特許 5943386 リードフレーム及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5943386

(24)【登録日】2016年6月3日

(45)【発行日】2016年7月5日

(54)【発明の名称】リードフレーム及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/50 20060101AFI20160621BHJP

   H01L 23/12 20060101ALI20160621BHJP

【ＦＩ】

   H01L23/50 H

   H01L23/50 A

   H01L23/50 R

   H01L23/12 L

【請求項の数】4

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2012-232678(P2012-232678)

(22)【出願日】2012年10月22日

(65)【公開番号】特開2014-86486(P2014-86486A)

(43)【公開日】2014年5月12日

【審査請求日】2014年11月5日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】513237652

【氏名又は名称】ＳＨマテリアル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001405

【氏名又は名称】特許業務法人篠原国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100065824

【弁理士】

【氏名又は名称】篠原 泰司

(74)【代理人】

【識別番号】100104983

【弁理士】

【氏名又は名称】藤中 雅之

(74)【代理人】

【識別番号】100166394

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 和弘

(72)【発明者】

【氏名】金子 清二

【審査官】 松田 直也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−２８１１８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１６４９３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３０３８６３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２３／５０

Ｈ０１Ｌ ２３／１２

Ｈ０１Ｌ ２３／５０

Ｈ０１Ｌ ２３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属板の上面側にハーフエッチング加工により形成された端子部を有するとともに、前記上面側は半導体素子が載置された状態で樹脂封止され、前記金属板の下面側にハーフエッチング加工により形成された前記端子部からなる導体端子を有する半導体パッケージを形成するためのリードフレームにおいて、
前記端子部は、ボンディング部を有する略柱状のボンディング部側端子となる第１の突出部と、外部接続部を有する略柱状の外部接続部側端子となる第２の突出部と、第３の突出部と、を有しており、
前記第３の突出部は、前記ボンディング部側端子と前記外部接続部側端子とを接続し、前記第３の突出部の長手方向における略中央に略水平方向に貫く貫通孔を有し、
前記第２の突出部が、前記半導体素子を載置した際に該半導体素子の下側となる位置に形成され、
前記第３の突出部の水平方向の幅が、前記第１の突出部及び前記第２の突出部の幅よりも狭いことを特徴とするリードフレーム。

【請求項2】

前記第３の突出部の前記貫通孔の下面側の部分が、下面側から溶解され除去された状態であることを特徴とする請求項１に記載のリードフレーム。

【請求項3】

前記貫通孔が、樹脂封止により、樹脂が充填された状態であることを特徴とする請求項１または２に記載のリードフレーム。

【請求項4】

ボンディング部を有する略柱状のボンディング部側端子となる第１の突出部と、半導体素子搭載時に該半導体素子の下側に位置し外部接続部を有する略柱状の外部接続部側端子となる第２の突出部と、水平方向の幅が、前記第１の突出部及び前記第２の突出部の幅よりも狭く、前記ボンディング部側端子と前記外部接続部側端子とを接続する配線部となる第３の突出部と、を形成する際に、該配線部となる第３の突出部の長手方向を略水平方向に貫く貫通孔を形成することを特徴とするリードフレームの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、金属板の上面側から施されたハーフエッチング加工によって端子部が形成されたリードフレームであって、上面側の所定の位置に半導体素子を載置した後に、上面側から樹脂封止を行い、下面側からハーフエッチング加工を施し、半導体パッケージを形成するためのリードフレーム及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、半導体パッケージは、多ピン化、小型化、薄化が要求されている。そして、それらの要求を満たす半導体パッケージとしては、金属材料からなるリードフレームを用いた比較的安価なＱＦＮ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｎｏｎ−ｌｅａｄ）タイプのパッケージ等が知られている。

【0003】

そして、ＱＦＮタイプのパッケージのリードフレームとしては、半導体素子を載置する領域の周囲に、エリアアレイ状に複数の導体端子が形成されたものが知られている。そして、その導体端子の上面側は半導体素子の電極とボンディングワイヤを介してワイヤボンディングするためのボンディング部となっており、下面側は外部接続部となっている。ＱＦＮタイプのパッケージは、このようにして導体端子の上下面を活用することによって、多ピン化、小型化、薄化を実現している。

【0004】

そのようなＱＦＮタイプのパッケージの製造方法としては、金属板（銅材）に貴金属めっきを施す工程と、その金属板の下面側に耐エッチングレジスト膜を成形した後、上面側のめっき層をエッチングマスクとしてハーフエッチング加工を施しリードフレームを形成する工程と、リードフレームの上面側の所定の位置に半導体素子を搭載し、半導体素子とリードフレームの上面側に形成された貴金属めっき層（ボンディング部）とのワイヤボンディングを施す工程と、リードフレームの上面側に樹脂封止を施す工程と、リードフレームの下面側に形成した耐エッチングレジスト膜を除去し、貴金属めっき層をエッチングマスクとして下面側にエッチング加工を施して外部接続部を形成する工程を経る製造方法が知られている（特許文献１参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００７−１５０３７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、ＱＦＮタイプのパッケージは、他のタイプのパッケージと同じように、外部接続部が所定のピッチで並ぶように規格化されている。そのため、多ピン化が進むと、外部接続部を有する導体端子を、半導体素子を載置する領域から離れた位置に配置せざるを得なくなり、その結果として、製造される半導体パッケージが大型化してしまうという問題があった。

【0007】

また、特許文献１に記載された半導体パッケージの導体端子は、下面側が露出しているため酸化・腐食しやすく、また、封止樹脂との密着力が弱く抜け落ちてしまいやすいという問題があった。

【0008】

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、下面側が酸化・腐食しにくく、封止樹脂との密着性が高い導体端子を有している小型のリードフレーム及びその製造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の目的を達成するために、本発明のリードフレームは、金属板の上面側にハーフエッチング加工により形成された端子部を有するとともに、前記上面側は半導体素子が載置された状態で樹脂封止され、前記金属板の下面側にハーフエッチング加工により形成された前記端子部からなる導体端子を有する半導体パッケージを形成するためのリードフレームにおいて、前記端子部は、ボンディング部を有する略柱状のボンディング部側端子となる第１の突出部と、外部接続部を有する略柱状の外部接続部側端子となる第２の突出部と、第３の突出部と、を有しており、前記第３の突出部は、前記ボンディング部側端子と前記外部接続部側端子とを接続し、前記第３の突出部の長手方向における略中央に略水平方向に貫く貫通孔を有し、前記第２の突出部が、前記半導体素子を載置した際に該半導体素子の下側となる位置に形成され、前記第３の突出部の水平方向の幅が、前記第１の突出部及び前記第２の突出部の幅よりも狭いことを特徴とする。

【0011】

また、本発明のリードフレームは、前記第３の突出部の前記貫通孔の下面側の部分が、下面側から溶解され除去された状態であることが好ましい。

【0012】

また、本発明のリードフレームは、前記貫通孔が、樹脂封止により、樹脂が充填された状態であることが好ましい。

【0013】

また、上記の目的を達成するために、本発明のリードフレームの製造方法は、ボンディング部を有する略柱状のボンディング部側端子となる第１の突出部と、半導体素子搭載時に該半導体素子の下側に位置し外部接続部を有する略柱状の外部接続部側端子となる第２の突出部と、水平方向の幅が、前記第１の突出部及び前記第２の突出部の幅よりも狭く、前記ボンディング部側端子と前記外部接続部側端子とを接続する配線部となる第３の突出部と、を形成する際に、該配線部となる第３の突出部の長手方向を略水平方向に貫く貫通孔を形成することを特徴とする。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、下面側が酸化・腐食しにくく、封止樹脂との密着性が高い導体端子を有している小型のリードフレーム及びその製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施例１に係るリードフレームを用いた半導体パッケージを示す平面図である。

【図2】図１に示した半導体パッケージをＡ−Ａ線で切断した場合を示す概略断面図である。

【図3】図１に示した半導体パッケージの製造工程を工程順に示す概略断面図である。

【図4】実施例２に係るリードフレームを用いた半導体パッケージの変形例を示す概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下に、本発明のリードフレームを用いた半導体パッケージの実施例について図面を参照しながら説明する。

【実施例1】

【0017】

まず、図１〜図３を用いて、実施例１に係るリードフレームを用いた半導体パッケージについて説明する。

【0018】

なお、図中、１は導体端子、１ａはボンディング部、１ｂは外部接続部、１ｃはボンディング部側端子、１ｄは外部接続部側端子、１ｅは配線部、１ｆは切り欠き（貫通孔）、２は半導体素子、３はボンディングワイヤ、４は封止樹脂、５ａ、５ａ’はドライフィルムレジスト、５ｂはめっき用レジストマスク、５ｃはエッチング用レジストマスク、６はめっき層である。

【0019】

まず、図１及び図２を用いて、このリードフレームを用いた半導体パッケージの構成について説明する。

【0020】

図１及び図２に示すように、このリードフレームを用いた半導体パッケージでは、二点鎖線で示すように上面側の略中央に半導体素子２を載置するように形成されている。そして、その領域の周囲には、エリアアレイ状に複数の導体端子１が形成されている。そして、半導体素子２の電極は、それぞれに対応する導体端子１とボンディングワイヤ３を介してワイヤボンディングされ、電気的に接続されている。なお、このリードフレームを用いた半導体パッケージは、リードフレームに半導体素子２を搭載し、ワイヤボンディングを行った後、封止樹脂４により樹脂封止をすることによって形成されている。

【0021】

導体端子１は、上面側にボンディング部１ａを有していて半導体素子２を載置する領域の周囲に形成されているボンディング部側端子１ｃと、下面側に外部接続部１ｂを有していて半導体素子２を載置する領域内に形成されている外部接続部側端子１ｄと、ボンディング部側端子１ｃと外部接続部側端子１ｄとを接続するようにそれらの間に形成されている配線部１ｅとにより構成されている。なお、ボンディング部側端子１ｃ及び外部接続部側端子１ｄの形状は略柱状であり、ボンディング部側端子１ｃの垂直方向の長さは、外部接続部側端子１ｄの垂直方向の長さよりも短く形成されている。また、配線部１ｅの形状は、水平方向の幅がボンディング部側端子１ｃ及び外部接続部側端子１ｄの幅よりも狭くなるように形成された略板状である。

【0022】

導体端子１がこのような形状であるため、このリードフレームは、半導体素子を載置する領域の下側のスペースを有効に活用することができる。そのため、このリードフレームを用いれば、半導体パッケージの小型化、ひいては、その半導体パッケージを用いる装置全体の小型化を達成することができる。

【0023】

また、このリードフレームでは、導体端子１は、その配線部１ｅの長手方向略中央に、配線部１ｅを略水平方向に貫くように切り欠き（貫通孔）１ｆが形成されている。そして、その切り欠き（貫通孔）１ｆには、樹脂封止を施した際に、封止樹脂４が充填される。

【0024】

このような切り欠き（貫通孔）１ｆが形成されているため、このリードフレームを用いた半導体パッケージでは、導体端子１が抜け落ちることを防止することができる。

【0025】

次に、図３を用いて、このリードフレームの製造工程及びそのリードフレームを用いた半導体パッケージの製造工程について説明する。

【0026】

まず、図３（ａ）に示すように、金属板の両面に、ドライフィルムレジスト５ａをラミネートする。

【0027】

なお、この金属板には、板厚１００μｍ〜２００μｍの銅合金からなる金属板、例えば、板厚１２５μｍのＣｕ合金材料からなる金属板等を用いることが好ましい。また、ドライフィルムレジスト５ａの厚さは、１５〜４０μｍ程度とすることが好ましい。

【0028】

次に、図３（ｂ）に示すように、所望のパターンが形成されたガラスマスクを用いて露光処理を施して、導体端子１のボンディング部側端子１ｃの上面側、及び、外部接続部側端子１ｄ下面側となる領域以外の領域に、めっき用レジストマスク５ｂを形成する。

【0029】

なお、このようなめっき用レジストマスク５ｂや後述するエッチング用レジストマスク５ｃは、ドライフィルムレジスト５ａのような感光部が硬化するネガタイプのドライフィルムレジストをラミネートして形成するのが一般的である。しかし、ポジタイプのドライフィルムレジストを用いて形成しても良いし、液状レジストを塗布することによって形成しても良い。

【0030】

また、露光処理を施すに際しては、所望のパターンが描かれた露光用マスクを密着させ、紫外線を照射することによって、露光用マスクのパターンをレジストマスク５ａに露光する。このときの紫外線の照射量は２０〜１００ｍＪ／ｃｍ²程度である。また、現像においては、アルカリ現像型のレジストを用いる場合は通常１％程度の濃度の炭酸ナトリウムを用いる。

【0031】

次に、図３（ｃ）に示すように、導体端子１のボンディング部側端子１ｃとなる突出部の上面側となる領域、外部接続部側端子１ｄとなる突出部の下面側となる領域にめっきを施し、めっき層６を形成する。

【0032】

なお、このめっき層６を形成する材料は、ワイヤボンディング性やプリント基板実装時の半田ぬれ性などで適宜選択して構わない。通常は電気めっきによって、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇなどが選択される。

【0033】

次に、図３（ｄ）に示すように、金属板の両面から、めっき用レジストマスク５ｂを剥離する。

【0034】

なお、レジストマスクの剥離には、アルカリ現像型のレジストマスクを用いている場合は、通常１％程度の濃度の水酸化ナトリウムが用いられる。

【0035】

次に、図３（ｅ）に示すように、金属板の両面に、ドライフィルムレジスト５ａ’をラミネートする。

【0036】

次に、図３（ｆ）に示すように、所望のパターンが形成されたガラスマスクを用いて露光処理を施して、金属板の上面側では導体端子１の形成される領域を覆うように、エッチング用レジストマスク５ｃを形成する。同様に、下面側では全領域を覆うように、エッチング用レジストマスク５ｃを形成する。

【0037】

なお、上面側においては、エッチング用レジストマスク５ｃを、めっき層６を覆うように形成することが好ましい。これは、エッチング量や露光の位置ズレを考慮して、この後に行われるハーフエッチング加工を施した際に、めっき層６がバリとならないようにするためである。

【0038】

例えば、ボンディング部側端子１ｃ及び外部接続部側端子１ｄが形成される領域の幅が０．４ｍｍ、配線部１ｅが形成される領域の幅が０．１ｍｍである場合には、エッチング用レジストマスク５ｃを、少なくともめっき層６の端部から５０μｍ程度離れた位置を覆うような大きさに形成することが好ましい。

【0039】

次に、図３（ｇ）に示すように、金属板の上面側から所定の深さまでハーフエッチング加工を施して、半導体パッケージを形成した際に導体端子１となる端子部を形成すると同時に、端子部のうち導体素子の１の配線部１ｅとなる突出部に切り欠き（貫通孔）１ｆを形成する。

【0040】

なお、この切り欠き（貫通孔）１ｆの形成方法としては、ハーフエッチング加工を施す際に、エッチング抑制剤として銅と親和性のある窒素や硫黄を含有する有機化合物を含有するエッチング液を用いるという方法がある。

【0041】

上面側からハーフエッチング加工を施す場合、通常のエッチング液を用いると、上面側から下面側に向けて、順次、エッチング処理が施されることになるため、切り欠き（貫通孔）１ｆのような貫通孔を形成することはできない。
しかし、エッチング抑制剤を含有するエッチング液を用いると、エッチング処理後に残すべき部分の上面側の部分にエッチング抑制剤が吸着されることによって、その部分のエッチング処理が抑制されるため、幅の狭い部分、例えば、配線部１ｅとなる突出部長手方向の略中央近傍に、貫通孔を形成することができる。
すなわち、配線部１ｅ形成用のレジストマスクの両サイドは金属板の上面が露出しておりレジストマスクで覆われていないため、このレジストマスクがない両サイドからレジストマスク下方に向かってエッチングが進行し、上面側のレジストマスクと接する金属板側面およびその近傍はエッチング抑制剤の効果によりエッチングが抑制され配線部１ｅが形成されるとともにその下に貫通孔が形成されることとなる。
一方、ボンディング部側端子１ｃ及び外部接続部側端子１ｄの幅は、配線部１ｅ水平方向の幅に比べて広いため、配線部１ｅに貫通孔が形成されるまでエッチングを進めてもボンディング部側端子１ｃ及び外部接続部側端子１ｄには貫通孔が形成されない。

【0042】

具体的には、例えば、ハーフエッチング加工を施す深さを、５０μｍ〜１００μｍ程度にし、液温４０℃のアゾール系のエッチング抑制剤を含んだエッチング液を用いて、スプレー圧０．２０ＭＰａで４分間エッチング加工を行い、表面側から約８０μｍの深さまでハーフエッチング加工を行うと良い。このようにして形成された配線部１ｅは、中央付近で、幅が約０．０２ｍｍ、厚さが約０．０１５ｍｍとなり、その下から金属板の約８０μｍ（０．０８ｍｍ）の深さまで貫通孔が形成される。

【0043】

次に、図３（ｈ）に示すように、金属板の上面からエッチング用レジストマスク５ｃを剥離する。これにより、リードフレームが得られる。

【0044】

次に、図３（ｉ）に示すように、上面側の所定の位置に、ダイペースト等（図示せず）を用いて複数の電極を有する半導体素子２を載置する。そして、半導体素子２の電極の各々と、対応する導体端子１のボンディング部１ａ、すなわち、導体端子１となる端子部の上面側に形成されためっき層６とを、ボンディングワイヤ３を介してワイヤボンディングする。

【0045】

なお、ダイペーストとしては、銀ペーストが用いることが好ましい。また、ボンディングワイヤとしては、Ａｕワイヤ、Ａｇワイヤ、Ｃｕワイヤなどを用いることが好ましく、線径は２０〜４０μｍ程度であることが好ましい。

【0046】

次に、図３（ｊ）に示すように、エポキシ樹脂等の封止樹脂４を用いて上面側から樹脂封止を施す。このとき、切り欠き（貫通孔）１ｆにも、封止樹脂４が充填される。

【0047】

次に、図３（ｋ）に示すように、金属板の下面側から、エッチング用レジストマスク５ｃを剥離する。

【0048】

最後に、図３（ｌ）に示すように、金属板の下面側にエッチング加工を施して、導体端子１の下面側の半分を形成して、半導体パッケージが完成する。この際、めっき層６がこのエッチング加工に対するレジストマスクの役割を果たす。

【0049】

この後、このようにして製造された半導体パッケージは、ダイシングなどの方法によって切断され、個々の半導体パッケージとなる。

【0050】

この切断の際に、リードフレーム（金属板）の不要部分がエッチング加工によって除去されているため、樹脂部分のみを切断加工することになる。そのため、この半導体パッケージは、リードフレーム（金属板）と樹脂を同時に切断する必要のある半導体パッケージに比べ切断が容易であり、用いられる切断工具の寿命も長くなる。

【実施例2】

【0051】

次に、図４を用いて、実施例２に係るリードフレームを用いた半導体パッケージについて説明する。なお、本実施例のリードフレームは、半導体パッケージを製造した際の導体端子の形状を除き、実施例１のリードフレームとほぼ同様の構成であるため、同様の部材については同一の符号を付すとともに、それらについての詳細な説明は省略する。また、リードフレーム及びそれを用いた半導体パッケージの製造工程についての詳細な説明も省略する。

【0052】

なお、図中、１’は導体端子、１ａ’はボンディング部、１ｂ’は外部接続部、１ｃ’はボンディング部側端子、１ｄ’は外部接続部側端子、１ｅ’は配線部、１ｆ’は貫通孔、２は半導体素子、３はボンディングワイヤ、４は樹脂である。

【0053】

図４に示すように、このリードフレームでは、略柱状のボンディング部側端子１ｃ’の垂直方向の長さと配線部１ｅ’の垂直方向の長さが、外部接続部側端子１ｄ’の垂直方向の長さとほぼ同一となっている。また、貫通孔１ｆ’は、配線部１ｅ’の略中央に開口として形成されている。

【0054】

導体端子１がこのような形状であるため、このリードフレームを用いれば、半導体パッケージの小型化、ひいては、その半導体パッケージを用いる装置全体の小型化を達成することができる。さらに、ボンディング部側端子１ｃ’の長さが長いため、安定的にワイヤボンディングを行うことができる。

【0055】

また、上記実施例においては、配線部１ｅ、１ｅ’となる突出部の略中央に１つだけ貫通孔１ｆ、１ｆ’を形成している。しかし、本発明のリードフレームはそのような構成に限定されるものではなく、貫通孔を複数設けても良いし、形成する場所も、配線部となる突出部の略中央でなくても構わない。

【産業上の利用可能性】

【0056】

本発明は、半導体パッケージの小型化、ひいては、その半導体パッケージを用いる装置全体の小型化の達成、及び、半導体パッケージの導体端子の抜け落ち防止に、極めて有用である。

【符号の説明】

【0057】

１、１’ 導体端子
１ａ、１ａ’ ボンディング部
１ｂ、１ｂ’ 外部接続部
１ｃ、１ｃ’ ボンディング部側端子
１ｄ、１ｄ’ 外部接続部側端子
１ｅ、１ｅ’ 配線部
１ｆ、１ｆ’ 貫通孔
２ 半導体素子
３ ボンディングワイヤ
４ 封止樹脂
５ａ、５ａ’ ドライフィルムレジスト
５ｂ めっき用レジストマスク
５ｃ エッチング用レジストマスク
６ めっき層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】