JPH06169051A

JPH06169051A - リードフレームとその製造方法並びに半導体パッケージ

Info

Publication number: JPH06169051A
Application number: JP4341622A
Authority: JP
Inventors: Naoto Takebe; 直人武部; Masaharu Yamamoto; 雅春山本; Kageaki Kitada; 景朗北田
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1992-11-27
Filing date: 1992-11-27
Publication date: 1994-06-14

Abstract

(57)【要約】【目的】表面実装型で軽量かつ安価に提供できる高速
ＬＳＩパッケージを実現できるリードフレームを目的と
し、インナーリードのファインピッチが可能で多ピン化
に対応でき、放熱性、低電源雑音特性及びワイヤーボン
ディング特性にすぐれたリードフレームとその製造方法
並びにこのリードフレームを用いた半導体パッケージの
提供。【構成】周辺部に複数のリード用突起部２を有する接
地板層１から順に、耐熱性絶縁エポキシ樹脂層３、リー
ド５先端内側の空間部分に各リード５から離間させかつ
電源用リード６と接続した方形枠状電源部層７を形成し
たリードフレーム層４、方形枠状電源部層の中央部を除
いた所要部分に成膜された耐熱性絶縁エポキシ樹脂薄膜
またはセラミックス薄膜からなる絶縁材層８、Ａｌ薄膜
配線またはＣｕ薄膜配線からなる信号配線層９の各層が
積層され一体化された構成。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、多ピン化に対応でき
かつ高速性、放熱性、低電源雑音特性にすぐれた半導体
パッケージを提供するためのリードフレームに係り、接
地板層とリード先端内側の空間部分に方形枠状電源部層
を形成したリードフレーム層とを耐熱性絶縁樹脂層を介
して積層し、リードフレーム層と電源部層上に耐熱性エ
ポキシ絶縁樹脂またはセラミックス薄膜を介して成膜し
たＡｌ薄膜配線にてインナーリードを形成した多層構造
からなり、インナーリードのファインピッチを実現し多
ピン化に対応でき、放熱性、低電源雑音特性にすぐれ、
かつワイヤボンディング特性を著しく向上させたリード
フレームとその製造方法並びにこのリードフレームを用
いた半導体パッケージに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子の大集積化が急速に進
み、それに伴いリードフレームの多ピン化及びリードの
狭ピッチ化が要求されており、そこで小型・軽量でかつ
多ピン化に対応できる表面実装型のＱＦＰ（Ｑｕａｄ
ＦｌａｔＰａｃｋａｇｅ）が各種の半導体装置に用い
られている。

【０００３】また、半導体素子は小型軽量化とともに、
大容量化と高速作動性も要求されており、高速、多ピン
用途のパッケージにはセラミックＰＧＡ（ＰｉｎＧｒ
ｉｄＡｒｒａｙ）が用いられていた。このセラミックＰ
ＧＡはＱＦＰに比較して、多ピン化が容易で、放熱性が
すぐれており、また多層構造で低雑音特性が得やすい等
の特徴がある。

【０００４】今日ではラップトップコンピューターの高
速化と大容量化が進む中で、高速ＬＳＩに小型軽量化の
要請から表面実装型の軽量で安価なプラスチックＱＦＰ
が求められている。しかし、従来のプラスチックＱＦＰ
用の単層タイプのリードフレームは、上記の多ピン化に
対応すべく、リードの微細化がなされているが、リード
の微細化はリードの抵抗を高くし、それにより信号に歪
みを生じ、半導体素子の応答性が悪くなる等の問題点が
あった。また、放熱性は熱伝導性のよい単層Ｃｕリード
フレームを用いたプラスチックＱＦＰでも約１Ｗ程度で
あり、消費電力が２〜３Ｗの高速ＭＰＵ（ＭｉｃｒｏＰ
ｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）を搭載できない問題点
があった。

【０００５】従来のプラスチックＱＦＰ用の単層タイプ
のリードフレームは、金属帯条にプレス加工等により所
要の配線パターンを形成しているが、半導体装置の小型
化により金属帯条も薄帯化されているため、強度等の問
題により、リードの微細化にも限界があった。そこで、
半導体素子を搭載するステージとリードフレームを別個
に設けて、絶縁物を介してステージをリードフレームに
担持させることにより、パッケージの破損低減、放熱性
の向上、多ピン化をはかることが提案（特開昭６３−３
１８７６３号公報）されている。

【０００６】また、平らな金属板からなる電源層や接地
層とリードフレームを絶縁性両面接着フィルム等を介し
て積層することにより、電源、接地の面積を大きくし
て、放熱性を向上させることが提案（特開昭６３−２４
６８５１号公報）されている。

【０００７】さらに、グランド用共通リードとリードフ
レームを積層させ、リードフレームに配列した多数本の
リードの内側空間部分に、電源用共通リードを設けて、
多数本のリードのうちの電源リードと接地リードの本数
を減らし、多ピン化することが提案（特開平１−９３１
５６号公報）されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の多層タ
イプのリードフレームは、従来の単層タイプのリードフ
レームに比べて放熱性の向上や多ピン化を実現している
が、リード先端ピッチは０．３ｍｍ程度とその狭ピッチ
化には限界があり、より一層の多ピン化要求には対応で
きなかった。また、電源層や接地層とリードフレームと
を積層接着させる際に、厚みが薄く絶縁効果にすぐれる
ポリイミドなどの絶縁性両面接着フィルムを用いている
が、該絶縁性両面接着フィルムが柔軟な素材であるため
に、ワイヤーボンダーのボンディング荷重と超音波出力
が下地側に発散し、ワイヤーの接合強度や接合の均一性
が悪化するのが原因でボンディング不良を招来する問題
があった。いずれにしても、従来の多層タイプのリード
フレームでは、高速ＬＳＩ用として必要な多ピン化、高
放熱性、低雑音特性の全てを満足するものが得られてい
ない。

【０００９】出願人は、機械的強度並びに熱放散性にす
ぐれた金属パッケージとして、基板とチップを被包する
キャップに低熱膨張合金を用い、基板の絶縁層として高
融点ガラスを被着して、内部リードにＡｌまたはＣｕ薄
膜にて配置形成して外部リードとの接続を容易にし、こ
れら基板とキャップとを低融点ガラスにて一体化した構
成を提案（特開平２−３０３０５２号公報）した。

【００１０】また、出願人は、多ピン化、高速性、高放
熱性、低雑音特性にすぐれた半導体パッケージを提供す
るためのリードフレームとして、接地板層とリード先端
内側の空間部分に方形枠状電源部層を形成したリードフ
レーム層とを絶縁層のガラス薄膜にてガラス溶着し、リ
ードフレーム層と電源部層上にガラスまたはセラミック
薄膜を介して成膜したＡｌ薄膜配線にてインナーリード
を形成した多層構造からなるリードフレームを提案（特
願平３−２４６６００号）した。

【００１１】しかし、前者の金属パッケージでは、電磁
気的なシールド効果を有しすぐれた熱放散性が得られる
が、高速ＬＳＩ用として必要な多ピン化、高放熱性、低
雑音特性の全てを満足し、かつ安価に提供することがで
きない。また、上記の提案は共に、絶縁層に高融点ガラ
スや低融点ガラスなどのガラスを用いているが、該ガラ
スは接着時に破損したり、Ａｌ薄膜配線を形成するため
にガラスにフォトレジスト成膜する際に用いる現像液、
剥離液、水等によりガラスが侵されて、インナーリード
を形成するＡｌ薄膜が侵食される問題があった。

【００１２】この発明は、高速ＬＳＩ用として最適なセ
ラミックＰＧＡに匹敵する特性を有し、かつ表面実装型
で軽量かつ安価に提供できる高速ＬＳＩ用半導体パッケ
ージを実現できるリードフレームを目的とし、特に、イ
ンナーリードのファインピッチが可能で多ピン化に対応
でき、放熱性、低電源雑音特性にすぐれ、さらにワイヤ
ボンディング特性を著しく向上させたリードフレームと
その製造方法並びにこのリードフレームを用いた半導体
パッケージの提供を目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明は、周辺部に複
数のリード用突起部を有する接地板層と、リード先端内
側の空間部分に各リードから離間させかつ電源用リード
と接続した方形枠状電源部層を形成したリードフレーム
層とが、リードの一部及び上記方形枠状電源部層を覆う
耐熱性絶縁樹脂層で溶着積層され、また該接地板層の突
起部とリードフレーム層の接地用リードが接続され、さ
らに該リードフレーム層上に方形枠状電源部層の中央部
を除いた所要部分に耐熱性絶縁樹脂薄膜またはセラミッ
クス薄膜からなる絶縁材層を介在させてＡｌ薄膜配線ま
たはＣｕ薄膜配線からなる信号配線層が形成されインナ
ーリードを構成したことを特徴とするリードフレームで
ある。

【００１４】また、この発明は、（１）周辺部に複数の
突起部を有する所要形状の接地板層を打ち抜き可能に形
成した接地用金属板に、その少なくともチップとの接地
予定面にワイヤーボンデイング用薄膜を成膜し、さらに
上記接地予定面を除く所要面に耐熱性絶縁樹脂薄膜を設
ける工程と、または少なくとも半導体チップとの接地予
定面にワイヤーボンデイング用薄膜を成膜する代わり
に、予め該薄膜をクラッドした接地用金属板を用いて、
所要面に耐熱性絶縁樹脂薄膜を設ける工程と、（２）リ
ード先端内側の空間部分に各リードから離間させかつ電
源用リードと接続した方形枠状電源部層を有し打ち抜き
可能に形成したリードフレーム用金属板に、その方形枠
状電源部とワイヤーボンデイング予定面にワイヤーボン
デイング用薄膜を成膜し、さらに方形枠状電源部層の中
央部を除いた所要部分に耐熱性絶縁樹脂薄膜またはセラ
ミックス薄膜を設ける工程と、（３）接地用金属板上に
リードフレーム用金属板を載置し両者間の耐熱性絶縁樹
脂層にて接着して一体化した後、前記の耐熱性絶縁樹脂
薄膜またはセラミックス薄膜上にＡｌ薄膜配線またはＣ
ｕ薄膜配線を成膜してインナーリードを設け、かつ接地
板のリード用突起部とリードフレーム用金属板のリード
とを接続する工程とからなることを特徴とするリードフ
レームの製造方法である。

【００１５】さらに、この発明は、上記構成のリードフ
レームを主体とし、接地板層に固着した半導体チップと
ともに樹脂にて封着したことを特徴とする半導体パッケ
ージである。また、この発明は、上記構成のリードフレ
ームを主体とし、接地板層の露出面を耐熱性絶縁樹脂で
封着し、接地板に固着した半導体チップとインナーリー
ドを被包した金属キャップが耐熱性絶縁樹脂を介して封
着したことを特徴とする半導体パッケージである。

【００１６】また、さらにこの発明は上記のリードフレ
ームとその製造方法並びに半導体パッケージにおいて、
上述の耐熱性絶縁エポキシ樹脂が、ノボラックエポキシ
樹脂４０％〜５０％と、予めカップリング処理を施した
硫酸バリウムとシリカを混合したフィラー４０％〜５０
％と、顔料１％〜２％及び溶剤カルビトールアセテート
８％〜９％とを含む主剤を１００部として、イミダゾー
ル系硬化剤を６部〜２０部を調合したものであることを
特徴とする。

【００１７】発明の好ましい実施態様この発明に用いる方形枠状電源部を形成したリードフレ
ーム層及び突起部を有する接地板層の材料としては、Ｆ
ｅ−Ｎｉ系合金（４２Ｎｉ−Ｆｅ等）、Ｆｅ−Ｃｒ合金
（１８Ｃｒ−Ｆｅ等）、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ系合金（４２
Ｎｉ−６Ｃｒ−Ｆｅ等）等の公知の低熱膨張合金が使用
できる。また、熱放散性を考慮して、熱伝導性の良いＣ
ｕ、Ｃｕ合金等を中間層に配置した上記低熱膨張合金の
クラッド材、例えば、インバー／Ｃｕ／インバー、コバ
ール／Ｃｕ／コバールを用いることもでき、さらに熱膨
張を考慮してリードフレーム層と接地板層は同材質にす
ることが好ましい。また、上記リードフレーム層及び接
地板層の厚みは、半導体パッケージの小型化並びに放熱
性等を考慮すると０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍが好まし
い。

【００１８】リードフレーム層のリード先端、接地板層
の半導体チップとの接地予定面、リードフレーム層の方
形枠状電源部層等のワイヤーボンディング予定位置には
ワイヤーボンディング用薄膜を形成するが、薄膜材質と
しては予定したボンディングワイヤーの材質に応じてＡ
ｌ、Ｃｕ等の金属や合金膜を蒸着等の気相成膜方法にて
形成したり、あるいは形成したＡｌまたはＣｕ薄膜上に
ＡｕめっきなどのＡｕ薄膜を設けることによりワイヤー
ボンディングを確実に実施できる。例えば、Ａｌボンデ
ィングワイヤーを使用する場合には、予め所定のワイヤ
ーボンディング予定部にＡｌを成膜したり、Ａｕボンデ
ィングワイヤーを使用する場合には、該予定部にＣｕを
成膜した後にＡｕめっきを施してワイヤーボンディング
用薄膜を成膜することが好ましい。特に、突起部を有す
る接地板として、上記の低熱膨張合金の全面または一部
にボンディングワイヤーの材質に応じてＡｌまたはＣｕ
をクラッドしたものを用いるか、あるいは該クラッド面
上にＡｕめっきを施すことにより、ワイヤーボンディン
グ予定位置へのＡｌまたはＣｕ薄膜の成膜工程を省略す
ることができる。

【００１９】耐熱性絶縁樹脂この発明において、耐熱性絶縁樹脂は、接地板層とリー
ドフレーム層との接着積層用及び絶縁用、接地板層及び
リードフレーム層のワイヤーボンディング用薄膜並びに
Ａｌ薄膜配線またはＣｕ薄膜配線からなる信号配線層と
半導体素子とのワイヤーボンディング時のボンディング
荷重と超音波出力の下地発散防止並びにボンディング時
の高温に対抗できる耐熱性を必要とすることから、リー
ドフレームとの熱膨張係数差が小さく、機械的強度が高
く、耐熱性及び耐湿性に優れ、さらにＮａ、Ｃｌの溶出
性のない耐熱性絶縁エポキシ樹脂が望ましい。

【００２０】この発明による耐熱性絶縁エポキシ樹脂
は、芳香環や塩素環を主鎖に含み、一分子当たりのエポ
キシ基の数を増加させて（多官能化）、三次元網目構造
を密にし、加橋点距離を短くして、耐熱性を向上させる
ことを特徴とするもので、具体的な成分として、ノボラ
ックエポキシ樹脂（エポキシ当量１７３〜１８５、官能
基数２．４〜３．６）４０％〜５０％と、予めカップリ
ング剤でカップリング処理した沈降性硫酸バリウム及び
微細シリカ粉の混合物からなるフィラー４０％〜５０％
と、顔料１％〜２％及び溶剤カルビトールアセテート８
％〜９％とを含む主剤を１００部として、イミダゾール
系硬化剤を６部〜２０部を調合したものである。

【００２１】この発明の耐熱性絶縁エポキシ樹脂におい
て、ノボラックエポキシ樹脂は、上述の如く、耐熱性絶
縁エポキシ樹脂の耐熱性を向上させるために一分子当た
りのエポキシ基の数が多く、多官能なものが好ましい。
前記ノボラックエポキシ樹脂の主剤中に占める割合は、
４０％未満では接着力が低下し、５０％を越えると耐熱
性が低下するので４０％〜５０％が好ましい範囲であ
る。

【００２２】この発明による耐熱性絶縁エポキシ樹脂に
おいて、ノボラックエポキシ樹脂に、カップリング処理
した沈降性硫酸バリウム及び微細シリカ粉の混合物から
かるフィラーを添加するのは、ノボラックエポキシ樹脂
の熱膨張係数を接地板層及びリードフレーム層に整合さ
せ、かつ耐熱性を向上させる効果があるためであり、さ
らに、フィラーを添加することで、ワイヤーボンディン
グ時にワイヤーボンダーのボンディング荷重と超音波出
力を集中させることでき、ワイヤーボンディング特性が
著しく向上させることができるためである。

【００２３】前記フィラー中の沈降性硫酸バリウムは、
無機充填剤として耐熱性向上に効果があり、前記ノボラ
ックエポキシ樹脂との接着力を向上させるために予めカ
ップリング処理を施すことが好ましい。カップリング処
理を施す沈降性硫酸バリウムの粒径は、０．１μｍ未満
では印刷性が低下し、５０μｍを越えると耐熱性が低下
するため、０．１μｍ〜５０μｍが好ましい。

【００２４】この発明による耐熱性絶縁エポキシ樹脂に
おいて、硫酸バリウムをカップリング処理するためのカ
ップリング剤は、化学構造式がＹＲＳｉＸ₃で表される
シランカップリング剤が適しており、構造式中のＸは珪
素原子に結合している加水分解基ＣＬ、ＯＲ、ＯＣＯＲ
等であり、Ｙは有機マトリックスと反応する有機官能基
ＣＨ₂＝ＣＨ、ＣＨ₂＝ＣＣＨ₃ＣＯＯ、ＮＨ₂、ＮＨ₂Ｃ₂
Ｈ₄ＮＨ、ＮＨ₂ＣＯＮＨ、ＨＳ、ＣＬ及び下記化１に示
すもの等である。

【００２５】

【化１】

【００２６】シランカップリング剤としては、γ−グリ
シドキシプロピルトリメトキシシラン（分子量２３６．
１）、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、β−
（３．４エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシ
シラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、
γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β（アミ
ノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、
γ−ユレイドプロピルトリエトキシシラン等を用いるこ
とができる。これらのシランカップリング剤は分子内に
無機物に対して反応性をもつ部分Ｘと、有機物に対して
反応性に富む部分Ｙを併せ持つため、接着力は著しく向
上する。またカップリング剤としては、チタンカップリ
ング剤なども用いることができる。

【００２７】また、前記のカップリング処理した沈降性
硫酸バリウムと混合して用いるシリカは、耐熱性に効果
があるため添加する。また、粒径は５０ｎｍ以下の微細
粉末であることが好ましい。前記沈降性硫酸バリウムと
シリカの混合物の主剤中に占める割合は、４０％〜５０
％が好ましく、４０％未満では耐熱性が劣化するため好
ましくなく、また、５０％を越えると印刷性が劣化する
ので好ましくない。

【００２８】主剤に添加する有機顔料としては、粒径が
２μｍ程度のシアニングリーンのほか、フタロシアニン
ブルー、銅フタロシアニンなどが好ましく、その添加量
は、耐熱性、耐薬品性、耐溶剤性を考慮すると、１％〜
２％の添加が好ましい。

【００２９】また、溶剤カルビトールアセテートとして
は、溶剤メチールカルビトールのほか、セルフルブアセ
テート、ブチールセルソルブ、セルソルブなどが好まし
く、その添加量は、８％未満では粘度が高くなり印刷性
が低下し、９％を越えると粘度が低下して印刷性も低下
するので好ましくないので、よって８％〜９％の添加が
好ましい。さらに、上記の顔料や溶剤メチールカルビト
ール等ともに、少量の消泡剤を添加することも有効であ
る。

【００３０】主剤に対して添加する硬化剤は、イミダゾ
ール系の硬化剤が好ましく、またその配合量は主剤を１
００部として、３部未満では耐熱性の効果が乏しく、２
０部を越えるとポットライフが短くなるので、３部〜２
０部が好ましく、さらに好ましくは６部〜２０部であ
る。上記のイミダゾールとしては、イミダゾール、２−
メチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾ
ール、２−フェニルイミダゾール、２−ウンデシルイミ
ダゾール、２−ヘプタデシルイミダゾール、１−ベンジ
ル−２−メチルイミダゾール、２−フェニル−４−メチ
ルイミダゾール、１−シアノエチル−２−メチルイミダ
ゾール、１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾー
ル、１−シアノエチル−２−エチル−４−メチルイミダ
ゾール、１−アミノエチル−２−メチルイミダゾール、
１−（シアノエチルアミノエチル）−２−メチルイミダ
ゾール、Ｎ−（２−メチルイミダゾリル−１−エチル）
−尿素、１−シアノエチル−２−ウンデシルイミダゾー
ル、１−シアノエチル−２−メチルイミダゾールトリメ
リテート、１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾー
ルトリメリテート、１−シアノエチル−２−エチル−４
−メチルイミダゾールトリメリテート、１−シアノエチ
ル−２−ウンデシルイミダゾールトリメリテート、２．
４−ジアミノ−６−（２’−メチルイミダゾリル−
（１’））−エチル−Ｓ−トリアジン、２．４−ジアミ
ノ−６−（２’−ウンデシルイミダゾリル−（１’））
−エチル−Ｓ−トリアジン、２．４−ジアミノ−６−
（２’−エチル−４’−メチルイミダゾリル−
（１’））−エチル−Ｓ−トリアジン、１−ドテシル−
２−メチル−３−ベンジルイミダゾリウムクロライド、
Ｎ，Ｎ’−ビス−（２−メチルイミダゾリル−１−エチ
ル）−尿素、Ｎ，Ｎ’−（２−メチルイミダゾリル−
（１）−エチル）−アジポイルジアミド、２．４−ジア
ルキルイミダゾール−５−ジチオカルボン酸、１．３−
ジベンジル−２−メチルイミダゾリウムクロライド、２
−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダ
ゾール、２−フェニル−４．５−ジヒドロキシメチルイ
ミダゾール、１−シアノエチル−２−フェニル−４．５
−ジ（シアノエトキシメチル）イミダゾール、２−メチ
ルイミダゾール・イソシアヌール酸付加物、２−フ
ェニルイミダゾール・イソシアヌール酸付加物、
２．４−ジアミノ−６（２’−メチルイミダゾリル−
（１）’）エチル−Ｓ−トリアジン・イソシアヌー
ル酸付加物、２−アルキル−４−フォルミルイミダゾー
ル、２．４−ジアルキル−５−フォルミルイミダゾール
等が好ましい。

【００３１】上述した耐熱性絶縁樹脂は、周辺部に複数
のリード用突起部を有する接地板層と、リード先端内側
の空間部分に各リードから離間させかつ電源用リードと
接続した方形枠状電源部層を形成したリードフレーム層
との間、及び該リードフレーム層とＡｌ薄膜配線または
Ｃｕ薄膜配線からなる信号配線層との間に介在させるも
のであるが、耐熱性、耐湿性および機械的強度にすぐれ
ることから、パッケージ素材を金属キャップやセラミッ
クスキャップでパッケージする際の封着用の接着剤とし
て用いたり、また、金属キャップやセラミックスキャッ
プでパッケージした際のパッケージの底部、すなわち接
地板層の露出面全面に絶縁用として被着させることも有
効である。上記耐熱性絶縁樹脂を、接地板層とリードフ
レーム層との間に介在させる場合の厚みは、５０μｍ未
満では絶縁性が悪くなり、２００μｍを越えるとリード
フレーム層から接地板層への熱伝達が悪くなるため、５
０μｍ〜２００μｍの厚みが好ましく、より好ましくは
１００μｍ程度である。

【００３２】耐熱性絶縁樹脂の固着方法は公知の技術が
採用でき、例えば接地板層の所要部分にスクリーン印刷
で耐熱性絶縁樹脂を所要厚み、所要パターンに薄膜形成
したのち、該耐熱性絶縁樹脂を介してリードフレーム層
を接地板層に着接し、温度８０°Ｃ〜９０°Ｃで少なく
とも１時間以上加熱した後、さらに温度１３０°Ｃ〜２
００°Ｃで少なくとも３０分以上加熱する硬化処理を施
して固定する。

【００３３】また、Ａｌ薄膜配線またはＣｕ薄膜配線と
の絶縁材としては、前述の耐熱性絶縁樹脂のほかＡｌ₂
Ｏ₃などのセラミックスを用いることができ、Ａｌ₂Ｏ₃
を用いる場合は、Ａｌ₂Ｏ₃をスパッタリングや蒸着等の
気相成膜方法により形成することができ、絶縁層が緻密
なことから、リードフレーム層上に形成する絶縁物層と
して好ましい。その厚みは３μｍ〜２０μｍが好まし
く、上記の耐熱性絶縁樹脂よりも半導体パッケージを薄
型化できる利点がある。

【００３４】この発明において、Ａｌ薄膜配線及びＣｕ
薄膜配線は、リードフレーム層上に着設された絶縁材層
とリード先端上の所定位置にマスク処理を施した後、Ａ
ｌまたはＣｕを蒸着して成膜し、マスク材を除去して薄
膜配線を完成するほか、予めリード先端及び絶縁材全面
にＡｌまたはＣｕ薄膜を貼付したり、蒸着にて被着した
後、エッチング処理にて不要な部分を除去する方法等の
薄膜形成技術にて容易に精度よく被着することができ
る。上記のＡｌまたはＣｕ薄膜配線は蒸着やエッチング
等の薄膜形成技術が適用しやすく、また半導体素子との
ワイヤーボンディングも容易にできる利点がある。上記
のＡｌまたはＣｕの薄膜配線の厚みは、リード数等によ
り適宜決定すれば良いが、応答性や歪み等の電気特性を
考慮すれば３μｍ〜２０μｍが好ましい。また、ボンデ
ィングワイヤーにＡｕを用いる場合にはＣｕ薄膜配線上
にＡｕめっき等からなる薄膜配線を施すと良い。

【００３５】図面に基づく開示図１はこの発明によるリードフレームの一実施例の積層
状態を示す展開斜視説明図である。図２のａ〜ｄはこの
発明によるリードフレームの製造工程を示す縦断説明図
である。図３のａはこの発明による樹脂封止型の半導体
パッケージであり、ｂは金属キャップ封止型の半導体パ
ッケージである。以下に図１及び図２に基づいてこの発
明によるリードフレームの構成並びに製造方法を詳述す
る。この発明によるリードフレームは、図１に示す如
く、周辺部に複数のリード用突起部２を有する接地板層
１から順に説明すると、耐熱性絶縁エポキシ樹脂層３、
リード５先端内側の空間部分に各リード５から離間させ
かつ電源用リード６と接続した方形枠状電源部層７を形
成したリードフレーム層４、方形枠状電源部層の中央部
を除いた所要部分に成膜された耐熱性絶縁エポキシ樹脂
薄膜またはセラミックス薄膜からなる絶縁材層８、Ａｌ
薄膜配線またはＣｕ薄膜配線からなる信号配線層９の各
層が後述する製造方法にて積層され一体化される。

【００３６】なお、図１のリードフレーム層４はアウタ
ーリードを打ち抜き形成する前のセクションバー及びガ
イドレールと呼ばれるリードを支持するためのフレーム
部を有する例を示しており、以下の製造方法は所要帯材
に複数個取りする例を示す。また、ボンディングワイヤ
ーにはＡｌまたはＣｕを用いる場合を説明し、ワイヤー
にＡｕを用いる場合のボンディング予定位置に設ける薄
膜はＣｕ膜にさらにＡｕ膜を設けるとよい。

【００３７】図２に示す如く、まず、４２Ｎｉ−Ｆｅ合
金等の低熱膨張合金からなる所要寸法の帯状接地板に、
例えば所要のマスキングを行った後エッチングにて、複
数個の接地板層１を形成し、マスキングを除去した後、
ワイヤーボンディング用薄膜としてＡｌ薄膜またはＣｕ
薄膜１０を少なくともボンディング予定位置に例えばス
パッタリングや蒸着にて成膜する。接地板層１には、リ
ードフレーム層４の接地用リードにスポット溶接等によ
り接続するための突起部２を周囲の所定位置に設けてあ
る。また、接地板層１はエッチング方法以外にプレス加
工にて形成することもできる。

【００３８】上記のスパッタリングや蒸着形成の工程を
省略するために、当該低熱膨張合金の全面または所要部
に、予めＡｌ等をクラッドした後、プレス加工や、エッ
チング処理等により接地板層１を形成することもでき
る。さらにこの帯状接地板の各接地板層１には例えばス
クリーン印刷技術により、耐熱性絶縁エポキシ樹脂層３
が半導体チップの載置位置を除く所要位置に成膜され
る。

【００３９】また、同様に４２Ｎｉ−Ｆｅ合金等の低熱
膨張合金からなる所要寸法の帯状リードフレーム基板
に、例えば所要のパターンを印刷して現像後にこれをエ
ッチング液にて処理して図１に示すごときリードフレー
ム層４を複数個形成する。すなわち、基板にはリード５
と電源用リード６が所要配置され、リード５先端内側の
空間部分に各リード５から離間させかつ電源用リード６
と接続した方形枠状電源部層７を形成してある。

【００４０】また、リードフレーム層４のワイヤーボン
ディング予定位置にワイヤーボンディング用薄膜として
Ａｌ薄膜またはＣｕ薄膜１１をスパッタリングや蒸着に
て成膜する。さらに、方形枠状電源部層の中央部を除い
た所要部分に例えばスクリーン印刷技術により、耐熱性
絶縁エポキシ樹脂層３と同様材質の耐熱性絶縁エポキシ
樹脂薄膜を成膜した絶縁材層８を設ける。耐熱性絶縁エ
ポキシ樹脂薄膜に代えて例えばＡｌ₂Ｏ₃薄膜からなる絶
縁材層８を設ける場合は、スパッタリングや蒸着等によ
り形成することができる。

【００４１】次に治具を用いて上述の帯状接地板の上に
帯状リードフレーム基板を重ねて、所要温度・時間で耐
熱性絶縁エポキシ樹脂層３を硬化させて、接地板層１と
リードフレーム層４を積層する。積層後、リードフレー
ム層４上のリードの所要位置と絶縁材層８上にインナー
リードを形成するため、所定の配線パターンにマスク処
理を施した後、ＡｌまたはＣｕをスパッタリングあるい
は蒸着し、再度マスク材を除去する方法により、Ａｌ薄
膜配線またはＣｕ薄膜配線からなる信号配線層９が形成
される。また、予めリード先端及び絶縁層８上全面にＡ
ｌまたはＣｕ箔を貼付したり、蒸着にて成膜した後、エ
ッチング処理にて不要な部分を除去する方法により形成
することもできる。

【００４２】次いで接地板層１の接地用リード２とリー
ドフレーム層４のリードとをスポット溶接などの手段に
て接続することにより、この発明のリードフレーム２０
を得ることができる。得られたリードフレーム２０の中
心空間部の接地板層１上に、半導体チップ２１をろう材
や接着剤等で固着した後、方形枠状電源部層７、接地板
層１、信号配線層９のそれぞれの所定位置と、上記半導
体チップ２１の端子とをＡｌまたはＣｕからなるボンデ
ィングワイヤー２２を用いてそれぞれ接続する。

【００４３】この発明によるリードフレーム２０を用い
て樹脂封止型パッケージを作成するには、図３のａに示
す如く、上記構成のリードフレーム２０を用い接地板層
１上に載置してワイヤーボンディングした半導体チップ
２１とともに樹脂３０にて封止することによりプラスチ
ックパッケージ３１を容易に製造できる。

【００４４】また、金属パッケージを作成するには、図
３のｂに示す如く、上記構成のリードフレーム２０の半
導体チップ２１を載置しない側の接地板層１の露出面全
面に絶縁用耐熱性絶縁エポキシ樹脂層３２を被着し、リ
ードフレーム層４のアウターリードを構成する部位の所
要位置に封着用耐熱性絶縁エポキシ樹脂層３３を被着
し、接地板層１上に半導体チップ２１を載置、ワイヤー
ボンディングした後、半導体チップ２１とインナーリー
ド部を被包可能な金属キャップ３４を封着用耐熱性絶縁
エポキシ樹脂層３３上に載せて封着することにより電磁
シールド性にすぐれる金属パッケージ３５を容易に製造
できる。

【００４５】

【作用】この発明は、高速ＬＳＩ用リードフレームとし
て、多ピン化並びにリード先端ピッチの狭ピッチ化が可
能で、放熱性、低雑音特性、製造性のいずれにもすぐれ
た特性を示し、さらにワイヤボンディング特性を著しく
向上させることができる構成からなるリードフレームを
目的に、多層リードフレーム構造について種々検討した
結果、リード先端内側の空間部分に各リードから離間さ
せかつ電源用リードと接続した方形枠状電源部層を形成
したリードフレーム層と接地板層とを耐熱性絶縁エポキ
シ樹脂層で接着積層する構成により、多ピン化を図り放
熱性、低雑音特性、製造性及びワイヤボンディング特性
を改善できること、さらに該基板上の所要部分に耐熱性
絶縁エポキシ樹脂薄膜またはセラミックス薄膜からなる
絶縁材層を介在させてＡｌ薄膜配線またはＣｕ薄膜配線
からなるインナーリードを設けた構成により、リード先
端ピッチの狭ピッチ化が可能なことを知見し、この発明
を完成した。

【００４６】

【実施例】４２Ｎｉ−Ｆｅ合金からなる厚み０．３５ｍ
ｍの帯状低熱膨張合金板を接地用金属板として用い、周
辺部に複数の０．２ｍｍ×３ｍｍの突起部を有する所要
形状の接地板層（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ）部形状を４
個打ち抜き可能にエッチング手段にて形成した。さらに
各々接地板層の半導体チップとの接地予定面を露出させ
るマスキング後、Ａｌ薄膜を５μｍ厚みに蒸着してマス
キングを除去し、さらに上記接地予定面を除く所要面に
下記する耐熱性絶縁エポキシ樹脂薄膜をスクリーン印刷
法にて０．２ｍｍ厚みに設けた。

【００４７】耐熱性絶縁エポキシ樹脂主剤樹脂：ノボラックエポキシ樹脂４５％フィラー：カップリング処理済硫酸バリウム＋シリ
カ４５％顔料：シアニングリーン２％溶剤：カルビトールアセテート８％硬化剤硬化性２メチルイミダゾール１１部（主剤１０
０部に対して）なお、主剤は硬化剤を添加する前によく分散・混合
させた。得られた、耐熱性絶縁エポキシ樹脂はポットラ
イフ８時間、粘度４５０ポイズ／°Ｃであった。

【００４８】４２Ｎｉ−Ｆｅ合金からなる厚み０．１５
ｍｍの低熱膨張合金板をリードフレーム基板として用
い、リード先端内側の空間部分に各リードから離間させ
かつ電源用リードと接続した方形枠状電源部層を有する
リードフレーム（縦４０ｍｍ×横４０ｍｍ）を４個打ち
抜き可能にエッチング手段にて形成した。さらに、その
方形枠状電源部とワイヤーボンデイング予定面を露出さ
せるマスキング後、Ａｌ薄膜を５μｍ厚みに蒸着してマ
スキングを除去し、さらに方形枠状電源部層の中央部を
除いた所要部分に上記と同様の耐熱性絶縁エポキシ樹脂
薄膜を０．２ｍｍ厚みにスクリーン印刷法にて設けた。

【００４９】接地用金属板上にリードフレーム基板を載
置して、１５０℃×６０分の条件にて加熱硬化処理を施
して一体化した後、前記リードフレーム層の耐熱性絶縁
エポキシ樹脂薄膜上に、マスキングと蒸着手段によりＡ
ｌ薄膜配線を０．０１ｍｍ厚みに成膜してインナーリー
ドを設け、かつ接地板層のリード用突起部とリードフレ
ームとをスポット溶接にて接続した。次に、接地板層の
中央部に高速ＬＳＩチップを接着剤で固着載置したの
ち、半導体チップとＡｌ薄膜配線、方形枠状電源部、接
地板のそれぞれをＡｌワイヤーでボンディングした。上
記のワイヤーボンディングを行なった際のボンディング
ミスは２／２０００の割合であり、ポリイミド絶縁性両
面接着フィルムを用いた従来の多層リードフレームの割
合５０／２０００に比べてボンディングミスの割合が大
幅に減少し、生産性が格段に向上した。

【００５０】上記のチップを搭載しワイヤーボンディン
グを完了した各リードフレーム部をそれぞれ樹脂封止し
たのち、不要なフレーム部を切除して切離し、４個の樹
脂封止型高速ＬＳＩパッケージを得た。上記樹脂封止型
パッケージの放熱性を調べたところ、２Ｗ以上の消費電
力に対し適合した。また、電気特性を調べたところ、信
号の歪みもなく、応答性も極めて良好であった。従来の
単層リードフレームに比べ電源ノイズは１／２以下に低
減できた。

【００５１】

【発明の効果】この発明によるリードフレームは以下の
様々な効果を奏する。１）ＡｌまたはＣｕ薄膜配線層を有することにより、極
めて微細な配線が実現でき、多ピン化が図れ、高速ＬＳ
Ｉなどの高集積化半導体素子にも十分対応できる。２）接地板層とリードフレーム層との接着積層に、フィ
ラーを含有する耐熱性絶縁樹脂を用いたことにより、ワ
イヤーボンダーのボンディング荷重と超音波出力を集中
させることできるため、ワイヤーボンディング特性が著
しく向上して高精度なボンディングが可能になり、ワイ
ヤーの接合強度、接合均一性が向上してワイヤーボンデ
ィングの信頼性が向上するとともに、生産性も大幅に向
上する。３）絶縁材層に耐熱性絶縁樹脂やＡｌ₂Ｏ₃を用いること
により、金属パッケージ、セラミックスパッケージ等に
適用でき、特に耐熱性絶縁樹脂を用いた場合は、微細な
ＡｌまたはＣｕ薄膜配線からなる信号配線層の形成工程
で用いる現像液や剥離液水などに侵されることがないた
めに、高精度な微細配線をすることができ、また緻密な
Ａｌ₂Ｏ₃を用いた場合は厚みを薄くすることができ、半
導体装置及びパッケージを薄型化できる。４）多層構造にして方形枠状電源部の面積を大きくした
ことにより、配線が微細化されているにもかかわらず、
電源ノイズ、信号の歪み等は低くおさえられ、応答性も
極めて良好であり、高速性にも対応できる。５）多層構造にして接地板の面積を大きくしたことによ
り、２Ｗ以上に放熱性が向上し、消費電力が２〜３Ｗの
高速ＭＰＵも搭載できる。６）リードフレーム基板に方形枠状電源部を備えたこと
により、部品を製造する工程が簡素化され、また、方形
枠状電源部の任意の位置にボンディングできることか
ら、半導体素子からのボンディングが容易になり、さら
にボンディングワイヤーを短くしてその抵抗を減少させ
ることができ、電源ノイズ、信号の歪み等を低減でき
る。７）上記の効果を奏するリードフレームを主体にパッケ
ージ化することにより、樹脂封止型及び金属キャップ封
止型の半導体パッケージを製造性よくかつ安価に提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるリードフレームの一実施例の積
層状態を示す展開分解斜視説明図である。

【図２】ａ〜ｄはこの発明によるリードフレームの製造
工程を示す縦断説明図である。

【図３】ａはこの発明による樹脂封止型の半導体パッケ
ージであり、ｂは金属キャップ封止型の半導体パッケ
ージである。

【符号の説明】

１接地板層２突起部３耐熱性絶縁エポキシ樹脂層４リードフレーム層５リード６電源用リード７方形枠状電源部層８絶縁材層９信号配線層１０，１１薄膜２０リードフレーム２１半導体チップ２２ボンディングワイヤー３０樹脂３１プラスチックパッケージ３２絶縁用耐熱性絶縁エポキシ樹脂層３３封着用耐熱性絶縁エポキシ樹脂層３４金属キャップ３５金属パッケージ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ０８Ｌ 63/00 ＮＬＤ 8830−4Ｊ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】周辺部に複数のリード用突起部を有する
接地板層と、リード先端内側の空間部分に各リードから
離間させかつ電源用リードと接続した方形枠状電源部層
を形成したリードフレーム層とが、リードの一部及び上
記方形枠状電源部層を覆う耐熱性絶縁樹脂層で接着積層
され、また該接地板層の突起部とリードフレーム層の接
地用リードが接続され、さらに該リードフレーム層上に
方形枠状電源部層の中央部を除いた所要部分に耐熱性絶
縁樹脂薄膜またはセラミックス薄膜からなる絶縁材層を
介在させてＡｌ薄膜配線またはＣｕ薄膜配線からなる信
号配線層が形成されインナーリードを構成したことを特
徴とするリードフレーム。
【請求項２】周辺部に複数の突起部を有する所要形状
の接地板層を打ち抜き可能に形成した接地用金属板に、
その少なくとも半導体チップとの接地予定面にワイヤー
ボンデイング用薄膜を成膜し、さらに上記接地予定面を
除く所要面に耐熱性絶縁樹脂薄膜を設ける工程と、リー
ド先端内側の空間部分に各リードから離間させかつ電源
用リードと接続した方形枠状電源部層を有し打ち抜き可
能に形成したリードフレーム用金属板に、その方形枠状
電源部とワイヤーボンデイング予定面にワイヤーボンデ
イング用薄膜を成膜し、さらに方形枠状電源部層の中央
部を除いた所要部分に耐熱性絶縁樹脂薄膜またはセラミ
ックス薄膜を設ける工程と、接地用金属板上にリードフ
レーム用金属板を載置し両者間の耐熱性絶縁樹脂層にて
接着して一体化した後、前記の耐熱性絶縁樹脂薄膜また
はセラミックス薄膜上にＡｌ薄膜配線またはＣｕ薄膜配
線を成膜してインナーリードを設け、かつ接地板のリー
ド用突起部とリードフレーム用金属板のリードとを接続
する工程とからなることを特徴とするリードフレームの
製造方法。
【請求項３】少なくとも半導体チップとの接地予定面
にワイヤーボンデイング用薄膜を成膜する工程に代えて
予め該薄膜をクラッドした接地用金属板を用いて、所要
面に耐熱性絶縁樹脂薄膜を設ける工程を特徴とする請求
項２記載のリードフレームの製造方法。
【請求項４】周辺部に複数のリード用突起部を有する
接地板層と、リード先端内側の空間部分に各リードから
離間させかつ電源用リードと接続した方形枠状電源部層
を形成したリードフレーム層とが、リードの一部及び上
記方形枠状電源部層を覆う耐熱性絶縁樹脂層で接着積層
され、また該接地板層の突起部とリードフレーム層の接
地用リードが接続され、さらに該リードフレーム層上に
方形枠状電源部層の中央部を除いた所要部分に耐熱性絶
縁樹脂薄膜またはセラミックス薄膜からなる絶縁材層を
介在させてＡｌ薄膜配線またはＣｕ薄膜配線からなる信
号配線層が形成されインナーリードを構成したリードフ
レームを主体とし、接地板層に固着した半導体チップと
ともに樹脂にて封着したことを特徴とする半導体パッケ
ージ。
【請求項５】周辺部に複数のリード用突起部を有する
接地板層と、リード先端内側の空間部分に各リードから
離間させかつ電源用リードと接続した方形枠状電源部層
を形成したリードフレーム層とが、リードの一部及び上
記方形枠状電源部層を覆う耐熱性絶縁樹脂層で接着積層
され、また該接地板層の突起部とリードフレーム層の接
地用リードが接続され、さらに該リードフレーム層上に
方形枠状電源部層の中央部を除いた所要部分に耐熱性絶
縁樹脂薄膜またはセラミックス薄膜からなる絶縁材を介
在させてＡｌ薄膜配線またはＣｕ薄膜配線からなる信号
配線層が形成されインナーリードを構成したリードフレ
ームを主体とし、接地板の露出面を耐熱性絶縁樹脂で封
着し、接地板に固着した半導体チップとインナーリード
を被包した金属キャップが耐熱性絶縁樹脂を介して封着
されたことを特徴とする半導体パッケージ。
【請求項６】耐熱性絶縁エポキシ樹脂が、ノボラック
エポキシ樹脂４０％〜５０％と、予めカップリング処理
を施した硫酸バリウムとシリカを混合したフィラー４０
％〜５０％と、顔料１％〜２％及び溶剤カルビトールア
セテート８％〜９％とを含む主剤を１００部として、イ
ミダゾール系硬化剤を６部〜２０部を調合したものであ
ることを特徴とする請求項１記載のリードフレーム。
【請求項７】耐熱性絶縁エポキシ樹脂が、ノボラック
エポキシ樹脂４０％〜５０％と、予めカップリング処理
を施した硫酸バリウムとシリカを混合したフィラー４０
％〜５０％と、顔料１％〜２％及び溶剤カルビトールア
セテート８％〜９％とを含む主剤を１００部として、イ
ミダゾール系硬化剤を６部〜２０部を調合したものであ
ることを特徴とする請求項２または請求項３記載のリー
ドフレームの製造方法。
【請求項８】耐熱性絶縁エポキシ樹脂が、ノボラック
エポキシ樹脂４０％〜５０％と、予めカップリング処理
を施した硫酸バリウムとシリカを混合したフィラー４０
％〜５０％と、顔料１％〜２％及び溶剤カルビトールア
セテート８％〜９％とを含む主剤を１００部として、イ
ミダゾール系硬化剤を６部〜２０部を調合したものであ
ることを特徴とする請求項４または請求項５記載の半導
体パッケージ。