JPH07106498A - 樹脂封止型半導体装置用リードフレームとその製造方法 および樹脂封止型半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】素子載置部の設計自由度が高く、かつ信頼性の
高い樹脂封止型半導体装置用リードフレームを得る。 【構成】スクリーン印刷法によって充填剤として二酸化
珪素の球状微粉を含む絶縁型エポキシ型の樹脂膜４から
なる素子載置部をリードフレームのアイランド２上ある
いはインナーリード３上に形成することにより、一般的
な樹脂封止型半導体装置の組立製造工程と高い整合性を
保ったまま、素子載置部の設計自由度を向上させる。更
に、素子載置部と半導体素子接着用エポキシ系ペースト
や封止樹脂との接着性および密着性を向上させることに
よってパッケージクラック耐量や耐湿性を低下させるこ
と無く大きな半導体素子を搭載することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、樹脂封止型半導体装置
用リードフレームとその製造方法及び樹脂封止型半導体
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】最も一般的に用いられている樹脂封止型
半導体装置用リードフレーム（以下単にリードフレーム
という）においては、その素子載置部はリードフレーム
素材により形成されるのが普通である（以下、リードフ
レーム素材で形成される素子載置部をアイランドとい
う）。しかしながら、このような一般的なリードフレー
ムのアイランドでは、ワイヤボンディング技術の制限な
どのため、半導体素子の寸法の大小や縦横比に合わせて
アイランド寸法も変えねばならず、同一のパッケージに
対して複数の種類のリードフレームを用意する必要があ
る。また、パッケージの樹脂封止部の寸法に対してアイ
ランド寸法が大きくなり過ぎると、パッケージの樹脂封
止部の内部に存在するインナーリード長が短くなること
によってリード引き抜き強度が極度に低下する。更に、
アイランド寸法が大きくなることによって実装時の加熱
時に封止樹脂との間で剥離する面積が増大してしまうた
め、パッケージクラックの耐量が著しく低下してしまう
ことが知られている。

【０００３】前者の半導体素子の寸法や縦横比に合わせ
てアイランド寸法の異なるリードフレームを複数種類準
備しなげればならないという問題点に対しては、アイラ
ンドを持たないリードフレームを用意し、アクリル系樹
脂の熱硬化型接着剤層を塗布したポリイミド絶縁性樹脂
フィルムを所用の寸法に切断し、このポリイミドフィル
ム７を図５に示すように、リードフレームのインナーリ
ード３Ｃ上に接着剤６により固定して素子載置部として
用いることにより、一種類のリードフレームで多様な半
導体素子の寸法に対応できるようにして、リードフレー
ムの汎用性を高めるという技術が知られている。

【０００４】又、後者のパッケージ寸法に対して大きな
寸法の半導体素子を搭載する技術としては図６に示すよ
うに、アイランドを持たないリードフレームのインナー
リード３Ｄ上に形成した一定粒径の充填剤を含んだ絶縁
性樹脂８によって半導体素子とリードフレームを固着す
るという技術が、例えば特開昭６４−３３９３９号公報
に示されている。この方法では、絶縁性樹脂として熱可
塑性樹脂を用いた場合にはリードフレーム上に供給した
樹脂をその融点以上とした状態で半導体素子を融着した
後に冷却して固着させ、また熱硬化型樹脂を用いた場合
にはリードフレーム上に樹脂を加熱して半硬化のＢステ
ージとした状態で圧着・加熱して固着するものである。

【０００５】以上述べたような２つの従来例の樹脂封止
型半導体装置のパッケージ構造は、いわゆるＣＯＬ（ｃ
ｈｉｐ ｏｎ Ｌｅａｄ）構造と呼ばれているものであ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した前者
の従来技術では、絶縁性樹脂フィルムの切断を精度上の
要求から金型で行わなければならず、接着工程において
もリードフレームとの高精度な位置決めが要求される上
に、リードフレームと絶縁性樹脂フィルムとの間で厳密
な平行度を保持した状態で加熱圧着しないと十分な接着
強度が得られない等の困難があり、リードフレームの汎
用性は確かに向上するものの、リードフレーム上に半導
体素子載置部を設ける工程が非常に煩雑かつ高価なもの
となってしまう。加えて、作業性の問題（主として搬送
上の問題）から絶縁性フィルムとして用いるポリイミド
フィルムの厚さは７５μｍ以上にせざるを得ないので、
接着剤層を含めた絶縁性フィルムの厚さが１００μｍ以
上となってしまうため、薄型パッケージには適用しがた
いという欠点を有している。

【０００７】更に、絶縁性樹脂フィルムの素材として用
いられるポリイミドは、封止樹脂として使用されている
エポキシ系樹脂との接着性・密着性が低く、先に述べた
後者の問題点であるパッケージクラック耐量の低下を招
くという欠点も併せ持っている。

【０００８】後者の従来技術では、どちらの樹脂を用い
た場合でも、リードフレームへの半導体素子の接着工程
を加熱下で実施しなければならないため前者の従来例と
同様に、リードフレームと絶縁性樹脂フィルムとの間で
厳密な平行度を保持した状態で圧着を行わないと十分な
接着強度が得られないという問題を有している。

【０００９】このようにＣＯＬ構造を採用した従来の樹
脂封止型半導体装置のパッケージおよびそれに用いられ
るリードフレームには、大別すると以下のような３つの
課題が存在している。

【００１０】第１に、その製造工程が複雑で、特にリー
ドフレームに素子載置部を形成する工程と半導体素子を
リードフレームに固着する工程が困難であり、一般的な
アイランドを有するリードフレームを使用する樹脂封止
型半導体装置の製造工程との整合性も非常に低い。従っ
て、その生産性は著しく低く、製造費用も高いものとな
ってしまう。

【００１１】第２に、リードフレーム上に素子載置部と
して形成される素材がポリフェニレンサルファイドのよ
うな熱可塑性有機樹脂やポリイミドであった場合には、
半導体素子の接着剤として用いられるエポキシ系樹脂の
銀ベーストや封止樹脂として使用されるエポキシ系樹脂
との接着性・密着性が低いため、パッケージクラック耐
量の低下や耐湿性の低下が起きてしまう。従って、これ
らの素材を素子載置部として用いた場合には、信頼性の
低下が免れ得ないことになる。

【００１２】第３に、これらのＣＯＬ構造におけるリー
ドフレームでは、素子載置部の厚さが、リードフレーム
そのものの厚さに加えて５０〜１５０μｍ厚くなること
を避けられず、トランスファー成型法による樹脂封止時
の樹脂の充填性を悪化させるため、パッケージ薄型化の
障害となってしまう。

【００１３】

【課題を解決するための手段】第１の発明の樹脂封止型
半導体装置用リードフレームは、リードフレームと、こ
のリードフレームの一部を覆って設けられ充填剤として
二酸化珪素粉末を含む絶縁性熱硬化型樹脂膜からなる少
なくとも１個の素子載置部とを含むものである。

【００１４】第２の発明の樹脂封止型半導体装置用リー
ドフレームの製造方法は、リードフレームの表面の一部
へスクリーン印刷法を用いて絶縁性熱硬化型樹脂膜を印
刷し半導体素子載置部を形成するものである。

【００１５】第３の発明の樹脂封止型半導体装置は、リ
ードフレームの一部を覆って設けられ絶縁性熱硬化型樹
脂膜からなる少くとも１個の素子載置部と、この素子載
置部上に固着された半導体素子と、この半導体素子を封
止する樹脂とを含むものである。

【００１６】

【実施例】次に本発明を図面を参照して説明する。図１
（ａ），（ｂ）は本発明の樹脂封止型半導体装置用リー
ドフレームの第１の実施例の上面図及びＡ−Ａ線断面図
である。

【００１７】図１（ａ），（ｂ）において、リードフレ
ーム１はその製造方法の加工限界内で最小の寸法とした
アイランド２を有している。アイランド２およびその周
辺部に設けられたインナーリード３の表面は、絶縁性の
樹脂膜４によって被覆・連結固定され素子載置部が形成
されている。

【００１８】本第１の実施例において使用している樹脂
膜４は、充填剤として二酸化珪素の球状微粉（平均粒径
６μｍ）を７０重量％以上含む一液性エポキシ系樹脂で
あり、リードフレーム１のアイランド２およびインナー
リード３上の樹脂厚は、２０μｍ以下である。この樹脂
膜４は、スクリーン印刷法により容易に実現できる。本
第１の実施例では、スクリーンとして７５０ｍｍ角の寸
法を持つスクリーン枠に、東京プロセスサービス（株）
より提供されるＳＸ−２３０スクリーンを貼付し、更に
所要の素子載置部のパターンを乳剤厚１０μｍとしてフ
ォトリソグラフィー技術によって形成（開口）したもの
を使用している。平均粒径６μｍの球状の二酸化珪素微
粉を充填剤として用いているのは、上述のＳＸ−２３０
スクリーンを用いて良好な印刷性を得るためである。更
に、リードフレーム１をエポキシ系樹脂とは接着性の極
めて低い弗化炭化水素系樹脂で被覆した金属性の下敷板
上に載せた状態で真空吸着により固定し、スクリーンと
の位置決めを行った後、先述の一液性エポキシ系樹脂を
用いて通常の手順でスクリーン印刷を行い、その後下敷
板と共に加熱することにより一液性エポキシ系樹脂を硬
化（以下キュアと称する）させた後に、リードフレーム
１を樹脂膜４と共に下敷板から剥離することにより得ら
れる。

【００１９】本第１の実施例によるリードフレームを用
いた樹脂封止型半導体装置は、半導体素子１０をこの絶
縁性の樹脂膜４の上に、銀ペースト等による接着剤を用
いた一般的な方法によって固定し、次に半導体素子上の
電極とリードフレームのインナーリード３間を金属細線
によって超音波熱圧着法を用いて接続を行い、この後は
一般的な樹脂封止型半導体装置の製造工程を経ることに
より得られる。また搭載する半導体素子の寸法が変更に
なる場合にも、スクリーンのパターンを変更するだけで
容易に対処できるため、リードフレームのパターンは変
更する必要が無いので、一種類のリードフレームで種々
の半導体素子に対処できる。

【００２０】図２は本発明の第２の実施例の断面図であ
り、アイランドが無い以外は第１の実施例と同様であ
る。この場合も樹脂膜４Ａはスクリーン印刷法により容
易に形成できる。

【００２１】次にボディー寸法（モールド部）が１２ｍ
ｍ×１２ｍｍ×２．７ｍｍ厚の８８ピンＱＦＰに９．８
ｍｍの角の半導体素子を搭載する場合について比較検討
を行ったところ、一般的なリードフレームでは、樹脂封
止部内のインナーリード長が０．５ｍしか取れない為、
リード引き抜き強度が非常に弱く、実用に耐えないこと
か判明した。

【００２２】次に比較例１として、アイランドを持たず
インナーリードの長いリードフレームに、７５μｍ厚の
ポリイミドフィルムにアクリル系熱硬化型接着剤を約２
０μｍ塗布したものを１０．６ｍｍ角の寸法に切断後リ
ードフレームに接着して素子載置部を形成し半導体素子
をエポキシ系銀ペーストで接着したものを作り、比較例
２としてやはりアイランドを持たないリードフレーム
に、日東電工（株）製の０．７ｍｍ厚のＥペレットを１
０．６ｍｍ角に切断してリードフレーム上に置き更に半
導体素子をその上に載せた状態でテフロン板上で所定の
キュアを行った後テフロン板から剥離して作成したもの
を作り、実施例として図１に示したように、５．５ｍｍ
角のアイランドを持つリードフレームに１０．５５ｍｍ
角の開口寸法を持つスクリーンで絶縁性エポキシ系樹脂
をスクリーン印刷を行って作成した樹脂膜上に半導体素
子をエポキシ系銀ペーストで接着したものを作り、これ
ら３種類について半導体装置を作成し、パッケージクラ
ックについての評価を行った結果を表１に示す。尚、こ
の評価で使用したリードフレームは０．１２５ｍｍ厚の
銅系素材によるもので、めっき仕様は全面ニッケルめっ
きと全面パラジウムめっきである。

【００２３】

【表１】

【００２４】表１に示したように第１の実施例のリード
フレームを用いた樹脂封止型半導体装置は、クラック発
生率は比較例２と同等以上に少い結果が得られた。しか
も従来の樹脂封止型半導体装置の組立製造工程との整合
性が非常に高い上に、信頼性も高く、更に素子載置部の
厚さが薄いため、パッケージの薄型化に容易に対応でき
るという利点を有している。

【００２５】図３（ａ），（ｂ）は本発明の樹脂封止型
半導体装置用リードフレームの第３の実施例の平面図及
びＢ−Ｂ線断面図である。

【００２６】本第３の実施例においては、リードフレー
ム１Ａは、アイランド支持リード５を有しており、リー
ドフレーム１Ａの素子載置面はアイランドの支持リード
５およびその上の絶縁性の樹脂膜４Ｂによって形成され
ている。このリードフレーム１Ａは、第１の実施例と全
く同様に、リードフレームに充填剤として二酸化珪素ォ
球状微粉（平均粒径６μｍ）を７０重量％以上含む一液
性エポキシ系樹脂を所要のパターンを下敷板と共にスク
リーン印刷し、キュア後に剥離することにより得ること
ができる。

【００２７】本第３の実施例によるリードフレームを用
いた樹脂封止型半導体装置は、やはり第１の実施例同様
に組立を行うことができる。半導体素子はこの樹脂膜４
Ａの上に銀ペースト等による接着剤を用いた一般的な方
法によって固定し、半導体素子上の電極とインナーリー
ド間を超音波熱圧着法を用いて金属細線によりワイヤホ
ンディングを行い、この後は一般的な樹脂封止型半導体
装置の製造工程を経ることにより得られる。また本第３
の実施例においては、その素子載置面の大半がエポキシ
系樹脂で構成されているため、半導体素子接着用に多用
されるエポキシ系ペーストと素子載置面との接着性およ
び素子載置面とその裏面と封止樹脂との接着性が大幅に
向上する。

【００２８】次に、ボディー寸法が１４ｍｍ×２０ｍｍ
×２．７ｍｍ厚の８０ピンＱＦＰを用いて、通常の７．
４ｍｍ×８．７ｍｍのアイランドを有するリードフレー
ムを用いて組み立てた比較例３と、３ｍｍ角のアイラン
ド上に７．４ｍｍ×８．４ｍｍの絶縁性の樹脂膜による
素子載置部を設けた第３の実施例を用いて半導体装置を
作成し、そのパッケージクラック耐量を比較した結果を
表２に示す。尚、本例のリードフレームは、０．１５ｍ
ｍ厚の銅系素材であり、めっき仕様はインナーリード先
端のみの銀めっきである。又、半導体素子のアイランド
もしくは素子載置部への接着には、一般的なエポキシ系
樹脂銀ペーストを用いた。

【００２９】

【表２】

【００３０】表２に示したように、第３の実施例におい
てもクラック発生率はゼロとなり、良好な結果が得られ
る。またこのリードフレームを用いた樹脂封止型半導体
装置は従来の樹脂封止型半導体装置の組立製造工程との
整合性が非常に高い上に、パッケージクラック耐性が非
常に高いという利点を有している。また、副次的な効果
として、素子載置部の大半が絶縁性の樹脂膜で構成され
るため素子載置部の弾性率が下がり、低応力銀ペースト
を使用しないで半導体素子を固着しても、その反りが少
ないという利点も有る。

【００３１】図４は、本発明による樹封止型半導体装置
用リードフレームの第４の実施例の上面図である。

【００３２】本第４の実施例においては、リードフレー
ム１Ｂは、主アイランド２Ａの他にそのインナーリード
３Ｂ上に形成された複数の絶縁性樹脂膜４Ｃによる素子
載置部を有している。本第４の実施例のリードフレーム
は第１の実施例と全く同様に、リードフレーム上に、充
填剤として二酸化珪素の球状微粉（平均粒径６μｍ）を
７０重量％以上含む一液性エポキシ系樹脂を所要のパタ
ーンのスクリーンを用いて下敷板と共にスクリーン印刷
し、キュア後に下敷板からリードフレーム１Ｂを絶縁性
樹脂による素子載置部と共に剥離することにより得るこ
とができる。

【００３３】本第４の実施例によるリードフレームを用
い複数の半導体素子を搭載した樹脂封止型半導体装置
は、一般的に用いられるリードフレームのパターンによ
りアイランを設けたリードフレームと同様に組立を行う
ことができる。半導体素子はこのアイランド２Ａ及び樹
脂膜４Ｃ上に、銀ペースト等による接着剤を用いた一般
的な方法によって固定し、半導体素子上の電極とインナ
ーリード間を超音波熱圧着法を用いて金属細線によりワ
イヤボンディングを行い、その後は一般的な樹封止型半
導体装置の製造工程を経て得ることができる。

【００３４】１４ｍｍ×２０ｍｍ×２．７ｍｍ厚の８０
ピンＱＦＰを用いて、パッケージ内に５．０ｍｍ角の１
個の主半導体素子と１．２ｍｍ角の４個の副半導体素子
を同一パッケージ内に搭載するマルチチップパッケージ
（以下ＭＣＰという）の場合、５個のアイランドを有す
るリードフレームを用いる場合には、リードフレームの
パターン設計は非常に複雑なものになる。これに対して
第４の実施例のリードフレームでは、図４に示したよう
に、５．０ｍｍ角の主半導体素子は一般的なアイランド
２Ａ上に搭載し、４個の１．２ｍｍ角の副半導体素子は
樹脂膜４Ｃによる素子載置部上に搭載すればよいため設
計は極めて容易である。

【００３５】このように第４の実施例によるＭＣＰ用リ
ードフレームの方が設計が簡便であり、場合によっては
１個の半導体素子載置用に設計されたリードフレームを
ＭＣＰ用に転用することが可能になるという利点があ
る。更に、半導体素子載置部の設計変更がスクリーンの
パターン変更により容易に実行できるという利点を有し
ている。

【００３６】第４の実施例のリードフレームは、例えば
０．１５ｍｍ厚の銅系素材を用い、めっき仕様は全面ニ
ッケルめっきと全面パラジウムめっきを用いることがで
きる。又、各半導体素子のアイランドもしくは樹脂膜へ
の接着・固定には、一般的なエポキシ系銀ペーストを用
いることができるため、特に製造上の問題はない。

【００３７】

【発明の効果】以上に述べてきたように、本発明による
樹脂封止型半導体装置用リードフレームとこれを用いた
樹脂封止型半導体装置には、従来の樹脂封止型半導体装
置用のリードフレームと比較して、スクリーン印刷法に
よる絶縁性エポキシ系有機樹脂の素子載置部を形成する
ことにより、一般的な樹脂封止型半導体装置の組立製造
工程と高い整合性を保ったまま、半導体素子接着用エポ
キシ系ペーストとの接着性および封止樹脂との密着を向
上させることによってパッケージクラック耐量を低下さ
せること無く大きな半導体素子を搭載することが可能に
なる。

【００３８】更に、従来のＣＯＬ構造による樹脂封止型
半導体装置用リードフレームでは素子載置部の厚さが、
リードフレームそのものの厚さに加えて５０〜１５０μ
ｍ厚くなることによってトランスファー成型法による樹
脂封止時に封止樹脂の充填性を悪化させるためＴ−ＱＦ
Ｐ等の薄型パッケージには適用が困難であったのに対し
て、本発明による樹脂封止型半導体装置用リードフレー
ムでは、素子載置部の厚さの増加が２０μｍ程度のため
封止樹脂の充填性への悪影響は非常に少なく薄型パッケ
ージにも適用が可能である。

【００３９】又、リードフレーム上に素子載置部を形成
する工程がリードフレームの製造工程とは独立に実施で
きる上に、スクリーン印刷のパターンを変更するだけで
素子載置部の変更ができるため一般的なアイランドを有
するリードフレームを使用する場合と比較して、リード
フレームの汎用性を非常に大きなものにすることができ
るという利点も併せ持っている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の上面図及び断面図。

【図２】本発明の第２の実施例の断面図。

【図３】本発明の第３の実施例の上面図及び断面図。

【図４】本発明の第４の実施例の上面図。

【図５】従来の樹脂封止型半導体装置用リードフレーム
の断面図。

【図６】従来の樹脂封止型半導体装置用リードフレーム
の断面図。

【符号の説明】

１，１Ａ，１Ｂ リードフレーム ２，２Ａ アイランド ３．３Ａ〜３Ｄ インナーリード ４，４Ａ〜４Ｃ 樹脂膜 ５ 支持リード ６ 接着剤 ７ ポリイミドフィルム ８ 絶縁性樹脂 １０ 半導体素子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リードフレームと、このリードフレーム
   の一部を覆って設けられ充填剤として二酸化珪素粉末を
   含む絶縁性熱硬化型樹脂膜からなる少なくとも１個の素
   子載置部とを含むことを特徴とする樹脂封止型半導体装
   置用リードフレーム。
2. 【請求項２】 リードフレームの表面の一部へスクリー
   ン印刷法を用いて絶縁性熱硬化型樹脂膜を印刷し半導体
   素子載置部を形成することを特徴とする樹脂封止型半導
   体装置用リードフレームの製造方法。
3. 【請求項３】 リードフレームの一部を覆って設けられ
   絶縁性熱硬化型樹脂膜からなる少くとも１個の素子載置
   部と、この素子載置部上に固着された半導体素子と、こ
   の半導体素子を封止する樹脂とを含むことを特徴とする
   樹脂封止型半導体装置。