(57)【要約】【課題】  組立に際して半導体素子の接続位置のバラツキによってのリークやショートなどの電気特性が損なわれるという問題をなくし、材料効率の向上を図り、低コストで信頼性の高い半導体装置を提供する。【解決手段】第１リード端子の第１主面に接続された半導体素子の電極部にロール状のスプールから繰り出された帯状、未切断の金属の端部を直接超音波接合させその後中間部をアーチ形状に形成しの第２リード端子の第１主面とアーチ形状最終部とを直接超音波接合された後で前記金属片を切断し金属片を形成する製造方法で半導体素子の接続位置バラツキでの金属片の接続不良による不具合品の防止ができ、また半導体素子のサイズ等の変更に自在に対応できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子搭載部と、前記半導体素子搭載部に近接して設けられたリード端子とを有するリードフレームを用意する工程と、
前記半導体素子搭載部に半導体素子を接着する素子接着工程と、
前記半導体素子の主面に形成された素子電極または前記リード端子の一方に、ロール状のスプールから供給される導電性の帯状体からなる接続導体を接合する第１の工程と、前記帯状体を前記素子電極または前記リード端子の他方に接合する第２の工程とを含む接合工程と、
前記帯状体を切断する切断工程と、
前記帯状体と、前記半導体素子および前記リード端子の一部を覆うように封止用樹脂で覆う樹脂封止工程とを含む半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記接合工程は、前記帯状体を素子電極または前記リード端子の一方に直接超音波接合する第１の工程と、その後中間部をアーチ状に形成し前記素子電極または前記リード端子の他方に超音波接合する第２の工程とを含む半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記接続導体は、可撓性材料である半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記接続導体は、少なくとも一部に凹凸を有する半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項３に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記接続導体は、第１主面から第２主面を貫通する貫通穴を有する半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項３に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記接続導体は、メッシュ状体である半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項３に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記接続導体は、絶縁層と金属箔との積層体である半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記接合工程は、前記接続導体の絶縁層が前記半導体素子表面の一部に当接するように、前記接続導体を前記半導体素子に沿うように成形する工程を含む半導体装置の製造方法。
【請求項９】
相対向する第１および第２主面を有し、前記第１主面に素子電極を有する半導体素子と、前記半導体素子の第２主面が当接するように前記半導体素子を搭載する半導体素子搭載部と、前記半導体素子搭載部から所定の間隔を隔てて配設されたリード端子と、前記素子電極と前記リード端子とを電気的に接続する接続導体と、前記半導体素子、前記接続導体および前記リード端子の一部を覆うとともに、前記リード端子の一部を外部に露出する封止樹脂とからなり、
前記接続導体が、可撓性を有する帯状体で構成された半導体装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の半導体装置であって、
前記帯状体は、中間部でアーチ状に成形された半導体装置。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載の半導体装置であって、
前記接続導体は、可撓性の単体材料で構成された半導体装置。
【請求項１２】
請求項９乃至１１のいずれかに記載の半導体装置であって、
前記接続導体は、少なくとも一部に凹凸を有する半導体装置。
【請求項１３】
請求項９乃至１２のいずれかに記載の半導体装置であって、
前記接続導体は、第１主面から第２主面を貫通する貫通穴を有する半導体装置。
【請求項１４】
請求項９乃至１１のいずれかに記載の半導体装置であって、
前記接続導体は、メッシュ状体である半導体装置。
【請求項１５】
請求項９に記載の半導体装置であって、
前記接続導体は、絶縁層と金属箔との積層体である半導体装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の半導体装置であって、
前記接続導体は、絶縁層が前記半導体素子表面の一部に当接するように、前記半導体素子に沿うように成形された半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法および半導体装置にかかり、特に樹脂封止型半導体装置において、小型化、薄型化を企図した、半導体素子とリードフレームとの接続方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子装置の小型化、薄型化、軽量化への要求に応えて、電子装置に組み込まれる半導体装置においては高密度実装がなされており、小型化、薄型化、軽量化および低価格化への要求が強くなっている。中でも半導体素子とリードフレームとの接続においては、限られた領域の中でより薄くかつ低抵抗で信頼性の高い接続が求められている。
【０００３】
従来、パワーＭＯＳＦＥＴのような大電流用の半導体素子とリードとの接続に際しては、クリップと呼ばれる、あらかじめカットされた金属片を用いることで、直接同時に超音波接合で接合する方法が提案されている。
その一例として特許文献１では、図７に示すように、第１リード端子１０１および、第２リード端子１０２を備えたリードフレームに、半導体素子１０３を搭載するとともに、その素子電極１０４と第２リード端子１０２とを、金属片１０６で接続し、封止樹脂１０７で封止したものが提案されている。
この半導体装置は図８にその実装方法を示すように、供給リール１０８から金属材料を金型１１２に供給しせん断刃１１１で金属片１０６に切断し、コレット１０６で搬送し、第２リード端子１０２に搭載された半導体素子１０３の素子電極１０４と第１リード端子１０１との間にこの金属片１０６を配置し、ヘッド３４によって同時に超音波接合することで、半導体素子と第１リード端子との電気的接続がなされる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２７４２０６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、前記従来の半導体装置では、組立の際、第１リード端子１０１に接続される半導体素子１０３の接続位置はさまざまであり、また同一種のデバイスにおいても寸法バラツキが生じることがある。このため、半導体素子１０３の素子電極１０４と第２リード端子１０２を電気的に接続する金属片１０６には、前記バラツキに伴った、位置や長さの変更が不可能である。この場合、十分にこの位置や長さの調整ができないと、半導体素子１０３の電極部と第２リード端子１０２と接続する金属片１０６の接続不良が発生し、リークやショートなど、半導体装置としての電気特性が損なわれ易いという課題を有していた。
【０００６】
また、半導体素子１０３のサイズ、厚みだけでなく、クランク状に成形されたリードフレームを用いる場合には、リードフレームのフォーミング形状や高さの変更に伴って、あらかじめ金属片をフォーミングしておく必要があり、切断した金属片１０６の形状や長さを後で変更する事は不可能であるという問題があった。また、金属片１０６を切断する際に廃材が発生し材料効率が悪いという欠点もある。
【０００７】
本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、組立に際して半導体素子の接続位置のバラツキによってのリークやショートなどの電気特性が損なわれるという問題をなくし、材料効率の向上を図り、低コストで信頼性の高い半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで本発明は、半導体素子搭載部と、前記半導体素子搭載部に近接して設けられたリード端子とを有するリードフレームを用意する工程と、前記半導体素子搭載部に半導体素子を接着する素子接着工程と、前記半導体素子の主面に形成された素子電極または前記リード端子の一方に、ロール状のスプールから供給される導電性の帯状体からなる接続導体を接合する第１の工程と、前記帯状体を前記素子電極または前記リード端子の他方に接合する第２の工程とを含む接合工程と、前記帯状体を切断する切断工程と、前記帯状体と、前記半導体素子および前記リード端子の一部を覆うように封止用樹脂で覆う樹脂封止工程とを含むことを特徴とする。
この構成により、接続導体をロール状のスプールから供給しながら、一端を接合し、次いで位置あわせをして他端を接合し、切断するようにしているため、接続導体をあらかじめフォーミングすることなく、位置あわせをしながら接合することができ、位置ずれに伴うリークやショートなどを低減することができるため、信頼性が向上する。また、長さを調整しながら実装することができるため、材料に無駄がなく、低コスト化をはかることができる。
【０００９】
また本発明は、上記半導体装置の製造方法において、前記接合工程は、前記帯状体を素子電極または前記リード端子の一方に直接超音波接合する第１の工程と、その後中間部をアーチ状に形成し前記素子電極または前記リード端子の他方に超音波接合する第２の工程とを含むことを特徴とする。
この構成により、中間部を成形した後、他端部を接合することができ、接続導体の高さも調整することができる。
【００１０】
また本発明は、上記半導体装置の製造方法において、前記接続導体は、可撓性材料であるものを含む。
この構成により、取り扱いが容易となる。
【００１１】
また本発明は、上記半導体装置の製造方法において、前記接続導体は、少なくとも一部に凹凸を有するものを含む。
この構成により、接続導体の形状加工が容易となる。
【００１２】
また本発明は、上記半導体装置の製造方法において、前記接続導体は、第１主面から第２主面を貫通する貫通穴を有するものを含む。
この構成により、この貫通穴の部分で曲げが生じ易くなり、形状加工が容易となる。
【００１３】
また本発明は、上記半導体装置の製造方法において、前記接続導体は、メッシュ状体であるものを含む。
この構成により、加工性が良好で、比抵抗も低減することができる。
【００１４】
また本発明は、上記半導体装置の製造方法において、前記接続導体は、絶縁層と金属箔との積層体であるものを含む。
この構成により、半導体素子の素子電極とリードフレームとを電気的に接続する接続導体として、前記素子電極と前記リード端子との接続領域を除く少なくとも前記半導体素子側の面が、絶縁被覆された帯状体を用いているため、変形による断線、短絡の課題を解決する事ができる。また、平型であることと、半導体素子側の面が絶縁被覆されていることから、金属細線を用いて接続する場合に必要となっていた高さよりも大幅に低背化することができ、半導体装置の小型化、薄型化が可能となる。
【００１５】
また本発明は、上記半導体装置の製造方法において、前記接合工程は、前記接続導体の絶縁層が前記半導体素子表面の一部に当接するように、前記接続導体を前記半導体素子に沿うように成形する工程を含む。
この構成により、更なる低背化が可能となる。
【００１６】
また本発明は、相対向する第１および第２主面を有し、前記第１主面に素子電極を有する半導体素子と、前記半導体素子の第２主面が当接するように前記半導体素子を搭載する半導体素子搭載部と、前記半導体素子搭載部から所定の間隔を隔てて配設されたリード端子と、前記素子電極と前記リード端子とを電気的に接続する接続導体と、前記半導体素子、前記接続導体および前記リード端子の一部を覆うとともに、前記リード端子の一部を外部に露出する封止樹脂とからなり、前記接続導体が、可撓性を有する帯状体で構成されたことを特徴とする。
この構成により、高精度で信頼性の高い接続が可能となる。
【００１７】
また本発明は、上記半導体装置において、前記帯状体は、中間部でアーチ状に成形されたものを含む。
この構成により、所望の形状を得ることができ、また半導体素子上の他の領域とのショートを防止することができる。
【００１８】
また本発明は、上記半導体装置において、前記接続導体は、可撓性の単体材料で構成されたものを含む。
この構成により、薄型化が可能となり取り扱いが容易となる。
【００１９】
また本発明は、上記半導体装置において、前記接続導体は、少なくとも一部に凹凸を有するものを含む。
この構成により、接続導体の可撓性を高めることができる。
【００２０】
また本発明は、上記半導体装置において、前記接続導体は、第１主面から第２主面を貫通する貫通穴を有するものを含む。
この構成により、貫通穴の部分での折り曲げが容易となる。
【００２１】
また本発明は、上記半導体装置において、前記接続導体は、メッシュ状体であるものを含む。
この構成により、低抵抗で可撓性が良好であることで、信頼性の高い接続が可能となる。
【００２２】
また本発明は、上記半導体装置において、前記接続導体は、絶縁層と金属箔との積層体であるものを含む。
この構成により、接続が容易でかつ信頼性の高い半導体装置を提供することが可能となる。
【００２３】
また本発明は、上記半導体装置において、前記接続導体は、絶縁層が前記半導体素子表面の一部に当接するように、前記半導体素子に沿うように成形されたものを含む。
この構成により、短絡を招くことなく、更なる低背化が可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
以下のように、本発明の半導体装置の製造方法によれば、組立の際に第１の工程による接続と第２の工程による接続を個々に行い可撓性をもつ柔軟な帯状の接続導体を使用することで、半導体素子の接続位置、高さ、電極部と第２リード間の長さに関係なくアーチ形状等を形成し各々を接合することが可能である。従って、接合不良による不具合品が発生することが無く、効率良く製造することができる。また低抵抗化にするため半導体素子に合わせて金属片の厚み、幅の変更が可能であり、最良の設計を行うことができる。
尚、接続導体を形成する際、曲げ工程が不要で工数の低減をはかることができ、また不良の発生が抑制でき、また接続導体のカット工程における廃材も発生しない為、材料の利用効率も高くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態の方法で形成された樹脂封止型半導体装置を図１および図２に、またその製造方法を図３に示す。図１は、本発明の樹脂封止型半導体装置における実施の形態の上面図、図２は断面図である。図１において、１は第１リード端子、２は第２リード端子、３は半導体素子、４は素子電極、５はんだ、Ｃは接続導体としての金属片、６ａは金属片の第１先端部、６ｂは金属片の第２先端部、６ｃは金属片のアーチ形状部、６ｄは金属片の切断部、７は封止樹脂部、８はスプール、１０は超音波接合ツールを各々示している。
この樹脂封止型半導体装置は、相対向する第１および第２主面を有し、第１主面に素子電極４を有する半導体素子３と、前記半導体素子３の第２主面が当接するように前記半導体素子を搭載する半導体素子搭載部としてのダイパッドを構成する第１リード端子１と、このダイパッドから所定の間隔を隔てて配設された第２リード端子２と、素子電極４と第２リード端子２とを電気的に接続する接続導体Ｃと、半導体素子３、接続導体Ｃおよび第１および第２リード端子１，２の一部を覆うとともに、第１および第２リード端子１，２の一部を外部に露出する封止樹脂部７とからなり、前記接続導体Ｃが、図３（ａ）に示すように、スプール８で巻回された長尺体として形成され、１端を超音波接合した後に、位置あわせをして他端を超音波接合し、のちに切断することで、半導体素子の端部に接触しないようアーチ状をなし、クランク状に段差を設けてフォーミングされたことを特徴とする。なおこの接続導体Ｃは貫通穴ｈを有しており折り曲げが容易な形状をなしている。
【００２６】
半導体素子３は、たとえば、シリコン基板上にダイオードなどの電子回路を構成する素子領域が形成されており、半導体素子３とダイパッド（第１リード端子１）の第一主面とは、たとえば、はんだ材、熱硬化性樹脂、導電性接着剤等、導電性材料５を用いて接合されている。ダイパッドは、たとえば、金属材料により形成されており、その一部に半導体装置の外部へと成形された第１リード端子１を構成している。
【００２７】
第２リード端子２は、たとえば、前記第１リード端子を構成する金属材料と同一材料で一体的に形成されており、先端部２ｂは半導体装置の外部に露出する形で、第１リード端子の先端部１ｂと相対する位置に設置されている。
【００２８】
また、素子電極４とリード端子２の先端部とを電気的に接続する接続導体Ｃを構成する導電性の帯状体は、たとえば、銅などの金属片６から形成されているが、超音波接合を可能にするために表面にニッケルめっきを施している。ここで金属片としては、特に柔軟性を有するものでなくても、貫通穴ｈを配設することで折り曲げ易くなるように、可撓性をもたせている。例えば、導電性の帯状体として銅または銅合金を用いた場合、幅は５０μｍから３ｍｍ、厚さは２０μｍから０．５ｍｍ程度である。
【００２９】
封止樹脂部７は、第１および第２リード端子１，２をその相対向する辺側に導出する形で形成されており、たとえば、エポキシ樹脂等の封止樹脂により形成されている。
【００３０】
次にこの半導体装置の実装工程について説明する。
この方法では、半導体素子搭載部と、前記半導体素子搭載部に近接して設けられたリード端子とを有するリードフレームを用意する工程と、前記半導体素子搭載部に半導体素子を接着する素子接着工程と、前記半導体素子の主面に形成された素子電極または前記リード端子の一方に、ロール状のスプールから供給される導電性の帯状体からなる接続導体を接合する第１の工程と、前記帯状体を前記素子電極または前記リード端子の他方に接合する第２の工程とを含む接合工程と、前記帯状体を切断する切断工程と、前記帯状体と、前記半導体素子および前記リード端子の一部を覆うように封止用樹脂で覆う樹脂封止工程とを含むことを特徴とする。
【００３１】
まず、第１リード端子１に対向させて形成された第２リード端子２とを、枠体（図示せず）で連結するように打ち抜き加工などで成形するとともに、両リード端子の第１主面が上段となるようクランク状に段差を設けてフォーミングし、リードフレームを形成する。なお、リードフレーム表面にはＮｉめっきを施してもよい。そして、前記第１リード端子１の上段第１主面に半導体素子３をはんだ材（導電性接着剤５）を用いて接続する。
【００３２】
ここで半導体素子３の第１主面には素子電極４を有しており、該素子電極４と、接続導体としてスプール８から繰り出された帯状、未切断の金属片６の第１先端部６ａとを超音波接合用ツール１０によって第１に直接超音波接合させる（図３（ａ））。
【００３３】
その後、超音波接合用ツールが半導体素子の端部に接触しないようアーチ状にクランク状に段差を設けてフォーミングされた第２リード端子２上に移動しアーチ形状部６ｃを形成する。
そして前記電極部４と前記第２リード端子２を電気的に導通されるよう第２リード端子２の第１主表面に超音波接合ツール１０が移動しアーチ形状部の形成された端部を第２に直接超音波接合する（図３（ｂ））。このようにして接続された箇所のアーチ形状部６ｃと反対側の前記金属の第２先端部を切断し金属片６からなる接続導体Ｃを形成する。
【００３４】
これらの接合には導電性ペースト等を介しての接続を行わず、第１、第２と直接超音波接合を行う為、半導体素子の接続位置のバラツキやサイズ変更に伴っての金属の厚み、幅、長さの変更が可能となっており接続不良の防止、または製品の低抵抗化の設計が実現可能である。
【００３５】
ここで、該導電性の帯状体は幅050μm〜3mmで厚みが20μm〜0.5mmで、柔軟性のある金属、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金であるためスプールに巻かれた状態になっており、それが回転することで導電性の帯状体の供給を行い、接合後、切断して金属片６を形成する。このアーチ形成等の形状変更が容易に可能となる。このようにして、封止用樹脂注入時に金属片６の上下に気泡・未充填が発生しないようアーチ形状部６ｃを形成しておく。
【００３６】
そして封止金型に前記リードフレーム、前記半導体素子３、前記金属片６とを包含し、前記第１リード端子と前記第２リード端子との一部または全てを含んだキャビティーを形成して該キャビティー内に封止用樹脂、例えばエポキシ等の樹脂を注入して加熱硬化させて封止樹脂部７が形成される。ここで金属片に貫通穴を形成していることで封止樹脂が流動し易くなり、気泡の発生を抑制し、信頼性の高い封止樹脂部７を得ることができる。
【００３７】
前記封止部から引き出された前記リードフレームの一部である前記第１リード端子と前記第２リード端子とのリード端子先端予定部を各々切断して外部引き出し端子としての該第１リード端子と該第２リード端子とする。
【００３８】
この方法によれば、接続導体である導電性の帯状体をロール状のスプールから供給しながら、一端を素子電極に接合し、次いで位置あわせをして他端をリード端子に接合し、切断して、金属片を形成するようにしているため、接続導体をあらかじめフォーミングすることなく、位置あわせをしながら接合することができ、位置ずれに伴うリークやショートなどを低減することができるため、信頼性が向上する。また、長さを調整しながら実装することができるため、材料に無駄がなく、低コスト化をはかることができる。
【００３９】
なお前記実施の形態では、接続導体を帯状金属としての銅に貫通穴を形成し折り曲げ易くなるように構成したが、その形状についてはこれに限定されるものではなく、図４（ａ）乃至（ｃ）に変形例を示すように、複数の穴ｈを配列したもの（図４（ａ））、両サイドに切り欠きｈ０を形成したもの（図４（ｂ））、メッシュで構成したもの（図４（ｃ））なども適用可能である。
また、前記接続導体は、厚さや材質を考慮して材料自体に可撓性をもたせ、可撓性の単体材料で構成してもよい。この構成により、薄型化が可能となり取り扱いが容易となる。
【００４０】
また接続導体として、第１主面から第２主面を貫通する貫通穴を有するものを用いたが、必ずしも貫通穴でなくてもよく、少なくとも一部に凹凸を有するものを用いるようにしても、接続導体の可撓性を高めることができる。さらにまた、貫通穴と凹凸が並存していてもよいことはいうまでもない。
【００４１】
（実施の形態２）
前記実施の形態１では、接続導体は単層構造で構成したが、絶縁層と金属箔との積層体で接続導体を構成してもよい。
本実施の形態においても、基本的には前記実施の形態と同様であるが、この半導体装置は図５に示すように、前記接続導体Ｃが、絶縁層１６と金属箔１５との積層体で構成され、絶縁層が前記半導体素子表面の一部に当接するように、前記半導体素子に沿うように成形された点で前記実施の形態と異なる。他は同様に形成されている。
この構成により、短絡を招くことなく、更なる低背化が可能となる。
【００４２】
すなわち、素子電極とリード端子のリード第１先端部とを電気的に接続する接続導体Ｃを構成する接続導体Ｃは、たとえば、銅箔１５とこの銅箔の表面を覆う絶縁層１６としてのポリイミド樹脂から形成されている。ここで銅箔１５および絶縁層１６には柔軟性を有するものを用いる。
【００４３】
次にこの半導体装置の実装方法について説明する。
この構成についても図３（ａ）乃至（ｄ）に示した前記実施の形態と同様であるが、本実施の形態では、図６（ａ）乃至（ｄ）に示すように、接続導体は中間部でアーチを形成することなく、半導体素子表面に沿うように成形される。なお接続導体６（Ｃ）は銅箔と絶縁層との積層体であるが、図中省略している。
【００４４】
この構成によれば、接続が容易でかつ信頼性の高い半導体装置を提供することが可能となる。
また本発明は、接続導体は、絶縁層が前記半導体素子表面の一部に当接するように、前記半導体素子に沿うように成形されているため、短絡を招くことなく、更なる低背化が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、半導体素子をリードフレーム上に実装するに際し、特に半導体素子の接続位置、サイズの変更に関係なく柔軟な帯状の接続導体を使用し第１工程、第２工程と２段階で接続し、切断することで、自在に半導体素子とリード端子を接続することができることから、パワーデバイスへの適用が可能であり、薄型化により携帯電話などの携帯端末への適用に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の形態１における半導体装置の上面図
【図２】本発明の実施の形態１における半導体装置の断面図
【図３】本発明の実施の形態１における半導体装置の製造工程図
【図４】本発明の実施の形態１における接続導体の変形例を示す図
【図５】本発明の実施の形態２における半導体装置の断面図
【図６】本発明の実施の形態２における半導体装置の製造工程図
【図７】従来例の半導体装置の断面図
【図８】従来例の半導体装置の製造工程図
【符号の説明】
【００４７】
１  第１リード端子
２  第２リード端子
３  半導体素子
４  電極部
５  はんだ
Ｃ  接続導体（導電性の帯状体）
６  金属片
６ａ  第１先端部
６ｂ  第ニ先端部
６ｃ  アーチ形状部
６ｄ  切断部
７  封止樹脂部
８  スプール
１０  超音波接続用ツール
ｈ  貫通穴
【図１】
2009164239.tif 000003
【図２】
2009164239.tif 000004
【図３】
2009164239.tif 000005
【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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