JP7057727B2 - リードフレームおよび半導体装置 - Google Patents

Description

開示の実施形態は、リードフレームおよび半導体装置に関する。

従来、ＱＦＰ（Quad Flat Package）タイプなどの半導体装置の製造に用いられるリードフレームにおいて、リードを所定の形状に曲げ加工する技術が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００９－１５２３２８号公報

しかしながら、近年狭小化が進む半導体装置に用いられるリードフレームにおいて、上述の曲げ加工を行ったリードでは、曲げ加工後に所定の形状を保持することが困難となる場合があった。これは、かかる狭小化によりリード自体も細くなってしまうことから、所定の形状を保持するための強度を十分に確保できないことが要因である。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、曲げ加工したリードを所定の形状で保持させることができるリードフレームおよび半導体装置を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係るリードフレームは、ダイパッドと、前記ダイパッドの周囲に並んで設けられる複数のリードと、を備える。前記リードは、隣り合う前記リードに対して平面視で傾いて配置される第１部位と、隣り合う前記リードに対して平面視で略平行に配置される第２部位とを有する。また、前記第２部位は、前記第１部位に対して側面視で傾斜する傾斜部を有し、前記リードには、前記傾斜部に隣接して薄肉部が形成されている。

実施形態の一態様によれば、曲げ加工したリードを所定の形状で保持させることができる。

図１は、実施形態に係るリードフレームの模式図および拡大図である。 図２は、図１に示すＡ－Ａ線の矢視断面図である。 図３は、実施形態に係る金型装置を示す断面図である。 図４は、実施形態に係るリードフレームの製造方法を説明するための模式図である。 図５は、実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。 図６は、実施形態の変形例１に係るリードの形状を示す拡大断面図である。 図７は、実施形態の変形例２に係るリードの形状を示す拡大断面図である。 図８は、実施形態の変形例２に係るリードを曲げ加工する際の様子を示す拡大断面図である。 図９は、実施形態に係るリードフレームの製造方法の処理手順を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本願の開示するリードフレームおよび半導体装置について説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

＜リードフレームの概要＞
最初に、図１および図２を参照しながら、実施形態に係るリードフレーム１の概要について説明する。図１は、実施形態に係るリードフレーム１の模式図および拡大図であり、図２は、図１に示すＡ－Ａ線の矢視断面図である。図１に示すリードフレーム１は、ＱＦＰタイプの半導体装置の製造に用いられるリードフレームである。

なお、実施形態ではＱＦＰタイプの半導体装置の製造に用いられるリードフレームについて示すが、その他のタイプ、たとえばＳＯＰ（Small Outline Package）やＳＯＮ（Small Outline Non-leaded package）、ＱＦＮ（Quad Flat Non-leaded package）などの半導体装置の製造に用いられるリードフレームに適用するようにしてもよい。

実施形態に係るリードフレーム１は、銅や銅合金、鉄ニッケル合金などで構成される金属板２（図３参照）に金型装置１００（図３参照）でスタンピング加工が施されて、所定のパターンが形成されるとともに所定の形状に曲げ加工される。

リードフレーム１は、たとえば平面視で帯形状を有し、長手方向に沿って複数の単位リードフレーム１０が並んで形成されている。かかる単位リードフレーム１０は、リードフレーム１を用いて製造される半導体装置３（図５参照）の一つ一つに対応する部位である。

図１の（ａ）に示すように、単位リードフレーム１０は、ダイパッド１１と、複数のリード１２とを有する。なお、図１の（ａ）には図示していないが、リードフレーム１における長辺側の側面にパイロット孔が並んで設けられていてもよい。

ダイパッド１１は、単位リードフレーム１０の中央部分に設けられる。かかるダイパッド１１のおもて面側には、半導体素子４（図５参照）が搭載可能である。ダイパッド１１は、ダイパッド支持部１１ａによって単位リードフレーム１０の外縁部との間が連結され、単位リードフレーム１０に支持される。かかるダイパッド支持部１１ａは、たとえば、ダイパッド１１の四隅にそれぞれ設けられる。

複数のリード１２は、ダイパッド１１の周囲に並んで配置されており、それぞれの先端部が単位リードフレーム１０の外縁部からダイパッド１１に向かって伸びている。かかるリード１２は、ダイパッド１１に配置される半導体素子４の電極とボンディングワイヤ５（図５参照）などで電気的に接続されることにより、半導体装置３の外部端子として機能する。

リード１２は、隣り合うリード１２に対して平面視で傾いて配置される第１部位１２ａと、隣り合うリード１２に対して平面視で略平行に配置される第２部位１２ｂとを有する。すなわち、リード１２は、一部を除き平面視でくの字状に折れ曲がって形成される。また、単位リードフレーム１０において、第１部位１２ａはダイパッド１１の近傍に設けられ、第２部位１２ｂはかかる第１部位１２ａの外側に設けられる。

図１の（ｂ）および図２に示すように、リード１２の第２部位１２ｂは、内側に設けられる第１傾斜部１３と、外側に設けられる第２傾斜部１４とを有する。第１傾斜部１３は、傾斜部の一例である。

なお、以降の記載において、「内側」とは一つの単位リードフレーム１０において中心部（すなわち、ダイパッド１１）に近い側のことであり、「外側」とは一つの単位リードフレーム１０において外縁部に近い側のことである。

ここで、実施形態では、第１傾斜部１３に隣接して薄肉部１５、１６が形成されており、第２傾斜部１４に隣接して薄肉部１７、１８が形成されている。かかる薄肉部１５～１８は、いずれもリード１２におけるその他の部位（たとえば、第１部位１２ａ）より薄い。たとえば、薄肉部１５～１８は、リード１２におけるその他の部位より５～１０（μｍ）程度薄いとよい。

薄肉部１５は第１傾斜部１３に対して内側に形成され、薄肉部１６は第１傾斜部１３に対して外側に形成される。また、薄肉部１７は第２傾斜部１４に対して外側に形成され、薄肉部１８は第２傾斜部１４に対して内側に形成される。

実施形態において、薄肉部１５～１８は、いずれも金属板２のおもて面側を潰し加工して凹部１５ａ～１８ａを形成し、金属板２を塑性加工することにより形成される。これにより、曲げ加工で形成された第１傾斜部１３および第２傾斜部１４の周辺を、塑性加工で生じる加工硬化により強度を向上させることができる。

したがって、実施形態によれば、第１傾斜部１３および第２傾斜部１４が形成されるように曲げ加工したリード１２を所定の形状で保持させることができる。

実施形態では、図２などに示すように、薄肉部１５、１６を第１傾斜部１３の周辺に限って形成し、薄肉部１７、１８を第２傾斜部１４の周辺に限って形成するとよい。このように、塑性加工される部位をリード１２の一部に限定することにより、組成加工されて押し出される金属の量を減らすことができることから、かかる金属によってリード１２が変形することを抑制することができる。

＜金型装置の概要＞
つづいて、図３を参照しながら、実施形態に係る金型装置１００の概要について説明する。図３は、実施形態に係る金型装置１００を示す断面図である。

金型装置１００は、上型１０１と、ダイ１０２と、ストリッパー１０３と、バネ１０４と、パンチ１０５とを備える。金型装置１００でスタンピング加工が施される金属板２は、ダイ１０２とストリッパー１０３との間でまずクランプされる。

この際、ストリッパー１０３の上方に配置されるバネ１０４でストリッパー１０３が下方に付勢されることにより、ダイ１０２とストリッパー１０３との間で金属板２が挟み込まれるように保持される。

次に、金型装置１００は、ダイ１０２およびストリッパー１０３で保持される金属板２に対して、パンチ１０５を下方に移動させることにより、金属板２の打抜き加工や曲げ加工を行う。

図３では、金属板２がパンチ１０５で打抜き加工された例について示しているが、金属板２が打ち抜かれない程度にパンチ１０５を下方に移動させることにより、金型装置１００は金属板２の曲げ加工を行うことができる。

また、図３には図示していないが、金型装置１００は金属板２を所定の方向に順送りすることができることから、金型装置１００内に複数のパンチ１０５を設けることにより、さまざまな打抜き加工や曲げ加工を連続的に行うことができる。

＜製造方法の詳細＞
つづいて、図４を参照しながら、実施形態に係るリードフレーム１の製造方法の詳細について説明する。図４は、実施形態に係るリードフレーム１の製造方法を説明するための模式図であり、図２に示した断面図と対応するように各処理を断面視した図面である。

最初に、金型装置１００は、所定のパンチ１０５を用いることにより、金属板２を上面視で図１の（ａ）に示したようなパターンに打抜き加工する。これにより、上述の単位リードフレーム１０内にダイパッド１１およびリード１２が形成される。そして、リード１２には、上述の第１部位１２ａおよび第２部位１２ｂが形成される。

また、かかる打抜き加工後の状態では、図４の（ａ）に示すように、金属板２においてリード１２に対応する部位は断面視で略平坦である。

次に、図４の（ｂ）に示すように、金型装置１００は、金属板２の下方にダイ１０２を配置するとともに、上方からストリッパー１０３で金属板２を押圧し、金属板２を保持する。

ここで、ストリッパー１０３における所定の位置には凸部１０３ａ、１０３ｂが形成されていることから、かかる凸部１０３ａ、１０３ｂによりリード１２の第２部位１２ｂの一部が潰し加工され、薄肉部１５、１７が形成される。

また、ダイ１０２において、ストリッパー１０３の凸部１０３ａと凸部１０３ｂとの間には、凹部１０２ａが形成される。かかる凹部１０２ａは、つづいて曲げ加工されるリード１２の形状に対応する形状を有する。

次に、図４の（ｃ）に示すように、凹部１０２ａおよび金属板２の上方からパンチ１０５で金属板２を押圧し、リード１２の第２部位１２ｂの一部を曲げ加工する。これにより、第２部位１２ｂには第１傾斜部１３および第２傾斜部１４が形成される。

ここで、パンチ１０５の先端部に設けられ、凹部１０２ａに対応する形状を有する凸部１０５ａには、所定の位置に凸部１０５ｂ、１０５ｃが形成されている。したがって、かかる曲げ加工の際に、凸部１０５ａ、１０５ｂによりリード１２の第２部位１２ｂの一部が潰し加工され、薄肉部１６、１８が形成される。

ここまで説明した実施形態では、ストリッパー１０３に凸部１０３ａ、１０３ｂが形成されていることから、図４の（ｂ）に示した金属板２の保持工程の際に、かかる凸部１０３ａ、１０３ｂと金属板２とが噛み合うように金属板２が保持される。

これにより、図４の（ｃ）に示した曲げ加工において、金属板２が金型装置１００内で位置ズレすることを抑制することができる。したがって、実施形態によれば、リード１２を所定の形状に安定して曲げ加工することができる。

また、実施形態では、図４の（ｃ）などに示したように、ストリッパー１０３で形成される上側の薄肉部１５、１７が、パンチ１０５で形成される下側の薄肉部１６、１８より面積が大きいとよい。

これにより、すべての薄肉部１５～１８に求められる加工硬化の機能に加え、さらにストリッパー１０３で形成される薄肉部１５、１７に対して曲げ加工の際の位置ズレを抑制する機能が求められた場合でも、かかる位置ズレを抑制する機能を十分に付与することができる。

このように、実施形態では、パンチ１０５で形成される薄肉部１６、１８は１つの機能だけを有するのに対し、ストリッパー１０３で形成される上側の薄肉部１５、１７は２つの機能を有することから、リード１２に対して上側の薄肉部１５、１７だけが形成されていてもよい。

一方で、第１傾斜部１３の両側に一対の薄肉部１５、１６を形成し、第２傾斜部１４の両側に一対の薄肉部１７、１８を形成することにより、第１傾斜部１３周辺および第２傾斜部１４周辺の強度をさらに向上させることができる。

また、実施形態では、図１の（ｂ）に示したように、第１傾斜部１３に対して内側に形成される薄肉部１５の長さは、かかる薄肉部１５の幅より長いとよい。これにより、薄肉部１５の面積を容易に大きくすることができる。

同様に、第２傾斜部１４に対して外側に形成される薄肉部１７の長さは、かかる薄肉部１７の幅より長いとよい。これにより、薄肉部１７の面積を薄肉部１８の面積より容易に大きくすることができる。たとえば、薄肉部１５、１７の長さは０．５（ｍｍ）以上あるとよい。

また、実施形態では、図１の（ｂ）に示したように、第１傾斜部１３に対して内側に形成される薄肉部１５が、リード１２の第２部位１２ｂに限って形成されているとよい。すなわち、実施形態において、薄肉部１５は平面視で矩形状であるとよい。

ここで仮に、第１傾斜部１３に対して内側に形成される薄肉部１５が、リード１２の第２部位１２ｂに限られず第１部位１２ａにも形成されている場合、ストリッパー１０３の凸部１０３ａで潰し加工される範囲は、リード１２がくの字状に屈曲する部分に及んでしまう。

すなわちこの場合、凸部１０３ａで潰し加工される範囲が平面視で非対称の形状となってしまうことから、潰し加工で押し出された金属が予期せぬ場所に移動する場合がある。そして、かかる予期せぬ場所に移動した金属に起因して、リード１２が予期せぬ方向に変形する恐れがある。

しかしながら、実施形態では、薄肉部１５、すなわち凸部１０３ａで潰し加工される範囲が平面視で矩形状であることから、上述の予期せぬ方向への変形を抑制することができる。

つづいて、ここまで説明したリードフレーム１を用いて構成される半導体装置３の構成について、図５を参照しながら説明する。図５に示す半導体装置３は、ＱＦＰタイプの半導体装置である。

半導体装置３は、リードフレーム１と、半導体素子４と、ボンディングワイヤ５と、封止樹脂６とを備える。半導体素子４は、ダイパッド１１のおもて面に、はんだなどの接合材を用いて接合される。かかる半導体素子４のおもて面には図示しない電極が設けられ、かかる電極にボンディングワイヤ５の一端が接合される。

また、ボンディングワイヤ５の他端は、リード１２の第１部位１２ａに形成された図示しないめっき膜に接合される。これにより、半導体素子４の電極と、かかる電極に対応するリード１２との間が電気的に接続される。

ボンディングワイヤ５は、たとえば、ＣｕやＣｕ合金、Ａｕ、Ａｕ合金などで構成される。したがって、リード１２の第１部位１２ａにめっき膜を形成することにより、リード１２とボンディングワイヤ５との間の密着性を向上させることができる。

封止樹脂６は、たとえば、エポキシ樹脂などで構成され、モールド工程などにより所定の形状に成型される。封止樹脂６は、半導体素子４やボンディングワイヤ５、ダイパッド１１などを封止する。また、半導体装置３では、封止樹脂６からリード１２の第１傾斜部１３の外側の部位が突出する。

かかる半導体装置３において、複数のリード１２は、半導体装置３の製造工程において、第２部位１２ｂの第１傾斜部１３と第２傾斜部１４（図１参照）との間で切断されて個片化され、互いが短絡しないように処理されている。すなわち、実施形態の半導体装置３を製造する場合、第１傾斜部１３は必要である一方で、第２傾斜部１４は必ずしも必要でない。

したがって、実施形態では、第２部位１２ｂに第１傾斜部１３のみを形成してリード１２を構成してもよい。一方で、第２部位１２ｂに第２傾斜部１４をさらに設けることにより、リードフレーム１を全体的に略面一にすることができる。

＜変形例＞
つづいて、実施形態の各種変形例について、図６～図８を参照しながら説明する。なお、以降の説明においては、上述の実施形態と共通の構成については同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。

図６は、実施形態の変形例１に係るリード１２の形状を示す拡大断面図であり、リード１２の第１傾斜部１３の周囲を拡大した図面である。図６に示すように、変形例１では、第１傾斜部１３の周辺に形成される薄肉部１５および薄肉部１６に加え、第１傾斜部１３自体も潰し加工されて厚さが薄くなっている。

これにより、第１傾斜部１３自体の強度を加工硬化で向上させることができる。したがって、変形例１によれば、曲げ加工したリード１２を所定の形状でさらに安定して保持させることができる。なお、図６には図示していないが、第１傾斜部１３と同様に、第２傾斜部１４も潰し加工で厚さを薄くしてもよい。

図７は、実施形態の変形例１に係るリード１２の形状を示す拡大断面図である。図７に示すように、変形例２では、薄肉部１５がそれぞれ異なる厚さを有する薄肉部１５ｂおよび薄肉部１５ｃで構成される。たとえば、変形例２では、薄肉部１５において、内側に形成される薄肉部１５ｂの厚さより、外側に形成される薄肉部１５ｃの厚さが薄くなっている。

これにより、薄肉部１５をさらに加工硬化することができる。したがって、変形例２によれば、薄肉部１５の強度をさらに向上させることができることから、リード１２をさらに安定して加工することができる。

なお、変形例２に係るリードフレーム１は、図８に示すように、薄肉部１５ｂをストリッパー１０３の凸部１０３ａで形成し、薄肉部１５ｃをパンチ１０５に別途設けられる凸部１０５ｄで形成することにより製造することができる。

＜製造方法の処理手順＞
つづいて、図９を参照しながら、実施形態に係るリードフレーム１の製造方法の処理手順について説明する。図９は、実施形態に係るリードフレーム１の製造方法の処理手順を示すフローチャートである。

最初に、金型装置１００は、ダイパッド１１および複数のリード１２を形成するように、所定のパンチ１０５で金属板２を打ち抜く（ステップＳ１０１）。次に、金型装置１００は、金属板２をストリッパー１０３で押圧して凸部１０３ａで潰し加工し、第２部位１２ｂに内側の薄肉部１５を形成する（ステップＳ１０２）。

なお、かかるステップＳ１０２の際に、金型装置１００は、金属板２をストリッパー１０３で押圧して凸部１０３ｂで潰し加工し、第２部位１２ｂに別の薄肉部１７を形成してもよい。

次に、金型装置１００は、金属板２をパンチ１０５で押圧して曲げ加工し、かかるパンチ１０５の凸部１０５ｂで金属板２を潰し加工することにより、外側の薄肉部１６を形成する（ステップＳ１０３）。そして、一連の処理手順を終了する。

なお、かかるステップＳ１０３の際に、金型装置１００は、パンチ１０５の凸部１０５ｃで金属板２を潰し加工することにより、別の薄肉部１８を形成してもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。たとえば、上述の実施形態では、すべてのリード１２に曲げ加工が施されている場合について示したが、一部のリード１２に上述の曲げ加工が施されていてもよい。

また、上述の実施形態では、リード１２が下方に突出するように曲げ加工された例について示したが、リード１２が曲げ加工される方向は下方に限られず、上方や側方に向かって曲げ加工されていてもよい。

また、上述の実施形態では、薄肉部１５を形成するための潰し加工を第２部位１２ｂの曲げ方向と同じ方向から（図では上側から）行った例について示したが、リード１２の潰し加工は曲げ方向とは逆方向から（図では下側から）行ってもよい。

以上のように、実施形態に係るリードフレーム１は、ダイパッド１１と、ダイパッド１１の周囲に並んで設けられる複数のリード１２と、を備える。リード１２は、隣り合うリード１２に対して平面視で傾いて配置される第１部位１２ａと、隣り合うリード１２に対して平面視で略平行に配置される第２部位１２ｂとを有する。また、第２部位１２ｂは、第１部位１２ａに対して側面視で傾斜する傾斜部（第１傾斜部１３）を有し、リード１２には、傾斜部（第１傾斜部１３）に隣接して薄肉部１５（１６）が形成されている。これにより、曲げ加工したリード１２を所定の形状で保持させることができる。

また、実施形態に係るリードフレーム１において、薄肉部１５は、リード１２における傾斜部（第１傾斜部１３）に対して内側に形成されている。これにより、金属板２を曲げ加工する際に、金属板２の位置ズレを抑制することができる。

また、実施形態に係るリードフレーム１において、内側の薄肉部１５は、平面視で矩形状である。これにより、薄肉部１５を形成するために潰し加工された部位を起点にして、リード１２が予期せぬ方向に変形することを抑制することができる。

また、実施形態に係るリードフレーム１において、内側の薄肉部１５の長さは、薄肉部１５の幅より長い。これにより、薄肉部１５の面積を容易に大きくすることができる。

また、実施形態に係るリードフレーム１において、薄肉部１５、１６は、リード１２における傾斜部（第１傾斜部１３）に対して内側および外側に一対形成されている。これにより、第１傾斜部１３周辺の強度をさらに向上させることができる。

また、実施形態に係るリードフレーム１において、一対の薄肉部１５、１６のうち、内側の薄肉部１５は外側の薄肉部１６より面積が大きい。これにより、薄肉部１５に対して曲げ加工の際の位置ズレを抑制する機能が求められた場合でも、かかる位置ズレを抑制する機能を十分に付与することができる。

また、実施形態に係る半導体装置３は、上述のリードフレーム１と、ダイパッド１１に接合される半導体素子４と、ダイパッド１１および半導体素子４を封止する封止樹脂６と、を備える。これにより、曲げ加工したリード１２が所定の形状で保持された半導体装置３を提供することができる。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ リードフレーム
２ 金属板
３ 半導体装置
１０ 単位リードフレーム
１１ ダイパッド
１２ リード
１２ａ 第１部位
１２ｂ 第２部位
１３ 第１傾斜部（傾斜部の一例）
１４ 第２傾斜部
１５～１８ 薄肉部

Claims (7)

1. ダイパッドと、
   前記ダイパッドの周囲に並んで設けられる複数のリードと、
   を備え、
   前記リードは、隣り合う前記リードに対して平面視で傾いて配置される第１部位と、隣り合う前記リードに対して平面視で略平行に配置される第２部位とを有し、
   前記第２部位は、前記第１部位に対して側面視で傾斜する傾斜部を有し、
   前記リードには、前記傾斜部に隣接して薄肉部が形成されており、
   前記第１部位は、前記薄肉部よりも厚さが厚いこと
   を特徴とするリードフレーム。
2. 前記薄肉部は、前記リードにおける前記傾斜部に対して内側に形成されていること
   を特徴とする請求項１に記載のリードフレーム。
3. 内側の前記薄肉部は、平面視で矩形状であること
   を特徴とする請求項２に記載のリードフレーム。
4. 内側の前記薄肉部の長さは、前記薄肉部の幅より長いこと
   を特徴とする請求項２または３に記載のリードフレーム。
5. 前記薄肉部は、前記リードにおける前記傾斜部に対して内側および外側に一対形成されていること
   を特徴とする請求項１～４のいずれか一つに記載のリードフレーム。
6. 一対の前記薄肉部のうち、内側の前記薄肉部は外側の前記薄肉部より面積が大きいこと
   を特徴とする請求項５に記載のリードフレーム。
7. 請求項１～６のいずれか一つに記載のリードフレームと、
   前記ダイパッドに接合される半導体素子と、
   前記ダイパッドおよび前記半導体素子を封止する封止樹脂と、を備えること
   を特徴とする半導体装置。

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