JP2015056540A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体チップの搭載能力を高めつつ、半導体装置の不良発生を避けることができる半導体装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】チップ搭載部１１１と、チップ搭載部１１１から隔てられ、チップ搭載部１１１と同じ厚さのリード部１２１とを有し、チップ搭載部１１１及びリード部１２１の上面の高さが同じであるリードフレーム１１と、チップ搭載部１１１の上面に搭載され、リード部１２１と電気的に接続された半導体チップ１２と、リードフレーム１１及び半導体チップ１２を一体的に封止するモールド樹脂１４と、チップ搭載部１１１及びリード部１２１の裏面の一部を覆う金属皮膜１５と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、半導体装置及びその製造方法に関するものである。

チップ搭載部及びリード部から構成されるプレスリードフレームは、半導体チップの裏面側にモールド樹脂を充填するための空間を設けるために、半導体チップが搭載されるチップ搭載部が、リード部よりも上方にシフトしている。このような構造は、リードフレームとなる金属板を曲げる（プレス）ことにより形成される。従って、プレスリードフレームには、チップ搭載部及びリード部に対応する領域のほかに、曲げるための領域を必要する。そのため、プレスリードフレームにおいては、搭載できる半導体チップの大きさが制限され、チップ搭載能力を向上させることが難しい。さらに、大きな半導体チップを搭載しようとすると、リードフレームを大きくしなくてはならず、部材コストがかさむこととなる。

プレスリードフレームに代わるものとして、エッチングリードフレームが提案されている。エッチングリードフレームとは、金属板をエッチングすることにより成形したリードフレームである。エッチングリードフレームにおいては、チップ搭載部の厚さがリード部の厚さよりも薄くなっているため、半導体チップの裏面側にモールド樹脂を充填するための空間が存在する。従って、エッチングリードフレームは、曲げるための領域を必要としない。そのため、エッチングリードフレームにおいては、搭載できる半導体チップの大きさが制限されることはなく、高いチップ搭載能力を持つ。

しかしながら、エッチングリードフレームは、エッチング加工が必要なため、プレスリードフレームに比べて高価である。さらに、半導体チップを搭載するためにエッチングリードフレームに熱を印加すると、エッチングリードフレームの厚さが均一でないことから均一に加熱することが難しい。そのため、エッチングリードフレーム中に温度差が生じ、反りが発生することがある。そして、この反りにより、チップ搭載部に搭載された半導体チップが破壊され、半導体装置の不良が発生することがある。

特開２００２−１６１８１号公報

本発明は、半導体チップの搭載能力を高めつつ、半導体装置の不良発生を避けることができる半導体装置及びその製造方法を提供するものである。

実施形態によれば、半導体装置は、チップ搭載部と、前記チップ搭載部から隔てられ、前記チップ搭載部と同じ厚さのリード部とを有し、前記チップ搭載部及び前記リード部の上面の高さが同じであるリードフレームと、前記チップ搭載部の上面に搭載され、前記リード部と電気的に接続された半導体チップと、前記リードフレーム及び前記半導体チップを一体的に封止するモールド樹脂と、前記チップ搭載部及び前記リード部の裏面の一部を覆う金属皮膜と、を有する。

第１の実施形態の半導体装置の図である。 第１の実施形態のリードフレームの図である。 第１の実施形態の半導体装置の製造工程のフローチャートである。 第１の実施形態の変形例の半導体装置の図である。 第２の実施形態の半導体装置の図である。

以下、図面を参照して、実施形態を説明する。ただし、本発明はこの実施形態に限定されない。さらに、全図面にわたり共通する部分には、共通する符号を付し、重複する説明は省略する。また、図面は発明の説明とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置とは異なる個所もあるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。そして、以下の実施形態においては、半導体装置及び半導体チップ等の上下方向は、半導体素子が設けられた半導体チップの面を上とした場合の相対方向を示し、重力加速度に従った上下方向と異なる場合がある。また、厚さ、形状等に対して使用される「同じ」、「均一」、「平坦」等の表現は、数学的（幾何学的）に同じである場合だけを意味するものではなく、半導体装置の製造工程において工業的に許容される程度の違いや粗さ等がある場合をも意味する。

（第１の実施形態）
（半導体装置）
図１（ａ）は半導体装置１０の断面を示し、図１（ｂ）は半導体装置１０の裏面を示す。図１（ａ）及び図１（ｂ）を参照して、第１の実施形態の半導体装置１０を説明する。

第１の実施形態の半導体装置１０は、リードフレーム１１、半導体チップ１２、ワイヤ１３及びモールド樹脂１４を備える。リードフレーム１１は、チップ搭載部１１１と、チップ搭載部１１１から隔てられたリード部１２１とを備える。チップ搭載部１１１の上面には、半導体チップ１２が搭載されている。半導体チップ１２の上面に設けられた電極は、ワイヤ１３を介してリード部１２１の上面と電気的に接続されている。また、モールド樹脂１４は、リードフレーム１１、半導体チップ１２及びワイヤ１３を一体的に封止する。

チップ搭載部１１１及びリード部１２１のそれぞれの先端部分の一方は、モールド樹脂１４から突出しており、この部分には、金属皮膜１５が形成されている。さらに、図１（ｂ）に示すように、半導体装置１０の裏面においても、チップ搭載部１１１及びリード部１２１の裏面の一部がモールド樹脂１４から露出し、その部分には、金属皮膜１５が形成されている。

（リードフレーム）
図２（ａ）はリードフレーム１１の断面を示し、図２（ｂ）はリードフレーム１１の上面を示す。図２（ａ）及び図２（ｂ）を参照して、第１の実施形態のリードフレーム１１を説明する。ただし、実際に製造工程で用いられるリードフレームは、図２のリードフレーム１１が連続的に繋がっている。

リードフレーム１１は、先に説明したように、チップ搭載部１１１と、チップ搭載部１１１から隔てられたリード部１２１とを有する。さらに、図２（ａ）に示されるように、チップ搭載部１１１及びリード部１２１は同じ厚さを有し、且つ、チップ搭載部１１１とリード部１２１との間には段差がない。言い換えると、リードフレーム１１は、均一な厚さを持ち、且つ、チップ搭載部１１１及びリード部１２１の上面の高さが同じである。従って、リードフレーム１１は、エッチング工程や曲げ工程（プレス工程）を必要とせずに、安価に製造することができる。

（半導体装置の製造方法）
図３は、第１の実施形態の半導体装置１０の製造方法のフローチャートを示す。図３を参照して、半導体装置１０の製造方法を説明する。

ステップＳ１において、リードフレーム１１のチップ搭載部１１１の上面に、半導体チップ１２を搭載する。この際、リードフレーム１１には熱が印加される。均一な厚さを持つリードフレーム１１には均一に熱を印加することができるため、リードフレーム１１中に温度差が生じ難い。従って、温度差によるリードフレーム１１の反りの発生を避け、反りによる半導体チップ１２の破壊を避けることができる。

ステップＳ２において、半導体チップ１２の上面に設けられた電極及びリード部１２１の上面に、電極とリード部１２１とを電気的に接続するためのワイヤ１３をボンディングする。

ステップＳ３において、リードフレーム１１、半導体チップ１２及びワイヤ１３を一体的にモールド樹脂１４で封止する。封止工程は、リードフレーム１１を含む金型の中にモールド樹脂１４を注入することにより行われる。この際、金型を用いて、チップ搭載部１１１及びリード部１２１の裏面の一部をモールド樹脂１４から露出させるように封止する。金型を用いて封止することにより、曲げ（プレス）やエッチングが施されていない均一な厚さを持つリードフレーム１１を用いた場合であっても、リードフレーム１１のチップ搭載部１１１及びリード部１２１の裏面の一部をモールド樹脂１４から露出させつつ、半導体チップ１２の裏面をモールド樹脂１４で覆うことができる。

ステップ４において、モールド樹脂から露出したチップ搭載部１１１及びリード部１２１の部分に対して、金属皮膜１５を形成する。

ステップ５において、リードフレーム１１により繋がった複数の半導体装置１０を切り離す（個片化する）。

第１の実施形態のリードフレーム１１においては、チップ搭載部１１１及びリード部１２１は同じ厚さを有し、且つ、チップ搭載部１１１とリード部１２１との間には段差がなく、チップ搭載部１１１及びリード部１２１の上面の高さが同じである。プレスリードフレームにおいては、チップ搭載部とリード部との間に、半導体チップを搭載することができない曲がった領域が存在していたが、第１の実施形態のリードフレーム１１においては、このような領域が存在しない。従って、リードフレーム１１を用いることにより、大きな半導体チップを搭載することが可能となり、チップ搭載能力を向上させることができる。さらに、リードフレーム１１は、エッチング工程や曲げ工程を必要とせずに、安価に製造することができる。また、このようなリードフレーム１１を用いて封止を行った場合であっても、金型を用いて封止を行うことにより、チップ搭載部１１１及びリード部１２１の裏面の一部をモールド樹脂１４から露出させつつ、半導体チップ１２の裏面をモールド樹脂１４で覆うことができる。

また、第１の実施形態によれば、リードフレーム１１が均一な厚さを持つため、リードフレーム１１に熱を印加した際、リードフレーム１１には均一に熱が印加され、リードフレーム１１中に温度差が生じ難い。従って、温度差によるリードフレーム１１の反りの発生を避けることができるため、反りによって半導体チップ１２が破壊されることはない。すなわち、半導体チップ１２の破壊による半導体装置１０の不良の発生を避けることができる。

図４は、第１の実施形態の変形例としての半導体装置２０の断面を示す。

半導体装置２０は、半導体装置２０の裏面側に金属皮膜１５に接する半田ボール１６が形成されている。この点が、第１の実施形態の半導体装置１０と異なる。半導体装置２０をアプリケーション基板上に搭載した場合、半導体装置２０は、半田ボール１６を介してアプリケーション基板と電気的に接続される。この際、半導体装置２０の直下に位置する半田ボール１６により接続することができるため、半導体装置の側面に位置する端子により接続する場合と比べて、アプリケーション基板における半導体装置２０搭載用の領域（フットパターン）の面積を小さくすることができる。

（第２の実施形態）
（半導体装置）
第２の実施形態は、第１の実施形態と異なる半導体チップ１２の搭載方法を有する。図５（ａ）は、第２の実施形態の半導体装置３０の断面を示す。図５（ａ）を用いて、第２の実施形態を説明する。

第２の実施形態の半導体装置３０は、第１の実施形態と同様に、半導体チップ１２、ワイヤ１３及びモールド樹脂１４を備え、さらに、第１の実施形態と同様の構造を持つリードフレーム１１を有する。しかしながら、第１の実施形態とは異なり、半導体チップ１２は、チップ搭載部１１１の上面とリード部１２１の上面とをまたがるように搭載されている。すなわち、半導体チップ１２は、チップ搭載部１１１とリード部１２１との両方に搭載されている。なお、半導体チップ１２は、絶縁性接着材３７を介してチップ搭載部１１１及びリード部１２１に搭載されており、絶縁性接着材３７は、例えば、絶縁性のダイアタッチフィルム（ＤＡＦ）、接着剤又はペーストである。

第２の実施形態によれば、リードフレーム１１は、第１の実施形態と同様に、チップ搭載部１１１及びリード部１２１は同じ厚さを有し、且つ、チップ搭載部１１１とリード部１２１との間には段差がなく、チップ搭載部１１１及びリード部１２１の上面の高さが同じである。従って、半導体チップ１２を、チップ搭載部１１１の上面とリード部１２１の上面とにまたがるように搭載することは容易である。その結果、リードフレーム１１を大きくすることなく、チップ搭載部１１１よりも大きな面積を持つ半導体チップ１２を搭載することができる。すなわち、チップ搭載能力をより向上させることができる。

さらに、第２の実施形態は、第１の実施形態と同様のリードフレーム１１を用いるため、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、第２の実施形態の半導体装置３０は、第１の実施形態の製造方法において、半導体チップ１２を、チップ搭載部１１１の上面とリード部１２１の上面とをまたがるように搭載することにより、形成することができる。

図５（ｂ）は、第２の実施形態の変形例としての半導体装置４０の断面を示す。この変形例による半導体装置４０では、半導体チップ１２は、金属バンプ４８を介して、チップ搭載部１１１とリード部１２１とに接続されている。この変形例においては、半導体チップ１２の裏面に電極（例えばＴｈｒｏｕｇｈ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｖｉａ（ＴＳＶ）電極）が設けてあり、この電極とチップ搭載部１１１及びリード部１２１とが金属バンプ４８を介して電気的に接続される。その結果、ワイヤ１３を用いた場合と比べて半導体装置４０の厚みを抑えることができる。

本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０、２０、３０、４０ 半導体装置
１１ リードフレーム
１２ 半導体チップ
１３ ワイヤ
１４ モールド樹脂
１５ 金属皮膜
１６ 半田ボール
３７ 絶縁性接着材
４８ 金属バンプ
８０ 半導体製造装置
１１１ チップ搭載部
１２１ リード部

Claims (5)

1. チップ搭載部と、前記チップ搭載部から隔てられ、前記チップ搭載部と同じ厚さのリード部とを有し、前記チップ搭載部及び前記リード部の上面の高さが同じであるリードフレームと、
   前記チップ搭載部の上面に搭載され、前記リード部と電気的に接続された半導体チップと、
   前記リードフレーム及び前記半導体チップを一体的に封止するモールド樹脂と、
   前記チップ搭載部及び前記リード部の裏面の一部を覆う金属皮膜と、
   を備えることを特徴とする半導体装置。
2. 前記半導体チップは、前記チップ搭載部の上面と前記リード部の上面とをまたがるように搭載されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記金属皮膜に接する半田ボールをさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
4. チップ搭載部と、前記チップ搭載部と隔てられ、前記チップ搭載部と同じ厚さのリード部とを有し、前記チップ搭載部及び前記リード部の上面の高さが同じであるリードフレームを準備し、
   前記チップ搭載部の上面に半導体チップを搭載し、
   前記半導体チップを、前記リード部と電気的に接続し、
   前記チップ搭載部及び前記リード部の裏面の一部をモールド樹脂から露出させるように、前記リードフレーム及び前記半導体チップを一体的に前記モールド樹脂で封止し、
   前記モールド樹脂から露出した前記チップ搭載部及び前記リード部の裏面の一部に対して、金属皮膜を形成する、
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 前記半導体チップは、前記チップ搭載部の上面と前記リード部の上面とをまたがるように搭載されることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。

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