JPH05129510A - 複合リードフレームおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、半導体素子のパッケージングに際
し、使用性能および信頼性を向上させると共に、多ピン
パッケージを可能にする複合リードフレームを提供す
る。 【構成】 金属テープの表面に絶縁層とリードフレーム
様の配線を連続して形成し、該テープを切断して作製し
たインナーリード部材の配線の外周部とリードフレーム
の内側のリード先端部を接続して複合リードフレームと
する。高熱伝導性、高剛性、低吸湿性、高耐熱性を持つ
部材で構成されるため使用性能および信頼性に優れる。
また薄膜プロセスにより配線のファインピッチ化が容易
で、多ピンパッケージが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体電子工業におい
て、半導体素子のパッケージングに用いられる複合リー
ドフレームおよびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体デバイスの高集積・高機能
化に伴い、パッケージは著しく多ピン化している。その
結果、リードフレームのより一層の高精度ファインピッ
チ化が強く求められている。特に、特定用途向け集積回
路（ＡＳＩＣ）等では、必要リード数は今後大幅に増大
すると予測されており、近い将来には１０００本程度ま
で必要と言われている。

【０００３】現在、リードフレームの加工方法としては
プレス法およびエッチング法がある。両者の比較では、
エッチング法はプレス法よりも高精度ファインピッチ化
が可能であるが、製造コストがプレス加工法の数倍かか
る問題がある。しかも、エッチング法でもファインピッ
チ化の限界はリード幅で板厚の７〜８割程度と言われて
おり、リード幅を狭くするためには板厚を薄くすること
が必要となる。しかしながら、板厚を薄くしていくと強
度が不足し、ハンドリングあるいは接合等でリード曲が
り等の不都合が発生しやすい。そのため、板厚の限界は
０．１０〜０．１５mmであり、リード数で２００本程度
が限界となっている。

【０００４】一方、多ピン化の１つの対応としてＴＡＢ
技術の適用がなされている。しかしながら、ＴＡＢテー
プの場合、リードが銅（Ｃｕ）箔で形成されており強度
が低いため、外部配線に際してアラインメント等で問題
が発生しやすく、従来のリードフレームと同様には使用
できない。

【０００５】これらに対し、多ピン化を実現する対策と
しては、絶縁フィルム単独あるいは絶縁フィルム上に形
成された金属アイランド部よりなるパッド部を持つＴＡ
Ｂテープのアウターリード部を半導体用リードフレーム
に接合した複合リードフレーム（例えば特開昭６２−２
３２９４８号公報）、Ｓｉチップ用の窓を持つＴＡＢテ
ープのアウターリード部を一体形成されたパッド部を持
つ半導体用リードフレームに接合した複合リードフレー
ム（例えば特開昭６３−２４６４７号公報）、あるいは
ＴＡＢテープとＳｉチップをＴＡＢ接合により一括接合
し、ＴＡＢテープのアウターリード部に半導体用リード
フレームのインナーリード部を接合することを特徴とす
る複合リードフレーム（例えば特開平２−２２８５０号
公報）等が提案されている。

【０００６】しかしながら、既に提案されているこれら
の複合リードフレームは、絶縁フィルムと銅箔より構成
されるＴＡＢテープを用いているために以下のような問
題がある。すなわち、下層が絶縁フィルムであるため高
集積・大規模化により発熱量の大きい素子では、熱放散
性が十分でなく問題となるおそれがある。また、Ｓｉチ
ップとＴＡＢテープのインナーリード部とをボンディン
グワイヤで接続する際、インナーリード部が銅箔リード
部と剛性の低い絶縁フィルムのみで構成されているた
め、接合に必要な超音波振動が十分でなく接合不良が生
じやすい。さらには、ＴＡＢテープの絶縁フィルムは電
気的特性との兼ね合いからポリイミド樹脂等の限られた
素材であるため、耐熱性が劣りパッケージングの工程で
処理温度の制約を生じている。しかも、ＴＡＢテープの
絶縁フィルムの熱膨張や吸湿による半導体素子の故障も
多くみられる。一方、リードとしての強度を確保するた
め銅箔の厚みは余り薄くできないことから、ＴＡＢ技術
においてもリードのファインピッチ化には限界があり、
５００本以上では問題になると考えられる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来のＴＡ
Ｂテープを使用した複合リードフレームの問題を解消す
るものであり、優れた使用性能と従来よりもさらにファ
インピッチ化が可能な複合リードフレームを提供するこ
とを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、（１）リードフレームの内側に接続され中
央にシリコンチップを搭載するダイパッド部を備えた、
インナーリード部を有し、前記インナーリード部が金属
薄板の表面に設けられた絶縁層とその上に形成されたリ
ードフレーム様の配線からなり、リードフレームの内側
のリード先端部とインナーリード部のリードフレーム様
の配線の外周部が接続されている複合リードフレーム、
および、（２）以下の工程を備えたことを特徴とする複
合リードフレームの製造方法、すなわち、（ａ）金属薄
板の表面に絶縁層を形成し、さらにその上にリードフレ
ーム様の配線を形成して、インナーリード部を作製する
工程、（ｂ）リードフレームの内側のリードの先端部と
インナーリード部のリードフレーム様の配線の外周部を
接続する工程、さらに、（３）金属薄板がテープ状で、
表面に絶縁層と配線を形成後、切断してインナーリード
部を作製する前項（２）記載の複合リードフレームの製
造方法、である。

【０００９】本発明の複合リードフレームを、以下に示
す模式図をもとに説明する。図１（ａ）および（ｂ）
は、本発明の複合リードフレームに用いるインナーリー
ド部材テープおよびその断面図を示したものである。従
来の複合リードフレームで用いられるＴＡＢテープは、
絶縁フィルム上に銅箔により配線パターンを形成してい
るが、本発明で用いるインナーリード部材テープでは、
Ｃｕ，Ａｌ，Ｆｅ−４２％Ｎｉ合金等の金属薄板１とア
ルミナ、シリカ等の酸化物あるいは窒化アルミ等の絶縁
層２よりなる基材テープ上に、Ｃｕ，Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ
等の導電材料で配線３を形成するのが特徴である。ま
た、絶縁層および配線の積層形態には、例として図２
（ａ）に示したように、リードフレームとの良好な接合
のためＡｕ，Ａｇ，Ｓｎ等のメッキ７を施したもの、図
２（ｂ）に示したように、Ｓｉチップとの接続のためビ
ーム８を設けたり、両面を絶縁層２で被覆したものなど
種々考えられる。なお、金属薄板および絶縁層の材料は
耐熱性および熱伝導性を満たすものであればいずれでも
よく、特に本例に限定するものではない。

【００１０】図３（ａ）および（ｂ）は、インナーリー
ド部材１０とリードフレーム９のインナーリード１１を
接合した本発明の複合リードフレームの一形態およびそ
の断面図を示す。従来の複合リードフレームでは、絶縁
フィルムより突き出たＴＡＢテープのアウターリードと
リードフレームのインナーリードを重ね合わせて接合し
ているが、本発明では、絶縁層２上に形成された配線の
外周部４とリードフレーム９の内側のリード先端部１１
を重ね合わせて熱圧着等により接合する。なお、その接
合方法としては良好な熱圧着接合を得るためメッキを施
す他、導電ペーストによる接合なども適用でき、必ずし
も熱圧着に限定されるものではない。

【００１１】またこの他にも、図４（ａ）に示したよう
にインナーリード部材１０とリードフレーム９との接合
部にＡｕ，Ａｇ，Ｓｎ等のメッキ７を施してあるもの、
図４（ｂ）に示したようにインナーリード部材１０に別
途製作した金属パッド１５を後付けし、Ｓｉチップ１２
との接合をビーム８とバンプ１４で行ったもの、図４
（ｃ）のようにメッキ等で形成したバンプ１６にＳｉチ
ップ１２をフェイスダウンで接続するもの、図４（ｄ）
のようにインナーリード部材テープを複層配線構造と
し、Ｓｉチップ１２を複数搭載するものなどのいずれを
採用してもよい。

【００１２】このようにして製造された複合リードフレ
ームは、ＴＡＢテープの絶縁フィルムを金属薄板と絶縁
層に置き換えたことにより、絶縁フィルムの問題点であ
る、低熱伝導性、抵剛性、高吸湿性、低耐熱性が解消さ
れ、優れた特性が得られる。すなわち、絶縁フィルムに
比較して、基材が高熱伝導性、高剛性、低吸湿性、高耐
熱性をもつ金属および絶縁層であるため、（ａ）Ｓｉチ
ップで発生する熱の放散性が向上する、（ｂ）超音波振
動が付加されやすく、従来のワイヤボンディング装置で
十分な信頼性を持つワイヤボンディングが可能となる、
（ｃ）低吸湿性のため半導体素子部材として使用する際
の信頼性が向上する、（ｄ）耐熱温度の上昇により従来
不可能であった熱処理、用途に使用できる、等の特性が
得られる。また、絶縁層として誘電率の低い材料を選択
することにより、高周波数特性の優れたパッケージング
が可能となる。

【００１３】配線の形成についてはメッキや印刷プロセ
スも適用できるが、本発明では薄膜プロセスが適用でき
るため、非常に微細な配線パターンの形成が容易とな
り、ＴＡＢテープ以上のファインピッチ化が可能とな
る。さらに、絶縁層および配線材料の選択が自由にな
り、配線と同時に回路素子を形成できるなど種々の用途
に適した組み合わせを選ぶことができる。また、金属テ
ープ上に連続して配線を形成したものから切断したイン
ナーリード部材を用いることにより、大量生産およびコ
ストの低減が可能になる。

【００１４】本発明の複合リードフレームは、Ｓｉチッ
プを搭載し、樹脂あるいはセラミックパッケージを用い
て封止することにより半導体素子として使用されるが、
従来のＴＡＢテープに比較して耐熱性に優れるため、封
止処理条件を広い範囲から選択でき、信頼性の向上が得
られる。また、インナーリード部材の絶縁層を樹脂との
密着性の良好なものとすれば、インナーリード部材の一
部をパッケージ表面に露出させることで熱放散性を大幅
に高めることができる。

【００１５】

【実施例】（実施例１）０．１５mm厚のＦｅ−４２％Ｎ
ｉ合金で２０８ピンのリードフレームを作製した。別
途、Ａｌ薄板に陽極酸化および封孔処理を施し、さらに
ＣｕおよびＡｇメッキで配線を形成したインナーリード
部材テープを作製した。次いで、このテープから金型に
より打ち抜いたインナーリード部材の配線の外周部（図
３−４）とリードフレームの内側のリード先端部（図３
−１１）を熱圧着接合して、図３に示したものと同様の
複合リードフレームを作製した。なお、インナーリード
部材の配線の内周部（図３−５）はＳｉチップとワイヤ
ボンディングが可能な配線パターンとした。

【００１６】この複合リードフレームにＳｉチップを搭
載し、インナーリード部材の配線の内周部とＡｕボンデ
ィングワイヤ（図３−１３）で接続した。ワイヤボンデ
ィングの接合強度試験を行った結果、いずれもボールネ
ック部で破断しており、第２ボンディング部、すなわち
インナーリード部材の配線の内周部の接合強度は十分な
レベルであった。

【００１７】さらに、これを樹脂封止して、半導体素子
とした。この素子を消費電力が２Ｗになるよう動作さ
せ、動作開始２時間後の半導体素子表面の温度を測定し
た結果、比較例の素子は９８℃であったのに対し本発明
素子は５７℃で優れた熱放散性を示した。

【００１８】さらに、この素子で−５５℃で３０分、１
５０℃で３０分の温度サイクルテストを行った結果、５
００サイクルでも不良が発生しなかった。

【００１９】（実施例２）０．１５mm厚のＦｅ−４２％
Ｎｉ合金で２０８ピンのリードフレームを作製した。別
途、Ａｌ上に薄膜プロセスによりＡｌおよびＳｉＯ₂ の
複層配線を形成した図４（ｄ）と同様のマルチチップ用
インナーリード部材テープを作製した。次いで、このテ
ープから金型により打ち抜いたインナーリード部材の配
線の外周部とリードフレームの内側のリード先端部を熱
圧着接合して複合リードフレームを作製した。なお、イ
ンナーリード部材の配線パターン内周部はＳｉチップと
ワイヤボンディングが可能な配線パターンとした。

【００２０】この複合リードフレームに４個のＳｉチッ
プを搭載し、インナーリード部材のインナー部とＡｕボ
ンディングワイヤで接続した。ワイヤボンディングの接
合強度試験を行った結果、いずれもボールネック部で破
断しており、第２ボンディング部、すなわちインナーリ
ード部材の配線の内周部での接合強度は十分なレベルで
あった。

【００２１】さらに、この素子で−５５℃で３０分、１
５０℃で３０分の温度サイクルテストを行った結果、５
００サイクルでも不良が発生しなかった。

【００２２】（実施例３）０．１０mm厚のＣｕ系合金で
３０８ピンのリードフレームを作製した。別途、Ｃｕ上
に薄膜プロセスによりＡｌＮ絶縁層を形成し、さらにＣ
ｕで配線を形成したインナーリード部材テープを作製し
た。次いで、このテープから金型により打ち抜いたイン
ナーリード部材の配線の外周部とリードフレームの内側
のリード先端部を熱圧着接合して図３と同様の複合リー
ドフレームを作製した。なお、インナーリード部材の配
線にはＡｕメッキを施し、Ｓｉチップとワイヤボンディ
ングが可能な配線パターンとした。この複合リードフレ
ームにＳｉチップを搭載し、インナーリード部材の配線
パターン内周部とＡｕボンディングワイヤで接続した。
ワイヤボンディングの接合強度試験を行った結果、いず
れもボールネック部で破断しており、第２ボンディング
部、すなわちインナーリード部材の配線の内周部での接
合強度は十分なレベルであった。さらに、この素子で−
５５℃で３０分、１５０℃で３０分の温度サイクルテス
トを行った結果、５００サイクルでも不良が発生しなか
った。

【００２３】［比較例］実施例１と同一のリードフレー
ムを用い、同様の銅の配線をもち、中央に絶縁フィルム
のアイランド部と銅箔のＳｉチップをのせるダイパッド
部を形成したＴＡＢテープを接合して複合リードフレー
ムを作成した。さらに、Ｓｉチップを実装し、実施例１
と同一条件でワイヤボンディングを行った。また、同一
条件で樹脂封止して比較用の半導体素子も作製した。

【００２４】ワイヤボンディングの接合強度試験を行っ
た結果、第２ボンディング部、すなわちＴＡＢテープの
内側のリード先端部でのボンディングワイヤの剥離およ
び破断が２９％も見られた。次に、この素子を消費電力
が２Ｗになるよう動作させ、動作開始２時間後の半導体
素子表面の温度を測定した結果、９８℃であった。さら
に、この素子で−５５℃で３０分、１５０℃で３０分の
温度サイクルテストを行った結果、５００サイクルで
０．０６％の累積不良率を示した。

【００２５】

【発明の効果】本発明により、従来の複合リードフレー
ムに比較して、高い熱放散性および信頼性をもつ半導体
素子の製造が容易となった。また、さらに多ピンのリー
ドフレームおよびそれを用いた半導体素子を製造するこ
とも可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に使用するインナーリード部分およびそ
の断面図。

【図２】本発明に使用するインナーリード部分およびそ
の断面図。

【図３】本発明の複合リードフレームおよびその断面
図。

【図４】本発明の複合リードフレームおよびその断面
図。

【符号の説明】

１ インナーリード部材の基材金属部 ２ インナーリード部材の絶縁層 ３ インナーリード部材の配線 ４ インナーリード部材の配線の外周部 ５ インナーリード部材の配線の内周部 ６ インナーリード部材テープのスプロケット ７ リードフレームとの接続用のメッキ ８ ＴＡＢ接合用のビーム ９ リードフレーム １０ インナーリード部材 １１ リードフレームの内側のリード先端部 １２ Ｓｉチップ １３ ボンディングワイヤ １４ バンプ １５ 金属パッド １６ Ｓｉチップとの接続用メッキ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リードフレームの内側に接続され中央に
   シリコンチップを搭載するダイパット部を備えた、イン
   ナーリード部を有し、前記インナーリード部が金属薄板
   の表面に設けられた絶縁層とその上に形成されたリード
   フレーム様の配線からなり、リードフレームの内側のリ
   ード先端部とインナーリード部のリードフレーム様の配
   線の外周部が接続されている複合リードフレーム。
2. 【請求項２】 以下の工程を備えたことを特徴とする複
   合リードフレームの製造方法。 （ａ）金属薄板の表面に絶縁層を形成し、さらにその上
   にリードフレーム様の配線を形成して、インナーリード
   部を作製する工程、 （ｂ）リードフレームの内側のリード先端部とインナー
   リード部のリードフレーム様の配線の外周部を接続する
   工程。
3. 【請求項３】 金属薄板がテープ状で、表面に連続して
   絶縁層と配線を形成後、切断してインナーリード部を作
   製する請求項２記載の複合リードフレームの製造方法。