極部材は半田ボールであることを特徴とする請求項１に記載の樹脂封止型半導体装置。
【請求項３】
金属メッキ層を有する金属板よりなるフレーム本体と、前記フレーム本体と薄厚部により接続し前記フレーム本体よりも上面側に突出して形成され、上面および底面に前記金属メッキ層を有するランド構成体とよりなるターミナルランドフレームを用意する工程と、
前記ランド構成体の上面に半導体素子を搭載する工程と、
前記半導体素子と前記ランド構成体とを電気的に接続する工程と、
前記ターミナルランドフレームの上面側であって、前記半導体素子と前記ランド構成体の上面とを封止樹脂により封止する工程と、
前記ターミナルランドフレームの前記薄厚部を破断させ、その破断面を前記封止樹脂から露出させて前記金属メッキ層を有さない前記ランド構成体の側面を形成する工程と、
前記ランド構成体の底面の前記金属メッキ層上にのみ電極部材を付設する工程とを有することを特徴とする樹脂封止型半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記電極部材を付設する工程では、半田ボールを付設することを特徴とする請求項３に記載の樹脂封止型半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、従来のビーム状のリードを備えたリードフレームに代えて、外部端子となるランド体を半切断状態で備えたフレームであるターミナルラン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もので、特に基板実装強度を向上させることができる樹脂封止型半導体装置と、それを効率よく製造できる樹脂封止型半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の小型化に対応するために、樹脂封止型半導体装置などの半導体部品の高密度実装が要求され、それにともなって、半導体部品の小型、薄型化が進んでいる。また小型で薄型でありながら、多ピン化が進み、高密度の小型、薄型の樹脂封止型半導体装置が要望されている。
【０００３】
従来の樹脂封止型半導体装置としては、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）等の半導体パッケージが代表されるが、将来のさらなる多ピン化、薄型化の要望に応えられる樹脂封止型半導体装置としては、特許第２９８６７８７号、特許第２９８６７８８号および特許第２９９７２５５号に記載の技術がある。
【０００４】
以下、本発明の先行する技術として、特許第２９８６７８７号、特許第２９８６７８８号および特許第２９９７２５５号に示された技術を援用して説明する。
【０００５】
図７は、先行技術のターミナルランドフレームの構成を示す図であり、図７（ａ）はターミナルランドフレームを示す断面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）におけるＡ−Ａ１箇所の一部の断面を示している。図８は図７におけるランド構成体部分を拡大して示す断面図である。
【０００６】
図示するようにターミナルランドフレームは、銅材または、４２−アロイ等の通常のリードフレームに用いられている金属板よりなるフレーム本体１と、そのフレーム本体１の領域内に格子状に配設されて、薄厚部２によりフレーム本体１と接続し、かつフレーム本体１よりも突出して形成された複数のランド構成体３とよりなるものである。すなわち、フレーム本体１、ランド構成体３および薄厚部２は同一の金属板より一体で形成されているものである。そしてランド構成体３はフレーム本体１１から突出した方向への押圧力により、薄厚部２が破断されてランド構成体３がフレーム本体１より分離される構成を有するものである。ランド構成体３の格子状の配列は、千鳥格子状、碁盤の目格子状、またはランダムに面配置してもよいが、搭載する半導体素子との金属細線による接続に好適な配置を採用するものである。
【０００７】
また図８に示すように、ランド構成体３の底面部分３ａに対して、突出した方向への押圧力を印加することにより、薄厚部２の破線部分で破断されることになり、フレーム本体１からランド構成体３が分離するものである。ここで、薄厚部２はフレーム本体１自体に対して、打ち抜き加工の半切断手段により形成される「繋ぎ部分」であり、フレーム本体１のランド構成体を形成したい部分をパンチ部材を用いて打ち抜き加工し、完全に打ち抜かずに、途中、好ましくは半分程度の打ち抜きで止め、途中まで打ち抜かれた部分がフレーム本体１から突出し、その突出した部分がランド構成体３を構成するとともに、フレーム本体１と切断されずに接続している繋ぎ部分が薄厚部２を構成するものである。したがって、薄厚部２は極薄であり、ランド構成体３の底面部分３ａに対して、突出した方向への押圧力を印加する程度で、薄厚部２が破断する厚みを有するものである。
【０００８】
また、フレーム本体１よりも突出して形成されたランド構成体３は、その突出量はフレーム本体１自体の厚みの過半数以上の突出量を有しており、ランド構成体３がフレーム本体１から突出した方向への押圧力により、薄厚部２が破断されてランド構成体３がフレーム本体１より分離される構成を実現できるよう構成されている。例えば、ターミナルランドフレーム自体の厚み、すなわちフレーム本体１の厚みを２００［μｍ］とし、ランド構成体３の突出量を１４０［μｍ］〜１８０［μｍ］（フレーム本体１０の厚みの７０［％］〜９０［％］）としている。なお、フレーム本体１の厚みは、２００［μｍ］に限定するものではなく、必要に応じて、４００［μｍ］の厚型のフレームとしてもよい。また、ランド構成体３の突出量に関しても、過半数以上のフレーム本体厚みの７０［％］〜９０［％］の突出量としているが、半数以下の突出量としてもよく、薄厚部２部分が破断される範囲で、突出量を設定できるものである。
【０００９】
またこの技術のターミナルランドフレームは、その表面がメッキ処理されたものであり、必要に応じて例えば、ニッケル（Ｎｉ），パラジウム（Ｐｄ）および金（Ａｕ）などの金属が積層されて適宜メッキされているものである。メッキ処理については、ランド構成体３を成形した後に行ってもよく、または金属板へのランド構成体の成形前に行ってもよい。またターミナルランドフレームの表面粗さについては、極めて平坦であって、０．１［μｍ］以下であり、封止樹脂との剥離性に影響するものであり、ランド構成体３以外の部分には無用な凹凸がないようにする必要がある。
【００１０】
またこのターミナルランドフレームにおいては、ランド構成体３の突出した上面部分は、コイニングと称されるプレス成形により、その突出した上面形状が上面平坦なキノコ状を構成するものである。このコイニングによる形状により、ターミナルランドフレームに対して、半導体素子を搭載し、樹脂封止した際、封止樹脂のランド構成体への食いつきを良好にし、封止樹脂との密着性を向上させ、片面封止であっても樹脂封止の信頼性を得ることができるものである。また形状は上面平坦なキノコ状に限定されるものではなく、鍵状等の封止樹脂とのアンカー作用のある上面平坦な形状であればよい。
【００１１】
この技術のターミナルランドフレームでは、あえて半導体素子が搭載される部材であるダイパッド部を設けていないが、フレーム本体１の領域内に設けたランド構成体３の群の内、一部のランド構成体をダイパッド部として使用し、半導体素子の支持用のランド構成体とすることができる。このことにより、品種の違いにより、ターミナルランドフレーム上に搭載する半導体素子の大きさに差があった場合でも、適宜、ランド構成体３の群の一部を支持用のランド構成体として使用し、その他のランド構成体３をその搭載した半導体素子との電気的な接続用のランド構成体として使用することにより、ターミナルランドフレームを共用することができ、一枚のフレーム中で複数の大きさの異なる半導体素子を搭載し、樹脂封止型半導体装置を得ることができる。
【００１２】
なお、ランド構成体３の数は、搭載する半導体素子のピン数などにより、その数を適宜設定できるものである。そして図７に示すように、ランド構成体３はフレーム本体１の領域に形成するが、左右・上下に連続して形成できるものである。またランド構成体３の形状は円形としているが、角形や長方形でもよく、また大きさは、ターミナルランドフレーム内ですべて同一としてもよいし、樹脂封止型半導体装置を構成し、ランド電極とした場合、基板実装の際の応力緩和のために、周辺部に位置するランド構成体３を大きくするようにしてもよい。この技術では、ランド構成体３の上面の大きさは、半導体素子を搭載し、電気的接続手段として、金線等の金属細線により接続する際、ボンディング可能な大きさであればよく、１００［μｍ］φ以上の大きさとしている。
【００１３】
また、ここで示したターミナルランドフレームは、従来のようなインナーリード部、アウターリード部、ダイパッド部などを有さず、ランド電極としてランド構成体３を有し、そのランド構成体３を半導体素子が搭載される面内に格子状、千鳥状に配列することにより、このターミナルランドフレームを用いて樹脂封止型半導体装置を構成した場合、底面にランド電極を備えた樹脂封止型半導体装置を実現することができる。また従来のように電極となる構成が、ビーム状のリード構成ではなく、ランド構成体３であるため、それらを面状に配置することができ、ランド構成体３の配置の自由度が向上し、多ピン化に対応することができる。勿論、搭載する半導体素子のピン数により、ランド構成体３の配置は設定するものであり、従来のような一連の配置でもよい。
【００１４】
次にこの技術のターミナルランドフレームの製造方法について説明する。
【００１５】
図９および図１０は、ターミナルランドフレームの製造方法を示す断面図であり、ランド構成体部分を示す断面図である。
【００１６】
まず図９に示すように、ターミナルランドフレームのフレーム本体となる金属板４を打ち抜き金型のダイ部５に載置し、金属板４の上方から押え金型６により押さえる。ここで図９において、ダイ部５には、打ち抜き用の開口部７が設けられている。また、金属板４に対して上方には、パンチ部材８が設けられており、パンチ部材８により金属板４が押圧され打ち抜き加工された際、金属板４の押圧された箇所が開口部７に打ち抜かれる構造を有している。
【００１７】
次に図１０に示すように、ダイ部５上の所定の位置に固定した金属板４に対して、その上方からパンチ部材８により押圧による打ち抜き加工を行い、金属板４の一部をダイ部５側の開口部７側に突出するように押圧して、金属板４の所定箇所を半切断状態にし、ランド構成体３を形成する。ここで薄厚部２により金属板４と接続されて残存し、かつ金属板４の本体部よりも突出して形成されたランド構成体３を形成するものである。
【００１８】
ここでは、パンチ部材８により金属板４の一部を打ち抜き加工する際、完全に打ち抜かず、途中でパンチ部材８の押圧を停止させることで、半切断状態を形成し、金属板４の押圧された部分を切り離すことなく、金属板４の本体に接続させて残存させるものである。また、金属板４のランド構成体３を形成する部分に接触するパンチ部材８の接触面積はダイ部５に設けた開口部７の開口面積よりも小さく、そのパンチ部材８により、金属板４の一部を押圧して金属板４から突出したランド構成体３を形成する工程においては、金属板４から突出したランド構成体３の上面部分３ｂの面積が、金属板４側に接続したランド構成体３の底面部分３ａの面積よりも大きく、ランド構成体３の突出した側の上面のエッジ部は抜きダレによる曲面を有しているランド構成体３を形成するものである。この構造により、形成されたランド構成体３は、それが突出した方向に対しての押圧力、すなわちランド構成体３の底面部分３ａ側からの押圧力により、容易に分離されるものであり、またそれが突出した方向、すなわちランド構成体３の上面部分３ｂからの押圧力によっては分離しないものであり、一方向からの押圧力にのみ分離する構造となる。
【００１９】
また、ランド構成体３の突出した上面部分に対して、コイニングと称されるプレス成形を行うことにより、その突出した上面形状が上面平坦なキノコ状を構成するようにしてもよい。このコイニングによる形状により、ターミナルランドフレームに対して、半導体素子を搭載し、樹脂封止した際、封止樹脂のランド構成体への食いつきを良好にし、アンカー効果を得て、封止樹脂との密着性をさらに向上させ、片面封止であっても樹脂封止の信頼性を得ることができるものである。
【００２０】
また、金属板４に対してランド構成体３を形成する際、金属板４の一部を突出させるその突出量については、金属板４自体の厚みの過半数以上とし、ここでは、２００［μｍ］の金属板４の厚みに対して、１４０［μｍ］〜１８０［μｍ］（金属板自体の厚みの７０［％］〜９０［％］）突出したランド構成体３を形成している。したがって、突出して形成されたランド構成体３は、金属板４の本体に対して、極めて薄い厚みの薄厚部２により接続されていることになる。ここでは、薄厚部２の厚みとしては、２０［μｍ］〜６０［μｍ］（金属板自体の厚みの１０［％］〜３０［％］）の微少な厚みであり、ランド構成体３自体が突出した方向に対しての押圧力により、容易に分離されるものである。なお、フレーム本体の厚みは、２００［μｍ］に限定するものではなく、必要に応じて、４００［μｍ］の厚型のフレームとしてもよい。また、ランド構成体３の突出量に関しても、過半数以上の突出量としたが、半数以下の突出量としてもよく、薄厚部２部分が破断される範囲で、突出量を設定できるものである。
【００２１】
ここでこの技術のランド構成体３を形成する際の半切断について説明する。図１１は金属板４に対して押圧し、半切断状態を構成した際のランド構成体３と金属板４、および薄厚部２の部分の構造図である。
【００２２】
図１１に示すように、金属板４に対してランド構成体３を形成した際、金属板４のランド構成体３部分は、図９，図１０に示したパンチ部材８による打ち抜き加工によって発生した抜きダレ部９と、パンチ部材８によりせん断されたせん断部１０と、ランド構成体３自体が突出した方向に対しての押圧力により、容易にランド構成体３が分離した際の破断面となる破断部１１を有している。ランド構成体３の形成としては、パンチ部材８により打ち抜き加工した際、抜きダレ部９，せん断部１０，破断部１１の順に形成されていくものである。破断部１１となる部分は薄厚部２であり、図面上はモデル的に示している関係上、相当の厚みを有しているように示されているが、実質的には極めて薄い状態である。また金属板４の打ち抜き加工においては、理想的な状態は、Ａ：Ｂ＝１：１であり、パンチ部材８が金属板４を打ち抜き、金属板４の厚みの１／２を打ち抜いた時点でパンチ部材８を停止させ、打ち抜きを完了させるものであるが、その条件は適宜、設定するものである。
【００２３】
また打ち抜き加工において、クリアランスの値を変更することにより、せん断部１０と破断部１１との長さを操作することができ、クリアランスを小さくすると、せん断部１０を破断部１１よりも大きくすることができ、逆にクリアランスを大きくすると、せん断部１０を破断部１１よりも小さくすることができる。したがって、クリアランスをゼロとし、破断部１１の長さを短く抑えることで、金属板４の抜き完了のタイミングを遅らせ、パンチ部材８が金属板４の１／２以上入っても、抜きが完了しないようにできるものである。ここでクリアランスは、パンチ部材８の大きさとダイ部５の開口部７の大きさとの差により形成された隙間の量を示している。
【００２４】
次にこのターミナルランドフレームを用いた樹脂封止型半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。図１２，図１３はターミナルランドフレームを用いた樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す工程ごとの断面図である。
【００２５】
まず図１２（ａ）に示すように、前述した通りのフレーム本体１と、そのフレーム本体１の領域内に配設されて、薄厚部２によりフレーム本体１と接続し、かつフレーム本体１よりも突出して形成された複数のランド構成体３とよりなり、ランド構成体３はフレーム本体１からそれが突出した方向への押圧力により、薄厚部２が破断されてランド構成体３がフレーム本体１より分離される構成を有するターミナルランドフレームを用意する。
【００２６】
次に図１２（ｂ）に示すように、ターミナルランドフレームのランド構成体３が突出した面側であって、ランド構成体３の内、所定の第１のランド構成体３上に導電性接着剤、または絶縁性ペーストなどの接着剤１２により半導体素子１３を載置、接合する。この工程は半導体装置の組立工程におけるダイボンド工程に相当する工程であり、ターミナルランドフレームへの接着剤１２の塗布、半導体素子１３の載置、加熱処理により半導体素子１３を接合するものである。ここで、ターミナルランドフレームは、ランド構成体３が突出した方向に対しての押圧力、すなわちランド構成体３の底面部分側からの押圧力により、容易に分離されるものであるが、それが突出した方向、すなわちランド構成体３の上面部分からの押圧力によっては分離しないものであり、一方向からの押圧力にのみ分離する構造であるため、半導体素子１３を搭載する際、フレームに対して下方の押圧力が作用しても、ランド構成体３は分離せず、安定してダイボンドできるものである。
【００２７】
次に図１２（ｃ）に示すように、ターミナルランドフレーム上に接合した半導体素子１３とランド構成体３の内、外部ランド電極となる第２のランド構成体３とを金属細線１４により電気的に接続する。したがって、ランド構成体３は上面の金属細線１４が接続される面の直径は１００［μｍ］φ以上である。また、この工程においても、ランド構成体３は一方向からの押圧力にのみ分離する構造であるため、金属細線１４をランド構成体３の上面に接続する際、下方に押圧力が作用しても、ランド構成体３は分離せず、安定してワイヤーボンドできるものである。
【００２８】
次に図１３（ａ）に示すように、ターミナルランドフレーム上に接合した半導体素子１３、および電気的接続手段である金属細線１４の領域に対して、個々の半導体素子単位で封止樹脂１５により封止する。通常は上下封止金型を用いたトランスファーモールドにより片面封止を行う。ここではターミナルランドフレームの半導体素子１３が搭載された面のみが封止樹脂１５により封止されるものであり、片面封止構造となっている。そして各ランド構成体３は突出して設けられているため、封止樹脂１５がその段差構造に対して、食いつくため片面封止構造であっても、ターミナルランドフレームと封止樹脂１５との密着性を得ることができる。
【００２９】
次に図１３（ｂ）に示すように、ターミナルランドフレームを固定した状態、例えばターミナルランドフレームの端部を固定し、封止樹脂１５で封止した領域をフリーにした状態で、ターミナルランドフレームの下方からランド構成体３の底面に対して、押圧力を印加する。この場合、ターミナルランドフレームの端部を固定し、その下方から突き上げピンにより突き上げて押圧力を印加することにより、ランド構成体３とターミナルランドフレームのフレーム本体１とが分離するものである。すなわちランド構成体３とフレーム本体１とを接続している極薄の薄厚部２が突き上げによる押圧力で破断されることにより分離されるものである。また、突き上げる場合は、一部の例えば中央部付近の半導体素子１３の下方に位置するランド構成体３のみを突き上げてもよく、または周辺部のランド構成体３を突き上げてもよく、またはすべてのランド構成体３を突き上げてもよい。ただし、部分的な突き上げによりランド構成体３が封止樹脂１５から剥離したり、破損しない範囲で突き上げを行う。
【００３０】
そして図１３（ｃ）に示すように、ランド構成体とフレーム本体とを接続している極薄の薄厚部が突き上げによる押圧力で破断されることにより分離されて、樹脂封止型半導体装置１６を得ることができる。
【００３１】
なお、ここで封止樹脂とフレーム本体との剥離は、フレーム本体のランド構成体を形成した部分以外の領域と封止樹脂との密着性が弱く、ランド構成体が分離されることにより、樹脂封止型半導体装置１６を取り出すことができるものである。ランド構成体部分はその凹凸形状が封止樹脂に食い込むため、剥離せずに封止樹脂内に形成されるものである。図示するように、樹脂封止型半導体装置１６は、ランド構成体３がその底面に配列され、またランド構成体３が封止樹脂１５の底面よりも突出して設けられ、基板実装時のスタンドオフが形成されているものである。ここで樹脂封止型半導体装置１６のランド構成体３の突出量は、フレーム本体の厚み量からランド構成体３が突出した量を差し引いた量となり、ランド構成体３の外部ランド電極としてのスタンドオフが形成されるものである。ここでは、２００［μｍ］の厚みのフレーム本体に対して、ランド構成体３を１４０［μｍ］〜１８０［μｍ］（フレーム本体の厚みの７０［％］〜９０［％］）突出させているため、スタンドオフ高さの量は、２０［μｍ］〜６０［μｍ］（フレーム本体の厚みの１０［％］〜３０［％］）となり、基板実装時のスタンドオフを有したランド電極を得ることができる。
【００３２】
以上のように、本発明の先行技術としては、複数のランド構成体が破断容易な薄厚部でその板材に接続されたターミナルランドフレームを用いることにより、将来のさらなる多ピン化、薄型化の要望に応えられる樹脂封止型半導体装置を製造できるものであった。
【００３３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前記したターミナルラン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では、樹脂封止型半導体装置を個々にフレーム本体から押圧力により分離させて製造するには優れた工法であるものの、分離により得られた樹脂封止型半導体装置の外部電極を構成するランド構成体は、ターミナルランドフレームの特質上、微少な突出量でパッケージ外部に露出するものであり、その突出量を有した外部電極は、基板実装時の実装強度と信頼性とにおいて不安が残り、来る将来の過酷な使用状況下での実装強度への耐久性が得られない恐れがあるという問題がある。
【００３４】
本発明は前述したターミナルランドフレームを用いた樹脂封止型半導体装置において、得られる樹脂封止型半導体装置の品質を劣化することなく、また将来の基板実装強度に対する耐久性を得て、信頼性、実装性に優れた樹脂封止型半導体装置およびその製造方法を提供するものであり、ターミナルランドフレームの構造上の特徴を活かし、精度よく強度を有した外部電極を形成できるターミナルラン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を提供することを目的とする。
【００３５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の樹脂封止型半導体装置は、金属板よりなるフレーム本体と、前記フレーム本体の領域内に配設されて、薄厚部により前記フレーム本体と接続し、かつ前記フレーム本体よりも突出して形成され、その底面の面積よりも上面の面積が大きい複数のランド構成体とよりなり、前記ランド構成体は前記フレーム本体から突出した方向への押圧力によってのみ、前記薄厚部が破断されて前記ランド構成体が前記フレーム本体より分離される構成であるターミナルランドフレームを用いて形成された樹脂封止型半導体装置であって、第１のランド構成体上に搭載された半導体素子と、前記半導体素子の周辺に配置され、前記半導体素子と金属細線により電気的に接続された第２のランド構成体と、前記第１のランド構成体，第２のランド構成体の各ランド構成体の底面を突出させて前記半導体素子の外囲を封止した封止樹脂とよりなり、前記各ランド構成体の封止樹脂からの突出量は、前記フレーム本体の厚み量から前記ランド構成体が前記フレーム本体から突出した量を差し引いた量であり、前記各ランド構成体の封止樹脂から突出した平面と側面のうち、前記平面にのみ電極部材が突出して付設されている樹脂封止型半導体装置である。
【００３６】
具体的には、電極部材は半田ボールである樹脂封止型半導体装置である。
【００３７】
前記構成の通り、本発明の樹脂封止型半導体装置は、樹脂封止型半導体装置の底面のランド構成体に対してボール状の電極部材を付設しているので、プリント基板等の基板実装時の実装強度が向上するとともに、基板実装信頼性の高い樹脂封止型半導体装置を実現できるものである。
【００３８】
また本発明の樹脂封止型半導体装置の製造方法は、金属板よりなるフレーム本体と、前記フレーム本体の領域内に配設されて、薄厚部により前記フレーム本体と接続し、かつ前記フレーム本体よりも突出して形成され、その底面の面積よりも上面の面積が大きい複数のランド構成体群とよりなり、前記ランド構成体群は前記フレーム本体から突出した方向への押圧力によってのみ、前記薄厚部が破断されて前記ランド構成体群が前記フレーム本体より分離される構成であるターミナルランドフレームを用意する工程と、前記ターミナルランドフレームの前記ランド構成体群の一部のランド構成体の突出した側に半導体素子を複数個搭載する工程と、搭載した各半導体素子と各ランド構成体とを金属細線により電気的に接続する工程と、前記ターミナルランドフレームの上面側であって、搭載した各半導体素子の外囲を封止樹脂により封止し、樹脂封止型半導体装置構成体を形成する工程と、前記ターミナルランドフレームの下方から前記ランド構成体の底面に対して、押圧力を印加し、前記ターミナルランドフレームの前記フレーム本体と前記ランド構成体とを接続している薄厚部を破断させ、樹脂封止型半導体装置構成体を前記フレーム本体から分離する工程と、前記樹脂封止型半導体装置構成体の底面に露出したランド構成体に対して、導電性材料からなる電極部材を付設する工程とを有する樹脂封止型半導体装置の製造方法である。
【００３９】
具体的には、金属板よりなるフレーム本体と、前記フレーム本体の領域内に配設されて、薄厚部により前記フレーム本体と接続し、かつ前記フレーム本体よりも突出して形成され、その底面の面積よりも上面の面積が大きい複数のランド構成体群とよりなり、前記ランド構成体群は前記フレーム本体から突出した方向への押圧力によってのみ、前記薄厚部が破断されて前記ランド構成体群が前記フレーム本体より分離される構成であるターミナルランドフレームを用意する工程では、表層に金属メッキ層が形成されたターミナルランドフレームを用意する樹脂封止型半導体装置の製造方法である。
【００４０】
また、半導体装置構成体の底面に露出したランド構成体に対して、導電性材料からなる電極部材を付設する工程では、ランド構成体の露出した側面と平面のうち、平面にのみ電極部材を付設する樹脂封止型半導体装置の製造方法である。
【００４１】
また、半導体装置構成体の底面に露出したランド構成体に対して、導電性材料からなる電極部材を付設する工程では、半田ボールを付設する樹脂封止型半導体装置の製造方法である。
【００４２】
前記構成の通り、本発明の樹脂封止型半導体装置の製造方法は、ターミナルランドフレーム上に半導体素子を搭載、金属細線接続、樹脂封止後には、ターミナルランドフレームのフレーム本体から樹脂封止型半導体装置構成体を得て、その樹脂封止型半導体装置構成体の底面のランド構成体に対して精度よくボール状の電極部材を付設できるので、得られた樹脂封止型半導体装置の基板実装時の実装強度が向上するとともに、基板実装信頼性の高い樹脂封止型半導体装置を効率よく製造できるものである。
【００４３】
また、樹脂封止型半導体装置の製造に使用したターミナルランドフレームは、表層に金属メッキ層が形成されたターミナルランドフレームであるため、ランド構成体の露出した平面と側面のうち、平面にのみ電極部材が付設されるものである。これはランド構成体の露出した平面は金属メッキ層が残存しており、破断された側面は金属メッキ層が存在しないため、精度よく平面上にのみ電極部材が形成されるものである。この構造により、半田ボール等の電極部材を形成する場合、ランド構成体の側面に電極部材が広がらず、隣接ランド構成体間での電極部材の接触を防止できる。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のターミナルランドフレームを用いた場合の樹脂封止型半導体装置およびその製造方法の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００４５】
まず図１は本実施形態で使用するターミナルランドフレームを示す図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＢ−Ｂ１箇所の一部の断面を示している。なお、本実施形態のターミナルランドフレームは、前述した先行技術で示したターミナルランドフレームと同様の構成を有しているものである。
【００４６】
図示するように本実施形態のターミナルランドフレームは、銅材または、４２−アロイ等の通常のリードフレームに用いられている金属板よりなるフレーム本体１と、そのフレーム本体１の領域内に格子状に配設されて、薄厚部２によりフレーム本体１と接続し、かつフレーム本体１よりも突出して形成された複数のランド構成体３とよりなるものである。すなわち、フレーム本体１、ランド構成体３および薄厚部２は同一の金属板より一体で形成されているものである。そしてランド構成体３はフレーム本体１から突出した方向への押圧力により、薄厚部２が破断されてランド構成体３がフレーム本体１より分離される構成を有するものである。ランド構成体３の格子状の配列は、千鳥格子状、碁盤の目格子状、またはランダムに面配置してもよいが、搭載する半導体素子との金属細線による接続に好適な配置を採用するものである。
【００４７】
また、フレーム本体１よりも突出して形成されたランド構成体３は、その突出量はフレーム本体１自体の厚みの過半数以上の突出量を有しており、ランド構成体３がフレーム本体１から突出した方向への押圧力により、薄厚部２が破断されてランド構成体３がフレーム本体１より分離される構成を実現できるよう構成されている。本実施形態では例えば、ターミナルランドフレーム自体の厚み、すなわちフレーム本体１の厚みを２００［μｍ］とし、ランド構成体３の突出量を１８０［μｍ］（フレーム本体１０の厚みの９０［％］）としている。なお、フレーム本体１の厚みは、２００［μｍ］に限定するものではなく、必要に応じて、４００［μｍ］の厚型のフレームとしてもよい。
【００４８】
また本実施形態のターミナルランドフレームは、その表面がメッキ処理されたものであり、必要に応じて例えば、ニッケル（Ｎｉ），パラジウム（Ｐｄ）および金（Ａｕ）などの金属が積層されて適宜メッキされているものである。メッキ処理については、ランド構成体３を成形した後に行ってもよく、または金属板へのランド構成体の成形前に行ってもよい。またターミナルランドフレームの表面粗さについては、極めて平坦であって、０．１［μｍ］以下であり、封止樹脂との剥離性に影響するものであり、ランド構成体３以外の部分には無用な凹凸がないようにする必要がある。
【００４９】
また本実施形態のターミナルランドフレームにおいては、ランド構成体３の突出した上面部分は、コイニングと称されるプレス成形により、その突出した上面形状が上面平坦なキノコ状を構成するものである。このコイニングによる形状により、ターミナルランドフレームに対して、半導体素子を搭載し、樹脂封止した際、封止樹脂のランド構成体への食いつきを良好にし、封止樹脂との密着性を向上させ、片面封止であっても樹脂封止の信頼性を得ることができるものである。また形状は上面平坦なキノコ状に限定されるものではなく、鍵状等の封止樹脂とのアンカー作用のある上面平坦な形状であればよい。
【００５０】
本実施形態のターミナルランドフレームでは、あえて半導体素子が搭載される部材であるダイパッド部を設けていないが、フレーム本体１の領域内に設けたランド構成体３の群の内、一部のランド構成体をダイパッド部構成とし、半導体素子の支持用のランド構成体とすることができる。このことにより、品種の違いにより、ターミナルランドフレーム上に搭載する半導体素子の大きさに差があった場合でも、適宜、ランド構成体３の群の一部を支持用のランド構成体として使用し、その他のランド構成体３をその搭載した半導体素子との電気的な接続用のランド構成体として使用することにより、ターミナルランドフレームを共用することができ、一枚のフレーム中で複数の大きさの異なる半導体素子を搭載し、樹脂封止型半導体装置を得ることができる。
【００５１】
なお、ランド構成体３の数は、搭載する半導体素子のピン数などにより、その数を適宜設定できるものである。そして図１に示すように、ランド構成体３はフレーム本体１の領域に形成するが、左右、上下に連続して形成できるものである。またランド構成体３の形状は円形としているが、角形や長方形でもよく、また大きさは、ターミナルランドフレーム内ですべて同一としてもよいし、樹脂封止型半導体装置を構成し、ランド電極とした場合、基板実装の際の応力緩和のために、周辺部に位置するランド構成体３を大きくするようにしてもよい。本実施形態では、ランド構成体３の上面の大きさは、半導体素子を搭載し、電気的接続手段として、金線等の金属細線により接続する際、ボンディング可能な大きさであればよく、１００［μｍ］φ以上の大きさとしている。
【００５２】
また、本実施形態のターミナルランドフレームは、従来のようなインナーリード部、アウターリード部、ダイパッド部などを有さず、ランド電極としてランド構成体３を有し、そのランド構成体３を半導体素子が搭載される面内に格子状、千鳥状に配列することにより、このターミナルランドフレームを用いて樹脂封止型半導体装置を構成した場合、底面にランド電極を備えた樹脂封止型半導体装置を実現することができる。また従来のように電極となる構成が、ビーム状のリード構成ではなく、ランド構成体３であるため、それらを面状に配置することができ、ランド構成体３の配置の自由度が向上し、多ピン化に対応することができる。勿論、搭載する半導体素子のピン数により、ランド構成体３の配置は設定するものであり、従来のような一連の配置でもよい。
【００５３】
さらに本実施形態で示したような半導体素子を搭載するランド構成の代わりにランド構成体よりも面積的に大きいダイパッド部を半切断で形成してターミナルランドフレームを構成してもよい。
【００５４】
本実施形態のターミナルランドフレームの製造方法については、前述の先行技術で示した方法と同様であるのでここでは省略する。
【００５５】
次に本実施形態のターミナルランドフレームを用いた樹脂封止型半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。図２〜図４はターミナルランドフレームを用いた樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す工程ごとの断面図である。
【００５６】
まず図２（ａ）に示すように、前述した通りのフレーム本体１と、そのフレーム本体１の領域内に配設されて、薄厚部２によりフレーム本体１と接続し、かつフレーム本体１よりも突出して形成された複数のランド構成体３とよりなり、ランド構成体３はフレーム本体１からそれが突出した方向への押圧力により、薄厚部２が破断されてランド構成体３がフレーム本体１より分離される構成を有するターミナルランドフレームを用意する。ここで用意するターミナルランドフレームは、その表面が金属によりメッキ処理されたものであり、必要に応じて例えば、ニッケル（Ｎｉ），パラジウム（Ｐｄ）および金（Ａｕ）などの金属が積層されて適宜メッキされているものである。
【００５７】
次に図２（ｂ）に示すように、ターミナルランドフレームのランド構成体３が突出した面側であって、ランド構成体３の内、所定の第１のランド構成体３上に導電性接着剤、または絶縁性ペーストなどの接着剤１２によりマイコンロジック素子、メモリー素子等の集積回路素子である半導体素子１３を載置、接合する。この工程は半導体装置の組立工程におけるダイボンド工程に相当する工程であり、ターミナルランドフレームへの接着剤１２の塗布、半導体素子１３の載置、加熱処理により半導体素子１３を接合するものである。ここで、ターミナルランドフレームは、ランド構成体３が突出した方向に対しての押圧力、すなわちランド構成体３の底面部分側からの押圧力により、容易に分離されるものであるが、それが突出した方向、すなわちランド構成体３の上面部分からの押圧力によっては分離しないものであり、一方向からの押圧力にのみ分離する構造であるため、半導体素子１３を搭載する際、フレームに対して下方の押圧力が作用しても、ランド構成体３は分離せず、安定してダイボンドできるものである。なお、図中、半導体素子１３は２個搭載した状態を示しているが、実際には２個以上の複数個搭載するものである。
【００５８】
次に図２（ｃ）に示すように、ターミナルランドフレーム上に接合した半導体素子１３とランド構成体３の内、外部ランド電極となる第２のランド構成体３とを金（Ａｕ）線等の金属細線１４により電気的に接続する。したがって、ランド構成体３は上面の金属細線１４が接続される面の直径は１００［μｍ］φ以上である。また、この工程においても、ランド構成体３は一方向からの押圧力にのみ分離する構造であるため、金属細線１４をランド構成体３の上面に接続する際、下方に押圧力が作用しても、ランド構成体３は分離せず、安定してワイヤーボンドできるものである。
【００５９】
次に図３（ａ）に示すように、ターミナルランドフレーム上に接合した半導体素子１３、および電気的接続手段である金属細線１４の領域に対して、ターミナルランドフレーム上の全面をエポキシ樹脂等の絶縁性の封止樹脂１５により封止する。通常は上下封止金型を用いたトランスファーモールドにより片面封止を行う。ここではターミナルランドフレームの半導体素子１３が搭載された面のみが封止樹脂１５により封止されるものであり、片面封止構造となっている。そして各ランド構成体３は突出して設けられているため、封止樹脂１５がその段差構造に対して、食いつくため片面封止構造であっても、ターミナルランドフレームと封止樹脂１５との密着性を得ることができる。また本実施形態では、フレームに対して突出して設けられたランド構成体３はフレーム厚の９０［％］が突出して設けられており、封止樹脂１５内にその９０［％］の厚み分が封止され、樹脂封止型半導体装置を構成した際の外部電極を構成できるものである。なお、ここではターミナルランドフレームの上面に対して全面封止を行い、封止樹脂内に複数の半導体素子が封止された状態を構成してもよい。
【００６０】
次に図３（ｂ）に示すように、ターミナルランドフレームを固定した状態、例えばターミナルランドフレームの端部を固定し、封止樹脂１５で封止した領域をフリーにした状態で、ターミナルランドフレームの下方からランド構成体３の底面に対して、押圧力を印加する。この場合、ターミナルランドフレームの端部を固定し、その下方から突き上げピンにより突き上げて押圧力を印加することにより、ランド構成体３とターミナルランドフレームのフレーム本体１とが分離するものである。すなわちランド構成体３とフレーム本体１とを接続している極薄の薄厚部２が突き上げによる押圧力で破断されることにより分離されるものである。また、突き上げる場合は、一部の例えば中央部付近の半導体素子１３の下方に位置するランド構成体３のみを突き上げてもよく、または周辺部のランド構成体３を突き上げてもよく、またはすべてのランド構成体３を突き上げてもよい。ただし、部分的な突き上げによりランド構成体３が封止樹脂１５から剥離したり、破損しない範囲で突き上げを行う。
【００６１】
そして図３（ｃ）に示すように、ランド構成体とフレーム本体とを接続している極薄の薄厚部が突き上げによる押圧力で破断されることにより分離されて、樹脂封止型半導体装置構成体１７を得ることができる。
【００６２】
ここで封止樹脂とフレーム本体との剥離は、フレーム本体のランド構成体を形成した部分以外の領域と封止樹脂との密着性が弱く、ランド構成体が分離されることにより、樹脂封止型半導体装置構成体１７を取り出すことができるものである。ランド構成体部分はその凹凸形状が封止樹脂に食い込むため、剥離せずに封止樹脂内に形成されるものである。図示するように、樹脂封止型半導体装置構成体１７は、ランド構成体３がその底面に配列され、またランド構成体３が封止樹脂１５の底面よりも微少量で突出して設けられ、基板実装時のスタンドオフが形成されているものである。ここで樹脂封止型半導体装置構成体１７のランド構成体３の突出量は、フレーム本体の厚み量からランド構成体３が突出した量を差し引いた量となり、ランド構成体３の外部ランド電極としてのスタンドオフが形成されるものである。ここでは、２００［μｍ］の厚みのフレーム本体に対して、ランド構成体３を１４０［μｍ］〜１８０［μｍ］（フレーム本体の厚みの７０［％］〜９０［％］）突出させているため、スタンドオフ高さの量は、２０［μｍ］〜６０［μｍ］（フレーム本体の厚みの１０［％］〜３０［％］）となり、基板実装時のスタンドオフを有したランド電極を得ることができる。
【００６３】
なお、前工程の封止工程でターミナルランドフレームの上面に対して全面封止を行い、封止樹脂内に複数の半導体素子が封止された状態を構成した場合は、ランド構成体に対して押圧力を印加して分離してもよいが、破損が危惧される場合は、個々の半導体素子単位に回転ブレード等により封止樹脂部分を分割した状態で、ランド構成体に対して押圧力を印加して分離する。
【００６４】
次に図４に示すように、分離して得られた樹脂封止型半導体装置構成体１７の底面に露出したランド構成体３の露出面に対して、導電性材料からなるボール状の電極部材１８を付設し、実装強度、基板実装信頼性の高いＢＧＡ（ボール・グリッド・アレイ）型の樹脂封止型半導体装置を得る。ここでは、ボール状の電極部材１８として、半田ボールを付設するものであり、使用したターミナルランドフレームは、表層に金属メッキ層が形成されたターミナルランドフレームであるため、ランド構成体３の露出した側面と平面のうち、平面にのみ電極部材１８が付設されるものである。すなわち、ランド構成体３の露出した平面は金属メッキ層が残存しており、破断された側面は金属メッキ層が存在しないため、精度よく電極部材１８が形成されるものである。
【００６５】
なお、封止樹脂内に複数の半導体素子が封止された樹脂封止型半導体装置構成体の場合は、電極部材１８を一括で付設した後、個々の半導体素子単位に回転ブレード等により分割することで、樹脂封止型半導体装置を得る。
【００６６】
次に図５は本実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法で得られたＢＧＡ型の樹脂封止型半導体装置を示す図であり、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は底面図である。
【００６７】
本実施形態の樹脂封止型半導体装置は、外囲が封止樹脂１５で封止されたものであり、底面が露出され、側面および上面が封止樹脂１５内に封止され、その上面に半導体素子が搭載されたランド構成体３とを有し、ランド構成体３は封止樹脂１５の底面にグリッド状に配置され、その面上に電極部材１８が付設されてボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）型を構成する樹脂封止型半導体装置である。
【００６８】
すなわち、本実施形態の樹脂封止型半導体装置は、図６（ａ）の断面図に示すように、前述のターミナルランドフレームから形成された樹脂封止型半導体装置であり、金属板よりなるフレーム本体と、そのフレーム本体の領域内に配設されて、薄厚部によりフレーム本体と接続し、かつフレーム本体よりも突出して形成され、その底面の面積よりも上面の面積が大きい複数のランド構成体とよりなり、そのランド構成体はフレーム本体から突出した方向への押圧力によってのみ、接続している薄厚部が破断されてランド構成体がフレーム本体から分離される構成であるターミナルランドフレームを用いて形成された樹脂封止型半導体装置であって、素子支持用の第１のランド構成体３上に導電性接着剤１２により接着搭載された半導体素子１３と、半導体素子１３の周辺に配置され、半導体素子と金属細線１４により電気的に接続された外部電極用の第２のランド構成体３と、第１，第２の各ランド構成体３の底面を突出させて半導体素子１３の外囲を封止した封止樹脂１５とよりなり、各ランド構成体３の封止樹脂１５からの突出量は、フレーム本体の厚み量からランド構成体がフレーム本体から突出した量を差し引いた量であり、各ランド構成体の封止樹脂から突出した平面と側面のうち、平面にのみ電極部材１８が突出して付設されている樹脂封止型半導体装置である。そして本実施形態では、電極部材１８は半田ボールを用いているが、金ボールでもよい。なお、半導体素子１３が接着されるランド構成体３は半導体素子の面積、ピン数に応じてその配置位置を適宜設定するものであり、半導体素子１３を支持する個数も適宜設定するものである。また半導体素子１３を支持するランド構成体を他の外部電極として使用するランド構成体よりも面積的に大きい構成としてもよいし、形状も信頼性を考慮して任意に設定する。
【００６９】
また本実施形態の樹脂封止型半導体装置は、図６（ａ）の断面図の円内部分の拡大図として、図６（ｂ）の拡大した断面図に示すように、樹脂封止型半導体装置の製造に使用したターミナルランドフレームは、表層に金属メッキ層が形成されたターミナルランドフレームであるため、ランド構成体３の露出した平面３ｘと側面３ｙのうち、平面３ｘにのみ電極部材１８が付設されたものである。これはランド構成体３の露出した平面３ｘは金属メッキ層が残存しており、破断された側面３ｙは金属メッキ層が存在しないため、精度よく平面３ｘ上にのみ電極部材１８が形成されるものである。この構造により、半田ボール等の電極部材１８を形成する場合、ランド構成体３の側面３ｙに電極部材１８が広がらず、隣接ランド構成体間での電極部材の接触を防止できる。また電極部材１８を介して樹脂封止型半導体装置を基板実装する場合においても、電極部材１８の材料、例えば半田が溶融して隣接する電極部材と接触することを防止し、ブリッジを回避でき、基板実装の信頼性を確保できるものである。
【００７０】
以上、本実施形態で示したようなターミナルラン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より、ターミナルランドフレーム上に半導体素子を搭載、金属細線接続、樹脂封止後には、ターミナルランドフレームのフレーム本体から樹脂封止型半導体装置構成体を得て、その樹脂封止型半導体装置構成体の底面のランド構成体に対して精度よくボール状の電極部材を付設できるので、樹脂封止型半導体装置の基板実装時の実装強度が向上するとともに、基板実装信頼性の高い樹脂封止型半導体装置を効率よく製造できるものである。
【００７１】
特に将来の小型携帯機器の利用頻度の増加に伴い、携帯電話等の通信機器をはじめとする小型携帯機器に搭載される樹脂封止型半導体装置の実装強度は重要視され、外圧の印加等の過酷な使用条件下でも実装信頼性を維持できる樹脂封止型半導体装置が要望されるが、本発明の樹脂封止型半導体装置の製造方法により、将来の基板実装強度に対する耐久性を得て、信頼性、実装性に優れた樹脂封止型半導体装置を実現できるものである。
【００７２】
もちろん、製造した樹脂封止型半導体装置の底面部分には、半導体素子と電気的に接続したランド構成体を外部電極として配列することができ、面実装タイプの半導体装置が得られ、従来のようなリード接合による実装に比べて、基板実装の信頼性を向上させることができる。また、本実施形態で製造された樹脂封止型半導体装置は、ＢＧＡタイプの半導体装置のように、ランド電極を設けた基板を用いるものでなく、ターミナルランドフレームという金属板からなるフレーム本体から半導体装置を構成するので、量産性、コスト性などの面においては、従来のＢＧＡタイプの半導体装置よりも有利となる。さらに製品加工工程において、従来のようなフレームからの分離において必要であったリードカット工程、リードベンド工程をなくし、リードカットによる製品へのダメージやカット精度の制約をなくすことができ、製造工程の削減によってコスト力を強めた画期的な技術を提供できるものである。
【００７３】
【発明の効果】
以上、本発明の樹脂封止型半導体装置は、底面のランド構成体に対してボール状の電極部材を付設しているので、プリント基板等の基板実装時の実装強度が向上するとともに、基板実装信頼性の高い樹脂封止型半導体装置を実現できるものである。
【００７４】
また樹脂封止型半導体装置の製造方法では、ターミナルランドフレーム上に半導体素子を搭載、金属細線接続、樹脂封止後には、そのターミナルランドフレームのフレーム本体から樹脂封止型半導体装置構成体を得て、その樹脂封止型半導体装置構成体の底面のランド構成体に対して精度よくボール状の電極部材を付設できるので、基板実装時の実装強度が向上するとともに、基板実装信頼性の高い樹脂封止型半導体装置を効率よく製造できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のターミナルランドフレームを示す図
【図２】本発明の一実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図３】本発明の一実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図４】本発明の一実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図５】本発明の一実施形態の樹脂封止型半導体装置を示す図
【図６】本発明の一実施形態の樹脂封止型半導体装置を示す断面図
【図７】先行技術に示されるターミナルランドフレームを示す図
【図８】先行技術に示されるターミナルランドフレームを示す断面図
【図９】先行技術に示されるターミナルランドフレームの製造方法を示す断面図
【図１０】先行技術に示されるターミナルランドフレームの製造方法を示す断面図
【図１１】先行技術に示されるターミナルランドフレームを示す構成図
【図１２】先行技術に示される樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【図１３】先行技術に示される樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図
【符号の説明】
１  フレーム本体
２  薄厚部
３  ランド構成体
４  金属板
５  ダイ部
６  押え金型
７  開口部
８  パンチ部材
９  抜きダレ部
１０  せん断部
１１  破断部
１２  接着剤
１３  半導体素子
１４  金属細線
１５  封止樹脂
１６  樹脂封止型半導体装置
１７  樹脂封止型半導体装置構成体
１８  電極部材
【図１】
0004045718.tif 000002
【図２】
0004045718.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004045718.tif 000005
【図５】
0004045718.tif 000006
【図６】
0004045718.tif 000007
【図７】
0004045718.tif 000008
【図８】
0004045718.tif 000009
【図９】
0004045718.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
0004045718.tif 000012
【図１２】
0004045718.tif 000013
【図１３】
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