JPH07263487A

JPH07263487A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH07263487A
Application number: JP6046617A
Authority: JP
Inventors: Morihiko Ikemizu; 守彦池水
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-03-17
Filing date: 1994-03-17
Publication date: 1995-10-13

Abstract

(57)【要約】【構成】キャリアテープに接続された半導体素子をリ
ード付きで切り出し、ヒートスプレッダで裏打ちされる
リードフレームに搭載接続し、樹脂モールドする半導体
装置の製造方法において、リード付き半導体素子をリー
ドフレームに搭載接続後、ヒートスプレッダを接着する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。【効果】リード付き半導体素子とリードフレームの接
続を接着剤の硬化前に行うので、接着剤の硬化時にでる
反応ガスにより接続が不完全になることがない。接着剤
はヒートスプレッダに直接塗布または転写により形成す
るので、安価に接着を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は半導体装置の製造方法
に関し、特にキャリアテープに接続された高発熱の半導
体素子をリードフレームに搭載する半導体装置の製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の高集積化に伴い、その電極
数は増大し電極ピッチも狭ピッチ化している。このよう
な状況から半導体素子をワイヤボンディングよりも狭ピ
ッチ化が可能なＴＡＢ（Tape Automated Bonding）方式
でキャリアテープに接続し、キャリアテープ上でピッチ
間隔を広げてからリードフレームに搭載し樹脂封止する
方式が採られる場合がある。

【０００３】一方高集積化に伴い半導体素子の発熱も増
大し、適切な放熱手段を講じる必要が生じている。この
ためリードフレームのダイパッドの下に、もしくはダイ
パッドを省略して半導体素子の下にヒートスプレッダを
配置し、パッケージの放熱性を向上させる方式も採られ
ている。この実施態様を図面を参照して説明する。

【０００４】図１１はリードフレームにヒートスプレッ
ダを接着する工程を示した断面図である。（ａ）はリー
ドフレーム１０１の断面図を示し１０２がダイパッド、
１０３がフレームリードである。（ｂ）はヒートスプレ
ッダ１０４にエポキシ樹脂等の接着剤１０５が塗布され
た状態を示す。（ｃ）はリードフレーム１０１とヒート
スプレッダ１０４を接着剤１０５を介して接着した状態
を示しており、所定の加熱処理を行うことにより一体化
しヒートスプレッダ付きリードフレーム１０６が完成す
る。

【０００５】図１２は上記の工程により一体化されたヒ
ートスプレッダ付きリードフレーム１０６にキャリアテ
ープから切り出されたリード付き半導体素子を搭載接続
する工程を示している。（ａ）はリード付き半導体素子
１１１を示し、１１２が半導体素子、１１３がテープア
ウタリードである。（ｂ）は前記ヒートスプレッダ付き
リードフレーム１０６のダイパッド１０２にマウント材
１１４をディスペンスした状態を示す。（ｃ）はテープ
リード付き半導体素子１１１をヒートスプレッダ付きリ
ードフレーム１０６にマウント材１１４を介して搭載し
た状態を示す。

【０００６】マウント材１１４を硬化後、フレームリー
ド１０３とテープリード１１３を熱圧着ボンディングで
接合するが、フレームリード１０３の表面は図１１
（ｃ）の接着剤硬化工程で接着剤より発生する反応ガス
が付着しているため、接合が不完全になることがあっ
た。この様に従来の製造方法ではヒートスプレッダ１０
４をリードボンディングに先立ち接着剤でリードフレー
ム１０１に接着しておくので、ボンディングが不完全に
なるという問題があった。

【０００７】そこでヒートスプレッダ１０４の接着剤を
図１３に示す様なポリイミドのベース材１２１の両面に
反硬化状態（Ｂステージ）の接着剤１２２を塗布した両
面接着テープを使用することも行われている。しかしな
がら、ポリイミドテープを使用するため価格が高くなる
という問題があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、ヒート
スプレッダが接着剤で接着されたリードフレームにリー
ド付き半導体素子をボンディングする場合、接着剤の反
応ガスによりボンディング性が阻害されるという問題が
あった。これを避けるため半硬化の接着剤が塗布された
両面接着テープを使用することも行われているが、価格
が高いという問題があった。本発明は上記事情に鑑みて
なされたもので、ボンディング性を阻害しない安価なヒ
ートスプレッダ接着方法を提供しようとするものであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の製造方法では、半導体素子をキャリアテープ
のテープアウタリードに接続する第１のボンディング工
程と、前記半導体素子に前記テープアウタリードを接続
させた状態で前記キャリアテープより切り離すカット工
程と、前記半導体素子をリードフレームのダイパッドに
搭載し前記半導体素子に接続された前記テープアウタリ
ードをリードフレームのフレームリードに接続する第２
のボンディング工程と、この第２のボンディング工程の
後にヒートスプレッダを前記ダイパッドと前記フレーム
リードに絶縁的に接着する接着工程とを具備することを
特徴としている。

【００１０】さらに本発明の他の製造方法では、半導体
素子をキャリアテープのテープアウタリードに接続する
第１のボンディング工程と、前記半導体素子に前記テー
プアウタリードを接続させた状態で前記キャリアテープ
より切り離すカット工程と、前記半導体素子に接続され
た前記テープアウタリードをリードフレームのフレーム
リードに接続する第２のボンディング工程と、この第２
のボンディング工程の後にヒートスプレッダを前記半導
体素子と前記フレームリードに絶縁的に接着する接着工
程とを具備することを特徴としている。

【００１１】さらに前記接着工程は前記ヒートスプレッ
ダに予め形成された未硬化ないしは半硬化状態の接着剤
層を使用することを特徴としている。加えて前記接着工
程は前記ヒートスプレッダの接着面に予め形成され硬化
された樹脂層の上に、さらに形成された未硬化ないしは
半硬化状態の接着剤層を使用することを特徴とし、前記
樹脂層が前記ヒートスプレッダの他の主面にも形成され
ていることをも特徴としている。

【００１２】

【作用】本発明の半導体装置の製造方法では、キャリア
テープに接続された半導体素子をリードフレームにボン
ディングした後にヒートスプレッダを接着剤を用いて接
着するので、この接着剤の硬化時に発生する反応ガスに
より、ボンディング性が劣化することがない。

【００１３】前記接着工程は接着剤をヒートスプレッダ
の接着面に未硬化状態もしくは半硬化状態に形成してお
いたものを被接着物に貼着するので、接着を簡便に行う
ことができる。さらにヒートスプレッダに硬化状態の樹
脂層を設けた上で前記未硬化ないしは半硬化状態の接着
剤層を形成するようにすれば、ヒートスプレッダの絶縁
隔離を確実にすることができる。

【００１４】加えて前記樹脂層をヒートスプレッダの裏
面（非接着面）にも設けておくと、パッケージのモール
ド樹脂との密着性が良好となる。従ってヒートスプレッ
ダとモールド樹脂の間に水分が溜まり、リフロー半田付
け等の加熱時にこの水分が気化膨張してモールド樹脂に
クラックを生じせしめることがなくなる。

【００１５】

【実施例】次に本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。図１〜図４は本発明の第１の実施例の製造工程を示
したものである。図１は半導体素子のキャリアテープへ
の接続工程を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は後
述するリードカット、リードフォーミングした後の断面
図である。

【００１６】図においてキャリアテープ１にはポリイミ
ドやポリエステルからなるベーステープ２に半導体素子
３が配置されるデバイスホール４と呼ばれる開口部と、
外部端子となるテープアウタリード５が架設されるアウ
タリードホール６と呼ばれる開口部とが形設されてい
る。デバイスホール４とアウタリードホール６に囲まれ
るベーステープ２の領域はサポートリング７と呼ばれて
おり、この上にはテープアウタリード５に連結する銅箔
からなる複数のテープリード８が形設されており、その
先端はデバイスホール４に突出して半導体素子３の電極
に熱圧着等の第１のボンディング工程で接続される。

【００１７】電気的検査を終え良品と判定された半導体
素子３は、次のリードカット工程でアウタリードホール
５内の点線９で示された部分でカットオフされ、要すれ
ばリードフォーミングされてリード付き半導体素子１０
として次の組み込みに供せられる。図１（ｂ）はリード
フォーミング後の断面図を示す。

【００１８】図２はこのリード付き半導体素子１０を搭
載するリードフレーム１１を模式的に表したもので、
（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図
である。リードフレーム１１には複数のフレームリード
１２がフレームガイド１３に連結して形設されており、
半導体素子を搭載するダイパッド１４が吊りピン１５に
より同じくフレームガイド１３に連結されている。。

【００１９】図３はこのリードフレーム１１に、前記リ
ード付き半導体素子１０を位置合わせしてマウントし、
フレームリード１２とテープアウタリード５をボンディ
ングした状態を示したもので、（ａ）は平面図、（ｂ）
は（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図を示す。リード付き半導
体素子１０はマウント材１６を介してダイパッド１４に
接着され、その後リード間のボンディングが行われる。
テープアウタリード５は銅箔にSnめっきされており、フ
レームリード１２はCuにAgめっきが施されている。なお
フレームリードには42Ni-Fe 合金が使用される場合もあ
る。

【００２０】このボンディングは例えば500 ℃に加熱し
た図示しないボンディングツールを１リード当たり７Ｎ
の加重で圧着する熱圧着ボンディングで行われる。図４
は前記ボンディング工程に引き続きヒートスプレッダ１
７をフレームリード１２とダイパッド１４の裏面に接着
する接着工程を示す断面図である。ヒートスプレッダ１
７の接着面には予め接着剤１８が塗布されている。接着
剤１８としてはエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイ
ミド樹脂等が使用でき、未硬化状態（Ａステージ）ある
いは半硬化状態（Ｂステージ）のいずれの状態で使用し
てもよい。この場合は未硬化状態のエポキシ樹脂をヒー
トスプレッダ１７の接着面に印刷で塗布した。ヒートス
プレッダ１７を175 ℃に保持されたステージ１９上に載
置し、リードフレームを位置合わせしてフレームリード
１２を175 ℃に保持されたにホットツール２０により加
圧して接着すると同時に押し当て治具２１により半導体
素子３を加圧して、ダイパッド１４とヒートスプレッダ
１７の間も接着する。その後150 ℃で１時間アフタキュ
アを行い接着を完了させる。

【００２１】上記のヒートスプレッダ１７の接着が終了
後、よく知られたトランスファモールド工程により樹脂
封止され、ヒートスプレッダを内蔵した樹脂封止パッケ
ージが完成する。この製造方法によればボンディング工
程がヒートスプレッダの接着前に行われるので、ボンデ
ィング面が接着剤の硬化時にでる反応ガスにより汚染さ
れることがなく、信頼性の高い接続を得ることができ
る。また半導体素子とヒートスプレッダの間に高熱伝導
性のダイパッドが介在するので熱抵抗的に有利な構造と
なる。

【００２２】次に本発明の第２の実施例を図５ないし図
７を参照して説明する。本発明で使用するリード付き半
導体素子は図１と同一なので、説明は省略し同一符号で
参照する。図５は本実施例で使用するリードフレーム１
１’を示した平面図で、第１の実施例に比較するとダイ
パッドが省略されている。その他の部分は図２と同一な
ので同一箇所に同一符号を付して説明は省略する。ダイ
パッドが無いのでリード付き半導体素子１０をリードフ
レーム１１’に搭載する時は、図６に断面的に示す様に
半導体素子の位置をダイパッドの厚さ分下げることがで
きる。従ってパッケージの薄型化が可能になる。

【００２３】図７は上記の如くリードフレームに接続さ
れたリード付き半導体素子に、ヒートスプレッダを接着
する工程を示した断面図である。ダイパッドが存在しな
いこと以外は図４と同様であり、ヒートスプレッダ１７
の接着面には予め接着剤１８’が塗布されている。ヒー
トスプレッダ１７を175 ℃に保持されたステージ１９上
に載置し、リードフレームを位置合わせしてフレームリ
ード１２を175 ℃に保持されたにホットツール２０によ
り加圧して接着すると同時に押し当て治具２１により半
導体素子３を加圧して、半導体素子３とヒートスプレッ
ダ１７の間を接着する。その後150 ℃で１時間アフタキ
ュアを行い接着を完了させる。

【００２４】接着剤１８’の付与方法は第１の実施例と
同様にしてもよいが、本実施例ではポリエチレンテレフ
タレートシートの様な離型シートに印刷されたエポキシ
樹脂をヒートスプレッダ１７に張り合わせ、半硬化状態
（Ｂステージ）に硬化させておく方式をとった。この方
式であればヒートスプレッダ１７の板状の素材に離型シ
ートに印刷された接着剤を貼着させた後半硬化状態に硬
化させ、この状態からヒートスプレッダ１７の形状に打
ち抜くことができるので、接着剤塗布およびヒートスプ
レッダ接着の作業性が向上する。

【００２５】その後の工程は第１の実施例と同様であ
る。本実施例は第１の実施例に比較してダイパッドが無
い分熱抵抗的には不利になるが、パッケージの薄型化が
可能になる。

【００２６】次に本発明の第３の実施例を図８を参照し
て説明する。本実施例は第２の実施例の変形例である。
図８は本実施例におけるヒートスプレッダ１７の接着工
程を示す断面図で、（ａ）に示す様にヒートスプレッダ
１７の接着面には半硬化状態の接着剤１８’が予め一面
に塗布されている。そして半導体素子３との接着面には
エポキシ樹脂を主体とするマウント材２２をディンスペ
ンサ等により塗布した後接着を行う様にしている。
（ｂ）は接着後の状態を示した断面図である。この様に
マウント材２２を付加することにより、半導体素子３の
裏面の接着剤（マウント材）の濡れが良くなり、接着後
のボイドが少なくなる。この結果熱抵抗も下がり半導体
素子３の信頼性が向上する。

【００２７】次に本発明の第４の実施例を図９を参照し
て説明する。本実施例も第２の実施例の変形例である。
図９は本実施例におけるヒートスプレッダ１７の表面の
接着剤層の構成を示した断面図である。本実施例におい
ては接着剤１８’とヒートスプレッダ１７の間に硬化し
た樹脂層２３を介在させている。この樹脂層は例えばエ
ポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等が使用され、このような
硬化した樹脂層（Ｃステージ）を介在させることによ
り、ヒートスプレッダ１７とフレームリード１２あるい
は半導体素子３との間の絶縁を完全にすることができ
る。ただし絶縁層の厚さが過大になると熱抵抗が問題に
なるので、樹脂層２３の厚さを20μｍ、接着剤１８’の
厚さを40μｍ程度にし、厚さの合計は60μｍ以下にする
のが望ましい。前記樹脂層２３の形成方法は、第１の
実施例の様な印刷方法、あるいは第２の実施例の様な転
写方法で接着剤をヒートスプレッダに付与し完全に硬化
させれば良い。あるいはヒートスプレッダ１７を液状の
エポキシ樹脂等に浸せきし、図１０に断面的に示す様に
ヒートスプレッダ１７の両面に樹脂層２３’を形成し、
前記リード付き半導体素子１０との接着面に未硬化の接
着剤層もしくは半硬化の接着剤層１８’を形成するよう
にしてもよい。

【００２８】この様にヒートスプレッダ１７の裏面も樹
脂層で覆うと、後のトランスファモールド工程でモール
ドされるモールド樹脂との密着性が向上する。一般にモ
ールド樹脂と金属の密着性が悪いため、モールド樹脂と
ヒートスプレッダ１７の間に剥離が生じ、ここに吸湿し
た水分が溜まることがある。この水分がリフロー半田付
け等の高温時に急激に気化し、パッケージにクラックを
生じせしめることがあるが、ヒートスプレッダ１７の裏
面にこれと密着性の良い樹脂層を予め設けておけばこの
様なクラックを防止することができる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、ヒート
スプレッダの取り付けを、キャリアテープに取り付けら
れた半導体素子をリードフレームにボンディング後、接
着剤を介して行うようにしたので、接着剤硬化時に発生
するガスによりボンディング性が損なわれることがな
い。しかも接着剤はヒートスプレッダに直接塗布または
転写により形成するので、安価に接着を行うことができ
る。

【００３０】さらにヒートスプレッダの接着面に予め樹
脂層を塗布硬化させておき、その上に接着剤を塗布する
ようにすれば、ヒートスプレッダの絶縁を完全にするこ
とができる。かつ前記樹脂層をヒートスプレッダの接着
面でない他の主面にも設けておけば、ヒートスプレッダ
とパッケージ用のトランスファモールド樹脂との密着不
完全の対策手段にもなり、ヒートスプレッダ下に溜まる
水分に起因するパッケージクラックを防止することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係わるテープキャリア
を示したもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は半導体素子
をリード付きでカットしリードフォーミングした後の断
面図。

【図２】本発明の第１の実施例に係わるリードフレーム
を示したもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図。

【図３】本発明の第１の実施例に係わるリードフレーム
にリード付き半導体素子を搭載接続した状態を示したも
ので、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図。

【図４】本発明の第１の実施例における半導体素子付き
リードフレームにヒートスプレッダを接着する工程を示
した断面図。

【図５】本発明の第２の実施例に係わるリードフレーム
を示した平面図。

【図６】本発明の第２の実施例に係わる半導体素子付き
リードフレームの断面図。

【図７】本発明の第２の実施例における半導体素子付き
リードフレームにヒートスプレッダを接着する工程を示
した断面図。

【図８】本発明の第３の実施例におけるヒートスプレッ
ダの接着工程を示した断面図で、（ａ）は接着前、
（ｂ）は接着後を示す。

【図９】本発明の第４の実施例に係わるヒートスプレッ
ダ接着剤層の構成を示した断面図。

【図１０】本発明の第４の実施例に係わるヒートスプレ
ッダ接着剤層の他の構成を示した断面図。

【図１１】従来技術に係わるリードフレームとヒートス
プレッダの接着工程を示す断面図で、（ａ）はリードフ
レーム、（ｂ）は接着剤層が形成されたヒートスプレッ
ダ、（ｃ）は両者の接着後の状態を示す。

【図１２】従来技術に係わるヒートスプレッダ付きリー
ドフレームと、リード付き半導体素子の接続工程を示す
断面図で、（ａ）はリード付き半導体素子、（ｂ）はヒ
ートスプレッダ付きリードフレームのダイパッドにマウ
ント材を塗布した状態、（ｃ）は両者の接着後の状態を
示す。

【図１３】他の従来技術に係わる接着剤付きヒートスプ
レッダの構成を示す断面図。

【符号の説明】

１ … キャリアテープ２ … ベーステープ３ … 半導体素子４ … デバイスホール５ … テープアウタリード６ … アウタリードホール７ … サポートリング８ … テープリード９ … カット線１０ … リード付き半導体素子１１ … リードフレーム１２ … フレームリード１３ … フレームガイド１４ … ダイパッド１５ … 吊りピン１６ … マウント材１７ … ヒートスプレッダ１８ … 接着剤１９ … ステージ２０ … ホットツール２１ … 押し当て治具

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体素子をキャリアテープのテープア
ウタリードに接続する第１のボンディング工程と、前記
半導体素子に前記テープアウタリードを接続させた状態
で前記キャリアテープより切り離すカット工程と、前記
半導体素子をリードフレームのダイパッドに搭載し前記
半導体素子に接続された前記テープアウタリードをリー
ドフレームのフレームリードに接続する第２のボンディ
ング工程と、この第２のボンディング工程の後にヒート
スプレッダを前記ダイパッドと前記フレームリードに絶
縁的に接着する接着工程とを具備することを特徴とする
半導体装置の製造方法。
【請求項２】半導体素子をキャリアテープのテープア
ウタリードに接続する第１のボンディング工程と、前記
半導体素子に前記テープアウタリードを接続させた状態
で前記キャリアテープより切り離すカット工程と、前記
半導体素子に接続された前記テープアウタリードをリー
ドフレームのフレームリードに接続する第２のボンディ
ング工程と、この第２のボンディング工程の後にヒート
スプレッダを前記半導体素子と前記フレームリードに絶
縁的に接着する接着工程とを具備することを特徴とする
半導体装置の製造方法。
【請求項３】前記接着工程は前記ヒートスプレッダの
接着面に予め形成された未硬化ないしは半硬化状態の接
着剤層を使用することを特徴とする請求項１ないし請求
項２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】前記接着工程は前記ヒートスプレッダの
接着面に予め形成され硬化された樹脂層の上に、さらに
形成された未硬化ないしは半硬化状態の接着剤層を使用
することを特徴とする請求項１ないし請求項２記載の半
導体装置の製造方法。
【請求項５】前記樹脂層が前記ヒートスプレッダの他
の主面にも形成されていることを特徴とする請求項４記
載の半導体装置の製造方法。