JP2921135B2 - 半導体装置とその製造方法 - Google Patents

半導体装置とその製造方法

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JP2921135B2
JP2921135B2 JP3017319A JP1731991A JP2921135B2 JP 2921135 B2 JP2921135 B2 JP 2921135B2 JP 3017319 A JP3017319 A JP 3017319A JP 1731991 A JP1731991 A JP 1731991A JP 2921135 B2 JP2921135 B2 JP 2921135B2
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plating
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plating layer
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寿夫 浜野
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W72/00Interconnections or connectors in packages
    • H10W72/851Dispositions of multiple connectors or interconnections
    • H10W72/874On different surfaces
    • H10W72/884Die-attach connectors and bond wires

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  • Lead Frames For Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体パッケージのメッ
キ方法に関する。近年、電子機器の多機能化と高性能化
に伴いゲートアレイを中心とするASIC(Application Sp
ecific IC)が色々な用途に使用されている。
【0002】こゝで、ASICは多くの入出力端子を必要と
することから、パッケージ形態としては多ピン化に適し
たPGA(Pin Grid Array Package) が多く用いられてい
る。 ところで、パッケージ基板が磁器(Ceramics)より
なるCPGA(Ceramic Pin Grid Array Package)は信頼性の
優れたパッケージとして現在使用されているが、一方で
は耐熱性と耐湿性を向上した有機絶縁材料の研究が進ん
で、ガラス-BT レジン( ガラス繊維を布状に編んだもの
にビスマレイミド・トリアジン共重合体を含浸させたも
の) やガラス- 変成ポリイミド樹脂を用いたプラスチッ
クパッケージ(PPGA,Plastic Pin Grid Array Package)
の実用化が進んでCPGAに較べて遜色のない信頼性を示す
に到っており、コスト低減の見地からCPGAに置き替わる
趨勢にある。
【0003】
【従来の技術】CPGAとPPGAを含め、PGA はパッケージ基
板の上部中央に半導体チップを搭載する凹部があり、こ
のチップ搭載部と入出力端子を構成するリードピンにメ
ッキが施されている。
【0004】図2はPPGAの構造を示す断面図であって、
パッケージ基板1の上部中央に凹部があり、この内面に
メッキ層2を設け、導体ペースト(例えば銀ペースト)
により半導体チップ3が装着されている。
【0005】また、パッケージ基板1の上面には導体パ
ターン4が形成されており、この端はボンディングパッ
ドとなっていて、ボンディングワイヤ5により半導体チ
ップ3の周辺に設けられているパッドとワイヤボンディ
ングされている。
【0006】また、導体パターン4の他端はパッケージ
基板1に多数設けられているリードピン6と回路接続す
るよう構成されている。すなわち、パッケージ基板1に
は上部中央の凹部を中心として上面の導体パターン4と
回路接続する多数のスルーホールが設けられており、こ
のスルーホールにリードピン6を挿入し固定されてい
る。
【0007】また、パッケージ基板1の上部には金属性
のキャップ7が嵌入されて半導体チップ3を保護してい
る。次に、図1はCPGAの構造を示す断面図であって、パ
ッケージ基板11の上部中央に凹部があり、この内面にメ
ッキ層12を設け、導体ペースト(例えば銀ペースト)に
より半導体チップ13が装着されている。
【0008】また、パッケージ基板11の上面にはボンデ
ィングパッドが形成されており、ボンディングワイヤ15
により半導体チップ13の周辺に設けられているパッドと
ワイヤボンディングされている。
【0009】またボンディングパッドは内層メタライズ
およびビアを通してパッケージ基板11に多数鑞付けされ
て設けられているリードピン16と回路接続するよう構成
されている。
【0010】更に、パッケージ基板11の上部には金属製
のキャップ17がシームウエルド法などで封止されていて
半導体チップ13を保護している。このような構造をとる
CPAGパッケージにおいてパッケージ基板11の中央凹部に
形成されるメッキ層12とリードピン16の表面に行われる
メッキにはニッケル(Ni) と金(Au)の二層メッキを行う
のを原則とし、具体的には、Niメッキにはワット浴が、
またAuメッキにはソフトAuメッキ( 例えばテンプレック
ス402)が使用さていた。
【0011】こゝで、PGA パッケージの印刷配線基板へ
の装着法としては、 印刷配線基板に設けられている
スルーホール孔に挿入した後、フローソルダリングなど
の方法により熔着する。 印刷配線基板に設けられて
いるソケットに着脱可能の状態で装着する。の二つの場
合がある。
【0012】こゝで、リードピンには鉄・ニッケル・コ
バルト(Fe-Ni-Co)合金よりなるコバールが多く使用され
ているが、の用途に対してはリードピンの上にNiメッ
キを施した後に半田浸漬を行い、この状態でユーザに供
給されて挿着されている。
【0013】また、の用途に対しては燐青銅などより
なるソケットの端子挿入部にNiとAuの二層メッキが施さ
れていることから、Niメッキに引き続いてソケットとの
微摺動腐食を防ぐためにAuメッキを行い、この状態でユ
ーザに供給されている。
【0014】然し、このようにして行うNiメッキとAuメ
ッキは半導体チップを装着するパッケージ基板のメッキ
層形成に主眼をおいてなされていることから、必ずしも
リードピンには適しておらず、そのためエージング後に
行う曲げ試験でクラックが発生したり、ソケットよりの
挿抜に当たって摩耗度が大きいなどの問題があった。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】従来のCPGAのメッキ工
程ではパッケージ基板に対するメッキとリードピンに対
するメッキとを同一工程で行い、パッケージ基板のメッ
キに焦点を合わせてメッキが行われていた。
【0016】そのために、エージング後に行う曲げ試験
でリードピンにクラックが発生したり、ソケットよりの
挿抜に当たって摩耗度が大きいなどの問題があった。
【0017】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、プラスチ
ックにより形成されたパッケージ基板と、該パッケージ
基板上チップ搭載領域及び導体パターンに設けられた
第1のメッキ層と、該チップ搭載領域に搭載され該導体
パターンの一端と接続された半導体チップと、圧入法に
より該パッケージ基板に設けられ、該導体パターンの他
端と接続されたリードピンと、該リードピン上に設けら
れた第2のメッキ層とを有し、該第2のメッキ層の少な
くとも表層が、該第1のメッキ層よりも硬質メッキであ
ことを特徴とする半導体装置、及びプラスチックによ
り形成されたパッケージ基板上に所定の導体パターンを
形成する工程と、該パッケージ基板のチップ搭載予定領
域、及び該導体パターン上に第1のメッキ層を形成する
工程と、該第1のメッキ層が設けられた該チップ搭載予
定領域に半導体チップを搭載し、該半導体チップと該
1のメッキ層が設けられた該導体パターンの一端とを接
続する工程と、リードピンに、該第1のメッキ層形成工
程とは別の工程により、該第1のメッキ層よりも硬質の
第2のメッキ層を形成する工程と、該リードピンを該パ
ッケージ基板に圧入する工程と、該リードピンと該第1
のメッキ層が設けられた該導体パターンの他端とを接続
する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造
方法によって解決される。
【0018】
【作用】本発明はパッケージ基板に行うメッキとリード
ピンに行うメッキとをそれぞれ別個のメッキ浴を用い、
それぞれ最適なメッキを行うものである。
【0019】すなわち、CPGAの製造工程はセラミック基
板に設けてあるビア部にリードピンを銀鑞などを用いて
鑞付けを行う必要から、約800 ℃の高温処理が必要であ
り、そのためメッキ処理はリードピンの熔着固定後に行
う必要があり、そのため、パッケージ基板に行うメッキ
とリードピンに行うメッキを同一工程で前者に適する条
件でメッキが行われていた。
【0020】然し、PPGAにおいては、リードピンの装着
を圧入法( プレスフィット) で行うことができ、高温処
理による品質の低下を招くことがないことから、リード
ピンのメッキを最適なメッキ浴を用いて別個に行うこと
により従来の問題点を解決するものである。
【0021】すなわち、従来、CPGAではパッケージ基板
およびリードピンに対するメッキ浴として、Niメッキに
は次の浴組成をとるワット浴が用いられ、ビッカース硬
度が140 〜160 で残存応力が約1260kg/cm2 のNi膜を2
〜8μm の厚さに形成していた。
【0022】 ワット浴組成: 硫酸ニッケル 330 g/リットル 塩化ニッケル 45 〃 硼酸 38 〃 また、Auメッキには通称"ソフト金メッキ "例えば商品
名テンペレックス402 (日本エレクトロプレーティング
・エンジニヤース社)を用い、ビッカース硬度が50〜80
のAu膜を1.5 〜4.0μm の厚さに形成していた。
【0023】そのため、チップ付け性やワイヤボンディ
ング性については全く問題はないが、Niメッキの残存応
力が大きいためにエージング後の曲げ試験でメッキクラ
ックが発生し易く、また、Auメッキの硬度が小さいため
にソケットの挿抜で摩耗が甚だしいと云う問題があっ
た。
【0024】そこで、本発明ではPPGAパッケージ基板の
メッキはCuメッキを10〜20μm の厚さに形成した後、従
来のNi,Auメッキ浴を用いて行い、一方、リードピンに
対するメッキ浴として、Niメッキについてはスルファミ
ン酸浴のように残存応力が約35kg/cm2 と少なく、ビッ
カース硬度が250 〜350 と大きいNi膜を生ずる浴を用
い、また、Auメッキ浴としてはAu-Co 系やAu-Ni 系のよ
うな通称"ハード金メッキ "と言われるAu合金メッキ浴
を使用することにより硬度の大きなAu膜を得るものであ
る。
【0025】 スルファミン酸浴: スルファミン酸ニッケル 450 g/リットル 硼酸 30 〃 ハード金メッキ浴: Au-Co 系液( オートロネクスC) ビッカース硬度 200 〜240 Au-Ni 系液( オートロネクスN) ビッカース硬度 160 〜200 Au-Ni 系液( オートロネクスNW) 390 〜430 (何れも日本エレクトロプレーティング・エンジニヤース社製) また、Auメッキの厚さもPPGAではパッケージ基板のチッ
プ付けステージ部やワイヤボンディングパッド形成部で
は少なくとも1.0 μmの厚さがないとボンディング性が
低下するが、リードピンはオーミックコンタクトを得れ
ばよく、これほどの厚さを必要としない。
【0026】本発明はこのようにパッケージ基板とリー
ドピンを別個にメッキすることにより従来の問題点を解
決するものである。なお、Auメッキの下地メッキとして
パラジウム(Pd)メッキを行えばAuメッキの厚さを更に薄
くすることが可能である。
【0027】
【実施例】実施例1 PPGAパッケージ基板のメッキとしてCuメッキを15μm 形
成した後、Niメッキはワット浴を用いて7.5μm の厚さ
に形成し、Auメッキはテンペレックス402 を用いて1.5
μm の厚さに形成した。
【0028】一方、リードピンとしては径0.46mmのコバ
ールにスルファミン酸浴を用いてNiを3μm の厚さにメ
ッキした後、Auメッキ浴としてオートロネックCを用
い、Au-Co 系のハード金を0.5μm の厚さに形成したも
のを用いた。
【0029】このようにして形成したパッケージは挿抜
を繰り返しても従来のような摩耗がなく、また、曲げ試
験を行ってもクラックの発生は認められなかった。 実施例2 PPGAパッケージ基板のメッキとしてCuメッキを15μm 形
成した後、Niメッキはワット浴を用いて7.5μm の厚さ
に形成し、Auメッキはテンペレックス402 を用いて1.5
μm の厚さに形成した。
【0030】一方、リードピンとしては径0.46mmのコバ
ールにスルファミン酸浴を用いてNiを3μm の厚さにメ
ッキした後、Pdメッキを0.5μm の厚さに行って後、Au
メッキ浴としてオートロネクスNWを用い、Au-Ni 系の
ハード金を0.2μm の厚さに形成したものを用いた。
【0031】このようにして形成したパッケージは挿抜
を繰り返しても従来のような摩耗がなく、また、曲げ試
験を行ってもクラックの発生は認められなかった。
【0032】
【発明の効果】以上記したように本発明の実施によりリ
ードピンのクラック発生がなく、ソケットの挿抜を繰り
返す場合のAuの摩耗が減少し、また、リードピンを直接
に印刷配線基板に挿着する場合でも半田付け性を向上す
ることができ、信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】CPGAの構成を説明する断面図である。
【図2】PPGAの構成を説明する断面図である。
【符号の説明】
1,11 パッケージ基板 2,12 メッキ層 3,13 半導体チップ 5,15 ボンディングワイヤ 6,16 リードピン 7,17 キャップ

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プラスチックにより形成されたパッケー
    ジ基板と、 該パッケージ基板上チップ搭載領域及び導体パターン
    に設けられた第1のメッキ層と、 該チップ搭載領域に搭載され該導体パターンの一端と接
    続された半導体チップと、圧入法により 該パッケージ基板に設けられ、該導体パタ
    ーンの他端と接続されたリードピンと、 該リードピン上に設けられた第2のメッキ層とを有し、 該第2のメッキ層の少なくとも表層が、該第1のメッキ
    層よりも硬質メッキであることを特徴とする半導体装
    置。
  2. 【請求項2】 前記第1のメッキ層が、銅,ニッケル及
    び金をこの順序で被着した三層メッキから構成され、前
    記第2のメッキ層が、ニッケルと金をこの順序で被着し
    二層メッキから構成され、該三層メッキの金メッキが
    ソフト金メッキ浴で形成され、該二層メッキの金メッキ
    がハード金メッキ浴で形成されたものであることを特徴
    とする請求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記第1のメッキ層が、銅,ニッケル及
    び金をこの順序で被着した三層メッキから構成され、前
    記第2のメッキ層が、金メッキから構成され、該三層メ
    ッキの金メッキがソフト金メッキ浴で形成され、該第2
    のメッキ層の金メッキがハード金メッキ浴で形成され
    ものであることを特徴とする請求項1記載の半導体装
    置。
  4. 【請求項4】 プラスチックにより形成されたパッケー
    ジ基板上に所定の導体パターンを形成する工程と、 該パッケージ基板のチップ搭載予定領域、及び該導体パ
    ターン上に第1のメッキ層を形成する工程と、該第1のメッキ層が設けられた 該チップ搭載予定領域に
    半導体チップを搭載し、該半導体チップと該第1のメッ
    キ層が設けられた該導体パターンの一端とを接続する工
    程と、リードピンに、該第1のメッキ層形成工程とは別の工程
    により、該第1のメッ キ層よりも硬質の第2のメッキ層
    を形成する工程と、 リードピンを該パッケージ基板に圧入する工程該リードピンと該第1のメッキ層が設けられた 該導体パ
    ターンの他端と接続する工程とをすることを特徴と
    する半導体装置の製造方法。
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