JP2008300587A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体装置の放熱性を向上させる。
【解決手段】樹脂封止型の半導体装置１において半導体チップ２を搭載するタブ３ａが枠状に形成されている。この枠状のタブ３ａは、半導体チップ２が平面的に重なる内周部と、半導体チップ２の周囲に位置する外周部とを一体的に有している。このタブ３ａの外周部の幅は、タブ３ａの内周部の幅よりも広くなっている。また、タブ３ａの外周部には、タブ３ａの主裏面間を貫通する開口部Ｓ１，Ｓ２が形成されている。これにより、半導体装置１の放熱性を向上させることができる。また、開口部Ｓ１，Ｓ２を設けたことにより、半導体装置１のリフロークラック耐性を向上させることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体装置およびその製造技術に関し、特に、リードフレームを用いた半導体装置の放熱技術に適用して有効な技術に関するものである。

例えば自動車の電子機器に使用される半導体装置には、高温条件や振動等に耐えうるようにする観点等から一般的な電子機器に使用される半導体装置よりも高い実装信頼性が要求されている。半導体装置のパッケージ構成には、裏面に複数のバンプ電極（外部端子）を配置する、いわゆるＢＧＡ（Ball Grid Array）型の半導体装置があるが、この型の半導体装置の場合、バンプ電極が裏面に配置されていることから半導体装置を実装した後のバンプ電極の接合状態を確認することが難しく、高い実装信頼性を確保する上で不安がある。

これに対してＱＦＰ（Quad Flat Package）型やＱＦＮ（Quad Flat Non leaded Package）型の半導体装置の場合、外部端子が半導体装置の外周に沿って形成されているので半導体装置を実装した後の外部端子の接合状態を良好に確認することができる。このため、ＱＦＰ型やＱＦＮ型の半導体装置は、高い実装信頼性を確保する上で優れており、自動車に使用するのに適している。さらに、ＱＦＰ型やＱＦＮ型の半導体装置の場合は、ＢＧＡ型の半導体装置に使用される配線基板の代わりにリードフレームを使用するため、製造コストも低減できるという利点もある。

このようなリードフレームを用いた半導体装置については、例えば特開２００７−７３７６３号公報（特許文献１）に記載があり、リードフレームのタブ（チップ搭載部）の平面寸法がその上に搭載される半導体チップの平面寸法よりも若干大きい、いわゆる大タブ構成が開示されている。

しかし、タブの平面寸法が半導体チップの平面寸法よりも大きい場合、タブと樹脂封止体との界面に存在する空隙やそこに溜まった水分等に起因して、半導体装置の実装時の熱処理により樹脂封止体にクラックが生じ易くなる。そこで、そのクラック耐性を向上させる理由等から、例えば特開平１０−３２６８５９号公報（特許文献２）には、リードフレームのタブの平面寸法を、その上に搭載される半導体チップの平面寸法よりも小さくする、いわゆる小タブ構成が開示されている。

しかし、タブの平面寸法が半導体チップよりも小さくなると半導体チップで生じた熱等の放熱性が上記大タブ構成に比べて低くなる。そこで、クラック耐性と放熱性との両方を向上させる観点等から、例えば特開２００７−５３１９５号公報（特許文献３）には、リードフレームのタブの平面形状が枠状に形成された、いわゆる枠タブ構成が開示されている。
特開２００７−７３７６３号公報 特開平１０−３２６８５９号公報 特開２００７−５３１９５号公報

ところで、例えば自動車用のナビゲーション機器やオーディオ機器に使用される半導体装置においては、多機能化に伴い、動作処理数が増大し、また、動作速度が速くなるので、半導体チップ自体が動作時に発熱し易くなる。

上記した特許文献３の枠タブの場合、特許文献２の小タブに比べれば、放熱性が上がるものの、特許文献１の大タブに比べると放熱性が充分に得られない。

また、半導体チップで発生した熱は、タブ等を通じて放散される他、半導体チップと接続される導電性部材を介して、リードを通じて外部に放散されることが知られているが、半導体装置の多機能化に伴い外部端子の数が多くなる結果、リードの先端（タブ側の先端）を半導体チップに充分に近づけることができなくなり、リードが半導体チップから離れるようになるので、放熱性を向上することが困難である。

本発明の目的は、半導体装置の放熱性を向上させることのできる技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される複数の発明のうち、一実施例の概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

すなわち、本実施例は、半導体チップが搭載される枠状のチップ搭載部において、前記半導体チップの周囲に位置する外周部の幅が、前記半導体チップが平面的に重なる内周部の幅よりも広く、前記外周部には、その上下面を貫通する開口部が形成されているものである。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

すなわち、半導体チップが搭載される枠状のチップ搭載部において、前記半導体チップの周囲に位置する外周部の幅が、前記半導体チップが平面的に重なる内周部の幅よりも広く、前記外周部には、その上下面を貫通する開口部が形成されていることにより、半導体装置の放熱性を向上させることができる。

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。また、本実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは同一の符号を付すようにし、その繰り返しの説明は可能な限り省略するようにしている。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は本実施の形態１の半導体装置の平面図、図２は図１のＸ１−Ｘ１線の断面図を示している。なお、図１では、説明上、半導体装置の内部を透かして見せている。

本実施の形態１の半導体装置１は、例えば自動車に搭載されるオーディオ機器やナビゲーション機器に使用される電子部品であり、半導体チップ２と、タブ（チップ搭載部）３ａと、タブ吊りリード３ｂと、複数のリード３ｃと、固定テープ４と、ボンディングワイヤ（以下、単にワイヤという）５と、封止体６とを有している。

上記半導体チップ２は、例えばシリコン（Ｓｉ）単結晶のような半導体材料を基板として形成されており、厚さ方向に沿って互いに反対側に位置する主面（第１主面）および裏面（第２主面）を有している。

この半導体チップ２の主面には、例えばシリアルサウンドインターフェイス（ＳＳＩ）回路およびＣＤＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）デコーダ回路のような集積回路が形成されている。

また、この半導体チップ２の主面の外周近傍には、図示しないが複数のボンディングパッド（以下、単にパッドという）が半導体チップ２の外周に沿って配置されている。この複数のパッド（電極）は、上記集積回路に電気的に接続されている。

上記タブ（ダイパッド、チップ搭載部）３ａ、複数のタブ吊りリード（吊りリード）３ｂおよび複数のリード３ｃは、同一のリードフレームの一部から形成されており、厚さ方向に沿って互いに反対側に位置する主面(第１主面)および裏面（第２主面）を有している。このタブ３ａ、複数のタブ吊りリード３ｂおよび複数のリード３ｃの材料は、例えば銅（Ｃｕ）のような金属材料を母材として形成されている。ただし、この材料は、銅に限定されるものではなく種々変更可能であり、例えば４２アロイのような鉄系金属材料により形成しても良いことは言うまでもないが、放熱性を向上することに着目すれば、銅のような金属材料が最も有効である。

上記タブ３ａは、平面形状が四角形からなる枠状に形成された、いわゆる枠タブ構成とされている。このタブ３ａの主面には、上記半導体チップ２がその裏面をタブ３ａの主面の一部に接着材により接合させた状態で搭載されている。タブ３ａは、リード３ｃの主面よりも下がるように形成されている。言い換えると、タブ３ａの主面がリード３ｃの主面よりも裏面側に位置するように形成されている。すなわち、タブ３ａとリード３ｃとは、その厚さ方向に向かって互いに離れるように形成されている。タブ３ａの構成については後に詳細に説明する。

上記複数のタブ吊りリード３ｂは、タブ３ａを上記リードフレームに支持する部材である。このタブ吊りリード３ｂは、タブ３ａの四隅から半導体装置１の外周の方向に沿って放射状に延在した状態で形成されている。タブ３ａと複数のタブ吊りリード３ｂとは一体に形成されている。符号の３ｂ１は、タブ３ａをリードの主面よりも下げるためにタブ吊りリード３ｂに形成された折り曲げ部を示している。本実施の形態１では、上記折り曲げ部３ｂ１が、リード（インナーリード部）３ｃの内側端（タブ３ａ側の先端、先端部）よりもタブ３ａに近い位置に形成されている。これについても後に詳細に説明する。

上記複数のリード３ｃは、上記半導体チップ２の集積回路の電極（上記パッド）を封止体６の外部に引き出すための部材である。この複数のリード３ｃは、タブ３ａの中心から半導体装置１の外周に向かう方向に沿って放射状に延在した状態で形成されている。各リード３ｃは、互いに隣接するタブ吊りリード３ｂの間に、タブ３ａの外周方向に沿って互いに絶縁分離された状態で並んで配置されている。

各リード３ｃの内側端（タブ３ａ側の先端、インナーリード部の先端部）は、タブ３ａから少し離れた位置に配置されている。タブ３ａの各辺に対応する複数のリード３ｃの先端は、平面Ｖ字状に形成されている。すなわち、各リード３ｃの内側端は、タブ３ａの辺の中央に近づくにつれてタブ３ａから離れている。これは、タブ吊りリード３ｂ側に配置されるリード３ｃに接続されるワイヤ５が、その１つ内側のリード３ｃやそれに接続されるワイヤ５に接触するのを防止するためである。また、半導体チップ２の複数のボンディングパッドと複数のリード３ｃとをそれぞれ電気的に接続する複数のワイヤ５の長さを均一にするためである。なお、各リード３ｃの内側端であってワイヤ５が接続される部分（ワイヤ接続部）には、例えばニッケル（Ｎｉ）下地の金（Ａｕ）メッキが施されている。

また、リード３ｃの内側端と反対側の外側端は、封止体６の四側面から突出されている。この封止体６の側面から突出されたリード３ｃ部分（アウターリード部）は、例えばガルウィング状に形成されている。すなわち、本実施の形態１の半導体装置１は、例えばＱＦＰ（Quad Flat Package）構成とされている。

上記固定テープ（リード固定用テープ）４は、ワイヤボンディング工程の際、上記複数のリード３ｃの先端部が、バタつかないように固定する部材である。この固定テープ４は、例えばポリイミド樹脂等のような絶縁材料により形成されており、複数のリード３ｃを互いに機械的に繋げるように平面枠状に形成された状態で複数のリード３ｃの主面上に貼り付けられている。固定テープ４の枠幅（短方向寸法）は、例えば１．０ｍｍ〜１．５ｍｍである。ここで、固定テープ４の幅が１．０ｍｍよりも細い場合、固定テープ４自体の強度が低下するため、複数のリード３ｃのバタつきを抑制するのが困難である。また、固定テープ４は例えばポリイミド樹脂等から成るため、封止体を構成する樹脂との密着性が、樹脂とリードフレームとの密着性よりも低い。そのため、固定テープの幅が１．５ｍｍよりも太い場合、樹脂封止体が固定テープ４との界面で剥離する問題が発生し易くなり、半導体装置の信頼性が低下する。

上記ワイヤ５は、半導体チップ２の上記パッドと、複数のリード３ｃとを電気的に接続する部材である。このワイヤ５は、例えば金（Ａｕ）のような金属により形成されている。上記半導体チップ２の複数のパッドは、複数のワイヤ５を通じて複数のリード３ｃに電気的に接続され、さらに複数のリード３ｃを通じて封止体６の外部に引き出されるようになっている。

上記封止体６は、例えばエポキシ系樹脂のような絶縁材料により形成されており、その外観は、例えば平面四角形状の薄板状に形成されている。上記半導体チップ２、タブ３ａ、複数のタブ吊りリード３ｂ、複数のリード３ｃの一部、固定テープ４および複数のワイヤ５は、封止体６によって封止されている。

次に、上記タブ３ａとその周辺について詳細に説明する。図３および図５は図１の半導体装置１の要部拡大平面図、図４は図３のＸ１−Ｘ１線の断面図、図６は図５のＸ１−Ｘ１線の断面図、図７はタブ３ａの拡大平面図である。なお、図３では図面を見易くするためワイヤ５を取り外した状態を示している。また、図５では図面を見易くするため半導体チップ２および封止体６を取り外した状態を示している。また、図５および図７の破線は半導体チップ２の外周を示している。

枠状のタブ３ａの主面中央には、半導体チップ２の放熱性を向上するために、例えば銀（Ａｇ）ペースト（導電性ペースト）を用いた接着材１０（図４参照）により半導体チップ２が搭載（接合）されている。接着材としてダフ（Die Attach Film：以下、ＤＡＦと略す）を用いる場合もある。しかし、ＤＡＦは、絶縁体から成るテープ基材の表裏に接着層を有する構成のため、半導体チップ２の動作時に生じた熱をタブに効率良く伝えることが、銀ペーストに比べ困難である。また、ＤＡＦは半導体チップ２の裏面全面に貼り付けられるので、タブ３ａの枠内において半導体チップ２の裏面のＤＡＦと封止体６の樹脂とが直接接するようになり、その接する部分の封止体６の接着性（密着性）が低下する。その結果、半導体装置１のリフロークラック耐性が低下する。すなわち、半導体装置１を配線基板上に実装する時の熱で、上記した封止体６の樹脂の接着性が低い部分を起点として封止体６にクラックが生じる場合がある。

これに対して、本実施の形態１のように接着材１０として銀ペーストを用いた場合、ＤＡＦを用いた場合よりも半導体チップ２の動作時に生じた熱の放散性を向上させることができる。また、接着材１０として銀ペースト材を用いることで、タブ３ａの枠内において半導体チップ２の裏面が封止体６を構成する樹脂に直接接するので、その接する部分の封止体６の接着性（密着性）を向上させることができる。このため、半導体装置１の実装時に封止体６にクラックが生じるのを低減することができる。すなわち、半導体装置１のリフロークラック耐性を向上させることができる。

ここで、本実施の形態１においては、便宜上、枠状のタブ３ａにおいて半導体チップ２が平面的に重なる部分を内周部３ａ１といい、その周囲を外周部３ａ２という。すなわち、本実施の形態１においてタブ３ａは、半導体チップ２が平面的に重なる内周部３ａ１と、半導体チップ２の周囲に位置する外周部３ａ２とを一体的に有している（図５、図７参照）。

そして、タブ３ａ（または半導体チップ２）の内周から外周に向かう方向であってタブ３ａの辺に垂直に交差する方向を第１方向とした場合に、上記外周部３ａ２の第１方向の寸法Ｌ１（図７参照）は、上記内周部３ａ１の第１方向の寸法Ｌ２よりも広く形成されている。すなわち、タブ３ａの枠幅（寸法Ｌ３＝寸法Ｌ１＋寸法Ｌ２）が、例えば上記した特許文献３に示す枠タブの枠幅よりも広く形成されている。このタブ３ａの枠幅（寸法Ｌ３）は、例えば上記固定テープ４の枠幅（短方向寸法）よりも広く形成されている。また、タブ３ａの枠幅は、タブ３ａの外周からリード３ｃの内側端までの寸法と等しいか、それよりも長くなっている。

このようにタブ３ａの枠幅を広くしたことにより、金属部分の面積を大きくすることができるので、半導体装置１の放熱性（半導体チップ２の動作時等に生じた熱の放散性）を向上させることができる。

また、タブ３ａの枠幅を広くしたことにより、タブ３ａとその外周の複数のリード３ｃとの距離を短くすることができるので、タブ３ａとリード３ｃとの間の熱抵抗を下げることができる。このため、半導体チップ２の動作時に発生した熱を、リード３ｃを通じても放散することができるので、半導体装置１の放熱性を向上させることができる。

しかし、タブ３ａの枠幅を単純に広くすると半導体装置１を配線基板上に実装する時の熱で封止体６にクラックが生じる場合がある。すなわち、リフロークラック耐性が低下する問題がある。そこで、本実施の形態１においては、タブ３ａの外周部３ａ２に、タブ３ａの主裏面間を貫通する開口部（スリット、孔）Ｓ（Ｓ１，Ｓ２）が形成されている。これにより、開口部Ｓ内に形成された封止体６の一部がアンカーとなって、リフロークラック耐性を向上することができるので、封止体６のクラックの発生を抑制または防止できる。したがって、半導体装置１のリフロークラック耐性を向上させることができる。

本実施の形態１において開口部Ｓは、タブ３ａの内周部３ａ１に形成されていない。これは、上記のように半導体チップ２をタブ３ａに接着する接着材１０として導電性ペーストを用いるので、開口部Ｓをタブ３ａの内周部３ａ１に形成しても、開口部Ｓが導電性ペーストで埋まってしまい封止体６のアンカー効果が充分得られないからである。

また、開口部Ｓは、上記第１方向に沿って複数配列されている。ここでは開口部Ｓが２列配置されている場合が例示されている。１列目（内周側）を開口部Ｓ１（Ｓ）、２列目（外周側）を開口部Ｓ２（Ｓ）とする。開口部Ｓは１列または３列以上配置しても良いが、あまり複数列にするとタブ３ａの平面寸法が大きくなり半導体装置１の平面寸法が大きくなってしまうので、開口部Ｓは１列または２列が好ましい。タブ３ａの枠幅（Ｌ３）は、開口部Ｓが１列ならば、例えば２．３ｍｍ、開口部Ｓが２列ならば、例えば２．６ｍｍである。

ここで、枠状のタブ３ａ（または半導体チップ２）の１辺に沿う方向を第２方向（第１方向と交差する方向）とした場合に、上記第１方向に沿って複数配列された開口部Ｓは、列毎に第２方向に沿って複数の開口部Ｓに分かれている。各列の開口部Ｓ（Ｓ１，Ｓ２）は、第１方向よりも第２方向の方が長い平面帯状に形成されている。

１列目の開口部Ｓ１の第１方向の寸法（短方向寸法）Ｌ４は、例えば０．１５〜０．３ｍｍである。また、２列目の開口部Ｓ２の第１方向の寸法（短方向寸法）Ｌ５は、例えば０．１５〜０．３ｍｍである。この寸法値の理由は、寸法Ｌ４，Ｌ５を大きくしすぎるとタブ３ａの金属部分の面積が小さくなり放熱性が低下する一方、寸法Ｌ４，Ｌ５が小さすぎると開口部Ｓ１，Ｓ２内に封止体６の樹脂が充分に充填できずアンカー効果を得ることができないからである。実施の形態１では、２列目の開口部Ｓ２の第１方向の寸法（短方向寸法）Ｌ５の方が、１列目の開口部Ｓ１の第１方向の寸法（短方向寸法）Ｌ４よりも小さくなっている。これは、上記の理由に加えてタブ３ａの機械的強度を確保するためである。

１列目の開口部Ｓ１は、タブ３ａの第１方向の中央に配置されている。すなわち、タブ３ａの内周から１列目の開口部Ｓ１までの第１方向の寸法Ｌ６と、タブ３ａの外周から１列目の開口部Ｓ１までの第１方向の寸法Ｌ７とは等しい。これは、タブ３ａの機械的強度の均一性を確保するためである。寸法Ｌ６，Ｌ７は、例えば１ｍｍである。

一方、２列目の開口部Ｓ２は、第１方向の寸法Ｌ７の中央に配置されている。すなわち、開口部Ｓ１から２列目の開口部Ｓ２までの第１方向の寸法Ｌ８と、タブ３ａの外周から２列目の開口部Ｓ２までの第１方向の寸法Ｌ９とは等しい。これも、タブ３ａの機械的強度の均一性を確保するためである。

各列の複数の開口部Ｓ１，Ｓ２の第２方向の隣接間には分離部が配置されている。この分離部は、開口部Ｓ１，Ｓ２の各々を挟んで上記第１方向の両側に位置するタブ３ａ部分を繋ぐ連結部を形成している。

１列目の複数の開口部Ｓ１の第２方向の隣接間の分離部（連結部）は、タブ３ａまたは半導体チップ２の辺の中心および角部に対応する位置に配置されている。一方、２列目の複数の開口部Ｓ２の第２方向の隣接間の分離部（連結部）は、タブ３ａまたは半導体チップ２の角部および開口部Ｓ１の一部に対応する位置に配置されている。すなわち、第１方向に沿って隣接して配置されている開口部Ｓ１，Ｓ２は、その配置位置が互いに第２方向にずれて配置されている。これにより、１列目と２列目の連結部の位置がずれるので、タブ３ａの機械的な強度を向上させることができる。その結果、例えばタブ３ａの折り曲げ加工の際にタブ３ａが変形するのを抑制または防止することができる。

また、本実施の形態１では、上記したようにタブ吊りリード３ｂの折り曲げ部３ｂ１が、リード３ｃの内側端よりもタブ３ａに近い位置に形成されている。これを図８〜図１１により説明する。

図８は本実施の形態１の構成に先立って本発明者が検討した半導体装置のリードフレーム３およびこれを載置したボンディングステージ１５の要部拡大平面図、図９は図８のＺ１−Ｚ１線の断面図を示している。

このリードフレーム３は、ワイヤボンディング装置のボンディングステージ１５上に載置されている。上記のようにタブ３ａがリード３ｃよりも厚さ方向に下がっているので、タブ３ａの全体および複数のタブ吊りリード３ｂのそれぞれの一部を収めるように、ボンディングステージ１５のフレーム載置面には溝１５ａが形成されている。この溝１５ａは、タブ３ａの全体およびタブ吊りリード３ｂの一部を収められるように、タブ３ａおよびタブ吊りリード３ｂよりも若干大きな平面寸法で形成されている。

ここで、図８のリードフレーム３では、タブ吊りリード３ｂの折り曲げ部３ｂ１がリード（インナーリード部）３ｃの内側端（先端部）よりもタブ３ａから離れた位置に形成されている。これは、半導体チップ２をタブ３ａに搭載する際に半導体チップ２を保持する手段として角錐コレット（平面寸法が半導体チップ２の平面寸法よりも大きい）を使用している場合を想定したものである。上記角錐コレットを使用しているのは、平面寸法の異なる種々の半導体チップ２をタブ３ａ上に搭載する場合があることを考慮したものである。

しかし、上記角錐コレットを使用する場合に、タブ吊りリード３ｂの折り曲げ部３ｂ１の位置がリード３ｃの内側端よりもタブ３ａに近いと、角錐コレットの外周がタブ吊りリード３ｂに当たってしまう。そこで、この場合は、タブ吊りリード３ｂの折り曲げ部３ｂ１をリード３ｃの内側端よりもタブ３ａから離れた位置に形成することで、角錐コレットの外周がタブ吊りリード３ｂに接触しないようにしている。

ところで、上記のようにタブ吊りリード３ｂの折り曲げ部３ｂ１がリード３ｃの内側端よりもタブ３ａから離れた位置に形成されている場合、タブ吊リード３ｂの一部を収める溝１５ａもリード３ｃの内側端よりもタブ３ａから離れた位置まで延在した状態で形成されるようになる。この場合、タブ吊りリード３ｂに隣接するリード３ｃが、溝１５ａの外周を基準としてそこから長さＬ１０だけ離れるようにしなければならない。これは、ワイヤ接続不良対策として、加熱されたボンディングステージ１５上にリード３ｃを固定した状態で行う必要があるが、リード３ｃと溝１５ａとの長さＬ１０が短いと、リードフレーム３をボンディングステージ１５上に配置する際、位置ずれが生じると、リード３ｃの裏面を確実にボンディングステージ１５に固定することが困難となるためである。そのため、長さＬ１０を考慮した分だけ、リード３ｃをタブ吊りリード３ｂから離して形成することになるため、複数のリード３ｃ同士の間隔（ピッチ）も狭くなり、複数のリード３ｃのそれぞれの先端部を半導体チップ２に近づけることが困難である。この結果、複数のリード３ｃを通じて半導体チップ２の熱を放散することが困難となる。

次に、図１０は本実施の形態１の半導体装置１のリードフレーム３およびこれを載置したボンディングステージ１５の要部拡大平面図、図１１は図１０のＺ１−Ｚ１線の断面図を示している。

本実施の形態１では、タブ吊りリード３ｂの折り曲げ部３ｂ１が、リード３ｃの内側端よりもタブ３ａに近い位置に形成されている。このため、タブ吊りリード３ｂとそれに隣接するリード３ｃとの間に溝１５ａが介在されない。この場合、タブ吊りリード３ｂに隣接するリード３ｃは、タブ吊りリード３ｂの外周を基準としてそこから長さＬ１０だけ離れるように配置すれば良いので、そのリード３ｃを図８の場合よりもタブ吊りリード３ｂに近づけることができる。このため、複数のリード３ｃの内側端を、よりタブ３ａに近づけることができる。すなわち、タブ３ａ（半導体チップ２）とリード３ｃとの間の距離を短くすることができる。

その結果、タブ３ａとリード３ｃとの間の熱抵抗を下げることができるので、半導体チップ２の動作時に発生した熱を、リード３ｃを通じても放散することができる。したがって、半導体装置１の放熱性を向上させることができる。

また、半導体チップ２とリード３ｃとの間の距離を短くすることができるので、ワイヤ５の長さを短くすることができる。言い換えると、タブ３ａとリード（インナーリード部）３ｃの先端部との間隔を狭くすることができる。これにより、複数のワイヤ５同士が互いに接触する問題を抑制することができる。ここで、ワイヤ５同士が接触する問題の原因としては、以下のことが考えられる。ＱＦＰ型の半導体装置のように、リードフレーム３の上下に封止体６を形成する場合、リードフレーム３の厚さ方向に流れる樹脂がある。このような樹脂は、障害物が存在しない箇所において特に発生しやすく、本実施の形態１で説明すれば、例えばタブ３ａとリード３ｃとの間の空間である。そのため、この空間において樹脂が、リードフレーム３の厚さ方向に流れると、この空間と平面的に重なる位置に配置された複数のワイヤ５を押し流してしまう。これにより、隣り合うワイヤ５同士が接触する問題が生じやすい。しかしながら、本実施の形態１では、タブ３ａの幅を相対的に太く形成し、タブ吊りリード３ｂに形成する折り曲げ部３ｂ１をリード（インナーリード部）３ｃの先端部よりもタブ３ａに近い位置に形成しているため、複数のリード３ｃのそれぞれの先端部をよりタブ３ａに近づけることが可能となり、タブ３ａと複数のリード３ｃとの間の空間を相対的に小さくすることができる。したがって、ワイヤ５の短絡不良を抑制することができる。

次に、本実施の形態１の半導体装置１の製造方法の一例を図１２〜図３０により説明する。

まず、図１２〜図１４に示すようなリードフレーム３を準備する。図１２はリードフレーム３の要部拡大平面図、図１３は図１２のリードフレーム３の単位領域の拡大平面図、図１４は図１３のＸ１−Ｘ１線の断面図を示している。

リードフレーム３は、例えば平面帯状の金属薄板によって形成されており、その厚さ方向に沿って互いに反対側に位置する主面（第１主面）および裏面（第２主面）を有している。また、このリードフレーム３は、例えば銅または４２アロイのような金属からなり、その長手方向に沿って複数の単位領域が配置されている。

このリードフレーム３の単位領域は、１個の半導体装置１を製造するのに必要な構成部を有する領域であり、既に、枠状のタブ３ａ、タブ吊りリード３ｂおよび複数のリード３ｃが横枠部３ｄおよび縦枠部３ｅと一体的に接続された状態でパターン形成されている。また、タブ３ａは、上記のようにタブ３ａの厚さ方向に下げられているとともに、その外周部３ａ２には、上記開口部Ｓ１，Ｓ２が形成されている。さらに、各単位領域の複数のリード３ｃの主面上には固定テープ４が貼り付けられている。

続いて、リードフレーム３の各単位領域のタブ３ａの主面の内周部３ａ１に、例えば銀ペーストのような導電性ペースト材を塗布する。図１５はペースト材を塗布した後のリードフレーム３の単位領域の拡大平面図、図１６は図１５のＸ１−Ｘ１線の断面図を示している。ペースト材１０ａは、タブ３ａの主面の上記内周部３ａ１にタブ３ａの内周に沿ってドット状に塗布されている。ペースト材１０ａの塗布に際しては、例えばペーストノズル１８を用いる。

続いて、ダイボンディング工程に移行する。まず、リードフレーム３をダイボンディング装置のボンディングステージに載置する。続いて、図１７および図１８に示すように、半導体チップ２の主面に真空吸着パッド（ダイ吸着治具）２０を当てて半導体チップ２を真空吸引により保持し、リードフレーム３のタブ３ａの直上に移送する。図１７はダイボンディング中のリードフレーム３の単位領域の拡大平面図、図１８は図１７のＸ１−Ｘ１線の断面図を示している。真空吸着パッド２０のチップ吸着面（半導体チップ２の主面に対向する面）は、半導体チップ２の主面よりも小さく、その外周が、半導体チップ２の吸引時に半導体チップ２の外周から出てしまうことはない。

続いて、真空吸着パッド２０に保持された半導体チップ２と、タブ３ａとの相対的な平面位置を合わせた後、半導体チップ２をタブ３ａ側に移動し、半導体チップ２の裏面をタブ３ａの主面の内周部３ａ１に軽く押し当てる。これにより、図１９および図２０に示すように、半導体チップ２の裏面とタブ３ａの主面とを接着材１０により接合し、半導体チップ２をタブ３ａの主面上に搭載する。図１９はダイボンディング中のリードフレーム３の単位領域の拡大平面図、図２０は図１９のＸ１−Ｘ１線の断面図を示している。このようなダイボンディング工程をリードフレーム３の単位領域毎に行う。

次いで、ワイヤボンディング工程に移行する。図２１はワイヤボンディング装置のボンディングステージ１５の一部（単位領域）の平面図、図２２は図２１のＸ１−Ｘ１線の断面図を示している。ボンディングステージ１５のフレーム載置面には、タブ３ａの全体およびタブ吊りリード３ｂの一部を収めることが可能な溝１５ａが形成されている。溝１５ａは、リードフレーム３の単位領域に対応してボンディングステージ１５のフレーム載置面に複数形成されている。

続いて、図２３および図２４に示すように、リードフレーム３を加熱されたボンディングステージ１５のフレーム載置面上に載せる。図２３はワイヤボンディング装置のボンディングステージ１５上に載置されたリードフレーム３の単位領域の要部拡大平面図、図２４は図２３のＸ１−Ｘ１線の断面図を示している。リードフレーム３は、その各単位領域のタブ３ａの全体およびタブ吊りリード３ｂの一部を、ボンディングステージ１５の各単位領域の溝１５ａ内に収めた状態で、ボンディングステージ１５のフレーム載置面上に載せられている。

続いて、図２５および図２６に示すように、リードフレーム３の複数のリード３ｃをリード先端押さえ治具２１により押さえた状態で、リード先端押さえ治具２１のボンディング窓から露出しているリード３ｃの内側端と、半導体チップ２のパッドとをワイヤ５により接続する。図２５はワイヤボンディング工程後のボンディングステージ１５上に載置されたリードフレーム３の単位領域の要部拡大平面図、図２６は図２５のＸ１−Ｘ１線の断面図を示している。

ところで、一般的なワイヤボンディング工程では、固定テープ４よりも外側のリード３ｃ部分をリード先端押さえ治具２１により押さえた状態でワイヤボンディングを行っている。しかし、半導体装置１の高機能化等に伴いリード３ｃの総数も増え、各リード３ｃも細くなってきているのでワイヤボンディング工程時にリード３ｃが厚さ方向に浮き易くなっている。このようなリード３ｃのバタつきを抑制しながらワイヤ５を接続するためには、出来るだけリード３ｃの近い位置をリード先端押さえ治具２１で固定することが好ましいが、ワイヤ５を接続するためのキャピラリ（図示しない）との干渉を防ぐためには、固定テープ４よりもリード３ｃの先端部に近い位置をリード先端押さえ治具２１で固定することが困難である。

そこで、本実施の形態１では、よりリード３ｃの先端部に近い位置をリード先端押さえ治具２１で固定するために、図２６に示すように、固定テープ４に平面的に重なる位置でリード先端押さえ治具２１により複数のリード３ｃを押さえた状態でワイヤボンディングを行っている。これにより、リード先端押さえ治具２１によりリード３ｃの内側端をしっかりと押さえることができるので、ワイヤボンディング工程時にリード３ｃが浮いてしまうのを抑制または防止することができる。このため、ワイヤボンディングの信頼性を向上させることができる。

続いて、図２７および図２８に示すように、トランスファーモールド法により封止体６を成形する。図２７はモールド工程後のリードフレーム３の単位領域の要部拡大平面図、図２８は図２７のＸ１−Ｘ１線の断面図を示している。モールド工程では、リードフレーム３の複数の単位領域の封止体６を一括して成形する。

本実施の形態１においては、タブ３ａの面積を大きくしたことにより、モールド工程時におけるワイヤ５の変形を抑制または防止できるので、ワイヤ５の変形に起因するワイヤ５同士の接触不良を低減または防止することができる。これを図２９および図３０により説明する。

図２９は一般的なタブ３ａの場合のモールド工程時のモールド金型２５の断面図、図３０は本実施の形態１の場合のモールド工程時のモールド金型２５の断面図を示している。

モールド金型２５は、下型２５ａと上型２５ｂとを有している。リードフレーム３は下型２５ａと上型２５ｂとに挟まれた状態で保持されている。リードフレーム３に搭載された半導体チップ２、タブ３ａ、リード３ｃの一部およびワイヤ５は、下型２５ａと上型２５ｂとの対向面に形成されたキャビティ２５ｃ内に収容されている。なお、矢印Ａ，Ｂはモールド樹脂の流れを示している。

一般的な場合、図２９に示すように、タブ３ａが小さく、上型２５ｂ側から下型２５ａ側へのモールド樹脂の流れＡおよび下型２５ａ側から上型２５ｂ側へのモールド樹脂の流れＢを遮ることがないため、モールド樹脂の流れＡ，Ｂによりワイヤ５が変形する場合がある。

これに対して本実施の形態１の場合、図３０に示すように、タブ３ａが大きく、その外周部３ａ２がモールド樹脂の流れＡ，Ｂを遮るので、モールド樹脂の流れが抑えられる。このため、モールド樹脂の流れＡ，Ｂに起因するワイヤ５の変形を抑制または防止することができる。

続いて、リードフレーム３の一部を切断することでリードフレーム３から個々の封止体６を取り出した後、封止体６の四側面から突出するリード３ｃをガルウィング状に成形して半導体装置１を製造する。

（実施の形態２）
本実施の形態２においては、枠状のタブの外周形状が前記実施の形態１と異なる。それ以外は前記実施の形態１と同じである。

図３１は本実施の形態２の半導体装置１の要部拡大平面図、図３２は図３１のＸ２−Ｘ２線の断面図を示している。なお、図３１は図面を見易くするため封止体６の内部を透かして見せているとともに、ワイヤを外した状態を示している。

本実施の形態２においては、枠状のタブ３ａの外周形状が、例えば略８角形状に形成されている。すなわち、タブ３ａの外周において、半導体チップ２の四辺に対応する部分は、半導体チップ２の辺の中央に向かって次第にリード３ｃの先端に近づくような形状になっている。これにより、半導体チップ４の四辺の各々の中央に対応するタブ３ａの一部もリード３ｃの内側端に近づけることができるので、半導体装置１の放熱性を向上させることができる。

なお、タブ３ａの第１方向の寸法が等しくなるように、枠状のタブ３ａの内周（中央の開口部）の形状を外周形状に合わせて略８角形状にしても良い。これにより、タブ３ａの第１方向の寸法が全周においてほぼ等しくなるので、タブ３ａの機械的強度の均一性を確保できる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明をその背景となった利用分野である自動車の電子機器に使用する半導体装置に適用した場合について説明したが、それに限定されるものではなく種々適用可能であり、例えばパーソナルコンピュータのような情報処理機器、携帯電話のような移動型通信機器、デジタルカメラのようなマルチメディア機器に使用される半導体装置に適用することもできる。

本発明は、半導体装置の製造業に適用できる。

本発明の一実施の形態（実施の形態１）である半導体装置の平面図である。 図１のＸ１−Ｘ１線の断面図である。 図１の半導体装置の要部拡大平面図である。 図３のＸ１−Ｘ１線の断面図である。 図１の半導体装置の要部拡大平面図である。 図５のＸ１−Ｘ１線の断面図である。 図１の半導体装置のタブの拡大平面図である。 本発明の一実施の形態に先立って本発明者が検討した半導体装置のリードフレームおよびこれを載置したボンディングステージの要部拡大平面図である。 図８のＺ１−Ｚ１線の断面図である。 本発明の一実施の形態である半導体装置のリードフレームおよびこれを載置したボンディングステージの要部拡大平面図である。 図１０のＺ１−Ｚ１線の断面図である。 図１の半導体装置の製造工程中におけるリードフレームの要部拡大平面図である。 図１２のリードフレームの単位領域の拡大平面図である。 図１３のＸ１−Ｘ１線の断面図である。 図１３に続く半導体装置の製造工程中のリードフレームのペースト材を塗布した後の単位領域の拡大平面図である。 図１５のＸ１−Ｘ１線の断面図である。 図１５に続く半導体装置の製造工程中のリードフレームのダイボンディング中の単位領域の拡大平面図である。 図１７のＸ１−Ｘ１線の断面図である。 図１７に続く半導体装置の製造工程中のリードフレームのダイボンディング中の単位領域の拡大平面図である。 図１９のＸ１−Ｘ１線の断面図である。 ワイヤボンディング装置のボンディングステージの部分平面図である。 図２１のＸ１−Ｘ１線の断面図である。 図１９に続く半導体装置の製造工程におけるワイヤボンディング装置のボンディングステージ上に載置されたリードフレームの単位領域の要部拡大平面図である。 図２３のＸ１−Ｘ１線の断面図である。 図２３に続く半導体装置の製造工程であるワイヤボンディング工程後のボンディングステージ上に載置されたリードフレームの単位領域の要部拡大平面図である。 図２５のＸ１−Ｘ１線の断面図である。 図２５に続く半導体装置の製造工程であるモールド工程後のリードフレームの単位領域の要部拡大平面図である。 図２７のＸ１−Ｘ１線の断面図である。 一般的なタブの場合のモールド工程時のモールド金型の断面図である。 図１の半導体装置の製造工程であるモールド工程時のモールド金型内の断面図である。 本発明の他の実施の形態（実施の形態２）の半導体装置の要部拡大平面図である。 図３１のＸ２−Ｘ２線の断面図である。

符号の説明

１ 半導体装置
２ 半導体チップ
３ リードフレーム
３ａ タブ（チップ搭載部）
３ａ１ 内周部
３ａ２ 外周部
３ｂ タブ吊りリード
３ｂ１ 折り曲げ部
３ｃ リード
４ 固定テープ
５ ボンディングワイヤ
６ 封止体
１０ 接着材
１０ａ ペースト材
１５ ボンディングステージ
１５ａ 溝
１８ ペーストノズル
２０ 真空吸着パッド（吸着コレット）
２１ リード先端押さえ治具
２５ モールド金型
２５ａ 下型
２５ｂ 上型
２５ｃ キャビティ
Ｓ１ 開口部
Ｓ２ 開口部

Claims (15)

1. （ａ）厚さ方向に沿って互いに反対側に位置する第１主面および第２主面を有する枠状のチップ搭載部と、
   （ｂ）前記チップ搭載部に搭載された半導体チップと、
   （ｃ）前記チップ搭載部の周囲に配置された複数のリードと、
   （ｄ）前記半導体チップの複数の電極を前記複数のリードに電気的に接続するボンディングワイヤと、
   （ｅ）前記半導体チップを封止する樹脂封止体とを備え、
   前記チップ搭載部は、
   前記半導体チップが平面的に重なる内周部と、
   前記半導体チップの周囲に位置する外周部とを一体的に有しており、
   前記チップ搭載部の内周から外周に向かう方向を第１方向とした場合に、
   前記外周部の前記第１方向の寸法は、前記内周部の前記第１方向の寸法よりも広く、
   前記外周部には、前記第１、前記第２主面間を貫通する開口部が形成されていることを特徴とする半導体装置。
2. 請求項１記載の半導体装置において、前記チップ搭載部の前記第１方向の寸法は、前記複数のリードを固定するように設けられた固定テープの幅よりも広いことを特徴とする半導体装置。
3. 請求項１記載の半導体装置において、前記開口部は、前記第１方向に沿って複数配列されていることを特徴とする半導体装置。
4. 請求項３記載の半導体装置において、
   前記チップ搭載部の外周に沿う方向を第２方向とした場合に、
   前記外周部の前記第１方向に沿って複数配列された開口部は、列毎に前記第２方向に沿って複数の開口部に分かれて形成されており、
   前記外周部の前記第１方向に沿って隣接して配列されている開口部は、その配置位置が互いに前記第２方向にずれて配置されていることを特徴とする半導体装置。
5. 請求項１記載の半導体装置において、
   前記チップ搭載部の外周に沿う方向を第２方向とした場合に、
   前記開口部は、前記第２方向に沿って複数の開口部に分かれて形成されており、
   前記第２方向に沿って配置された複数の開口部の隣接間に配置される分離部は、前記開口部を挟んで前記第１方向の両側に位置する前記チップ搭載部の一部分同士を繋ぐ連結部を形成していることを特徴とする半導体装置。
6. 請求項５記載の半導体装置において、前記連結部は、前記半導体チップの辺の中心に対応する位置に形成されていることを特徴とする半導体装置。
7. 請求項１記載の半導体装置において、前記半導体チップは、前記チップ搭載部に導電性ペースト材を用いて搭載されていることを特徴とする半導体装置。
8. 請求項１記載の半導体装置において、
   前記チップ搭載部は、前記チップ搭載部に一体に形成された複数の吊りリードにより支持されており、
   前記複数の吊りリードのそれぞれは、前記チップ搭載部の第１主面および第２主面に交差する方向に折り曲げられており、
   前記複数の吊りリードのそれぞれの折り曲げ部は、前記複数のリードにおける前記チップ搭載部側の先端よりも前記半導体チップに近い位置に形成されていることを特徴とする半導体装置。
9. 請求項８記載の半導体装置において、前記複数の吊りリードのそれぞれは、前記チップ搭載部の第１主面から第２主面に向かって折り曲げられていることを特徴とする半導体装置。
10. 請求項１記載の半導体装置において、前記半導体チップは、シリアルサウンドインターフェイスおよびＣＤＲＯＭデコーダの機能を有していることを特徴とする半導体装置。
11. （ａ）厚さ方向に沿って互いに反対側に位置する第１主面および第２主面を有するリードフレームを準備する工程と、
    （ｂ）前記リードフレームの枠状のチップ搭載部に吸着コレットを用いて半導体チップを搭載する工程と、
    （ｃ）前記リードフレームをボンディング装置のボンディングステージに載置した後、前記チップ搭載部に搭載された半導体チップの複数の電極を、前記リードフレームの複数のリードにボンディングワイヤにより電気的に接続する工程と、
    （ｄ）前記半導体チップを樹脂封止体により封止する工程とを有し、
    前記（ａ）工程の前記リードフレームは、
    前記チップ搭載部と、
    前記チップ搭載部の周囲に配置された前記複数のリードと、
    前記チップ搭載部に一体に形成され、前記チップ搭載部を支持する複数の吊りリードとを有しており、
    前記チップ搭載部は、
    前記半導体チップが平面的に重なる内周部と、
    前記半導体チップの周囲に位置する外周部とを一体的に有しており、
    前記チップ搭載部の内周から外周に向かう方向を第１方向とした場合に、
    前記外周部の前記第１方向の寸法は、前記内周部の前記第１方向の寸法よりも広く、
    前記外周部には、前記第１、前記第２主面間を貫通する開口部が形成されており、
    前記複数の吊りリードは、前記リードフレームの第１主面および第２主面に交差する方向に折り曲げられており、
    前記複数の吊りリードのそれぞれの折り曲げ部は、前記複数のリードの前記チップ搭載部側の先端よりも前記半導体チップに近い位置に形成されており、
    前記ボンディング装置の前記ボンディングステージのフレーム載置面には溝が形成されており、
    前記（ｃ）工程においては、
    前記リードフレームの前記チップ搭載部が前記ボンディングステージの前記溝に収まるように前記リードフレームを前記ボンディングステージ上に載置した後、前記チップ搭載部に搭載された半導体チップの複数の電極と、前記リードフレームの複数のリードとをボンディングワイヤにより電気的に接続することを特徴とする半導体装置の製造方法。
12. 請求項１１記載の半導体装置の製造方法において、前記（ｂ）工程において、前記吸着コレットの吸着面の平面寸法は、前記半導体チップの平面寸法よりも小さいことを特徴とする半導体装置の製造方法。
13. 請求項１１記載の半導体装置の製造方法において、前記ボンディングステージのフレーム載置面には、前記複数の吊りリードのそれぞれの一部および前記チップ搭載部と対応する位置に設けられた溝を有し、前記ボンディングワイヤは、前記吊りリードの一部および前記チップ搭載部を前記溝内に配置させた状態で、接続されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
14. 請求項１３記載の半導体装置の製造方法において、前記ボンディングワイヤは、前記リードフレームに貼り付けられた固定テープを治具で押さえた状態で接続されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
15. 請求項１１記載の半導体装置の製造方法において、前記複数の吊りリードのそれぞれは、前記チップ搭載部の第１主面から第２主面に向かって折り曲げられていることを特徴とする半導体装置の製造方法。

Images