JP6420551B2

JP6420551B2 - リードフレームおよび半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP6420551B2
Application number: JP2014025802A
Authority: JP
Inventors: 祐一宮島
Original assignee: Ablic Inc
Current assignee: Ablic Inc
Priority date: 2014-02-13
Filing date: 2014-02-13
Publication date: 2018-11-07
Anticipated expiration: 2034-02-13
Also published as: JP2015153877A

Description

本発明は、リードフレームおよびそれを用いた半導体装置の製造方法に関する。

一般的に、半導体チップをリードフレームに搭載する工程、すなわち、ダイボンド工程では、図８に示すように、ダイパッド４上に銀ペースト１２が滴下され、その上にコレット８によって運ばれた半導体チップ３をスクラブして接着する。その後、１５０℃以上の高温雰囲気（高温槽や高温炉）内で銀ペーストをキュアさせて半導体チップを固着させるという方法がとられている。（例えば、特許文献１参照）

特開昭６２−４５１３３号公報

しかしながら、高温雰囲気内でのキュアには数時間を要することから、その分、半導体のパッケージング工程が長くなるという問題がある。また、高温雰囲気内に数時間もの間、リードフレームを放置することにより、リードフレーム表面が酸化し、モールド樹脂とリードフレームの密着性が低下するという問題がある。

また、ダイボンディング材が銀ペーストの場合は、ノズルからディスペンスすることでダイパッドに塗布しているため、ダイボンディング材の塗布量がばらついて、半導体チップとダイパッドとの間から銀ペーストが漏出し、ダイパッドの側面や裏面に回りこんでリードとのショートや樹脂封止不良などの問題を引き起こすという懸念もある。

発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、パッケージング工程の時間短縮、リードフレームの変質防止、ダイボンド材の漏出防止を目的とする。

上記課題の解決のために、本発明では以下の手段を用いた。
まず、半導体チップを搭載するダイパッドを有するリードフレームであって、前記ダイパッドの半導体チップ搭載領域内には、凹部を有することを特徴とするリードフレームとした。
また、前記凹部は球面であり、球面の曲率半径が、前記凹部に載置する球状のダイボンド材の曲率半径よりも大きいことを特徴とするリードフレームとした。

また、前記凹部が平面視的に円もしくは楕円であって、前記半導体チップ搭載領域を成す４辺のうち、少なくとも２辺に内接することを特徴とするリードフレームとした。
また、前記凹部が内接する２辺が、前記半導体チップ搭載領域の隅を成す２辺であることを特徴とするリードフレームとした。
また、前記凹部の球面の最深部が、平面視的な円もしくは楕円の中心から偏心していることを特徴とするリードフレームとした。

また、前記凹部が内接する２辺が、前記半導体チップ搭載領域を成す対向する２辺であることを特徴とするリードフレームとした。
また、前記凹部から前記半導体チップ搭載領域の外周に向かう凹状誘導路を設けることを特徴とするリードフレームとした。
また、前記凹部が半導体チップを搭載する領域６と相似形であって、半導体チップを搭載する領域６よりも小さいことを特徴とする請求項２記載のリードフレームとした。

また、前記半導体チップを前記リードフレームに接着する半導体装置の製造方法において、前記リードフレームをヒータープレートの上に搭載する工程と、前記リードフレームの前記凹部に前記球体のダイボンド材を供給する工程と、前記ダイボンド材を加熱溶融する工程と、前記半導体チップ搭載領域に半導体チップを置いて半導体チップをダイパッドに固着させる工程と、からなることを特徴とする半導体装置の製造方法を用いた。

また、前記球体のダイボンド材は、熱硬化性のエポキシ樹脂であることを特徴とする半導体装置の製造方法を用いた。
また、前記球体のダイボンド材は、フィラー材料を含有することを特徴とする半導体装置の製造方法を用いた。
また、前記球体のダイボンド材は、導電性材料を含有することを特徴とする半導体装置の製造方法を用いた。

上記手段を用いることで、半導体パッケージング工程の時間短縮、リードフレームの変質防止、ダイボンド材の漏出防止を図ることができる。

本発明のダイボンド工程を説明する断面図である。本発明のリードフレームの第１の実施形態を説明する平面図である。本発明のリードフレームの第２の実施形態を説明する平面図である。本発明のリードフレームの第３の実施形態を説明する平面図である。本発明のリードフレームの第４の実施形態を説明する平面図である。本発明のリードフレームの第５の実施形態を説明する平面図である。本発明のリードフレームの第６の実施形態を説明する平面図である。従来のダイボンド工程を説明する断面図である。

本発明のリードフレームおよび半導体装置の製造方法について図を用いて説明する。
図１は、本発明のダイボンド工程を説明する断面図である。加熱機能を有するヒータープレート５の上に、凹部２を設けたダイパッド４が搭載されている。次いで、底面がゆるやかな球面状の凹部２の上にエポキシなどの熱硬化性樹脂からなる球体のダイボンド材１を供給すると、凹部２の球面の曲率半径よりも小さい曲率半径を有する球体のダイボンド材１は転がって、凹部２の球面の最深部に載置されることになる。その後、ヒータープレート５を１５０〜２００℃に加熱し、ダイボンド材１をゲル状に溶融させる。このとき、溶融したダイボンド材は凹部２に溜まり、その表面が凹部２から僅かに盛り上がった状態である。このためにはダイボンド材の体積は凹部の容積よりもわずかに大きいことが必要である。次いで、コレット８で真空吸着した半導体チップ３を、凹部２を覆うように置き、ダイボンド材の硬化により半導体チップ３をダイパッド４に固着させる。

なお、ダイボンド材１は、フィラーを含有する樹脂であるほうが固着時の収縮が少なく好適である。さらに、必要に応じて、金属粒などの導電性粒子を含有するものであっても良い。

図２は、本発明のリードフレームの第１の実施形態を説明する平面図である。両側に複数のリード７を備えたダイパッド４は矩形の半導体チップを搭載する領域６を有し、その領域６の中心には凹部２が設けられ、凹部２の中には凹部の直径よりも小さい球状のダイボンド材１が置かれている。加熱されると、このダイボンド材１がゲル状に溶融して半導体チップとダイパッド４との接着剤として働くが、半導体チップに押さえつけられてもダイボンド材１は、区画された凹部２から外に漏出することはない。なお、図２では凹部２を真円で図示したが、半導体チップが長方形であれば、それに合わせて楕円としても構わない。

図３は、本発明のリードフレームの第２の実施形態を説明する平面図である。図２との違いは、半導体チップを搭載する領域６と凹部２との位置関係であり、凹部２は半導体チップを搭載する領域６のうち、少なくとも平行に対向する２辺に内接するように形成されている。図のように、２組の対向する２辺、すなわち、４辺に内接する凹部２とすることで、半導体チップとダイパッド４との接着性がさらに向上することは明らかである。

図４は、本発明のリードフレームの第３の実施形態を説明する平面図である。図２との違いは、凹部２が半導体チップを搭載する領域６と相似であって、半導体チップを搭載する領域６よりも幾分小さくなっている点である。この場合、矩形の凹部２と半導体チップを搭載する領域６で画定される領域に半導体チップの端部が固定されることになる。なお、凹部が矩形であってもその底面は球面からなり、その最深部は平面視的に矩形の中心に位置し、そこにダイボンド材１が載置されることになる。

図５は、本発明のリードフレームの第４の実施形態を説明する平面図である。図２との違いは、ダイパッド４の中央に設けた凹部２に加えて、半導体チップを搭載する領域６の４隅に凹部９を設けた点である。４隅に設けた凹部９の各々は半導体チップを搭載する領域６の隅を成す２辺に内接し、ダイパッド４の中央に設けた凹部２に外接するように設けられている。半導体チップを搭載する領域６の中央部に設けた凹部２および隅部に設けた凹部９の底面は球面であり、中央部に設けた凹部２の最深部は平面視的に円の中心に位置するが、隅部に設けた凹部９の最深部は平面視的に円の中心ではなく、中心よりも半導体チップを搭載する領域６の４隅の頂点方向に偏心しており、この偏心した最深部に小径のダイボンド材１１を載置する。このような形状にすることで、半導体チップを搭載する領域６の４隅までの接着が良好なものとなる。

以上の説明では、中心部の凹部２が大きく、隅部の凹部９が小さいというように異なる大きさで表現したが、外寸が同じ大きさとし、載置するダイボンド材の大きさも同じにしても良い。また、ダイパッド４の中央の凹部２を省いて４隅のみに凹部９を配置し、各々の凹部９が隣接する凹部９と外接するという配置でも構わない。

図６は、本発明のリードフレームの第５の実施形態を説明する平面図である。図２との違いは、ダイパッド４の中央に設けた凹部２に加えて、凹部２から半導体チップを搭載する領域６の４隅にかけて凹状誘導路１０を設けた点である。凹部２にダイボンド材１を置き、加熱することでダイボンド材１は溶融するが、そこに半導体チップを載置すると、ゲル状に溶融したダイボンド材は凹部２からオーバーフローして凹状誘導路１０を４隅に向けて流れ、半導体チップとダイパッド４との良好な接着が可能となる。図では、４隅に向けた４本の凹状誘導路１０が示されているが、さらに、４辺に向けた複数の凹状誘導路など、半導体チップを搭載する領域６の外周に向けた凹状誘導路を設けても良い。

図７は、本発明のリードフレームの第６の実施形態を説明する平面図である。図２との違いは、凹部２が平面視的に矩形であって、半導体チップを搭載する領域６よりも幾分小さくなっている点である。この場合、矩形の凹部２と半導体チップを搭載する領域６で画定される領域に半導体チップの端部が固定されることになる。なお、凹部が矩形であってもその底面はゆるやかな球面からなり、その最深部は平面視的に矩形の中心に位置する。そこに、複数の小径のダイボンド材１１を供給すると、凹部２の球面上を転がって、複数の小径のダイボンド材１１が凹部２の全面に、密に並べられることになる。これを加熱して溶融した後、半導体チップを領域６に載置すると、半導体チップとダイパッド４との良好な接着が可能となる。小径のダイボンド材１１は凹部２の形状に合わせて、その全面に密に敷きつめられるので、半導体チップの形状に合った凹部とすることでダイボンド材の漏出がなく、半導体チップとダイパッドとの良好な接着が可能となる。なお、密に並べられるダイボンド材が極めて小さければ、単層ではなく複数層となるように載置しても構わない。

以上のようなリードフレームおよび半導体装置の製造方法を用いることで、数時間を要していたキュア工程を削減できるため工程時間の削減が可能となる。また、リードフレームが高温雰囲気に長時間にわたり放置されることが無いため、リードフレーム表面が酸化し、モールド樹脂とリードフレームとの密着性が低下するという問題も解消できる。また、ダイパッドには区画された凹部や凹状誘導路があるため、溶融したダイボンド材が半導体チップを搭載する領域から漏出する懸念もない。さらには、凹部の形状の工夫や凹状誘導路の配置によって半導体チップとダイパッドとの良好な接着も可能となる。

１ダイボンド材
２ダイパッド上の凹部（中央部）
３半導体チップ
４ダイパッド
５ヒータープレート
６半導体チップ搭載領域
７リード
８コレット
９ダイパッド上の凹部（隅部）
１０凹状誘導路
１１小径のダイボンド材
１２銀ペースト

Claims

半導体チップを搭載する矩形の領域を有するダイパッドと、
前記ダイパッドの両側に設けられたリードと、
前記領域の中心に設けられた第１の凹部と、
前記第１の凹部に外接し、前記領域の４隅に設けられた平面視的に円形状の第２の凹部と、を備え、
前記第２の凹部の底面は球面であって、前記底面の最深部が平面視的に前記円形状の中心よりも前記領域の４隅の頂点方向に偏心していることを特徴とするリードフレーム。