JPH0945820A - 樹脂パッケージ型半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 銅系金属を用いた放熱板をその一部が樹脂パ
ッケージの表面に露出するようにして組込むタイプの樹
脂パッケージ型半導体装置の製造において、ニッケル合
金のリードフレームを適正に用いることができるように
する。 【解決手段】 ニッケル合金でできたリードフレーム
に、少なくとも一面にニッケルメッキが施された銅系金
属放熱板12を付属させ、上記リードフレームの適部また
は上記銅系金属放熱板に半導体チップ15をボンディング
し、上記半導体チップ上のパッドと上記リードフレーム
の内部リードとの間をワイヤボンディング16によって結
線し、上記銅系金属放熱板12の上記ニッケルメッキされ
た面が外部に露出するようにして、上記半導体チップな
いしワイヤボンディング部を包み込む樹脂パッケージを
形成し、上記樹脂パッケージが形成された上記リードフ
レームおよび上記銅系金属放熱板の上記ニッケルメッキ
された面に同時にハンダメッキを施す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本願発明は、樹脂パッケージ型半導体装置
およびその製造方法に関し、とくに、金属放熱板をその
一部がパッケージの表面に露出するように組み込んだタ
イプの樹脂パッケージ型半導体装置およびその製造方法
に関する。

【０００２】

【従来技術】たとえば、モータドライブ用パワーＩＣ、
ある種のゲートアレイ、超ＬＳＩなど、駆動時に生じる
発熱量が大きい樹脂パッケージ型半導体装置には、図１
２に示すように、樹脂パッケージ１の表面に一部が露出
するようにして金属放熱板２を組み込んだものがある。

【０００３】この種の半導体装置は、概ね、次の各工程
を経て製造される。まず、リードフレームにおける内部
リード３の下面に適当な絶縁性接着部材を介して所定の
平面的大きさをもつ金属放熱板２を取り付けておく。次
に金属放熱板２の上面に半導体チップ５をボンディング
する。次に半導体チップ５上のパッドとこれに対応する
内部リード３間をそれぞれワイヤボンディングにより結
線する。次に半導体チップないしボンディングワイヤ６
を包み込むようにしてエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を
用いてモールドした樹脂パッケージ１を形成する。この
際、上記金属放熱板２の下面が樹脂パッケージ１の下面
に露出するようにモールドを行う。次に、リードフレー
ムにハンダメッキを行い、検査工程、標印工程を経た
後、リードフォーミング工程およびリードカット工程処
理を施して、個別の半導体装置が得られる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記金属放
熱板２の材質としては、その放熱性能の良さおよび半導
体装置の製造過程で生じる背反事象の少なさにより、銅
または銅系合金が最も適切である。

【０００５】一方、この種の放熱型の半導体装置の製造
に用いられるリードフレームの材質としては、導電性お
よび放熱性を考慮すると、銅または銅系合金が最適であ
る。

【０００６】しかしながら、放熱性能を上記の金属放熱
板に委ねることとすると、リードフレームの材質とし
て、ニッケル含有率が４２％のニッケル・鉄合金であ
る、いわゆる４２ニッケルアロイと呼ばれるニッケル・
鉄合金を採用することが考えられる。なぜなら、この４
２ニッケルアロイによるリードフレームは、強度面、耐
腐食性等の面で銅や鉄等の他の金属を材質とするリード
フレームより優れており、また、熱膨張係数がシリコン
のそれと近似していることから、アイランド上にシリコ
ンウエハから作製される半導体チップをボンディングす
るタイプの半導体装置を製造する場合に最適なものとし
て、これまでに多用されてきたからである。もし、図１
２に示したような金属放熱板２を付属させる半導体装置
を製造するためのリードフレームとして、４２ニッケル
アロイを材質とするリードフレームを用いることができ
れば、従前の４２ニッケルアロイを材質とするリードフ
レームの製造設備に若干の改変を施すだけで、銅を材質
とするリードフレームの製造のための膨大な投資を新た
に行わなくともよくなる。

【０００７】ところが、図１２に示す構造の半導体装置
の製造を行う場合、単にリードフレームの材質を４２ア
ロイとし、金属放熱板２として単に銅または銅系合金で
できたものを使用すると、次の問題が派生する。すなわ
ち、リードフレーム上に樹脂パッケージを形成する工程
の後、リードフレームに無電解ハンダメッキを施すが、
この無電解ハンダメッキ工程ラインには、リードフレー
ムの表面活性化処理を行うための活性浴が配置される。
そして、この活性浴が樹脂パッケージの表面に露出する
金属放熱板２の材質である銅によって早期に汚染され、
経時的に、上記のリードフレーム活性化処理が適正に行
えなくなるのである。そうすると、ハンダメッキ工程ラ
インの長時間連続稼働が不能となり、半導体装置の製造
効率が低下するし、また、活性浴の再生のためのコスト
がかかる。

【０００８】また、活性浴はニッケル系金属に適したも
のが使用されるため、銅または銅系合金でできた金属放
熱板の露出表面、とくに銅は酸化しやすいが故に酸化被
膜で覆われた露出表面が適正に活性化されず、この露出
表面に対するハンダメッキ層の密着性が損なわれること
がある。そうすると、金属放熱板のハンダメッキされた
露出表面に刻印または印刷によってメーカ名や製品番
号、ロット番号等を記す標印工程、あるいは、ハンドリ
ングや輸送過程において、機械的外力によるハンダメッ
キ層の剥離が頻発して製品品位が悪化するという問題も
生じうる。

【０００９】本願発明は、このような事情のもとで考え
出されたものであって、銅系金属を用いた放熱板をその
一部が樹脂パッケージの表面に露出するようにして組込
むタイプの樹脂パッケージ型半導体装置の製造におい
て、ニッケル合金のリードフレームを適正に用いること
ができるようにすることをその課題としている。

【００１０】

【発明の開示】上記の課題を解決するため、本願発明で
は、次の技術的手段を採用した。

【００１１】本願発明の第１の側面によれば、新たな樹
脂パッケージ型半導体装置が提供され、この半導体装置
は、半導体チップと、この半導体チップに電気的に導通
させられている複数本の内部リードと、上記半導体チッ
プないし上記各内部リードを包み込む樹脂パッケージ
と、上記各内部リードに連続して上記樹脂パッケージの
外部に延出する複数本の外部リードと、上記半導体チッ
プから発生する熱を外部に放熱するために、一部が上記
樹脂パッケージの表面に露出するようにして樹脂パッケ
ージ内に組み込まれた放熱板とを備える樹脂パッケージ
型半導体装置であって、上記内部リードおよび上記外部
リードは、ニッケル合金でできており、上記外部リード
の表面にはハンダメッキが施されている一方、上記放熱
板は、少なくとも樹脂パッケージの表面に露出する面に
ニッケルメッキが施された銅系金属板が用いられている
とともに、上記露出する面にはさらにハンダメッキが施
されていることに特徴づけられる。

【００１２】好ましい実施の形態においては、上記半導
体チップは、上記放熱板に直接ボンディングされる。

【００１３】本願発明の第２の側面によれば、上記第１
の側面による半導体装置の製造方法が提供される。この
製造方法の第１の形態は、ニッケル合金でできたリード
フレームに、少なくとも一面にニッケルメッキが施され
た銅系金属放熱板を付属させるステップ、上記リードフ
レームの適部または上記銅系金属放熱板に半導体チップ
をボンディングするステップ、上記半導体チップ上のパ
ッドと上記リードフレームの内部リードとの間をワイヤ
ボンディングによって結線するステップ、上記銅系金属
放熱板の上記ニッケルメッキされた面が外部に露出する
ようにして、上記半導体チップないしワイヤボンディン
グ部を包み込む樹脂パッケージを形成するステップ、上
記樹脂パッケージが形成された上記リードフレームおよ
び上記銅系金属放熱板の上記ニッケルメッキされた面に
同時にハンダメッキを施すステップ、を含むことを特徴
とする。

【００１４】この製造方法の第２の形態は、ニッケル合
金でできたリードフレームに形成された複数本の内部リ
ードの下面に、少なくとも下面にニッケルメッキが施さ
れた銅系金属放熱板の上面周縁部を絶縁性接着部材を介
して接続するステップ、上記銅系金属放熱板の上面に半
導体チップをボンディングするステップ、上記半導体チ
ップ上のパッドと上記リードフレームの内部リードとの
間をワイヤボンディングによって結線するステップ、上
記銅系金属放熱板の下面が外部に露出するようにして、
上記半導体チップないしワイヤボンディング部を包み込
む樹脂パッケージを形成するステップ、上記樹脂パッケ
ージが形成された上記リードフレーム、および、樹脂パ
ッケージの表面に露出する上記銅系金属放熱板のニッケ
ルメッキされている下面に同時にハンダメッキを施すス
テップ、を含むことを特徴とする。

【００１５】好ましい実施の形態において、上記方法
は、上記銅系金属放熱板の露出表面に標印を行うステッ
プをさらに含む。

【００１６】本願発明の樹脂パッケージ型半導体装置
は、金属放熱板として、銅系金属板が用いられており、
しかもその表面の一部が樹脂パッケージの外面に露出し
ているので、その放熱性能はきわめて良好である。そし
て、半導体チップに電気的に導通する内部リードおよび
外部リードは、ニッケル合金が用いられているので、強
度および耐腐食性に優れている。そうして、上記銅系金
属板よりなる金属放熱板は、銅系金属そのものからでき
たものをそのまま使用するのではなく、あらかじめ樹脂
パッケージの外面に露出するべき面にニッケルメッキが
施されたものが使用される。したがって、製造過程にお
いて、樹脂パッケージ形成工程の後、リードフレーム全
体を活性浴、ハンダメッキ浴等に順次浸漬する処理より
なるハンダメッキを行う場合、とくに、ニッケル合金に
適した活性剤が用いられる活性浴が銅によって汚染され
るということがなくなり、リードフレームに対するハン
ダメッキラインの長時間連続稼働が可能となる。さら
に、リードフレームに対するハンダメッキと同時に、金
属放熱板の露出面にも適正にハンダメッキが施されるの
で、この金属放熱板の露出面に標印を施す際等にハンダ
メッキ層が剥離してしまうといった不具合も都合よく回
避される。

【００１７】以上のことから、本願発明によれば、金属
放熱板がパッケージに露出するタイプの半導体装置の製
造において、金属放熱板として銅系金属を使用し、リー
ドフレームとしてニッケル合金を使用する場合に考えら
れる前述した不都合がすべて解消される。このことはま
た、銅系金属を露出タイプの放熱板として使用しなが
ら、４２ニッケルアロイでできたリードフレームをこの
種の半導体装置の製造用フレームとして使用することが
できることを意味する。すなわち、この４２ニッケルア
ロイのリードフレーム製造設備をそのまま用い、あるい
は若干の改変をすることによって製造することができる
リードフレームを、銅系金属放熱板がパッケージに露出
するタイプの半導体装置の製造用フレームとして使用で
きることを意味し、この種の半導体装置の製造が著しく
合理化されるとともに、製品のコストダウンを一段と促
進することができる。

【００１８】本願発明のその他の特徴および利点は、図
面を参照した以下に行う詳細な説明によって、より明ら
かとなろう。

【００１９】

【好ましい実施の形態】図１は、本願発明の樹脂パッケ
ージ型半導体装置１０の一実施形態の拡大断面図、図２
は図１のＡ部拡大断面図、図３は図１のＢ部拡大断面図
である。

【００２０】図１に示されるものは、デュアル・イン・
ライン型の半導体装置に本願発明を適用した例である。
エポキシ樹脂などで形成された樹脂パッケージ１１の内
部には、この樹脂パッケージ１１の底面に下面が露出す
るようにして、所定の平面形状を有する金属放熱板１２
が一体に組み込まれている。図に示す例では、この金属
放熱板１２の上面に、ＬＳＩ等の半導体チップ１５がボ
ンディングされている。また、上記金属放熱板１２の上
面縁部に絶縁性接着部材１４を介して連結されている内
部リード１３は、水平方向外方に延びて、樹脂パッケー
ジ１１の側面から突出する外部リード１７に連続させら
れている。各内部リード１３の内端部と半導体チップ１
５の上面パッドとの間は、ワイヤボンディングによって
電気的に接続されている。上記絶縁性接着部材１４とし
ては、ポリイミドテープと一般に称される両面粘着性テ
ープを用いることができる。

【００２１】上記金属放熱板１２は、本願発明ではとく
に、図３に詳示するように、少なくとも樹脂パッケージ
１１の底面に露出する面１２ａにニッケルメッキ１８が
施された銅または銅合金板が用いられ、上記内部リード
１３および外部リード１７は、その材質として、ニッケ
ル合金が選択される。ニッケル合金としては、いわゆる
４２ニッケルアロイと呼ばれる、ニッケル含有率が４２
％であるニッケル・鉄合金が好適である。外部リード１
７の外表面には、図２に詳示するように、ハンダメッキ
１９が施されているとともに、上記金属放熱板１２の外
表面にもまた、あらかじめ形成されていたニッケルメッ
キ１８に重ねて、ハンダメッキ１９が施されている。こ
の金属放熱板１２の表面に形成されるハンダメッキ１９
は、この半導体装置１０の製造過程において、リードフ
レームにハンダメッキを施す際に、同時に形成されたも
のである。なお、金属放熱板１２の露出表面には、メー
カ名や製品番号、あるいはロット番号などの標印を刻印
または印刷によって施す場合がある。

【００２２】図１に示される半導体装置は、熱伝導性に
優れた銅または銅合金板からなる放熱板をその下面がパ
ッケージ１１の下面に露出するように組み込まれ、しか
も、この放熱板１２の上面に熱発生源である半導体チッ
プ１５が直接搭載されているから、その放熱性能はきわ
めて良く、モータドライブ用パワーＩＣや超ＬＳＩ、あ
るいはゲート数のきわめて多いゲートアレイ等の論理演
算素子のためのパーケージングとして最適である。しか
も、内部リード１３ないし外部リード１７は、強度面お
よび耐腐食性にすぐれたニッケル合金が用いられている
ので、衝撃等の外力に対する強度面で優れ、かつ耐環境
性に優れており、装置の超寿命化に寄与する。また、内
部リード１３と外部リード１７がニッケル合金製である
ことは、この半導体装置１０を製造するためのリードフ
レームとして、ニッケル合金でできたリードフレームを
使用することができることを意味する。すでに述べたよ
うに、このことの技術的意義はきわめて大きい。

【００２３】次に、上記の樹脂パッケージ型半導体装置
の製造方法について説明する。

【００２４】図４は、この半導体装置１０の製造に使用
されるリードフレーム２０の平面的構成を示す部分平面
図である。幅方向両側に位置するサイドフレーム２１を
掛け渡すようにして、半導体チップ１５が配置されるべ
き位置の長手方向両側に形成されている各タイバー２２
によってこのタイバー２２よりも外側に延びる外部リー
ド１７および内側に延びる内部リード１３が一体につな
げられている。このリードフレーム２０は、図４に符号
Ｘで示す領域を１単位として、これがフレームの長手方
向に連続して形成されたものである。前述したように、
このリードフレーム２０は、４２ニッケルアロイの薄板
にプレス打ち抜きを施すことによって得られたものであ
り、図５に示すように、アイランド部２３を有する既存
のリードフレームからアイランド部を切除することによ
って得ることができるし、図５に示すようなリードフレ
ームを製造する設備に上記のようにしてアイランド部を
切除する工程を付加することによって得ることができ
る。

【００２５】次に、図６および図７に示すように、銅ま
たは銅合金板からなる放熱板１２が、その上面縁部がい
わゆる両面粘着性ポリイミドフィルムなどの絶縁性接着
部材１４を介して上記複数本の内部リード１３の先端部
下面に接着されるなどして、リードフレーム２０に付属
させられる。前述したように、この放熱板１２は、単な
る銅板または銅合金板ではなく、少なくともその下面に
あらかじめニッケルメッキ１８が施されたものである。

【００２６】次に、図８に示すように、上記放熱板１２
の上面に、半導体チップ１５が直接的にボンディングさ
れ、次いで、図９に示すように、半導体チップ１５の上
面のボンディング用パッドとこれに対応する内部リード
１３間が、ワイヤボンディングによって結線される。

【００２７】次に、図１０に示すように、上記半導体チ
ップ１５、ワイヤボンディング部１６を包みこむように
して、かつ、上記放熱板１２の下面を露出させるようよ
うにして、エポキシ樹脂を用いたトランスファモールド
法等によって、樹脂パッケージ１１が形成される。

【００２８】上記のように樹脂パッケージ１１が形成さ
れた段階のリードフレーム２０には、次に、ハンダメッ
キが施される。このハンダメッキ処理は、リードフレー
ム全体を活性浴、メッキ浴等に順次浸漬するという処理
を含む。ハンダメッキのそもそもの目的は、製品となっ
たときの外部リード１５の表面にハンダメッキを施して
おいて、製品の基板へのハンダ実装の便宜に供するもの
であるから、上記活性浴は、外部リード１５を構成する
ニッケル合金の下地形成に適した活性剤が使用される。
この活性化処理において、上記放熱板１２の露出面もま
た活性剤に触れることになるが、本願発明においては、
この放熱板の露出面にあらかじめニッケルメッキ１８が
施されているから、上記活性浴が異種金属によって汚染
されることがなくなる。また、放熱板１２の露出面に
は、ニッケルメッキ１８に重ねるようにして、外部リー
ド１７と同様にハンダメッキ１９が適正に施される。

【００２９】こうして、リードフレーム２０および樹脂
パッケージ１１の表面に露出する放熱板１２にハンダメ
ッキ１９が施された後、標印工程、検査工程等を経て、
リードカット工程処理およびリードフォーミング工程処
理を施して、図１に示した単位半導体装置１０が得られ
る。

【００３０】もちろん、この発明の範囲は図に示した形
態に限定されるものではない。パッケージの形態として
も、いわゆるクワッド型のものとすることができる。さ
らに、上記の形態では、放熱板１０上に半導体チップ１
５を直接ボンディングしたが、図１１に示すように、半
導体チップ１５をボンディングするアイランド部２３の
底面に放熱板を接続する態様を選択することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の一実施形態に係る樹脂パッケージ型
半導体装置の拡大断面図である。

【図２】図１のＡ部拡大図である。

【図３】図１のＢ部拡大図である。

【図４】図１の樹脂パッケージ型半導体装置の製造に用
いられるリードフレームの一例の部分平面図である。

【図５】図４のリードフレームを得るのに好適な既存の
リードフレームの一例の部分平面図である。

【図６】図４に示されるリードフレームに対し、金属放
熱板を付属させた状態を示す部分平面図である。

【図７】図６のVII −VII 線に沿う断面図である。

【図８】図６に示されるリードフレームに対し、半導体
チップをボンディングした状態を示す部分平面図であ
る。

【図９】図８に示されるリードフレームに対し、ワイヤ
ボンディングを行った状態を示す部分平面図である。

【図１０】図９に示されるリードフレームに対して行わ
れる樹脂モールド工程を説明するための断面図である。

【図１１】本願発明の他の実施形態に係る樹脂パッケー
ジ型半導体装置の拡大断面図である。

【図１２】従来例を示す断面図である。

【符号の説明】

１０ 樹脂パッケージ型半導体装置 １１ 樹脂パッケージ １２ 金属放熱板 １３ 内部リード １５ 半導体チップ １７ 外部リード １８ ニッケルメッキ １９ ハンダメッキ ２０ リードフレーム

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体チップと、この半導体チップに電
   気的に導通させられている複数本の内部リードと、上記
   半導体チップないし上記各内部リードを包み込む樹脂パ
   ッケージと、上記各内部リードに連続して上記樹脂パッ
   ケージの外部に延出する複数本の外部リードと、上記半
   導体チップから発生する熱を外部に放熱するために、一
   部が上記樹脂パッケージの表面に露出するようにして樹
   脂パッケージ内に組み込まれた放熱板とを備える樹脂パ
   ッケージ型半導体装置であって、 上記内部リードおよび上記外部リードは、ニッケル合金
   でできており、上記外部リードの表面にはハンダメッキ
   が施されている一方、上記放熱板は、少なくとも樹脂パ
   ッケージの表面に露出する面にニッケルメッキが施され
   た銅系金属板が用いられているとともに、上記露出する
   面にはさらにハンダメッキが施されていることを特徴と
   する、樹脂パッケージ型半導体装置。
2. 【請求項２】 上記半導体チップは、上記放熱板に直接
   ボンディングされている、請求項１に記載の樹脂パッケ
   ージ型半導体装置。
3. 【請求項３】 ニッケル合金でできたリードフレーム
   に、少なくとも一面にニッケルメッキが施された銅系金
   属放熱板を付属させるステップ、 上記リードフレームの適部または上記銅系金属放熱板に
   半導体チップをボンディングするステップ、 上記半導体チップ上のパッドと上記リードフレームの内
   部リードとの間をワイヤボンディングによって結線する
   ステップ、 上記銅系金属放熱板の上記ニッケルメッキされた面が外
   部に露出するようにして、上記半導体チップないしワイ
   ヤボンディング部を包み込む樹脂パッケージを形成する
   ステップ、 上記樹脂パッケージが形成された上記リードフレームお
   よび上記銅系金属放熱板の上記ニッケルメッキされた面
   に同時にハンダメッキを施すステップ、を含むことを特
   徴とする、樹脂パッケージ型半導体装置の製造方法。
4. 【請求項４】ニッケル合金でできたリードフレームに形
   成された複数本の内部リードの下面に、少なくとも下面
   にニッケルメッキが施された銅系金属放熱板の上面周縁
   部を絶縁性接着部材を介して接続するステップ、 上記銅系金属放熱板の上面に半導体チップをボンディン
   グするステップ、 上記半導体チップ上のパッドと上記リードフレームの内
   部リードとの間をワイヤボンディングによって結線する
   ステップ、 上記銅系金属放熱板の下面が外部に露出するようにし
   て、上記半導体チップないしワイヤボンディング部を包
   み込む樹脂パッケージを形成するステップ、 上記樹脂パッケージが形成された上記リードフレーム、
   および、樹脂パッケージの表面に露出する上記銅系金属
   放熱板のニッケルメッキされている下面に同時にハンダ
   メッキを施すステップ、を含むことを特徴とする、樹脂
   パッケージ型半導体装置の製造方法。
5. 【請求項５】 上記銅系金属放熱板の露出表面に標印を
   行うステップをさらに含む、請求項２または３に記載の
   樹脂パッケージ型半導体装置の製造方法。
6. 【請求項６】 請求項３ないし５のいずれかに記載の方
   法によって製造された半導体装置。