特開 2024-135266 リードフレーム及びそれを用いた半導体装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024135266

(43)【公開日】2024-10-04

(54)【発明の名称】リードフレーム及びそれを用いた半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/50 20060101AFI20240927BHJP

   H01L 23/28 20060101ALI20240927BHJP

【ＦＩ】

H01L23/50 K

H01L23/28 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023045870

(22)【出願日】2023-03-22

(71)【出願人】

【識別番号】715010864

【氏名又は名称】エイブリック株式会社

(72)【発明者】

【氏名】塚越 功二

【テーマコード（参考）】

4M109

5F067

【Ｆターム（参考）】

4M109AA01

4M109BA01

4M109CA21

4M109FA04

5F067AA04

5F067AB02

5F067BB01

5F067BB04

5F067BB10

5F067BD02

5F067DA11

5F067EA04

(57)【要約】

【課題】封止樹脂との密着性を向上させ、封止樹脂との界面の剥離の進行を抑制するリードフレームの提供。
【解決手段】リードフレーム１００は、半導体チップが上面に固定されるダイパッド１０１と、平面視において、ダイパッド１０１の周囲に配置された複数のリード１０２と、を有し、リード１０２は、リード本体部１０２ａ、リード先端部１０２ｂ及びリード本体部１０２ａからリード先端部１０２ｂに向かって厚みが徐々に薄くなるように上面が傾斜した傾斜部１０２ｃを備え、傾斜部１０２ｃは、上面が粗面化されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体チップが上面に固定されるダイパッドと、
平面視において、前記ダイパッドの周囲に配置された複数のリードと、
を有し、
前記リードは、リード本体部、リード先端部及び前記リード本体部から前記リード先端部に向かって厚みが徐々に薄くなるように上面が傾斜した傾斜部を備え、
前記傾斜部は、上面が粗面化されていることを特徴とするリードフレーム。

【請求項2】

前記傾斜部は、平面視において円弧状に形成されている請求項１記載のリードフレーム。

【請求項3】

前記傾斜部の上面は、厚さ方向に曲面で形成されている請求項１記載のリードフレーム

【請求項4】

前記リード先端部の上面は、銀メッキ処理されている請求項１記載のリードフレーム。

【請求項5】

前記リード先端部は、平面視において、少なくとも前記リード本体部よりも幅が広い請求項１記載のリードフレーム。

【請求項6】

請求項１から５に記載のいずれかのリードフレームと、
前記リードフレームの前記ダイパッドの上面に固定され、前記リードの前記先端部とボンディングワイヤで電気的にそれぞれ接続されている複数の電極パッドを備える前記半導体素子と、
少なくとも前記半導体素子及び前記ボンディングワイヤを覆う封止樹脂と、
を有することを特徴とする半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、リードフレーム及びそれを用いた半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

樹脂封止型の半導体装置の製造工程で「後工程」と称される製造プロセスでは、まずダイパッド及びリードが形成されているリードフレームを用いることが多い。

【0003】

具体的な製造プロセスとしては、ダイパッドの上面に半導体チップを固定し、その半導体チップとリードとをボンディングワイヤで電気的に接続する。次に、リードフレームを２つの金型で挟持し、金型の内部に樹脂を注入して固化させて封止した後、個片にすることで複数の半導体装置が製造される。

【0004】

このようにして製造された半導体装置は、高温と低温の温度変化を繰り返す信頼性試験を行った場合、リードと封止樹脂の熱膨張係数の差によりリードと封止樹脂の界面に応力がかかる。この応力によって、リードと封止樹脂の界面に剥離が発生し、ボンディングワイヤの断線などの不具合が発生するおそれがある。

【0005】

このリードと封止樹脂の界面の剥離の発生を抑制するために、例えば、特許文献１に記載の発明では、リードフレームの表面を粗面化することによって、リードと封止樹脂の密着性を向上させている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００５－２３５９２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の一つの側面では、封止樹脂との密着性を向上させ、封止樹脂との界面の剥離の進行を抑制するリードフレームを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一実施形態におけるリードフレームは、
半導体チップが上面に固定されるダイパッドと、
平面視において、前記ダイパッドの周囲に配置された複数のリードと、を有し、
前記リードは、リード本体部、リード先端部及び前記リード本体部から前記リード先端部に向かって厚みが徐々に薄くなるように上面が傾斜した傾斜部を備え、
前記傾斜部は、上面が粗面化されている。

【発明の効果】

【0009】

本発明の一つの側面によれば、封止樹脂との密着性を向上させ、封止樹脂との界面の剥離の進行を抑制するリードフレームを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の第１の実施形態におけるリードフレームの概略上面図。

【図2A】図２Ａは、図１に示したII－II線の概略断面図。

【図2B】図２Ｂは、図２Ａ中のＡ部の拡大図。

【図3】本発明の第１の実施形態におけるリードフレームと半導体チップとをワイヤボンディングで接続した後の状態を示す概略側面図。

【図4】本発明の第１の実施形態におけるリードフレームを用いた半導体装置を示す概略側面図（透視図）。

【図5A】図５Ａは、本発明の第２の実施形態におけるリードフレームの概略上面図。

【図5B】図５Ｂは、図５Ａ中のＢ部の拡大図。

【図6A】図６Ａは、本発明の第３の実施形態におけるリードフレームの概略断面図。

【図6B】図６Ｂは、図６Ａ中のＣ部の拡大図。

【図7】本発明の第４の実施形態におけるリードフレームの概略上面図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明の一実施形態におけるリードフレームは、以下の知見に基づくものである。特許文献１に記載されたリードフレームは、封止樹脂との界面の密着性をある程度は向上させることができる。しかしながら、リードフレームと封止樹脂との界面の剥離は、完全に消滅するわけではない。通常、半導体装置の信頼性試験の前処理として、半導体装置は吸湿処理が行われる。このとき、リードが外部に露出する箇所のリードと封止樹脂の界面は、半導体装置内部へ水分の侵入経路となる。リードと封止樹脂の界面に水分が含まれた状態で高温と低温の温度変化を繰り返す信頼性試験を行った場合には、リードと封止樹脂の界面に剥離が発生しやすい。リードと封止樹脂との界面に僅かな剥離が発生すると、剥離は同一平面上のリードと封止樹脂の界面を伝って封止樹脂の内部へ進行するときがある。この剥離がボンディングワイヤが接続されたリード先端部に到達した場合、ボンディングワイヤの断線が発生するおそれがある。

【0012】

そこで、本発明の一実施形態におけるリードフレームは、リードがリード本体部、リード先端部及びリード本体部からリード先端部に向かって厚みが徐々に薄くなるように上面が傾斜した傾斜部を有し、この傾斜部の上面が粗面化されている。

【0013】

これにより、このリードフレームは、封止樹脂との密着性を向上させ、リードフレームと封止樹脂との界面の剥離の進行を抑制することができる。

【0014】

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための実施形態について詳細に説明する。

【0015】

なお、図面においては、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

【0016】

また、図面に示すＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸は互いに直交するものとする。Ｚ軸方向を「高さ方向」又は「厚さ方向」と称する場合がある。各部材の＋Ｚ方向側の面を「表面」又は「上面」、－Ｚ方向側の面を「裏面」又は「下面」と称する場合がある。

【0017】

さらに、図面は模式的なものであり、幅、奥行き及び厚さの比率などは示したとおりではない。各部材の数量、位置、形状、構造、大きさなどは、以下に示す実施形態に限定されず、本発明を実施する上で好ましい数量、位置、形状、構造、大きさなどにすることができる。

【0018】

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態におけるリードフレームの概略上面図であり、図２（ａ）は、図１に示したII－II線の概略断面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ部の拡大図である。

【0019】

図１及び図２に示すように、リードフレーム１００は、ダイパッド１０１と、複数のリード１０２と、吊りリード１０３と、タイバー１０４と、を有する。

【0020】

ダイパッド１０１は、吊りリード１０３を介してタイバー１０４と連結されている。複数のリード１０２は、タイバー１０４と直接連結されている。

【0021】

また、リードフレーム１００には、ダイパッド１０１、複数のリード１０２及び吊りリード１０３の組合せが複数形成されており、図１では１つの半導体装置を形成する１つの組合せを示している。

【0022】

このリードフレーム１００は、本実施形態では銅合金で形成されており、その表面は銀メッキ処理されている。このリードフレーム１００は、半導体装置１０の土台になる。具体的には後述するが、ダイパッド１０１には半導体チップ１１０が固定され、複数のリード１０２のリード先端部１０２ｂにボンディングワイヤ１３０でその半導体チップ１１０の電極パッドと電気的接続がなされた後（図３参照）、リードフレーム１００は、２つの金型で挟持され、金型に封止樹脂１４０を注入して固化させる。このとき、リード１０２の一部を露出させることで外部端子として機能させるようにし、個片にすることで複数の半導体装置１０が製造される。

【0023】

複数のリード１０２は、平面視において、ダイパッド１０１の周囲に配置されている。このリード１０２は、タイバー１０４と連結するリード本体部１０２ａ、ダイパッド１０１と隣接する側に位置するリード先端部１０２ｂを有し、リード本体部１０２ａとリード先端部１０２ｂの間には、リード本体部１０２ａからリード先端部１０２ｂに向かって厚みが徐々に薄くなるように上面が傾斜した傾斜部１０２ｃを備える。

【0024】

リード先端部１０２ｂの上面は、リード本体部１０２ａの上面よりも低く、リード先端部１０２ｂの厚さｔ２は、リード本体部１０２ａの厚さｔ１よりも薄くなっている。本実施形態においては、リード先端部１０２ｂの厚さｔ２は、リード本体部１０２ａの厚さｔ１の１／３程度に薄くなっている。また、傾斜部１０２ｃの上面は、微小な凸凹が形成され粗面化されている。

【0025】

ここで、仮にリード先端部１０２ｂの上面を粗面化した場合、リード１０２と封止樹脂１４０との接合面積は増加し、密着性は向上する。しかし、ワイヤボンディングの接合は、粗面の凸部との接合になる場合があり、ワイヤボンディングの接合面積が減少する可能性がある。このため、本実施形態では、リード先端部１０２ｂの上面は平滑面に形成することで、ワイヤボンディングの接合面積を確保し、接続強度の低下を抑制することができる。また、リード先端部１０２ｂの上面は銀メッキ処理されているため、安定したワイヤボンディングの接合が可能である。

【0026】

このように、リードフレーム１００は、リード本体部１０２ａとリード先端部１０２ｂの間に傾斜部１０２ｃを設け、ワイヤボンディングが接続されるリード先端部１０２ｂとリード本体部１０２ａの上面を異なる平面とした。また、この傾斜部１０２ｃの上面を粗面化することにより、リード１０２と封止樹脂１４０との密着性を向上させ、リード本体部１０２ａと封止樹脂１４０の界面の剥離が、リード先端部１０２ｂに進行することを抑制することができる。

【0027】

ここで、リードフレーム１００におけるリード１０２を形成する方法を説明する。

【0028】

リード１０２の上面に対し、リード先端部１０２ｂの厚みが所定の厚さになるように凹部を形成するプレス加工を行う。このとき、傾斜部１０２ｃは、所定の角度になるようにし、かつ、プレス加工により粗面化を行う。次に、凹部の位置に合わせてリード１０２をせん断するプレス加工を行うことで、リード先端部１０２ｂ、傾斜部１０２ｃを設けることができる。

【0029】

このように、リードフレーム１００は、リード本体部１０２ａとリード先端部１０２ｂの間に傾斜部１０２ｃを設け、この傾斜部１０２ｃの上面を粗面化することにより、リード１０２と封止樹脂１４０との密着性を向上させ、リード本体部１０２ａと封止樹脂１４０の界面の剥離が、リード先端部１０２ｂに進行することを抑制することができる。

【0030】

次に、リードフレーム１００を用いた樹脂封止型の半導体装置の製造方法について、図３及び図４を参照しながら説明する。

【0031】

図３に示すように、ダイパッド１０１の上面に半導体素子１１０を導電性接着剤１２０で固定する。その後、半導体素子１１０の上面に形成されている複数の電極パッド（図示せず）と複数のリード１０２のリード先端部１０２ｂの上面とをボンディングワイヤ１３０で電気的に接続する。

【0032】

次に、リードフレーム１００を２つの金型（図示せず）で挟持し、金型の内部に封止樹脂を注入して固化させて封止した後に個片にすることで、図４に示すような半導体装置１０が製造される。図４に示すように、リード本体部１０２ａの全部又は一部は、封止樹脂１４０から露出させ、図１で示したタイバー１０４から切り離して変形させることでアウターリードとして機能させる。また、半導体チップ１１０の放熱性を向上させる点で、ダイパッド１０１の下面も封止樹脂１４０から露出させてもよい。

【0033】

このように、本実施形態における半導体装置１０は、リードフレーム１００のほかに、ダイパッド１０１の上面に固定され、リード先端部１０２ｂとボンディングワイヤ１３０で電気的にそれぞれ接続されている複数の電極パッドを備える半導体チップ１１０と、少なくとも半導体チップ１１０及びボンディングワイヤ１３０を覆う封止樹脂１４０とを有する。

【0034】

これにより、半導体装置１０は、リードフレーム１００と封止樹脂１４０との密着性を向上させることができ、高温と低温の温度変化を繰り返す信頼性試験を行った場合、リードフレーム１００と封止樹脂１４０との界面の剥離の進行を抑制することができる。このため、ボンディングワイヤ１３０の断線などの不具合が発生しにくくなることで、半導体装置１０の信頼性を向上させることができる。

【0035】

（第２の実施形態）
図５（ａ）は、本発明の第２の実施形態におけるリードフレームの概略上面図、（ｂ）は（ａ）中のＢ部の拡大図である。

【0036】

図５に示すように、第２の実施形態のリードフレーム２００は、平面視において、傾斜部２０２ｃがリード先端部２０２ｂ側の所定の点を中心点とする円弧状に形成されている。その他はリードフレーム１００と同様である。

【0037】

第２の実施形態においては、粗面化された傾斜部２０２ｃの上面の表面積を増加することができ、かつ、リード先端部２０２ｂを囲む形状となることから、リード２０２と封止樹脂１４０との密着性をさらに向上させることができる。これにより、リード本体部２０２ａと封止樹脂１４０の界面の剥離が、リード先端部２０２ｂに進行することを抑制することができる。

【0038】

（第３の実施形態）
図６（ａ）は、本発明の第３の実施形態におけるリードフレームの概略断面図、（ｂ）は（ａ）中のＣ部の拡大図である。

【0039】

図６に示すように、第３の実施形態のリードフレーム３００は、断面視において、傾斜部３０２ｃの上面が厚さ方向に曲面で形成されている。その他はリードフレーム１００と同様である。

【0040】

第３の実施形態においては、粗面化された傾斜部３０２ｃの上面の表面積をさらに増加することが可能であり、リード３０２と封止樹脂１４０との密着性をさらに向上させることができる。これにより、リード本体部３０２ａと封止樹脂１４０の界面の剥離が、リード先端部３０２ｂに進行することを抑制することができる。

【0041】

（第４の実施形態）
図７は、本発明の第４の実施形態におけるリードフレームの概略上面図である。

【0042】

図７に示すように、第４の実施形態のリードフレーム４００は、平面視において、リード先端部４０２ｂ及び傾斜部４０２ｃがリード本体部４０２ａよりも幅が広くなっている。その他はリードフレーム１００と同様である。

【0043】

第４の実施形態においては、粗面化された傾斜部４０２ｃの上面の表面積をさらに増加することが可能であり、リード４０２と封止樹脂１４０との密着性をさらに向上させることができる。これにより、リード本体部４０２ａと封止樹脂１４０の界面の剥離が、リード先端部４０２ｂに進行することを抑制することができる。また、リード先端部４０２ｂ及び傾斜部４０２ｃがリード本体部４０２ａよりも幅が広くなっていることにより、リード先端部４０２ｂにワイヤボンディングしやすくなり、かつリード４０２が封止樹脂１４０から抜けにくくなる。リード４０２が封止樹脂１４０から抜けにくくなる点で、リード先端部４０２ｂは、平面視において、少なくともリード本体部４０２ａよりも幅が広ければよい。

【0044】

以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

【0045】

たとえば、これらの実施形態では、リードフレームの材質は、銅合金で表面が銀メッキ処理されているとしたが、これに限ることなく他の材質としてもよく、銀メッキ処理されていなくてもよい。他のメッキ膜としてもよい。また、リードフレームのリードはプレス加工で形成するとしたが、これに限ることなくエッチングなどで形成してもよく、傾斜部の上面はメッキにより粗面化してもよいし、エッチングにより粗面化してもよい。

【符号の説明】

【0046】

１０ 半導体装置
１００、２００、３００、４００ リードフレーム
１０１ ダイパッド
１０２、２０２、３０２、４０２ リード
１０２ａ、２０２ａ、３０２ａ、４０２ａ リード本体部
１０２ｂ、２０２ｂ、３０２ｂ、４０２ｂ リード先端部
１０２ｃ、２０２ｃ、３０２ｃ、４０２ｃ 傾斜部
１０３ 吊りリード
１０４ タイバー
１１０ 半導体素子
１２０ 導電性接着剤
１３０ ボンディングワイヤ
１４０ 封止樹脂
ｔ１ リード本体部の厚さ
ｔ２ リード先端部の厚さ

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7】