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JP2014007287A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法 Download PDF

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JP2014007287A JP2012142025A JP2012142025A JP2014007287A JP 2014007287 A JP2014007287 A JP 2014007287A JP 2012142025 A JP2012142025 A JP 2012142025A JP 2012142025 A JP2012142025 A JP 2012142025A JP 2014007287 A JP2014007287 A JP 2014007287A
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雅人 沼崎
Kazuko Hanawa
和子 花輪
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Renesas Electronics Corp
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Abstract

【課題】半導体装置の信頼性を向上させる。
【解決手段】タイバー40tbを介して連結された複数のデバイス領域40a上にそれぞれ半導体チップ3を搭載し、各デバイス領域40aに設けられたリード4と半導体チップ3を電気的に接続した後、複数のデバイス領域40aを一括して封止する封止体6を形成する。また、封止体6を形成した後、リード4の露出面にめっき法により金属膜を形成し、その後、複数のデバイス領域40aを分割する。また、封止体6を形成した後、かつ、金属膜を形成する前に、以下の工程を有する。すなわち、複数のデバイス領域40aを分割する工程で用いる図示しないブレードよりも幅が太いブレードBD1を用いて、リード4およびタイバー40tbのそれぞれの一部を除去する。
【選択図】図26

Description

本発明は、半導体装置の製造技術に関し、例えば外部端子となるリードが封止体の下面および側面において露出する半導体装置に適用して有効な技術に関するものである。
特開2009−200175号公報(特許文献1)には、インナリードの側面が金属層で覆われた半導体装置が記載されている。
また、特開2000−294715号公報(特許文献2)には、リードの周縁部の下面側に傾斜面が設けられた半導体装置が記載されている。
特開2009−200175号公報 特開2000−294715号公報
半導体装置のパッケージ態様として、外部端子であるリードを封止体の下面側において露出させたパッケージがある。このようなパッケージとして、例えば、QFN(Quad Flat Non-leaded package)型やSON(Small Outline Non-leaded package)などがある。上記のように、封止体の下面側でリードが露出するパッケージを実装基板に実装する場合、リードの露出面に、例えば半田などの接合材を接合することにより実装する。
しかし、半田(接合材)をリードの下面のみに接合する場合には、半導体装置の実装強度向上、あるいは実装状態を検査する時の視認性向上が要求される。そこで、リードの下面に加えて、側面にも半田(接合材)を接合する、あるいはリードの側面に半田のフィレット(半田フィレット)を形成する技術が要求される。
その他の課題と新規な特徴は、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代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次の通りである。
すなわち、タイバーを介して連結された複数のデバイス領域上にそれぞれ半導体チップを搭載し、各デバイス領域に設けられたリードと半導体チップを電気的に接続した後、上記複数のデバイス領域を一括して封止する封止体を形成する。また、上記封止体を形成した後、上記リードの露出面にめっき法により金属膜を形成し、その後、上記複数のデバイス領域を分割する。また、上記封止体を形成した後、かつ、上記金属膜を形成する前に、以下の工程を有する。すなわち、上記複数のデバイス領域を分割する工程で用いる第2ブレードよりも幅が太い第1ブレードを用いて、上記リードおよび上記タイバーのそれぞれの一部を除去する。
本願において開示される代表的な実施の形態によって得られる効果を簡単に説明すれば以下の通りである。
すなわち、本願において開示される代表的な実施の形態によれば、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
一実施の形態である半導体装置の上面図である。 図1に示す半導体装置の下面図である。 図1および図2に示す半導体装置の側面図である。 図1に示す封止体を取り除いた状態で半導体装置の内部構造を示す透視平面図である。 図1のA−A線に沿った断面図である。 図1のB−B線に沿った断面図である。 図5に示す半導体装置を実装する実装基板の実装面に接合材を塗布した状態を示す拡大断面図である。 図7に示す実装基板の実装面側を示す拡大平面図である。 図7に示す実装基板上に図5に示す半導体装置を配置した状態を示す拡大断面図である。 図9に示す接合材を加熱処理してリードとランドを接合した状態を示す拡大断面図である。 図1のB−B線に沿った断面における半導体装置と実装基板の接合状態を示す拡大断面図である。 図8に示す実装基板上に半導体装置を搭載し、接合した状態を示す拡大平面図である。 図10〜図12に示す実装構造体の外観検査工程の構成を模式的に示す説明図である。 図1〜図13に示す半導体装置の組み立てフローを示す説明図である。 リードフレーム準備工程で準備するリードフレームの全体構造を示す平面図である。 図15に示す複数のデバイス領域のうち、2つのデバイス領域周辺の拡大平面図である。 図16のA−A線に沿った拡大断面図である。 図16のB−B線に沿った拡大断面図である。 図16に示すダイパッド上に、ボンディング材を介して半導体チップを搭載した状態を示す拡大平面図である。 図19のA−A線に沿った拡大断面図である。 図19に示す半導体チップと複数のリードを、ワイヤを介して電気的に接続した状態を示す拡大平面図である。 図21のA−A線に沿った拡大断面図である。 図21に示すリードフレームのデバイス領域に、封止体を形成した状態を示す平面図である。 図23のA−A線に沿った拡大断面図である。 封止工程において、成形金型内にリードフレームを配置した状態を示す断面図である。 図24に示すリードフレームに切削加工を施し、タイバーの下面側を露出させた状態を示す拡大断面図である。 図26に示すダイシング領域周辺をさらに拡大して示す拡大断面図である。 図23に示すリードフレームをダイシングテープで固定した状態を示す平面図である。 図28に示すリードフレームの下面側の一部を拡大して示す拡大平面図である。 図26に示すリードおよびダイパッドの露出面に金属膜を形成した状態を示す拡大断面図である。 電解めっき法によるめっき工程の概要を示す説明図である。 図29に示すリードフレームに金属膜を形成した後、デバイス領域毎に個片化した状態を示す拡大平面図である。 図30に示すリードフレームをダイシングテープに固定し、個片化した状態を示す拡大断面図である。 図33のダイシング領域周辺をさらに拡大して示す拡大断面図である。 図16に対する変形例を示す拡大平面図である。 図26および図27に示すダイシングブレードの切削加工部の形状を説明するための拡大断面図である。 図36に対する変形例を示す拡大断面図である。 図36に対する他の変形例を示す拡大断面図である。 図4に対する変形例を示す透視平面図である。 図4に対する他の変形例を示す透視平面図である。 図5に対する変形例を示す断面図である。 図13の他の半導体装置の構成において、外観検査工程を行う場合の説明図である。
(本願における記載形式・基本的用語・用法の説明)
本願において、実施の態様の記載は、必要に応じて、便宜上複数のセクション等に分けて記載するが、特にそうでない旨明示した場合を除き、これらは相互に独立別個のものではなく、記載の前後を問わず、単一の例の各部分、一方が他方の一部詳細または一部または全部の変形例等である。また、原則として、同様の部分は繰り返しの説明を省略する。また、実施の態様における各構成要素は、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、必須のものではない。
同様に実施の態様等の記載において、材料、組成等について、「AからなるX」等といっても、特にそうでない旨明示した場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、A以外の要素を含むものを排除するものではない。たとえば、成分についていえば、「Aを主要な成分として含むX」等の意味である。たとえば、「シリコン部材」等といっても、純粋なシリコンに限定されるものではなく、SiGe(シリコン・ゲルマニウム)合金やその他シリコンを主要な成分とする多元合金、その他の添加物等を含む部材も含むものであることはいうまでもない。また、金めっき、Cu層、ニッケル・めっき等といっても、そうでない旨、特に明示した場合を除き、純粋なものだけでなく、それぞれ金、Cu、ニッケル等を主要な成分とする部材を含むものとする。
さらに、特定の数値、数量に言及したときも、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、その特定の数値を超える数値であってもよいし、その特定の数値未満の数値でもよい。
また、実施の形態の各図中において、同一または同様の部分は同一または類似の記号または参照番号で示し、説明は原則として繰り返さない。
また、添付図面においては、却って、煩雑になる場合または空隙との区別が明確である場合には、断面であってもハッチング等を省略する場合がある。これに関連して、説明等から明らかである場合等には、平面的に閉じた孔であっても、背景の輪郭線を省略する場合がある。更に、断面でなくとも、空隙でないことを明示するため、あるいは領域の境界を明示するために、ハッチングやドットパターンを付すことがある。
以下の実施の形態で説明する技術はリードを封止体の下面側で露出させる種々のパッケージタイプの半導体装置に適用可能である。本実施の形態では、一例として、外部端子である複数のリードが、封止体の下面(実装面)において封止体から露出する、QFN型の半導体装置に適用した実施態様を取り上げて説明する。図1は本実施の形態の半導体装置の上面図、図2は、図1に示す半導体装置の下面図、図3は図1および図2に示す半導体装置の側面図である。また、図4は、図1に示す封止体を取り除いた状態で半導体装置の内部構造を示す透視平面図である。また、図5は図1のA−A線に沿った断面図、図6は図1のB−B線に沿った断面図である。なお、図3は側面図であるが、封止体6とリード4、および金属膜SDの区別を判り易く示すため、それぞれ模様またはハッチングを付して示し、かつ、リード4の位置を二点鎖線で示している。
<半導体装置>
まず、本実施の形態の半導体装置1の構成の概要について、図1〜図6を用いて説明する。本実施の形態の半導体装置1は、ダイパッド(チップ搭載部、タブ)2(図4〜図6参照)と、ダイパッド2上にダイボンド材DB(図4〜図6参照)を介して搭載された半導体チップ3(図4〜図6参照)と、を備えている。また、半導体装置1は、半導体チップ3(ダイパッド2)の周囲に配置された複数のリード(端子、外部端子)4と、半導体チップ3の複数のパッド(電極、ボンディングパッド)PD(図4、図5参照)と複数のリード4とを、それぞれ電気的に接続する複数のワイヤ(導電性部材)5(図4、図5参照)と、を有している。また、ダイパッド2には、複数の吊りリードTLが接続されている。また、半導体装置1は半導体チップ3、複数のワイヤ5、および複数のリード4の一部を封止する封止体(樹脂体)6を備えている。
<外観構造>
まず、半導体装置1の外観構造について説明する。図1に示す封止体(樹脂体)6の平面形状は矩形状からなり、本実施の形態では、例えば、正方形である。封止体6は上面6aと、この上面6aとは反対側の下面(裏面、実装面)6b(図2参照)と、この上面6aと下面6bとの間に位置する側面6cとを有している。図5に示す例では、側面6cは上面6aおよび下面6bと直交する。
また、図2に示すように、半導体装置1では、封止体6の各辺(側面6c)に沿って、それぞれ複数のリード4が配置されている。複数のリード4は、それぞれ金属材料からなり、本実施の形態では、例えば銅(Cu)、または銅(Cu)からなる基材の表面に例えばニッケル(Ni)からなる金属膜(図示は省略)が形成された積層金属部材から成る。
また複数のリード4は、図2に示すように封止体6の下面6bにおいて、各リード4の一部(下面4b)が封止体6からそれぞれ露出している。またリード4の封止体6からの露出部には、金属膜SDが形成され、下面4bは金属膜SDに覆われる。金属膜SDは、例えばめっき法により形成されためっき膜であり、例えば半田材から成り、リード4を後述する実装基板側の端子と接合する際に接合材として機能する。
本実施の形態の金属膜SD(半田材)は、鉛(Pb)を実質的に含まない、所謂、鉛フリー半田からなり、例えば錫(Sn)のみ、錫−ビスマス(Sn−Bi)、または錫−銅−銀(Sn−Cu−Ag)などである。ここで、鉛フリー半田とは、鉛(Pb)の含有量が0.1wt%以下のものを意味し、この含有量は、RoHS(Restriction of Hazardous Substances)指令の基準として定められている。以下、本実施の形態において、半田材、あるいは半田成分について説明する場合には、特にそうでない旨明示した場合を除き、鉛フリー半田を指す。
また、図2に示すように、半導体装置1の下面(実装面)の周縁部には、段差部10が設けられる。段差部10は半導体装置1の下面の周縁部に、全周に亘って連続的に形成されている。図3に示す例では、複数のリード4のそれぞれは、側面4cに連なり、かつ、下面4bと上面4aの間に位置する段差面(下面、中間面)4fを備えている。また、側面4cの内側には、下面4bと段差面4fに連なる側面4eを備えている。また、封止体6は、側面6cに連なり、かつ、下面6bと上面6aの間に位置する段差面(下面、中間面)6fを備えている。また、側面6cの内側には、下面6bと段差面6fに連なる側面6eを備えている。詳細は後述するが、このような構成とすることで、実装後の検査における視認性が向上する。また、実装強度を向上させることができる。
また、図3に示すようにリード4の側面4cは金属膜SDに覆われず、露出している。このように側面4cが金属膜SDから露出した構造となる理由は、半導体装置1の製造工程に由来するものであるが、詳細は半導体装置の製造法を説明する際に説明する。
次に、図2に示すように、ダイパッド(チップ搭載部、タブ)2の下面2bは、封止体6の下面6bにおいて、封止体6から露出している。つまり、半導体装置1は、ダイパッド露出型(タブ露出型)の半導体装置である。また、ダイパッド2は、封止体6よりも熱伝導率が高い金属材料からなり、本実施の形態では、例えば銅(Cu)、または銅(Cu)からなる基材の表面に例えばニッケル(Ni)からなる金属膜(図示は省略)が形成された積層金属膜から成る。このように、ダイパッド露出型の半導体装置は、熱伝導率が封止体6よりも高い、例えば、銅(Cu)などの金属部材(ダイパッド2)を露出させることで、ダイパッド2が露出しない半導体装置と比較して、パッケージの放熱性を向上させることができる。また、図2および図3に示す例では、ダイパッド2の下面2bには、実装時に接合材として機能する金属膜SDが形成され、上記基材の下面を覆っている。金属膜SDは上記したように例えばめっき法により形成されためっき膜(半田膜)である。
また、図2および図3に示すように、半導体装置1は、封止体6の角部6k(側面6cの交点)の外側において、吊りリードTLの一部が封止体6から露出している。詳しくは、図4および図6に示すように、吊りリードTLの一方の端部(封止部TL1)は、ダイパッド2に接続され(一体に形成され)、他方の端部(露出部TL2)は、角部6kにおいて封止体6から露出している。すなわち、本実施の形態の吊りリードは、所謂、I吊りタイプである。吊りリードTLは、ダイパッド2と一体に形成されるので、吊りリードTLはダイパッド2と同じ金属材料から成る。本実施の形態では、例えば銅(Cu)、または銅(Cu)からなる基材の表面に例えばニッケル(Ni)からなる金属膜(図示は省略)が形成された積層金属膜から成る。また、図2に示すように、吊りリードTLの露出部の下面には、実装時に接合材として機能する金属膜SDが形成され、上記基材の下面を覆っている。金属膜SDは上記したように例えばめっき法により形成された半田膜である。
言い換えれば、半導体装置1は、封止体の下面6bの周縁部を囲むように連続的に形成された段差部10を備え、段差部10において、複数のリード4および複数の吊りリードTLが封止体6から露出している。
このように吊りリードTLの一部を封止体6から露出させることにより、半導体装置1を後述する実装基板に実装する際に、吊りリードTLの露出部を実装基板の端子と接合できる。これにより、半導体装置1の実装強度を向上させることができる。ただし、変形例としては、図2に示すような吊りリードTLの露出部を設けない構造とすることができる。
<内部構造>
次に半導体装置1の内部構造について説明する。図4に示すように、ダイパッド2の上面(チップ搭載面)2aは、平面形状が四角形(四辺形)から成る。本実施の形態では、例えば正方形である。また、図4に示す例では、半導体チップ3の外形サイズ(裏面3bの平面サイズ)よりも、ダイパッド2の外形サイズ(平面サイズ)の方が大きい。このように半導体チップ3を、その外形サイズよりも大きい面積を有するダイパッド2に搭載し、ダイパッド2の下面2bを封止体6から露出させることで、放熱性を向上させることができる。
また、図4に示すようにダイパッド2上には、半導体チップ3が搭載されている。半導体チップ3はダイパッド2の中央に搭載されている。図5に示すように半導体チップ3は、裏面3bがダイパッド2の上面2aと対向した状態で、ダイボンド材(接着材)DBを介してダイパッド2上に搭載されている。つまり、複数のパッドPDが形成された表面(主面)3aの反対面(裏面3b)をチップ搭載面(上面2a)と対向させる、所謂、フェイスアップ実装方式により搭載されている。このダイボンド材DBは、半導体チップ3をダイボンディングする際の接着材であって、本実施の形態では、例えば、エポキシ系の熱硬化性樹脂に、銀(Ag)などから成る金属粒子を含有させたダイボンド材DBを用いている。
図4に示すように、ダイパッド2上に搭載される半導体チップ3の平面形状は四角形から成る。本実施の形態では、例えば、正方形である。また、図5に示すように、半導体チップ3は、表面(主面、上面)3aと、表面3aとは反対側の裏面(主面、下面)3bと、この表面3aと裏面3bとの間に位置する側面3cとを有している。そして、図4および図5に示すように、半導体チップ3の表面3aには、複数のパッド(ボンディングパッド)PDが形成されており、本実施の形態では、複数のパッドPDが表面3aの各辺に沿って形成されている。また、図示は省略するが、半導体チップ3の主面(詳しくは、半導体チップ3の基材(半導体基板)の上面に設けられた半導体素子形成領域)には、複数の半導体素子(回路素子)が形成されている。また、複数のパッドPDは、半導体チップ3の内部(詳しくは、表面3aと図示しない半導体素子形成領域の間)に配置される配線層に形成された配線(図示は省略)を介して、この半導体素子と電気的に接続されている。
半導体チップ3(詳しくは、半導体チップ3の基材)は、例えばシリコン(Si)から成る。また、表面3aには、半導体チップ3の基材および配線を覆う絶縁膜が形成されており、複数のパッドPDのそれぞれの表面は、この絶縁膜に形成された開口部において、絶縁膜から露出している。また、このパッドPDは金属からなり、本実施の形態では、例えばアルミニウム(Al)、あるいはアルミニウム(Al)を主体とする合金層から成る。
また、図4に示すように、半導体チップ3の周囲(詳しくは、ダイパッド2の周囲)には、例えば、ダイパッド2と同じ銅(Cu)から成る複数のリード4が配置されている。そして、半導体チップ3の表面3aに形成された複数のパッド(ボンディングパッド)PDは、複数のリード4と、複数のワイヤ(導電性部材)5を介してそれぞれ電気的に接続されている。ワイヤ5は、例えば、金(Au)から成り、ワイヤ5の一部(例えば一方の端部)がパッドPDに接合され、他部(例えば他方の端部)がリード4の上面4aのボンディング領域に接合されている。なお、図示は省略するが、リード4のボンディング領域の表面(詳しくはニッケル(Ni)から成るめっき膜の表面)には、めっき膜が形成されている。めっき膜は例えば、銀(Ag)、あるいは金(Au)から成る。リード4(インナリード部)のボンディング領域(ワイヤボンディング領域)の表面に、銀(Ag)や金(Au)から成るめっき膜を形成することにより、金(Au)からなるワイヤ5との接合強度を向上させることができる。
また、図5に示すように、リード4は封止体6に封止される上面(ワイヤボンディング面)4aと上面4aの反対側に位置し、封止体6の下面6bにおいて封止体6から露出する下面(実装面)4bを有する。また、リード4は、外周側に側面4cを有する。また、上記したようにリード4は、側面4cに連なり、かつ、下面4bと上面4aの間に位置する段差面(下面、中間面)4fを備えている。また、側面4cの内側には、下面4bと段差面4fに連なる側面4eを備えている。
また、図4に示すように、ダイパッド2には、複数の吊りリードTLが接続(連結)されている。複数の吊りリードTLは、それぞれ一方の端部が、平面視において四角形を成すダイパッド2の角部(角)に接続されている。また複数の吊りリードTLはそれぞれ他方の端部が封止体6の角部6kに向かって延び、角部6kにおいて封止体6から露出している。吊りリードTLを封止体6の角部6kに向かって、延ばすことにより、封止体6の各辺(各主辺)に沿って配置される複数のリード4の配列を阻害することなく配置できるので、リード4の数、すなわち、半導体装置1の端子数を増加させることができる。また、図6に示すように、吊りリードTLの一部(封止部TL1)には、下面側からハーフエッチング加工が施され、下面側が封止体6により封止されている。これにより、吊りリードTLと封止体6をしっかりと固定することができるので、吊りリードTLが封止体6から抜け落ちることを防止することができる。
<半導体装置の実装方法>
次に、図1〜図6を用いて説明した半導体装置の実装方法について説明する。図7は図5に示す半導体装置を実装する実装基板の実装面に接合材を塗布した状態を示す拡大断面図である。また、図8は、図7に示す実装基板の実装面側を示す拡大平面図である。また、図9は、図7に示す実装基板上に図5に示す半導体装置を配置した状態を示す拡大断面図、図10は、図9に示す接合材を加熱処理してリードとランドを接合した状態を示す拡大断面図である。また、図11は、図1のB−B線に沿った断面における半導体装置と実装基板の接合状態を示す拡大断面図である。また、図12は、図8に示す実装基板上に半導体装置を搭載し、接合した状態を示す拡大平面図である。
本実施の形態では、まず、図7および図8に示す実装基板20を準備する(基板準備工程)。実装基板(マザーボード、配線基板)20は、電子部品搭載面である上面(搭載面)20aを有し、図1〜図6を用いて説明した半導体装置1は、上面20a上に搭載される。上面20aには、実装基板側の端子である複数のランド(端子)21が配置される。図8に示す例では、実装基板20は、複数のランド(リード接続用端子)21a、ランド(ダイパッド接続用端子)21b、および複数のランド(吊りリード接続用端子)21cを備える。上面20aは、絶縁膜(ソルダレジスト膜)22に覆われるが、絶縁膜22は、複数のランド21と重なる位置に開口部が形成され、この開口部において、複数のランド21は絶縁膜22から露出している。
次に、図7に示すように、実装基板20の上面20aに設けられた複数のランド21上に、それぞれ接合材23を配置(塗布)する(接合材配置工程)。図7に示す例では、接合材23は、クリーム半田(あるいは、ペースト半田)と呼ばれる半田材である。クリーム半田には、導電性の接合材となる半田成分と、接合部の表面を活性化させるフラックス成分とが含まれ、常温でペースト状である。また、接合材の塗布方法は、例えばスクリーン印刷により、塗布することができる。本工程により、複数のランド21上にそれぞれ接合材23が配置される。図2に示す例では、半導体装置1は、複数のリード4、ダイパッド2、および複数の吊りリードTLのそれぞれが封止体6の下面6bにおいて露出しており、これらをそれぞれ実装基板20のランド21に接続する。このため、本工程では、図8に示す複数のランド21a、ランド21b、および複数のランド21c上に、それぞれ接合材23を塗布する。
次に、図9に示すように、半導体装置1を実装基板20の上面20a上に配置する(パッケージマウント工程)。本工程では、半導体装置1の端子の位置と実装基板20上のランド21の位置が重なるように位置合わせをして、実装基板20の実装面である上面20a上に半導体装置1を配置する。詳しくは、本工程では、半導体装置1のダイパッド2が実装基板20のランド21b上に、複数のリード4が複数のランド21a上に、複数の吊りリードTL(図6参照)が複数のランド21c(図8参照)上に配置される。
次に、実装基板20上に半導体装置1が配置された状態で加熱処理を施し、図10に示すように、複数のリード4と複数のランド21aのそれぞれを、接合材24を介して接合する(リフロー工程)。図10に示す接合材24は、図9に示す接合材23に含まれる半田成分と、金属膜SDの半田成分が一体化して形成された導電性部材(半田材)である。また、接合材24の一方の面はリード4の下面4bに接合され、接合材24の他方の面は、ランド21aの露出面に接合される。つまり、本工程では、複数のリード4と複数のランド21aのそれぞれが、接合材24を介して電気的に接続される。
また、ダイパッド接続用端子であるランド21b上では、接合材24の一方の面はダイパッド2の下面2bに接合され、接合材24の他方の面は、ランド21bの露出面に接合される。つまり、本工程では、ダイパッド2から実装基板20に接続される放熱経路が形成される。また、ダイパッド2を例えば基準電位供給用などの端子として用いる場合には、本工程で、ダイパッド2とランド21bが、接合材24を介して電気的に接続される。
本工程では、図9に示す接合材23が加熱されると、接合材23に含まれるフラックス成分が流れ出て、金属膜SDやランド21の露出面を活性化させる。これにより、接合材23に含まれる半田成分と金属膜SD、ランド21が濡れ易い状態になる。さらに加熱すると、半田成分の融点に到達し、半田成分が溶融する。この時、金属膜SDおよびランド21は半田と濡れ易い状態(半田濡れ性が高い状態)になっているので、半田成分はランド21の露出面および金属膜SDの形成面に濡れ広がる。これにより、図10に示すように、接合材24はランド21の露出面全体に濡れ広がる。また、接合材24はダイパッド2の露出面である下面2b全体に濡れ広がる。また、接合材24は、リード4の露出面のうち、下面4bおよび段差部10に濡れ広がる。一方、図9に示すように、側面4cには金属膜SDが形成されていないため、側面4cには、図10に示す接合材24は濡れ広がり難い。特に、接合材24を鉛フリー半田で構成する場合には、所謂、鉛半田と比較して濡れ性が低下する傾向があるので、金属膜SDが形成されない側面4cには接合材24が濡れ上がり難い。
ここで、半導体装置1の実装強度について説明する。半導体装置1は、実装基板20に実装された後、使用環境において温度サイクル負荷が印加される。温度サイクル負荷とは、実装基板20上に半導体装置1が実装された実装構造体の環境温度が繰り返し変化することにより生じる負荷である。温度サイクル負荷としては、例えば、実装構造体を構成する各部材の線膨張係数の違いに起因して発生する応力がある。この応力は、半導体装置1の実装面の周縁部に集中し易い。このため、温度サイクル寿命(温度サイクル負荷により接続部が損傷するまでの温度サイクル回数)を延ばすためには、実装面の周縁部に配置されるリード4とランド21の接続部の強度を向上させることが好ましい。
そこで、本実施の形態の半導体装置1は、リード4の周縁部側に側面4cに連なる段差部10を設けている。これにより、温度サイクルにより発生する応力が最も集中しやすい側面4cの直下において、接合材24の厚さを厚くすることができる。このため、リード4とランド21aの接合部の強度を向上させて半導体装置1の接続信頼性を向上させることができる。また、半導体装置1は、リード4の下面4bと段差面4fに連なる側面4eを備えている。これにより、互いに交差する複数の面で接合材24と接合されることとなるので、接合材24とリード4の接合強度を向上させることができる。また、リード4の下面4b側に段差部10を設けることにより、接合材24とリード4の接触面積が増すので、リード4と接合材24の接合強度を向上させることができる。
特に、半導体装置1を小型化する場合、各リード4の寸法が小さくなるので、実装面である下面4bの面積が小さくなる。本実施の形態によれば、リード4の下面4bの面積が小型化により、小さくなった場合でも、段差部10を設けることで、実装強度の低下を抑制できる。言い換えれば、リード4の実装強度を向上させることにより、リード4の下面4bの面積は小さくすることができるので、半導体装置1を小型化することができる。
また、図11に示す例では、吊りリードTLの一部(露出部TL2)が、接合材24を介して実装基板20のランド21cと接続されている。本実施の形態では、吊りリードTLはダイパッド2と一体に形成されているので、吊りリードTLとランド21cを電気的に接続する必要はない。しかし、吊りリードTLとランド21cを、接合材24を介して固定することにより、半導体装置1と実装基板20の接続強度を向上させることができる。例えば、図10に示すリード4とランド21aを接続する接合材24に集中する応力を、図11に示す吊りリードTLとランド21aを接続する接合材24に分散させることで、応力集中を緩和することができる。なお、吊りリードTLの露出部TL2に接合材24を濡れ上がらせるためには、露出部TL2に金属膜SD(図6参照)を形成しておく他、リフロー工程において、金属膜SDと接合材23を接触させる必要がある。また、図11に示すように、吊りリードTLの露出部TL2では、吊りリードTLの下面のみが露出している。言い換えると、図10に示すリード4は、段差面4fと下面4bを連結する側面4eが存在するので、接合材24が段差面4fまで濡れ上がるきっかけになる。一方、図11に示すように吊りリードTLは、封止体6の下面6bよりも高い位置に配置される露出部TL2の下面(図10の段差面4fに対応する面)段差面が露出し、図10に示す側面4eのように、封止体6の下面6bの高さから露出部TL2の下面に至る側面が存在しない。このため、接合材配置工程では、図8に示す吊りリード接続用のランド21cには、リード接続用のランド21aよりも多くの接合材23を塗布し、露出部TL2の下面と接合材23を接触させることが好ましい。
なお、本工程の後、図9に示す接合材23に含まれていたフラックス成分の残渣が残る場合には、必要に応じて洗浄工程を施し、この残渣を取り除く。
次に、実装基板20上に搭載された半導体装置1の外観を検査する(検査工程)。本工程では、特に、半導体装置1と実装基板20の接続部、すなわち、接合材24による接合状態を検査する。本工程では、例えば半導体装置1の上面側(図12に示す封止体6の上面6a側)から目視により接続状態の外観を検査することもできるが、検査を効率的に行う観点から画像処理を利用して検査することが好ましい。
例えば、図13に模式的に示す検査装置(外観検査装置)30を用いて検査することができる。図13は、図10〜図12に示す実装構造体の外観検査工程の構成を模式的に示す説明図である。また、図42は、図13の他の半導体装置の構成において、外観検査工程を行う場合の説明図である。検査装置30は、被検査対象部分に光を照射する光照射部31、被検査対象部で反射される光を検出して撮像する撮像部32、および撮像部32と電気的に接続される制御部33を備えている。制御部33には、例えば、撮像部32で得られたデータに処理(画像処理)を施す画像処理部、および画像処理後のデータを評価し、良否判定を行う判定部などが含まれる。上記したように、本工程では、特に、接合材24による接合状態を検査するので、光照射部31は、半導体装置1の上面側(封止体6の上面6a側)に配置され、接合材24に向かって光が照射される。また、撮像部32も、半導体装置1の上面側(封止体6の上面6a側)に配置され、接合材24で反射された光を検知し、撮像する。
ここで、図42に示す半導体装置H1のように、リード4の側面4cと下面4bが連なっている場合、言い換えれば、図13に示す段差部10が形成されていない場合、接合材24の量の調整が難しい。つまり、半導体装置H1の周縁部において、リード4の下面とランド21の間の距離が短いので、接合材24の量が多ければ、リード4の外側において、接合材24の一部が上方に盛り上がった形状になり易い。しかし、この場合、以下の問題が生じる。
すなわち、上記したように、検査工程では、リード4の外側の接合材24を撮影し、得られた画像データを利用して良否判定を行う。ところが、半導体装置H1のように、リード4の外側で、接合材24が上方に盛り上がっている場合、盛り上がった部分の形状によって、光の反射方向が不安定になる。このため、撮像部32に到達する反射光の量が減少し、誤判定の原因となる。
一方、本実施の形態の半導体装置1の場合、図13に示すように、段差部10が設けられているため、段差部10とランド21の間の領域の離間距離が、下面4bとランド21の間の領域の離間距離よりも大きい。言い換えれば、段差部10とランド21の間に配置される接合材24の厚さは、下面4bとランド21の間に配置される接合材24の厚さよりも大きい。半導体装置1のように、周縁部に段差部10を設け、段差面4fとランド21の離間距離を大きくすれば、図42に示す半導体装置H1よりも接合材24の量の調整が容易になる。つまり、接合材24の量が多い場合でも、図42に示すような接合材24の一部が上方に盛り上がった形状にはなり難く、例えば図13に示すように露出面が平坦または、若干窪んだ、フィレット形状になり易い。
図13に示すように、接合材24の露出面が、平坦または、若干窪んだ、フィレット形状となっている場合、接合材24に照射された光の反射方向が安定する。このため、図42に示す例と比較して、撮像部32に到達する反射光の量が増加し、正確な判定処理を行うことが可能となる。
このように、本実施の形態によれば、接合材24による接合部の接合強度を向上させることにより、半導体装置1の温度サイクル寿命を延ばすことができる。つまり、半導体装置1の信頼性を向上させることができる。また、図11に示すように吊りリードTLの一部を露出させ、この吊りリードTLの露出部TL2をランド21cと接合可能とすることで、半導体装置1の実装強度をさらに向上させることができる。また、図13に示すように、本実施の形態によれば、接合材24の露出面が、平坦または、若干窪んだ、フィレット形状になるので、実装時の不具合を容易に検出することができる、この結果、半導体装置1の実装信頼性を向上させることができる。
<半導体装置の製造工程>
次に、図1〜図13に示す半導体装置1の製造工程について、説明する。本実施の形態における半導体装置1は、図14に示す組立てフローに沿って製造される。図14は、図1〜図13に示す半導体装置の組み立てフローを示す説明図である。
1.リードフレーム準備工程;
まず、図14に示すリードフレーム準備工程として、図15に示すようなリードフレーム(基材)40を準備する。図15は、リードフレーム準備工程で準備するリードフレームの全体構造を示す平面図、図16は、図15に示す複数のデバイス領域のうち、2つのデバイス領域周辺の拡大平面図である。また、図17は、図16のA−A線に沿った拡大断面図、図18は、図16のB−B線に沿った拡大断面図である。
本工程で準備するリードフレーム40は、外枠40bの内側に複数のデバイス領域(製品形成領域)40aを備えている。図15に示す例では、リードフレーム40は、行方向に16個、列方向に4個のデバイス領域40aが、マトリクス状に配置され、合計64個のデバイス領域40aを備えている。リードフレーム40は、金属から成り、本実施の形態では、例えば銅(Cu)、または銅(Cu)からなる基材の表面に例えばニッケル(Ni)からなる金属膜(図示は省略)が形成された積層金属膜から成る。
また、各デバイス領域40aの間には、各デバイス領域40aの周囲をそれぞれ囲むダイシング領域40cが配置されている。このダイシング領域40cは、後述する個片化工程(図14参照)において、切断される領域である。また、図16に示すようにダイシング領域40cは、複数のリード4の周囲を囲むように形成される。また、ダイシング領域40cには、デバイス領域40aの周囲を囲むようにタイバー40tbが配置される。タイバー40tbは複数のリード4、および図15に示す外枠(枠体)40bと一体に形成されている。
図16に示すように、各デバイス領域40aの中央部には、平面視において四角形を成すダイパッド2が形成されている。ダイパッド2の4つの角部には、それぞれ吊りリードTLが接続され、デバイス領域40aの角部に向かって延びるように配置されている。また、ダイパッド2の周囲には、複数の吊りリードTLの間に、それぞれ複数のリード4が形成されている。また、複数のリード4は、ダイパッド2に対して、複数のリード4よりも外側に配置されるタイバー40tbにそれぞれ接続されている。
言い換えれば、リードフレーム40は、タイバー40tb、平面視においてタイバー40tbの内側に配置されたダイパッド2、ダイパッド2とタイバー40tbを連結する複数の吊りリードTL、およびダイパッド2とタイバー40tbの間に配置される複数のリード4、を備える。
さらに言い換えれば、図16に示すようにリードフレーム40は、互いに隣り合うデバイス領域40aを有し、各デバイス領域40aには、それぞれ複数のリード4が設けられている。また、一方のデバイス領域40aと他方のデバイス領域40aの間には、タイバー40tbが設けられ、タイバー40tbには、複数のリード4がそれぞれ繋がる。
また、リードフレーム40の一部の領域では、板厚が薄くなるように、予め加工されている。言い換えれば、図16にハッチングを付して示すように、リードフレーム40は、他の領域よりも板厚が薄い、薄肉部(ハーフエッチング部)40hfを有する。図16〜図17に示す例では、リード4の下面4b側から厚さ方向に途中までエッチング処理を施す、ハーフエッチング処理により、薄肉部40hfを形成している。詳しくは、タイバー40tbおよびタイバー40tbに隣接するリード4の一部の厚さが、リード4の他部の厚さよりも薄くなっている。
図17に示すように、隣り合うデバイス領域40aの間のダイシング領域40c内に配置される、タイバー40tbおよびリード4の一部は薄肉部40hfとなっている。言い換えれば、タイバー40tb、およびリード4の一部は、リードフレームの下面側の一部が取り除かれ、リード4の他部よりも厚さが薄くなっている。さらに言い換えれば、タイバー40tb、およびリード4の一部には、予めハーフエッチング処理が施されている。このように、ダイシング領域40c内を薄肉部40hfとすることで、図14に示す個片化工程において、切削される金属部材の量を低減することができる。このため、切削加工時に生じる金属バリなどを低減し、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
また、図18に示すように、吊りリードTLは、薄肉部40hfとなっている。このように吊りリードTLを薄肉部40hfとすることで、図14に示す封止工程において、吊りリードTLの下面側を封止することができるので、ダイパッド2が封止体から脱落することを抑制できる。
2.半導体チップ搭載;
次に、図14に示す半導体チップ搭載工程として、図19および図20に示すように半導体チップ3を、ダイパッド2上にダイボンド材DBを介して搭載する。図19は、図16に示すダイパッド上に、ボンディング材を介して半導体チップを搭載した状態を示す拡大平面図、図20は、図19のA−A線に沿った拡大断面図である。
図20に示す例では、半導体チップ3の裏面3b(複数のパッドPDが形成された表面3aの反対側の面)をダイパッド2の上面2aと対向させた状態で搭載する、所謂フェイスアップ実装方式で搭載する。また、図19に示すように、半導体チップ3はダイパッド2の中央部に、表面3aの各辺が、ダイパッド2の各辺に沿って配置されるように搭載する。
本工程では、例えば、エポキシ系の熱硬化性樹脂であるダイボンド材DBを介して半導体チップ3を搭載するが、ダイボンド材DBは、硬化(熱硬化)させる前には流動性を有するペースト材である。このようにペースト材をダイボンド材DBとして用いる場合には、まず、ダイパッド2上に、ダイボンド材DBを塗布し、その後、半導体チップ3の裏面3bをダイパッド2の上面2aに接着する。そして、接着後に、ダイボンド材DBを硬化させる(例えば熱処理を施す)と、図20に示すように、半導体チップ3はダイボンド材DBを介してダイパッド2上に固定される。
また、本工程では、複数のデバイス領域40aにそれぞれ設けられたダイパッド2上にダイボンド材DBおよび半導体チップ3をそれぞれ配置する。そして各デバイス領域40aにそれぞれ半導体チップ3を搭載する。
なお、本実施の形態では、ダイボンド材DBに、熱硬化性樹脂からなるペースト材を用いる実施態様について説明したが、種々の変形例を適用することができる。例えば、ペースト材ではなく、両面に接着層を備えるテープ材(フィルム材)である接着材を、予め半導体チップ3の裏面3bに貼り付けておき、テープ材を介して半導体チップ3をダイパッド2上に搭載しても良い。
3.ワイヤボンディング工程;
次に、図14に示すワイヤボンディング工程として、図21および図22に示すように、半導体チップ3の複数のパッドPDと複数のリード4とを、複数のワイヤ(導電性部材)5を介して、それぞれ電気的に接続する。図21は、図19に示す半導体チップと複数のリードを、ワイヤを介して電気的に接続した状態を示す拡大平面図、図22は、図21のA−A線に沿った拡大断面図である。
本工程では、例えば、各デバイス領域40aのダイパッド2上に半導体チップ3が搭載されたリードフレーム40を、図示しないヒートステージ(リードフレーム加熱台)上に配置する。そして、半導体チップ3のパッドPDとリード4とを、ワイヤ5を介して電気的に接続する。本実施の形態では、例えば図示しないキャピラリを介してワイヤ5を供給し、超音波と熱圧着を併用してワイヤ5を接合する、所謂、ネイルヘッドボンディング方式によりワイヤ5を接続する。
リード4の一部(インナリード部の先端に配置されたボンディング領域)には、例えば、銀(Ag)、あるいは金(Au)から成るめっき膜が形成されており、ワイヤ5の一部は、このめっき膜を介してリード4と電気的に接続されている。また、ワイヤ5は金属からなり、本実施の形態では、例えば金(Au)からなる。
また、本実施の形態では、半導体チップ3のパッドPDにワイヤの一部(端部)を接続した後、ワイヤ5の他部をリード4におけるボンディング領域(リード4の上面の一部)に接続する、所謂、正ボンディング方式によりワイヤを接続している。また、ボンディング領域は、下面4bの反対側に位置する。つまり、リード4のうち、板厚の厚い部分にワイヤ5を接合することになるので、ワイヤ5をリード4に接合する際に十分な荷重を付与することができるので、接合強度を向上させることができる。
また、本工程では、複数のデバイス領域40aにそれぞれ設けられた複数のリード4にワイヤ5を接合する。これにより各デバイス領域40aにおいて、半導体チップ3とリー複数のリード4が複数のワイヤ5を介して電気的に接続される。
4.封止工程;
次に、図14に示す封止工程として、図23および図24に示すように、封止体(封止体)6を形成し、半導体チップ3(図24参照)、複数のワイヤ5(図24参照)、および複数のリード4(図24参照)のそれぞれ一部を封止する。図23は、図21に示すリードフレームのデバイス領域に、封止体を形成した状態を示す平面図、図24は図23のA−A線に沿った拡大断面図である。また、図25は封止工程において、成形金型内にリードフレームを配置した状態を示す断面図である。なお、図24では、図25に示す成形金型50の一部を図示している。
本工程では、図24に示すように、各デバイス領域40aに設けられた複数のリード4の下面4bがそれぞれ露出するように、封止体6を形成する。また、本実施の形態では、図24に示すように、各デバイス領域40aに設けられたダイパッド2の下面2bがそれぞれ露出するように、封止体6を形成する。本工程では、例えば、図25に示す成形金型50でリードフレーム40を挟んだ状態で、成形金型50内に軟化した樹脂を圧入した後、硬化させる、所謂トランスファモールド方式により図23に示す封止体6を形成する。
成形金型50は、リードフレーム40の上側に配置する上型(金型)51と、リードフレーム40の下側に配置する下型(金型)52とを備える。上型51は、リードフレーム40を押さえるクランプ面(金型面、押し付け面、面)51aと、クランプ面51aの内側に形成されたキャビティ(窪み部)51bを備える。また、下型52は、クランプ面51aと対向するように配置されてリードフレーム40を押さえるクランプ面(金型面、押し付け面、面)52aを備える。なお、本実施の形態では、QFN型のパッケージを製造するので、下型52のクランプ面52aの内側にはキャビティは形成されていない。
封止工程では、キャビティ51bに封止用の樹脂を圧入し、半導体チップ3(図24参照)、複数のワイヤ5(図24参照)、および複数のリード4(図24参照)のそれぞれ一部を封止する。そして、キャビティ51bに供給した樹脂を熱硬化させることで、図23に示す封止体6を形成する。
また、図24および図25に示す例では、リードフレーム40と下型52の間には、樹脂フィルム(フィルム材)53が配置される。リードフレーム40の下面側(裏面側、実装面側)には、樹脂フィルム53を介して下型52のクランプ面52aからの押圧力が付与される。このため、図24に示すように、リード4の下面4bおよびダイパッド2の下面2bは、樹脂フィルム53に密着し易い。そして樹脂フィルム53を密着させることにより、リード4の下面4bおよびダイパッド2の下面2bに封止用の樹脂が回り込むことを抑制できる。つまり、リード4の下面4bおよびダイパッド2の下面2bを露出させることができる。
また、本実施の形態では、複数のデバイス領域40aを一括して封止するように封止体6を形成する。言い換えれば、図25に示すように、封止工程では、リードフレーム40の複数のデバイス領域40aが一つのキャビティ51b内に収まるように、リードフレーム40を成形金型50内に配置する。このように行列状(アレイ状)に配置された複数のデバイス領域40aを一括して覆うように封止体6を形成した半導体パッケージを、MAP(Multi Array Package)型の半導体装置と呼ぶ。また、複数のデバイス領域40aを一括して封止する封止方式を、一括封止(Block Molding)方式と呼ぶ。MAP型の半導体装置は、各デバイス領域40aの間隔を小さくすることができるので、1枚のリードフレーム40における有効面積が大きくなる。つまり、1枚のリードフレーム40から取得できる製品個数が増加する。このように、1枚のリードフレーム40における有効面積を大きくすることで、製造工程を効率化することができる。特に、1枚のリードフレーム40から数十個の製品を取得するような場合には、有効面積が大きくなることによる製造効率向上の効果が大きい。
ここで、本工程では、図24に示すように、成形金型50または樹脂フィルム53に密着していない領域では、封止用の樹脂が回り込んで付着する。このため、ハーフエッチング処理により、形成された薄肉部40hfには、封止体6が形成される。言い換えれば、本工程では、薄肉部40hfが樹脂により封止される。本願発明者は、図2に示す段差部10に対応する窪みをハーフエッチング処理により、予めリードフレーム40に形成する方法を検討した。しかし、リードフレームに予め窪みを設けた状態で封止工程を実施すると、図24に示す薄肉部40hfのように予め設けた窪みに樹脂が埋め込まれてしまい、めっき工程において、窪みに金属膜を形成することができないことが判った。そこで、本実施の形態では、図14に示すように、封止工程の後、かつ、めっき工程の前にハーフダイシング工程を実施する。これにより、薄肉部40hfに埋め込まれた樹脂を取り除き、薄肉部40hfの下面側(裏面側、実装面側)を露出させる。
5.ハーフダイシング工程(第1カット工程);
次に、図14に示すハーフダイシング工程として、図26に示すように薄肉部40hfの下面側(裏面側、実装面側)に埋め込まれた樹脂(図24に示す封止体6)を取り除き、タイバー40tbおよびタイバー40tbの下面側(裏面側、実装面側)を露出させる。図26は、図24に示すリードフレームに切削加工を施し、タイバーの下面側を露出させた状態を示す拡大断面図である。また、図27は図26に示すダイシング領域周辺をさらに拡大して示す拡大断面図である。また、図28は図23に示すリードフレームをダイシングテープで固定した状態を示す平面図である。また、図29は、図28に示すリードフレームの下面側の一部を拡大して示す拡大平面図である。
本工程では、図26に示すようにブレード(回転刃)BD1を用いて切削加工を施し、薄肉部40hfの下面側に埋め込まれた樹脂を取り除く。ブレードBD1は、環状(リング状)または円盤状の切削加工治具であって、円の周縁に配置される切削加工部に複数の砥粒が固着されている。そして複数の砥粒が固着されたブレードBD1の切削加工部を被加工物に押し当てることで、被加工部を切削除去することができる。
また、本工程では、図5を用いて説明した、リード4の段差面(下面、中間面)4fを露出させる。したがって、図27に示すように、本工程で用いるブレードBD1の幅W1、すなわち、本ハーフダイシング工程での切削加工幅は、タイバー40tbの幅W2よりも太い(大きい)。これにより、タイバー40tbの両隣に接続されるリード4のそれぞれにおいて、段差面4fを露出させることができる。言い換えれば、本工程では、ブレードBD1による切削加工によりダイシング領域40cに沿って溝を形成することで、複数のリード4のそれぞれに段差部10を形成する。
また、薄肉部40hfの下面側に付着した樹脂を確実に除去する観点から、タイバー40tbの一部およびタイバー40tbに隣接するリード4の一部を切削加工して取り除くことが好ましい。したがって、図27に示すブレードBD1の幅W1は、図17に示す薄肉部40hfの幅(溝幅)W4よりも太い(大きい)ことが好ましい。
また、本工程では、複数のリード4をタイバー40tbから切り離さない。言い換えれば、本工程では、リード4およびタイバー40tbそれぞれの上面側の一部を残すように、下面側(裏面側、実装面側)の他部を除去する。リード4をタイバー40tbと連結しておくことにより、後述するめっき工程において、電解めっき法を用いて、容易に金属膜を形成することができる。
次に、本工程の詳細フローを説明する。本工程では、まず、図28に示すように、封止体6(図23参照)が形成されたリードフレーム40をテープ(ダイシングテープ)55を介してフレーム(リングフレーム)56に固定する。この時、リードフレーム40の下面側(裏面側、実装面側)から切削加工を施すので、図24に示すように、封止体6の上面6aをテープ55と接着させ、リードフレーム40の下面側(裏面側、実装面側)が上方を向くように固定する。
次に、図26に示すブレードBD1を回転させながら、リードフレーム40のダイシング領域40cに沿って走行させる。これにより、図29に示すように、ダイシング領域40cに沿ってリード4の周縁部に、それぞれ段差部10が形成される。ここで、図15に示すようにリードフレーム40の外枠40bには、ブレードBD1(図26参照)で切削加工する際のアライメントマークとなるマーク40mが形成されている。図15に示す例では、各ダイシングライン(ダイシング領域40c)毎に2つのマーク40mが設けられている。2つのマーク40mのうちの一方は、ダイシングライン(ダイシング領域40c)の延長線上に設けられ、他方は、ダイシングラインの延長線上とは重ならない位置に設けられている。ダイシングラインの延長線上にマーク40mを設けると、位置合わせ精度が向上するので、図29に示す段差部10を高精度で形成することができる。しかし、ハーフダイシング工程では、リードフレーム40の外枠40bにも切削加工が施される。このため、ダイシングラインの延長線上に配置されたマーク40mは本工程で削り取られてしまう。そこで、後述する個片化工程で用いるアライメントマークとして、ダイシングラインの延長線上とは重ならない位置にマーク40mを設けている。
また、本工程で形成する溝の深さ、すなわち、図27に示す段差部10の深さは以下の態様が好ましい。すなわち、半導体装置1(図1参照)の実装強度を向上させる観点、あるいは、半導体装置1の実装時の不具合を容易に検出する観点からは段差部10の深さは深い程良い。したがって、本工程では、リード4の全厚(下面4bから上面4aまでの距離)に対して半分以上の深さで切削加工することが好ましい。ただし、少なくとも、次に説明するめっき工程が完了するまでの間は、複数のリード4は、タイバー40tbにそれぞれ接続されていることが好ましい。したがって、めっき工程が完了するまでの間にリード4とタイバー40tbの連結部が破断しないようにする観点からは、タイバー40tbの厚さは、厚い方が好ましい。これらを勘案すると、段差部10の深さは、リード4の全厚(下面4bから上面4aまでの距離)に対して半分程度とすることが特に好ましい。例えばリード4の全厚が0.2mm程度の場合は、段差部10の深さは、0.1mm程度とすることが好ましい。
また、本工程では、ダイシング領域40cに沿ってブレードBD1を走行させるので、図29に示すように吊りリードTLの一部(露出部TL2)の下面側(裏面側、実装面側)が本工程で露出する。このように、ハーフダイシング工程で吊りリードTLの一部(露出部TL2)を露出させることにより後述するめっき工程において、吊りリードTLの露出面に金属膜を形成することができる。この結果、図11を用いて説明したように、吊りリードTLの一部(露出部TL2)を、接合材24を介して実装基板20のランド21cと接続することができるので、半導体装置1の実装強度を向上させることができる。また、本実施の形態によれば、リード4に段差部10を形成する工程と、吊りリードTLの一部を露出させる工程を一括して行うことができる。したがって、吊りリードTLを露出させることによる製造工程の増加を防止できる。
また、ハーフダイシング工程では、リードフレームの下面側を切削加工するので、本実施の形態に対する変形例として、図17に示す薄肉部40hfを設けないリードフレームを用いて製造することができる。ただし、金属材料を切削加工する場合、切削される金属材料の量が増えれば、金属屑や金属バリが発生する可能性も増加する。したがって、金属屑や金属バリの発生量を抑制する観点からは、図17に示すように、薄肉部40hfを予め設け、切削加工される金属材料の量を低減することが好ましい。
また、隣り合うデバイス領域40aの配置間隔が広い場合には、ハーフダイシング工程の別の変形例として、各デバイス領域40aの間にそれぞれダイシングブレードを2回ずつ走行させて、タイバー40tbを挟んで隣り合うリード4にそれぞれ段差部10を形成する方法が考えられる。この場合、段差部10の間には、タイバー40tbを覆う樹脂が残ることになる。
しかし、製造効率を向上させる観点からは、図27に示す例のように、隣り合うデバイス領域40aの配置間隔を近づけて、タイバー40tbを挟んで隣り合うリード4に対して一括して段差部10を形成することが好ましい。言い換えれば、ハーフダイシング工程では、タイバー40tbの下面を封止体6から露出させることが好ましい。これにより、ハーフダイシング工程での切削加工時間を短縮することができる。
6.めっき工程;
次に、図14に示すめっき工程として、図30に示すように、複数のリード4およびダイパッド2の露出面に金属膜SDを形成する。図30は、図26に示すリードおよびダイパッドの露出面に金属膜を形成した状態を示す拡大断面図、図31は、電解めっき法によるめっき工程の概要を示す説明図である。
まず、図31に示すように、本工程では、図31に示すように、被めっき加工物であるリードフレーム40を、めっき液61が入っためっき槽60内に配置する。このとき、被加工物をめっき槽60内の陰極62に接続する。例えば、図31に示す例ではリードフレーム40の外枠40bを陰極62と電気的に接続する。そして、この陰極62と、同じくめっき槽60内に配置された陽極63との間に例えば直流電圧をかけることによって、リードフレーム40の外枠40bと接続された金属部材の露出面に金属膜SD(図30参照)を形成する。つまり、本実施の形態では所謂、電解めっき法により金属膜SDを形成する。
本実施の形態の金属膜SDは、上記したように、鉛(Pb)を実質的に含まない、所謂、鉛フリー半田からなり、例えば錫(Sn)のみ、錫−ビスマス(Sn−Bi)、または錫−銅−銀(Sn−Cu−Ag)などである。このため、本めっき工程で使用するめっき液61は、例えばSn2+、あるいはBi3+などの金属塩が含まれる、電解めっき液である。なお、以下の説明では、鉛フリー半田めっきの例としてSn−Biの合金化金属めっきについて説明するが、BiをCuやAgなどの金属に置き換えることができる。
本実施の形態では、上記したように、複数のリード4がタイバー40tbを介して外枠40bと電気的に接続された状態で、めっき工程を行う。また、ダイパッド2は、タイバー40tbおよび吊りリードTL(図16参照)を介して外枠40bと電気的に接続されている。したがって、リードフレーム40をめっき液61に浸した状態で、図31に示す陽極63と陰極62の間に電圧をかけると、両電極間(陽極63と陰極62の間)で通電する。上記したように、リードフレーム40の外枠40bは陰極62と電気的に接続されているので、めっき液61中のSn2+、およびBi3+が所定の割合で図30に示すリード4およびダイパッド2の露出面に析出し、金属膜SDが形成される。
また、図14に示すように、本実施の形態では、めっき工程を行う前に、ハーフダイシング工程を行い、図30に示すように各リード4にそれぞれ段差部10を形成し、段差部10を封止体6から露出させている。このため、本めっき工程において、段差部10の露出面に確実に金属膜SDを形成することができる。金属膜SDの膜厚は、製品仕様に応じて変更することができるが、例えば、10μm〜20μm程度の膜を成膜する。
ところで、めっき法により金属膜を形成する方法として、電解めっき法の他、無電解めっき法がある。ただし、電解めっき法の場合、金属膜形成時の電流を制御することで金属膜SDの膜質を容易に制御できる点で好ましい。また、電解めっき法は、金属膜SDの形成時間が無電解めっき法よりも短くすることができる点で好ましい。
7.個片化工程(第2カット工程);
次に、図14に示す個片化工程として、図32に示すように、ダイシング領域40cに連結されているタイバー40tb(図34参照)を切断し、複数のデバイス領域40aを、それぞれ個片に分割する。図32は、図29に示すリードフレームに金属膜を形成した後、デバイス領域毎に個片化した状態を示す拡大平面図である。また、図33は図30に示すリードフレームをダイシングテープに固定し、個片化した状態を示す拡大断面図である。また、図34は図33のダイシング領域周辺をさらに拡大して示す拡大断面図である。なお、リードフレーム40をテープ55に固定した状態の全体図は、図28と同様なので図示は省略する。
本工程では、まず、図28に示すように、封止体6(図33参照)が形成されたリードフレーム40をテープ(ダイシングテープ)55を介してフレーム(リングフレーム)56に固定する。この時、リードフレーム40の下面側(裏面側、実装面側)から切削加工を施すので、図33に示すように、封止体6の上面6aをテープ55と接着させ、リードフレーム40の下面側(裏面側、実装面側)が上方を向くように固定する。
次に、図33および図34に示すブレード(回転刃)BD2を回転させながら、リードフレーム40のダイシング領域40cに沿って走行させる。詳細に説明すると、ハーフダイシング工程(第1カット工程)により形成された溝内に、回転するブレード(回転刃)BD2を挿入し、このブレードBD2をリードフレーム40のダイシング領域40cに沿って走行させる。これにより、タイバー40tbと、このタイバー40tbの直上に形成された封止体の一部(タイバー40tbと重なる部分)は除去(切断)され、互いに隣り合うデバイス領域40aを分離する。なお、ブレードBD2は、切削加工幅以外は、図27に示すブレードBD1と同様である。すなわち、ブレードBD2は、環状(リング状)または円盤状の側面形状を有する切削加工治具であって、円の周縁に配置される切削加工部に複数の砥粒が固着されている。そして複数の砥粒が固着されたブレードBD2の切削加工部を被加工物に押し当てることで、被加工部を切削除去することができる。
また、図34に示すように、ブレードBD2の幅W3、すなわち、本個片化工程での切削加工幅は、タイバー40tbの幅W2よりも太く(大きく)、かつ、図27に示すブレードBD1の幅W1よりも細い(小さい)。言い換えれば、幅W3は、タイバー40tbの幅W2よりも太く(大きく)、かつ、上記ハーフダイシング工程で形成された溝(段差部10)の溝幅(図27に示す幅W2)よりも細い(小さい)。具体的な寸法の一例を挙げれば、タイバー40tbの幅W2は例えば0.16mm、ブレードBD1の幅W1は例えば0.90mm、ブレードBD2の幅W3は例えば0.30mmとする。上記のように幅W2よりも太く、かつ、幅W1よりも細い、幅W3を備えるブレードBD2を用いてタイバー40tbを切削することにより、タイバー40tbを確実に取り除き、かつ、段差部10を残すことができる。
本工程で、リード4の下面4b側から切削加工を施すと、図34に示すように金属膜SDに覆われていない(金属膜SDから露出する)側面4cが露出する。しかし、本実施の形態によれば、段差部10を構成する側面4eが金属膜SDに覆われているため、得られた半導体装置1(図1参照)の実装強度を向上させることができる。
また、上記したように、本実施の形態のリードフレーム40は、図15に示すようにダイシングライン(ダイシング領域40c)毎に2つのマーク40mが設けられている。このため、上記したハーフダイシング工程で、2つのマーク40mのうちの一方が削り取られるが、本工程では、ダイシングラインの延長線上とは重ならない位置に設けたマーク40mをアライメントマークとして使用することができる。
本工程の後、外観検査、電気的試験など、必要な検査、試験を行い、合格したものが、図1〜図11に示す完成品の半導体装置1となる。そして、半導体装置1は出荷され、あるいは図示しない実装基板に実装される。
<変形例>
以上、本願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いうまでもない。
例えば、上記実施の形態では、四辺形を成す封止体6の各辺に沿って、それぞれ複数のリード4が配置され、封止体6の下面においてリード4の下面が露出する、所謂QFN型の半導体装置に適用した実施態様について説明した。しかし、適用可能なパッケージ形態はQFNには限定されない。例えば、平面視において長方形を成す封止体の互いに対向する長辺に沿って、複数のリード4が配置される、SON型の半導体装置に適用することができる。
また例えば、上記実施の形態では、QFN型の半導体装置を取り上げて説明したので、複数のデバイス領域40aのそれぞれに複数のリード4が設けられた例について説明した。しかし、変形例として、図35に示すように、タイバー40tbを挟んで、それぞれ一つずつのリード4が隣り合って連結されている構成に適用することができる。図35は、図16に対する変形例を示す拡大平面図である。
また、上記実施の形態で説明したハーフダイシング工程で用いるダイシングブレードの変形例として、切削加工部の先端形状がV字形状、あるいは台形形状となっているものを用いることができる。図36は図26および図27に示すダイシングブレードの切削加工部の形状を説明するための拡大断面図である。また、図37および図38は、図36に対する変形例を示す拡大断面図である。
上記実施の形態では、ハーフダイシング工程で使用するブレードBD1として、周縁に設けられた切削加工部が、所謂、ストレートブレードと呼ばれる形状となっている場合を例として説明した。すなわち、図36に示すように、ブレードBD1の周縁に設けられた切削加工部は、上記したハーフダイシング工程で、リードフレーム40の被切削加工部に最初に接触する先端面BDt1を有する。また、ブレードBD1の切削加工部は、先端面BDt1と直交する側面BDs1、および側面BDs1の反対側に位置し先端面BDt1と直交する側面BDs2を有する。そして、先端面BDt1と側面BDs1の間、および先端面BDt1と側面BDs2の間には、テーパ面が形成されない。
一方、図36に示す変形例である図37に示すブレード(ダイシングブレード)BD3および図38に示すブレード(ダイシングブレード)BD4は、円の周縁に配置される切削加工部の断面形状がブレードBD1とは相違する。すなわち、ブレードBD3は、周縁に設けられた切削加工部が、V字形状になっている。言い換えれば、ブレードBD3は、ブレードBD1のような先端面BDt1を有さず、ブレードBD3の先端部では2つのテーパ面(傾斜面)BDkが交差し、尖った尖頭形状を成す。また図38に示すブレードBD4は、先端面BDt1と側面BDs1の間、および先端面BDt1と側面BDs2の間に、それぞれテーパ面(傾斜面)BDkが形成されている点で、ブレードBD1とは相違する。なお、ここでいうテーパ面BDkとは、先端面BDt1と側面BDs1、BDs2の間に積極的に形成された傾斜面を指し、切削加工時の摩耗により、先端面BDt1と側面BDs1、BDs2の間に形成された曲面は除外される。
ブレードBD1のようにテーパ面BDk(図37、図38参照)が形成されないストレートブレードでハーフダイシング工程を行った場合、切削深さによらず、切削加工幅を一定にすることができるので、ブレードBD3、BD4を使用する場合と比較して幅W1を細くすることができる点で、より好ましい。また、幅W1を細くすることで、切削加工精度を向上させることができる。
また、上記実施の形態では、図4に示すように、複数の吊りリードTLのそれぞれが、途中で分岐せずに角部6kまで延びる、所謂、I吊りタイプの吊りリードTLについて説明した。しかし、変形例として、図39に示す半導体装置70のように、複数の吊りリードTLのそれぞれが、封止体6の角部6kにおいて、この角部6kに隣接する2つの辺に向かって分岐された、所謂、Y吊りタイプの吊りリードを採用してもよい。I吊りタイプの場合は、例えば図29に示すように、行列状に配置されたデバイス領域40aの間において、4本の吊りリードTLが交差する形状となる。このため、ハーフダイシング工程や個片化工程では、吊りリードTLの交点を、ブレードがそれぞれ2回(X方向およびY方向)ずつ通過する。このため、吊りリードTLの切断面に異物(バリ)が形成される場合がある。一方、図39に示すようにY吊りタイプの場合には、4本の吊りリードが交差する地点は生じない。このため、ハーフダイシング工程や個片化工程での異物の発生を抑制するには、ブレードが通過する回数が1回で済むY吊りタイブを採用することが好ましい。
さらに、上記実施の形態では、半導体チップ3のパッド(電極、ボンディングパッド)PDとリード(端子、外部端子)4とを、導電性部材として、ワイヤ5を介して電気的に接続することについて説明した。しかし、変形例として、図40および図41に示す半導体装置71のように、バンプ電極BMを介して半導体チップ3のパッドPDとリード4を電気的に接続してもよい。半導体装置71は、半導体チップ3のパッドPDの形成面である表面3aが複数のリード4の上面4aと対向するように、所謂、フリップチップ接続方式により搭載されている。なお、図41に示す例では、半導体チップ3は複数のリード4に支持されるので、ダイパッド2は設けない構成となっているが、更なる変形例として、例えば放熱特性の向上を目的として、図5に示すダイパッド2のような金属部材(ヒートスプレッダ)を設けることもできる。
その他、上記実施の形態に記載された内容の一部を以下に記載する。
〔付記1〕
半導体装置は、
半導体チップと、
前記半導体チップが搭載されるダイパッドと、
前記ダイパッドの隣に配置され、導電性部材を介して前記半導体チップと電気的に接続されるリードと、
前記ダイパッドに連結される吊りリードと、
第1面、前記第1面の反対側に位置する第2面を有し、前記ダイパッドおよび前記リードの一部が露出するように、前記半導体チップ、前記導電性部材、前記ダイパッド、前記リード、および前記吊りリードを封止する封止体と、
を有し、
前記封止体の前記第2面の周縁部には、前記第2面の周囲を囲むように段差部が設けられ、
前記段差部において、前記リードおよび前記吊りリードのそれぞれ一部が露出している。
1、70、71、H1 半導体装置
2 ダイパッド(チップ搭載部、タブ)
2a 上面(チップ搭載面)
2b 下面(実装面)
3 半導体チップ
3a 表面(主面)
3b 裏面(主面)
3c 側面
4 リード(端子、外部端子)
4a 上面(面、ワイヤボンディング面)
4b 下面(面、実装面)
4c 側面
4e 側面
4f 段差面
5 ワイヤ(導電性部材)
6 封止体(樹脂体)
6a 上面(面)
6b 下面(面、裏面、実装面)
6c 側面
6e 側面
6f 段差面
6k 角部
10 段差部
20 実装基板(マザーボード、配線基板)
20a 上面(搭載面)
21 ランド(端子)
21a ランド(リード接続用端子)
21b ランド(ダイパッド接続用端子)
21c ランド(吊りリード接続用端子)
22 絶縁膜(ソルダレジスト膜)
23、24 接合材
30 検査装置(外観検査装置)
31 光照射部
32 撮像部
33 制御部
40 リードフレーム(基材)
40a デバイス領域(製品形成領域)
40b 外枠
40c ダイシング領域(ダイシングライン)
40hf 薄肉部(ハーフエッチング部)
40m マーク
40tb タイバー
50 成形金型
51 上型(金型)
51a クランプ面(金型面、押し付け面、面)
51b キャビティ(窪み部)
52 下型(金型)
52a クランプ面(金型面、押し付け面、面)
53 樹脂フィルム(フィルム材)
55 テープ(ダイシングテープ)
56 フレーム(リングフレーム)
60 めっき槽
61 めっき液
62 陰極
63 陽極
BD1、BD2、BD3、BD4 ブレード、
BDk テーパ面(傾斜面)
BDs1 側面
BDs2 側面
BDt1 先端面
DB ダイボンド材(接着材)
BM バンプ電極(導電性部材)
PD パッド(電極、ボンディングパッド)
SD 金属膜(外装めっき膜、半田膜)
TL 吊りリード
TL1 封止部
TL2 露出部
W1、W2、W3 幅

Claims (7)

  1. 以下の工程を含む半導体装置の製造方法:
    (a)第1リードを有する第1デバイス領域と、第2リードを有し、かつ、前記第1デバイス領域の隣に設けられた第2デバイス領域と、前記第1デバイス領域と前記第2デバイス領域の間に設けられ、かつ、前記第1リードおよび前記第2リードのそれぞれが繋がるタイバーと、を備えたリードフレームを準備する工程;
    (b)前記(a)工程の後、前記第1デバイス領域に第1半導体チップを搭載し、前記第2デバイス領域に第2半導体チップを搭載する工程;
    (c)前記(b)工程の後、前記第1リードと前記第1半導体チップを、第1導電性部材を介して電気的に接続し、前記第2リードと前記第2半導体チップを、第2導電性部材を介して電気的に接続する工程;
    (d)前記(c)工程の後、前記第1リードおよび前記第2リードの下面が露出するように、前記第1リード、前記第2リード、前記タイバー、前記第1半導体チップ、前記第2半導体チップ、前記第1導電性部材、および前記第2導電性部材を一括して封止する封止体を形成する工程;
    (e)前記(d)工程の後、前記タイバーの幅よりも太い第1の幅から成る第1ブレードを用いて、前記第1リード、前記第2リードおよび前記タイバーのそれぞれの一部を除去する工程;
    (f)前記(e)工程の後、前記リードフレームのうち、前記(d)工程により形成された前記封止体から露出する露出面にめっき法により金属膜を形成する工程;
    (g)前記(f)工程の後、前記タイバーの幅よりも太く、かつ、前記第1の幅よりも細い第2の幅から成る第2ブレードを用いて、前記タイバーおよび前記封止体の一部を取り除き、前記第1デバイス領域と前記第2デバイス領域を分離する工程。
  2. 請求項1において、
    前記(f)工程では、電解めっき法により前記金属膜を形成する半導体装置の製造方法。
  3. 請求項1において、
    前記(a)工程で準備する前記リードフレームは、前記タイバーの厚さが前記第1および第2リードの厚さよりも薄い半導体装置の製造方法。
  4. 請求項1において、
    前記(e)工程では、前記タイバーの下面側を露出させる半導体装置の製造方法。
  5. 請求項1において、
    前記第1ブレードの周縁に設けられた切削加工部は、
    前記(e)工程で、前記リードフレームの被切削加工部に最初に接触する先端面、前記先端面と直交する第1側面、および前記第1側面の反対側に位置し前記先端面と直交する第2側面を有し、
    前記先端面と前記第1側面の間、および前記先端面と前記第2側面の間には、テーパ面が形成されない半導体装置の製造方法。
  6. 請求項1において、
    前記第1ブレードの周縁に設けられた切削加工部は、
    前記(e)工程で、前記リードフレームの被切削加工部に最初に接触する先端面、前記先端面と直交する第1側面、および前記第1側面の反対側に位置し前記先端面と直交する第2側面を有し、
    前記先端面と前記第1側面の間、および前記先端面と前記第2側面の間には、それぞれ前記被切削加工部と対向するように設けられたテーパ面が形成されている半導体装置の製造方法。
  7. 請求項1において、
    前記第1デバイス領域には第1ダイパッド、および前記第1ダイパッドと前記タイバーを連結する第1吊りリードが設けられ、
    前記第2デバイス領域には第2ダイパッド、および前記第2ダイパッドと前記タイバーを連結する第2吊りリードが設けられ、
    前記(e)工程では、前記第1および第2吊りリードの一部を露出させる半導体装置の製造方法。
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