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JP2005252018A - 樹脂封止型半導体装置およびリードフレームならびにその製造方法 - Google Patents

樹脂封止型半導体装置およびリードフレームならびにその製造方法 Download PDF

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JP2005252018A
JP2005252018A JP2004060943A JP2004060943A JP2005252018A JP 2005252018 A JP2005252018 A JP 2005252018A JP 2004060943 A JP2004060943 A JP 2004060943A JP 2004060943 A JP2004060943 A JP 2004060943A JP 2005252018 A JP2005252018 A JP 2005252018A
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external terminal
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semiconductor element
inner lead
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Toshiyuki Fukuda
敏行 福田
Masanori Nano
匡紀 南尾
Hiroaki Fujimoto
博昭 藤本
Ryuichi Sawara
隆一 佐原
Kenichi Ito
健一 伊東
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • H01L2225/10—All the devices being of a type provided for in the same main group of the same subclass of class H10, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices having separate containers
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Abstract

【課題】複数の半導体素子、あるいはコイルや抵抗部品を内蔵でき、更に半導体装置の積み上げ構造を可能とする樹脂封止型半導体装置を提供する。
【解決手段】 一平面上に配置された複数の第１外部端子部５と、第１外部端子部の裏面により形成され枠状に等間隔に配列されたインナーリード部６と、インナーリード部の外側端部に配置された凸部の最上面により形成される第２外部端子部７とを有するリードフレームと、バンプ３を介してインナーリード部の先端とフリップチップ接続された半導体素子２と、インナーリード部、およびバンプを介した接続部を含む半導体素子の外囲領域を封止した封止樹脂４とを備える。封止樹脂の下面領域にその周縁に沿って第１外部端子部が等列に配列され、第２外部端子部が封止樹脂の上面に露出する。第１外部端子部の内側領域に格子状に配列され、封止樹脂の下面に露出した複数の電気的導通用の端子８を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、リードフレームのインナーリード上に半導体素子をバンプ接合し、その外囲を樹脂で封止し、さらに他の半導体装置や抵抗などの機能部品を垂直方向に積み上げることを可能にした樹脂封止型半導体装置に関する。
近年、電子機器の小型化、高密度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、それに伴って、半導体部品の小型、薄型化が進んでいる。例えば、半導体装置の周辺に外部端子が存在するペリフェラルパッケージから、半導体装置の実装面に格子状に外部端子が存在するエリアアレイパッケージに移行して来つつある。また、小型で薄型でありながら、多ピン化も進行してきている。
以下、従来の樹脂封止型半導体装置について説明する。近年、小型、薄型の樹脂封止型半導体装置として実質的に片面モールドされたＱＦＮ（Quad Flat No-lead Package）と称される樹脂封止型半導体装置が開発されている（例えば特許文献１参照）。
まず従来の樹脂封止型半導体装置として、ダイパッドがパッケージ底面に露出したＱＦＮ型の樹脂封止型半導体装置について説明する。図１８は、従来のＱＦＮ型の樹脂封止型半導体装置を示し、（ｂ）は平面図、（ａ）は（ｂ）のＩ−Ｉ断面図である。また一般的に多用されている外部端子がパッケージ樹脂の周縁に突出しているＱＦＰ（Quad Flat Package）を、図１８に併せて示す。（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
図１８（ａ）、（ｂ）に示すように従来のＱＦＮ型の樹脂封止型半導体装置は、リードフレームのダイパッド５１上に半導体素子５２が接着され、複数のインナーリード部５３が、ダイパッド５１にその先端を対向させて配列された構造を有する。半導体素子５２の電極とインナーリード部５３の表面とは、金属細線５４により電気的に接続されている。半導体素子５２、ダイパッド５１、インナーリード部５３、および金属細線５４の外囲領域は、封止樹脂５５により封止されている。パッケージ底面および側面において、インナーリード部５３の底面および外方側面は、封止樹脂５５から露出して、外部端子５６として配列されている。
また図１８（ｃ）、（ｄ）に示すように従来のＱＦＰ型の樹脂封止型半導体装置も、リードフレームのダイパッド５７上に半導体素子５２が接着され、複数のインナーリード部５８が、ダイパッド５７にその先端を対向させて配列された構造を有する。半導体素子５２の電極とインナーリード部５８の表面とは、金属細線５９により電気的に接続されている。半導体素子５２、ダイパッド５７、インナーリード部５８、および金属細線５９の外囲領域は、封止樹脂６０により封止されている。インナーリード部５８の終端が封止樹脂６０の側面から露出して、パッケージ外方側面に外部端子６１として配列されている。
また図示していないが、従来の樹脂封止型半導体装置に用いるリードフレームは、枠部の開口領域に対して、その略中央部に配置されたダイパッド５１と、一端がダイパッド５１の各角部に接続され、他端が枠部に接続されてダイパッド５１を支持した吊りリード部６２と、ダイパッド５１の各辺にその先端が対向して配列された複数のインナーリード部５３とからなる。
特開２００１−７７２７７号公報
従来の樹脂封止型半導体装置の構造では、樹脂封止型半導体装置を小型化、高密度化しようとすると、外部端子を半導体装置周辺に配列するペリフェラル型のＱＦＮのような半導体装置から、更に高密度化が進展し、半導体装置底面に外部端子を格子状に配列したエリアアレイ型のＢＧＡ（Ball Grid Array）のような半導体装置が使用されるようになってきた。しかしながら、実装される基板のラインアンドスペース（配線パターンのデザイン）の加工できる制限や、半田クリームを使用したリフロー工法の実装方法の制限により、ＱＦＮのようなペリフェラル型の半導体装置の場合で０．４ｍｍの外部端子ピッチ、ＢＧＡのようなエリアアレイ型の半導体装置の場合で０．６５ｍｍの外部端子ピッチが、これら半導体装置を基板に実装できる、最小外部端子ピッチとなり、それ以上の小型化、高密度な実装は困難となってきている。
また半導体装置としては、携帯電話などを代表とするセットの高機能化に対応することも必要となってきている。携帯電話を例にとると、使用されている１ＧＨｚ以上の周波数帯域は、現在の移動体通信（携帯電話、ＰＤＡなど）の産業の中で、安定した通信や、大容量のデータ通信を実現するために既に使用されている。また今後ますます、高周波帯域での信号通信が必要となることが予測される。
本発明は、半導体装置内に複数の半導体素子、あるいは半導体素子の機能を補助するコイルや抵抗部品を内蔵でき、更に半導体装置の積み上げ構造を可能とする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。
本発明の樹脂封止型半導体装置は、一平面上に配置された複数の第１外部端子部と、前記第１外部端子部の裏面により形成され枠状に等間隔に配列されたインナーリード部と、前記インナーリード部の外側端部に配置された凸部の最上面により形成される第２外部端子部とを有するリードフレームと、接続パッドがバンプを介して前記インナーリード部の先端とフリップチップ接続された半導体素子と、前記インナーリード部、および前記バンプを介した接続部を含む半導体素子の外囲領域を封止した封止樹脂とを備え、前記封止樹脂の下面領域にその周縁に沿って前記第１外部端子部が等列に配列され、前記第２外部端子部が前記封止樹脂の上面に露出している。さらに、前記第１外部端子部の内側領域に格子状に配列され、前記封止樹脂の下面に露出した複数の電気的導通用の端子を有することを特徴とする。
本発明のリードフレームは、一平面上に配置された複数の第１外部端子部と、前記第１外部端子部の裏面により形成され枠状に等間隔に配列されたインナーリード部と、前記インナーリード部の外側端部に配置された凸部の最上面により形成される第２外部端子部とを備え、前記インナーリード部の内側の領域に格子状に配列された複数の電気的導通用の端子を有することを特徴とする。
本発明の樹脂封止型半導体装置の製造方法は、上記構成のリードフレームを準備する工程と、半導体素子電極に導電性バンプを形成する工程と、前記半導体素子の電極と前記インナーリード部および前記電気的導通用の端子の所定の位置を前記導電性バンプにより接続する工程と、前記インナーリード、前記半導体素子および前記導電性バンプを樹脂封止する工程と、前記封止体をフレームより分離する工程とを有する。
本発明のリードフレームの製造方法は、上記構成のリードフレームを製造するための方法であり、独立すべき端子間が連結されたリードフレームを準備する工程と、前記リードフレームにめっき層を形成する工程と、前記独立すべき端子間が連結されたリードフレームの片面に保護シートを貼り付ける工程と、独立すべき端子間の連結された部分を分離する工程と、配列された前記インナーリードの内側領域に電気的導通用の端子を複数個配置する工程とを含む。
上記構成の樹脂封止型半導体装置によれば、外部端子を半導体装置周辺に配列したペリフェラル型の樹脂封止型半導体装置の上下面に外部端子を形成し、更に、半導体装置内にコイルや抵抗を配置することも可能であり、ピン数の異なる半導体装置などを自由に積み重ねることが可能である。
本発明の樹脂封止型半導体装置において、前記電気的導通用の端子は、電源ＧＮＤに用いられ、他の端子よりも面積が大きい構成とすることができる。あるいは、前記電気的導通用の端子が２個配置され、前記２個の端子は各々、渦巻き状コイルの始点および終点を形成した構成とすることができる。あるいは、前記電気的導通用の端子が２個配置され、前記２個の端子間に、高誘電率の樹脂が挟みこまれた構成とすることができる。
また、前記半導体素子は、フリップチップ接合されている領域の更に内側領域に電極パッドを複数持ち、その電極パッドに、前記インナーリード部の内端の内側領域よりも小さく前記リードフレームの前記インナーリード部における厚みよりも薄い第２の半導体素子がさらにフリップチップ接合されている構成としてもよい。
また、前記第２外部端子部上に第３の半導体素子の裏面が接着剤を介して接合され、前記インナーリード部の更に外側領域に複数のインナーリードポストが配置され、前記インナーリードポストと前記第３の半導体素子の電極パッドは金属細線で電気的に接続され、前記インナーリードポストの反対面は前記封止樹脂の下面領域に露出している構成としてもよい。
本発明のリードフレームにおいて、例えば、前記インナーリード部の内側の領域に渦巻状の配線を有し、前記電気的導通用の端子が前記渦巻状の配線の始端と終端を形成した構成とすることができる。あるいは、前記電気的導通用の端子が２個配置され、、その２個の端子間には高誘電率を有する樹脂が挟み込まれた構成とすることができる。また、以上の構成のリードフレームを、絶縁性の保護シート上に形成することができる。
本発明の樹脂封止型半導体製造装置の製造方法において、前記インナーリード部の内端の内側領域よりも小さく前記リードフレームの前記インナーリード部における厚みよりも薄い第２の半導体素子を準備する工程と、前記半導体素子における、前記導電性バンプによりフリップチップ接合される領域の更に内側領域に電極パッドを複数形成する工程と、前記半導体素子がウェハー状態にある段階で、前記内側領域の電極パッドに前記第２の半導体素子をフリップチップ接合する工程と、前記ウェハーを前記半導体素子単位に分割する工程と、前記第２の半導体素子が接続された前記半導体素子を、前記インナーリード部にバンプ接続する工程とを含ませることができる。
本発明のリードフレームの製造方法において、電気的導通用の端子を２個を配置し、前記２個の端子間に高誘電率を有する樹脂を注入硬化する工程を含むことができる。あるいは、前記インナーリードを、半導体装置が搭載されるべき領域の周縁に等間隔に配列し、更にその内側領域に２個の端子を持つ抵抗部品を配置し、前記抵抗部品の２個の端子の上面となる領域を、バンプ接合するために充分な広さを持たせることができる。
以下に、本発明の実施形態における樹脂封止型半導体装置、それに用いるリードフレームについて、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１における樹脂封止型半導体装置を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は裏面図、（ｃ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
この樹脂封止型半導体装置は、図１（ｃ）に示すように、リードフレーム１の上面に、第１半導体素子２が金属のバンプ３によりフリップチップ接合により実装され、リードフレーム１と第１半導体素子２の接続部が、封止樹脂４により封止された構造を有する。
リードフレーム１は、図１（ｂ）に示すように一平面上に配置された複数の第１外部端子部５と、第１外部端子部５の反対側の面により形成されたインナーリード部６とを有する。さらに、インナーリード部６の一部に配置された凸部の最上面により、図１（ａ）、（ｂ）に示すように第２外部端子部７が形成されている。インナーリード部６は、枠状に等間隔に配列されている。リードフレーム１はさらに、インナーリード部６の内側領域に配置された複数の電気的導通用の端子８を含む。第１外部端子部５、第２外部端子部７および端子８が、封止樹脂４から露出している。
ここで、半導体装置においては、高周波の電気信号を伝達する道程は短い方が良く、半導体素子２の設計レイアウトで、より直接的に信号が伝達され位置に端子８が配置されれば、良好な電気特性が得られる。半導体素子２の設計レイアウトによって電源グランドを取る位置についても同様である。
図２は、図１の樹脂封止型半導体装置の製造工程の一部を示す図である。図２（ａ）は、リードフレーム１の平面図である。図２（ｂ）は、この工程により製造された樹脂封止型半導体の裏面図である。図２（ｃ）〜（ｆ）は、各工程における断面図であり、図２（ｂ）におけるＢ―Ｂ断面が示される。
まず図２（ｃ）に示すように、リードフレーム１を準備する。リードフレーム１の下面は、リードフレーム保持シート１ａにより保持されている。次に図２（ｄ）に示すように、半導体素子２をリードフレーム１に実装する。すなわち、半導体素子２のパッド電極とリードフレーム１のインナーリード部６とを、バンプ３により接続する。
次に図２（ｅ）に示すようにして、半導体素子２とリードフレーム１のインナーリード部６を、封止樹脂により樹脂封止する。すなわち、半導体素子２を接合済のリードフレーム１を、樹脂封止金型９ａ、９ｂの間に装着して、封止樹脂を充填する。図には１個の半導体装置のみが示されているが、実際には、隣接して格子状に配列された樹脂封止型半導体装置を、ブロック状に樹脂封止する。その際、封止用シート１０を介在させても良い。ここで、リードフレーム１の第１外部端子部５と、第２外部端子部７と、端子８を樹脂表面に露出させる。封止用の樹脂としては、例えば熱硬化性のエポキシ樹脂を使用し、樹脂成形温度は１５０〜２５０℃の範囲とする。
樹脂封止後に、図２（ｆ）に示すように、隣接した樹脂封止型半導体装置を、分割ラインに沿って分割する。この工程では、樹脂封止型半導体装置の総厚が０．２ｍｍ以下であればレーザーカットを使用できる。一方、０．２ｍｍを越える厚みの場合は、分割時間（インデックス）問題や品質面から、レーザー分割面の金属溶融のドロスの処理が問題になり、ソーを使用した分割方法を用いる。
封止する場合に、図２（ｅ）に示したように、リードフレーム１の片面に封止用シート１０を貼り付けると、樹脂封止時に第２外部端子部７となる部分に当接するため、樹脂バリを防ぐ硬化が得られる、またリードフレーム１が若干、封止用シート１０へ食い込むため、スタンドオフが形成できる。例えば３０μｍ厚の封止用シート１０を使用した場合、２μｍ〜１０μｍのスタンドオフが形成される。但し、封止用シート１０を使用しない場合でも、リードフレーム１の素材厚みが樹脂封止型半導体装置の総厚となるため、安定した樹脂封止金型９ａ、９ｂの押圧力を与えることが可能である。そのため、通常の薬品による樹脂バリ浮かし工法で、充分にバリ除去が可能である。
図３は、本実施の形態において用いる一例のリードフレームの一部を示す平面図である。このリードフレーム１１は、短手方向の両端に複数の位置決め穴（丸穴）１２と位置決め穴（長穴）１３を有する。位置決め穴１２、１３の内側領域は樹脂封止領域１４として用いられ、その更に内側領域に、格子状に配列された複数の素子搭載領域１５が形成されている。素子搭載領域１５の配列数は、半導体装置のサイズにより変わる。また素子搭載領域１５の内部の、外部端子数（ピン数）、デザインは、収納される半導体素子のサイズ、出入力端子数などにより仕様が変わる。
ここで本実施形態のリードフレーム１１のサイズは、例えば、短手方向が３０〜８０ｍｍ、長手方向が５０〜２６０ｍｍ、厚みが０．１〜０．４ｍｍの範囲で使用される。またリードフレーム１１の材質としては、Ｆｅ#Ｎｉ材やＣｕ合金などが使用される。配列される樹脂封止型半導体装置のサイズは、通常、３．０×３．０ｍｍ〜２０．０×２０．０ｍｍの範囲となる。
本実施形態のリードフレーム１１の材質であるＦｅ#Ｎｉ材やＣｕ合金などには、半導体素子との接合や実装に必要なめっきが施される。めっき材質としては、ＡｇめっきやＡｕめっき、またはＮｉ#Ｐｄめっきなどが使用される。ただし、特にＡｇめっきの場合は、インナーリードのみにＡｇめっきを施し、半導体装置製造の後工程でインナーリード部の対向面の外部端子部となる部分に、Ｓｎ#ＰｂめっきやＳｎ#Ｂｉめっきが必要となる。リードフレーム１１に施されるめっきの厚みは、Ａｕめっき、Ｐｄめっきの場合は１μｍ以下、Ａｇめっきの場合は数μｍ以下である。図３には図示してないが、半導体装置の組立工程を安定して行うため、リードフレーム１１の半導体素子を接合する側の対向面に、耐熱性のポリイミドやアルミ箔のような基材を仮貼付する場合もある。
図４は、リードフレーム１１の素子搭載領域１５におけるインナーリードの近傍の断面を、バンプ３が付設された半導体素子２と組み合わせて示す。
図４（ａ）は、第１例のインナーリード部１６ａを示す。なお、インナーリード部１６ａの先端部より離れた領域に、矩形、楕円、もしくは円筒形の、インナーリード部１６ａの幅と同等か、幅狭の凸部である第２外部端子部１７を有する。また、インナーリード部１６ａ先端部が、第１外部端子部１８となるリードの幅よりも広くなった領域を持つ。インナーリード部１６ａ先端の広域部の平面上には、高く突出した円形台形状の凸部１９ａが形成されている。凸部１９ａは、半導体素子２の電極パッドに付設されたバンプ３の位置に対応するように配置される。図４（ｂ）は、バンプ３付きの半導体素子２が凸部１９ａに接合された状態を示す。
図４（ｃ）は、第２例のインナーリード部１６ｂを示す。このインナーリード部１６ｂは、凸部１９ｂの形状が、第１例と相違する。他の形状は第１例と同様である。凸部１９ｂは、上端面が凹形状である。図４（ｄ）は、バンプ３付きの半導体素子２が凸部１９ｂに接合された状態を示す。
図４（ｅ）は、第３例のインナーリード部１６ｃを示す。インナーリード部１６ｃは、上面より低い尖状凸部を有する円形凹部１９ｃを有する以外は、第１例と同様である。円形凹部１９ｃは、バンプ３と接合される際、中央の尖状凸部がバンプ３にくさび状にくい込むことが特徴である。
本実施形態における第１外部端子部１８の長さは、例えば０．２〜０．６ｍｍである。インナーリード部１６ａ〜１６ｃの長さは、例えば０．５〜２．０ｍｍ、幅は例えば０．１〜０．４０ｍｍである。インナーリード部１６ａ〜１６ｃの厚みは、例えば０．１〜０．２０ｍｍである。第２外部端子部１７を形成するインナーリード部１６ａ〜１６ｃの凸部を含むと０．１〜０．４ｍｍである。この厚みはほぼ樹脂封止型半導体装置の樹脂厚みの範囲である。また、インナーリード部１６ａ〜１６ｃ先端の凹凸の突起物１９ａ、１９ｂの高さは０．０２〜０．１ｍｍ、サイズはφ０．０３〜０．１ｍｍ程度である。また半導体素子２のサイズは通常、１．０×１．０ｍｍ〜１２．０×１２．０ｍｍの範囲であり、半導体素子２の厚みは０．０５〜０．１５ｍｍ程度である。図４（ｅ）のインナーリード部１６ｃの円形凹部１９ｃの段差は０．０２〜０．１０ｍｍ程度である。
図５は、半導体素子を積層した場合の樹脂封止型半導体装置の一例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は裏面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
この樹脂封止型半導体装置は、リードフレーム２０の上面に第１半導体素子２が実装され、第１半導体素子２の下面に第２半導体素子２１が実装された構造を有する。リードフレーム２０と第１半導体素子２の接続部、および第１、第２半導体素子２、２１相互の接続部は、封止樹脂４により封止されている。リードフレーム２０は、図５（ｂ）に示すように封止樹脂４の裏面に配置された複数の第１外部端子部５と、第１外部端子部５の裏面により形成されたインナーリード部６と、インナーリード部６の一部に配置された凸部の最上面により形成された第２外部端子部７とを有する。インナーリード部６は、枠状に等間隔に配列されている。
図５（ｃ）に示すように、第１半導体素子２は、インナーリード部６の先端に金属のバンプ３によりフリップチップ接合されている。第１半導体素子２におけるフリップチップ接合部の内側領域には、第１半導体素子２より小さい第２半導体素子２１が予めフリップチップ接合されている。第１および第２半導体素子２、２１の積層体の厚みは、リードフレーム２０の総厚の中に納まるように設定される。
リードフレーム２０の底面、上面および外方側面が封止樹脂４から露出して、第１外部端子部５および第２外部端子部７が形成されている。図５（ａ）に示すように封止樹脂４の表面に第１外部端子部５と第２外部端子部７が露出することで、同じ外部端子位置に対応した半導体装置を複数積み上げることが可能である。
図６は、図５に示した樹脂封止型半導体装置の製造工程の一部である、第１半導体素子と第２半導体素子をフリップチップ接合する工程を示す。図６（ａ）および（ｂ）は工程を示す斜視図、（ｃ）は（ａ）の一部を拡大して示した斜視図、（ｄ）は（ｃ）の一部を拡大して示した断面図である。
まず図６（ａ）および（ｃ）に示すように、予め検査された半導体ウェハー２２上の第１半導体素子２の電極パッド２ａにＡｕスタッドバンプを形成し、第２半導体素子２１をフリップチップ接合する。その後図６（ｂ）に示すように、第２半導体素子２１がフリップチップ接合された半導体ウェハー２２を、ブレード２３で図６（ｄ）に示す分割ライン２４に沿ってダイシングして、第１半導体素子２毎に分割する。その際、半導体ウェハー２２を、保持リング２５、およびダイシングシート２６により保持する。
第１半導体素子２の電極パッド２ａに形成されるバンプ３は、例えば、平面形状の直径がφ０．０５〜０．１ｍｍ程度、高さは０．０２〜０．１ｍｍ程度である。第１、第２半導体素子２、２１は、単結晶シリコン基材の半導体素子表面に回路形成した後、例えば、３０ｎｍ〜１０００ｎｍ厚のＣｕ配線パターンニングを行い、任意の電極パッドに接続される。
電極パッド２ａは、インナーリード先端との接合時の超音波、荷重や熱などの衝撃や、組み立てられた後の接合信頼性を保つため、Ｗ、Ｔｉ、ＴｉＮなどで導通された複数層（３〜４層）のＡＬＣｕ層を設け、最表面にＣＶＤ法などによりＡＬ、もしくはＰｄ、Ａｕなどを被覆して形成される。バンプ３の材質としては、めっき法ではＳｎＰｂ、機械的な方法ではスタッドバンプと呼ばれる、純度９９．９９％以上のＡｕなどが用いられる。バンプ３にＡuを用いた場合は、接合性を確実にするためインナーリード６の先端への接合時に、ＡｇＰｄペーストなどの導電性ペーストなどを用いる場合もある。
（実施の形態２）
図７は、実施の形態２における樹脂封止型半導体装置を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図、（ｃ）は裏面図である。図８は、図７の樹脂封止型半導体装置の製造工程を示す図である。
本実施の形態では、図７に示すように、リードフレーム２７の第２外部端子部２８の形状が上述の実施の形態とやや相違し、広い面積を有し、半田ボール２９が付設される。また、封止樹脂３０により封止樹脂する方法が、図２の場合には射出成形方法を用いているのに対し、本実施の形態では、図８に示すように、ポッティングによる封止方法を採用する。さらに、図９に示すように、研削する工程を用いる。
図８（ａ）は、リードフレーム２７の平面図である。図８（ｂ）は、この工程により製造された樹脂封止型半導体の平面図である。図８（ｃ）〜（ｇ）は、各工程における断面図であり、図８（ｂ）におけるＥ―Ｅ断面が示される。
まず、図８（ｃ）に示すように、リードフレーム２７、およびバンプ３が付設された半導体素子２を準備する。次に図８（ｄ）に示すように、半導体素子２をリードフレーム２７に実装する。すなわち、半導体素子２のパッド電極とリードフレーム２７のインナーリード部６とを、バンプ３により接続する。
次に図８（ｅ）に示すように、半導体素子２とリードフレーム２７のインナーリード部６を、ポッティング工程により樹脂封止する。ここで、リードフレーム２７の第１外部端子部５と、第２外部端子部８と、端子８を樹脂表面に露出させる。ポッティングを用いることにより、高価な樹脂封止金型は不必要であり、ワーク上に半導体素子が接合されたリードフレームを配置し、ポッティグ方法で樹脂を充填する。その後、例えば１５０℃、２時間で熱硬化する。
次に図８（ｆ）に示すように、不要な樹脂部分を研削工程で取り去る。その後、図８（ｇ）に示すように、半田ボール２９を付けても良い。
図９は、図８（ｆ）に示した、不要な樹脂部分を取り去るための研削工程の例を、より具体的に示す。図９（ａ）は、断面図、図９（ｂ）は、研削後の半導体装置を示す平面図である。図９（ａ）に示すように、研削ベルト３１によるベルト研削方法を用いる。表面に研削剤が塗布含浸された研削ベルト３１を、７０００ｒｐｍ〜３００００ｒｐｍの高速で回転させる。また半導体装置２は研削台３２に設置し、研削台３２を左右に往復駆動させる。従来、金属物の研削には切削油が使用されるが、半導体装置の場合は、洗浄水が使用される。研削ベルト３１は数μｍステップで降下し、封止樹脂３０を削る。なお、ベルト研削方法は、半導体ウェハーを研削するために一般的に用いられている研削砥石ホイールによるバックグラインド工法に比べ、ブロック状に樹脂封止されたリードフレームのような短冊形状のワークを研削するには非常に効率的である。
また図には示してないが、樹脂封止工程に、従来用いられているスキージを用いた印刷封止方法用いることもできる。印刷封止方法用では、不要な樹脂は硬化する以前にスキージで取り去るため、研削工程は不要となる。一般的に、射出成形に使用されるシリカを含む熱硬化性エポキシ樹脂と比較して、ポッティグ方法や印刷方法で使用される樹脂は、耐湿性や物理的な耐強度は劣る。しかしながら、半導体装置が従来に比べ非常に薄型化しているため、使用する封止樹脂量が少なくてすみ、ポッティグ方法や印刷方法で使用される樹脂を使用できる可能性が広がってきている。
図１０は、図７の樹脂封止型半導体装置の実装例を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は裏面図である。本実施の形態の半導体装置３３上に、小ピンのＳＯＮ（スモールアウトラインパッケージ）の半導体装置３４、およびＱＦＰの半導体装置３５を組み合わせた実装形態となっている。このように、市販の半導体装置を容易に積層することができ、それにより、半導体装置内に複数の半導体素子を内蔵する場合に比較して、安価な半導体装置が得られる。
（実施の形態３）
図１１は、実施の形態４における樹脂封止型半導体装置を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は裏面図、（ｃ）は（ａ）のＦ−Ｆ断面図である。この樹脂封止型半導体装置は、基本的には図１に示したものと同様の構造を有する。本実施の形態の特徴は、インナーリード６の内側領域に配置された２個の端子３６間に、高誘電率樹脂３７が挟み込まれていることである。
このように構成することで、抵抗部品を形成できる。一般的には抵抗部品（角型）は、アルミナセラミック基板上に厚膜ペーストを印刷、焼成して作られる。この抵抗体となる厚膜ペーストとしては、酸化ルテニウム（ＲｕＯ2）系のペーストが使用される。本実施の形態の高誘電率樹脂３７も同様に、酸化ルテニウム（ＲｕＯ2）系のペーストを使用することができ、ディスペンサー方式で２端子間に注入された後、硬化される。その製造工程を図１２に示す。
図１２（ａ）は、リードフレーム３８の平面図である。図１２（ｂ）は、この工程により製造された樹脂封止型半導体の裏面図である。図１２（ｃ）〜（ｆ）は、各工程における断面図である。まず図１２（ｃ）に示すように、リードフレーム３８を準備する。リードフレーム３８の下面は、リードフレーム保持シート３９により保持されている。このリードフレーム３８の端子３６間に、例えば酸化ルテニウム（ＲｕＯ2）系のペースト４０を、ディスペンサー４１により注入する。これを硬化させることにより、高誘電率樹脂３７が形成される。以下の工程は、図２（ｄ）〜（ｆ）と同様である。
なお２個の端子３６間に高誘電率樹脂３７を配置する代わりに、２端子の抵抗部品を配置することもできる。その場合、抵抗部品の２個の端子は、抵抗部品上面となる領域が、バンプ接合するために充分な広さをようにする。また抵抗部品の代わりに、コンデンサ部品を配置することも可能である。チップコンデンサの場合、誘電率の高い誘電体材料を使用する。誘電体材料としては、酸化チタンやチタン酸バリウウムなど、種々の材料を用いることができる。またセラミックコンデンサの場合、誘電体の厚みを薄くして容量を大きくすると同時に、誘電体を電極材料と交互に積層することが必要なため、前述の２個の端子間に高誘電率樹脂を注入して簡便に構成することより、市販のコンデンサを配置したほうがコスト安となる。
（実施の形態４）
図１３は、実施の形態４における樹脂封止型半導体装置を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は裏面図、（ｃ）は（ａ）のＧ−Ｇ断面図である。この樹脂封止型半導体装置は、基本的には図１に示したものと同様の構造を有する。本実施の形態の特徴は、インナーリード６の内側領域に配置された２個の端子４２が、コイル４３の始点、終点になっていることである。
コイル４３を形成することによって、高周波特性を表すインダクターＱ値を高くして、信号出力の特性を向上できる。しかも、始点と終点の２端子４２を半導体素子２の電極パッドに直接的にバンプ接合することにより、従来の金属細線によって接合する場合に比較して、例えば電気信号の高周波が２ＧＨｚのドライバーの場合、出力が５ｄＢ向上する。しかしながらコイル４３は、他の電気信号に影響を及ぼす可能性があるため、半導体素子２の設計パターンのレイアウトやコイルを配置する位置を適切に設定することが必要である。図１４に、周波数（ＧＨｚ）とインダクターＱ値の関係の例を示す。コイルの巻き数、厚みを大きくすると、この曲線におけるＱ値が上昇する。
図１５は、本実施の形態の樹脂封止型半導体装置の製造に用いるリードフレームを示す平面図である。インナーリード部６、第２外部端子部７等を形成する周縁部の形状は、図２（ａ）に示したものと同様である。インナーリード部６の内側領域に、端子４２およびコイル４３が配置されている点が、図２（ａ）に示した構造と相違する。このリードフレームを用いて、図１６に示す工程により、本実施の形態の樹脂封止型半導体装置を製造することができる。図１６は、図１３の樹脂封止型半導体装置を製造する工程を示す断面図である。
まず図１６（ａ）に示すように、リードフレーム４４を準備する。リードフレーム４４の下面は、リードフレーム保持シート４５により保持されている。次に図１６（ｂ）に示すように、半導体素子２をリードフレーム４４に実装する。すなわち、半導体素子２のパッド電極とリードフレーム４４のインナーリード部６とを、バンプ３により接続する。
次に、半導体素子２とリードフレーム４４のインナーリード部６を、封止樹脂により樹脂封止する。すなわち、図１６（ｃ）に示すように、半導体素子２を接合済のリードフレーム４４を、樹脂封止金型４６ａ、４６ｂの間に装着し、封止樹脂を充填する。その際、封止用シート４７を介在させても良い。樹脂封止金型４６ａ、４６ｂから取り出した図１６（ｄ）に示すような成形体を、図１６（ｅ）に示すように分割ラインに沿って切断して、図１６（ｆ）に示すように個々の樹脂封止型半導体装置を得る。
（実施の形態５）
図１７は、実施の形態５における樹脂封止型半導体装置を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。（ａ）の断面図は、（ｂ）のＨ−Ｈ断面を示す。本実施の形態の特徴は、図５に示した構造の半導体装置における周縁に配置された第２外部端子部７の上面に、更に第３半導体素子４８を接着剤４９により接着して積層し、更に第２外部端子部７の外側に端子（インナーリードポスト）５０を配置したことである。第３半導体素子４８と端子５０は、金属細線５４で電気的に接続されている。
また既にＩＥＣ（国際電気標準規格）やＪＥＩＴＡ（日本電子技術産業協会規格）で標準化されている半導体装置の外形規格に準拠して、外部端子部のデザインを合わせて配置することで、市販の電子部品や、半導体装置を、本発明の樹脂封止型半導体装置上に実装することも可能となる。
本発明の樹脂封止型半導体装置によれば、半導体装置内に複数の半導体素子、あるいは半導体素子の機能を補助するコイルや抵抗部品を内蔵でき、更にピン数の異なる半導体装置の積み上げ構造が可能となり、樹脂封止型半導体装置の高機能化に有用である。
実施の形態１における樹脂封止型半導体装置を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は裏面図、（ｃ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図 同樹脂封止型半導体装置の製造工程の一部を示し、（ａ）はリードフレームの平面図、（ｂ）はこの工程により製造された樹脂封止型半導体の裏面図、（ｃ）〜（ｆ）は、各工程における断面図 同樹脂封止型半導体装置に用いるリードフレームの一部を示す平面図 リードフレームのインナーリード部分の形状の例を示す断面図 半導体素子を積層した場合の樹脂封止型半導体装置の一例を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は裏面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図 同樹脂封止型半導体装置の製造工程の一部を示し、（ａ）および（ｂ）は工程を示す斜視図、（ｃ）は（ａ）の一部を拡大して示した斜視図、（ｄ）は（ｃ）の一部を拡大して示した断面図 実施の形態２における樹脂封止型半導体装置を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は裏面図、（ｃ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ断面図 同樹脂封止型半導体装置の製造工程の一部を示し、（ａ）はリードフレームの平面図、（ｂ）はこの工程により製造された樹脂封止型半導体の裏面図、（ｃ）〜（ｇ）は、各工程における断面図 図８（ｆ）の工程を詳細示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図 図７の樹脂封止型半導体装置の実装例を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は裏面図 実施の形態３における樹脂封止型半導体装置を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は裏面図、（ｃ）は（ａ）におけるＦ−Ｆ断面図 同樹脂封止型半導体装置の製造工程の一部を示し、（ａ）はリードフレームの平面図、（ｂ）はこの工程により製造された樹脂封止型半導体の裏面図、（ｃ）〜（ｆ）は、各工程における断面図 実施の形態４における樹脂封止型半導体装置を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は裏面図、（ｃ）は（ａ）のＧ−Ｇ断面図 周波数（ＧＨｚ）とインダクターＱ値の関係の例を示す図 実施の形態４における樹脂封止型半導体装置の製造に用いるリードフレームを示す平面図 同樹脂封止型半導体装置の製造工程の一部を示す断面図 実施の形態５における樹脂封止型半導体装置を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図 従来の樹脂封止型半導体装置を示し、（ａ）および（ｃ）は断面図、（ｂ）および（ｄ）は裏面図
符号の説明
１、１１、２０、２７、３８、４４ リードフレーム
１ａ、３９、４５ リードフレーム保持シート
２ 第１半導体素子
３ バンプ
４、３０、５５、６０ 封止樹脂
５、１８ 第１外部端子部
６、１６ａ〜１６ｃ、５３、５８ インナーリード部
７、１７、２８ 第２外部端子部
８、３６、４２ 電気的導通用の端子
９ａ、９ｂ、４６ａ、４６ｂ 樹脂封止金型
１０、４７ 封止用シート
１２、１３ 位置決め穴
１４ 樹脂封止領域
１５ 素子搭載領域
１９ａ〜１９ｂ 凸部
１９ｃ 凹部
２１ 第２半導体素子
３３、３４、３５ 半導体装置
３７ 高誘電率樹脂
４０ ペースト
４１ ディスペンサー
４３ コイル
４８ 第３半導体素子
４９ 接着剤
５０ 端子
５１、５７ ダイパッド
５２ 半導体素子
５４、５９ 金属細線

Claims (15)

  1. 一平面上に配置された複数の第１外部端子部と、前記第１外部端子部の裏面により形成され枠状に等間隔に配列されたインナーリード部と、前記インナーリード部の外側端部に配置された凸部の最上面により形成される第２外部端子部とを有するリードフレームと、
    接続パッドがバンプを介して前記インナーリード部の先端とフリップチップ接続された半導体素子と、
    前記インナーリード部、および前記バンプを介した接続部を含む半導体素子の外囲領域を封止した封止樹脂とを備え、
    前記封止樹脂の下面領域にその周縁に沿って前記第１外部端子部が等列に配列され、前記第２外部端子部が前記封止樹脂の上面に露出した樹脂封止型半導体装置において、
    前記第１外部端子部の内側領域に格子状に配列され、前記封止樹脂の下面に露出した複数の電気的導通用の端子を有することを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
  2. 前記電気的導通用の端子は、電源ＧＮＤに用いられ、他の端子よりも面積が大きい請求項１に記載の樹脂封止型半導体装置。
  3. 前記電気的導通用の端子が２個配置され、前記２個の端子は各々、渦巻き状コイルの始点および終点を形成している請求項１に記載の樹脂封止型半導体装置。
  4. 前記電気的導通用の端子が２個配置され、前記２個の端子間に、高誘電率の樹脂が挟みこまれている請求項１に記載の樹脂封止型半導体装置。
  5. 前記半導体素子は、フリップチップ接合されている領域の更に内側領域に電極パッドを複数持ち、その電極パッドに、前記インナーリード部の内端の内側領域よりも小さく前記リードフレームの前記インナーリード部における厚みよりも薄い第２の半導体素子がさらにフリップチップ接合されている請求項１に記載の樹脂封止型半導体装置。
  6. 前記第２外部端子部上に第３の半導体素子の裏面が接着剤を介して接合され、前記インナーリード部の更に外側領域に複数のインナーリードポストが配置され、前記インナーリードポストと前記第３の半導体素子の電極パッドは金属細線で電気的に接続され、前記インナーリードポストの反対面は前記封止樹脂の下面領域に露出している請求項５に記載の樹脂封止型半導体装置。
  7. 一平面上に配置された複数の第１外部端子部と、前記第１外部端子部の裏面により形成され枠状に等間隔に配列されたインナーリード部と、前記インナーリード部の外側端部に配置された凸部の最上面により形成される第２外部端子部とを備えたリードフレームにおいて、
    前記インナーリード部の内側の領域に格子状に配列された複数の電気的導通用の端子を有することを特徴とするリードフレーム。
  8. 前記インナーリード部の内側の領域に渦巻状の配線を有し、前記電気的導通用の端子が前記渦巻状の配線の始端と終端を形成する請求項７に記載のリードフレーム。
  9. 前記電気的導通用の端子が２個配置され、その２個の端子間には高誘電率を有する樹脂が挟み込まれた請求項７に記載のリードフレーム。
  10. 絶縁性の保護シート上に形成された請求項７〜９のいずれか１項に記載のリードフレーム。
  11. 一平面上に配置された複数の第１外部端子部、前記第１外部端子部の裏面により形成され枠状に等間隔に配列されたインナーリード部、前記インナーリード部の外側端部に配置された凸部の最上面により形成される第２外部端子部、および前記インナーリード部の内側の領域に格子状に配列された複数の電気的導通用の端子を有するリードフレームを準備する工程と、
    半導体素子電極に導電性バンプを形成する工程と、
    前記半導体素子の電極と前記インナーリード部および前記電気的導通用の端子の所定の位置を前記導電性バンプにより接続する工程と、
    前記インナーリード、前記半導体素子および前記導電性バンプを樹脂封止する工程と、
    前記封止体をフレームより分離する工程とを有する樹脂封止型半導体製造装置の製造方法。
  12. 前記インナーリード部の内端の内側領域よりも小さく前記リードフレームの前記インナーリード部における厚みよりも薄い第２の半導体素子を準備する工程と、
    前記半導体素子における、前記導電性バンプによりフリップチップ接合される領域の更に内側領域に電極パッドを複数形成する工程と、
    前記半導体素子がウェハー状態にある段階で、前記内側領域の電極パッドに前記第２の半導体素子をフリップチップ接合する工程と、
    前記ウェハーを前記半導体素子単位に分割する工程と、
    前記第２の半導体素子が接続された前記半導体素子を、前記インナーリード部にバンプ接続する工程とを有する請求項１１に記載の樹脂封止型半導体製造装置の製造方法。
  13. 一平面上に配置された複数の第１外部端子部と、前記第１外部端子部の裏面により形成され枠状に等間隔に配列されたインナーリード部と、前記インナーリード部の外側端部に配置された凸部の最上面により形成される第２外部端子部と、前記インナーリード部の内側の領域に配置された２個の端子と、前記２個の端子間に挟み込まれた高誘電率を有する樹脂とを備えたリードフレームの製造方法であって、
    独立すべき端子間が連結されたリードフレームを準備する工程と、前記リードフレームにめっき層を形成する工程と、前記独立すべき端子間が連結されたリードフレームの片面に保護シートを貼り付ける工程と、独立すべき端子間の連結された部分を分離する工程と、配列された前記インナーリードの内側領域に電気的導通用の端子を複数個配置する工程とを含むリードフレームの製造方法。
  14. 電気的導通用の端子を２個を配置し、前記２個の端子間に高誘電率を有する樹脂を注入硬化する工程を含む請求項１３に記載のリードフレームの製造方法。
  15. 前記インナーリードを、半導体装置が搭載されるべき領域の周縁に等間隔に配列し、更にその内側領域に２個の端子を持つ抵抗部品を配置し、前記抵抗部品の２個の端子の上面となる領域を、バンプ接合するために充分な広さを持たせる請求項１３に記載のリードフレームの製造方法。
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