JPH07263611A - 半導体装置用のリードフレーム - Google Patents

半導体装置用のリードフレーム

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 リードフレームの外部リードとプリント配線
板のランドとの熱膨張係数差異によるはんだ接合部分の
クラックを防止し信頼性を高めることができる半導体装
置用のリードフレームの提供。 【構成】 半導体ダイ２２を搭載するためのダイパッド
２４と、半導体ダイのボンディングパッドとボンディン
グワイヤ２３によって電気的に接続される内部リード２
６と、プリント配線板に電気的に接続される外部リード
２８とを備え、内部リード２６及びダイパッド２４がモ
ールド樹脂２０により封止されている半導体装置用のリ
ードフレーム３０において、リードフレーム３０はプリ
ント配線板のワイヤの金属と熱膨脹の係数が同等な金属
からなり、ダイパッド２４及び内部リード２６の表面に
モールド樹脂２０及びボンディングワイヤ２３との接着
性が良好な金属のクラッド層２７が形成されている構
成。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置用のリードフ
レームに関するもので、より詳細には、リードフレーム
の外部リードとプリント配線板のランドの熱膨張係数差
異によるはんだ接合部分のクラックを防止することがで
きる半導体装置用のリードフレームに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体装置の高集積化、メモリ容
量増大、信号処理の高速化、消費電力の増大、多機能化
及び高密度実装が加速的に要求される趨勢にあり、半導
体パッケージの重要性が増している。
【０００３】即ち、半導体装置の高集積化及びメモリ容
量の増大等により、入出力端子の数が増加するようにな
って、半導体装置の外部回路との接続のためのリードの
数が増加するようになってリードは微細ピッチ化されて
いる。
【０００４】それと合わせて、最近の実装技術の傾向
は、ＤＩＰ(dual in-line package)が実装される貫通ホ
ールタイプから、図２に示すように、ＳＯＰ(small out
linepackage)及びＱＦＰ(quad flat package) のかも
め翼形リード(gull wing lead)やＳＯＪ(small out-lin
e J-bend package) 及びＰＬＣＣ(plastic leaded chip
carrier) のＪ形リードのような表面実装技術ＳＭＴ(su
rface mount technology)タイプへと発展している。
【０００５】通常の半導体装置は、回路パターンが集積
化されたダイをニッケル−鉄を主成分とするリードフレ
ームのダイパッド上に付着させ、このダイのボンディン
グパッドとリードフレームの内部リードとの間をボンデ
ィングワイヤによって接続させた後に、前記ダイとボン
ディングワイヤによって連結された内部リードをＥＭＣ
(Epoxy Molding Compound)のような絶縁性の成形体によ
って封止し、前記リードフレームの外部リードのみ露出
させた半導体パッケージから構成される。
【０００６】このような半導体パッケージにおいては、
銅を主成分とするプリント配線板（ＰＷＢ）上のランド
ないしハイブリッド集積回路上の電極パッドに、はんだ
ペーストを利用してリードフレームの外部リードがはん
だ付けされる。
【０００７】前記リードフレームの金属は主にニッケル
−鉄合金を主成分としているが、その理由は、この合金
が、銅よりは電気伝導性や熱伝導率が落ちるが、機械的
な強度が銅より高く、また湿気や酸等に対する耐腐蝕性
が良好であり、パッケージ樹脂およびボンディングワイ
ヤとの接着性が良好であるためである。
【０００８】高密度及び軽薄短小化を追及するマルチチ
ップモジュールやハイブリッド半導体装置においては、
このようにニッケル−鉄を主成分とする金属からなるリ
ードフレームを使用した半導体パッケージをプリント配
線板上表面に実装させた状態から高温テスト、温度変化
の反復テスト等の信頼性のテストを受けるようになる。
【０００９】しかし、このような場合に、プリント配線
板のランド１１とリードフレームの外部リード１２との
間のはんだ接合部分１４には銅とニッケル−鉄合金の熱
膨脹係数の差によってせん断応力によるストレスが発生
されてしまい、はんだ接合部分にクラックが発生する恐
れがある。ちなみに、通常、リードフレームの材料であ
るニッケル−鉄合金の熱膨脹係数は４×１０-6／℃、プ
リント配線板上のランドのそれは１６×１０-6／℃、プ
リント配線板のそれは１５〜１７×１０-6／℃である。
【００１０】特に、前記信頼性テスト中の温度変化の反
復テストの場合には累積ストレスによる変形率が多変的
であるので、その接合面積が比較的大面積の場合には問
題視されていなかったことが、パッケージの微細ピッチ
化、軽薄縮小化の趨勢によってその接合面積が小面積に
なることによって、信頼性の問題が大幅に抬頭された実
状である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、この
ような従来技術の問題点を解決するためになされたもの
で、リードフレームの外部リードとプリント配線板のラ
ンドとの熱膨張係数差異によるはんだ接合部分のクラッ
クを防止し信頼性を高めることができる半導体装置用の
リードフレームを提供することにある。
【００１２】
【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、半導体ダイを搭載するためのダイパッド
と、前記半導体ダイのボンディングパッドとボンディン
グワイヤによって電気的に接続される内部リードと、プ
リント配線板に電気的に接続される外部リードとを備
え、前記内部リード及びダイパッドがモールド樹脂によ
り封止されている半導体装置用のリードフレームにおい
て、前記リードフレームは前記プリント配線板のワイヤ
の金属と熱膨脹の係数が同等な金属からなり、前記ダイ
パッド及び内部リードの表面にはモールド樹脂及びボン
ディングワイヤとの接着性が良好な金属のクラッド層が
形成されていることを特徴とする。
【００１３】前記金属のクラッド層はニッケル−鉄合金
または錫−ろう合金であることが好ましく、また、クラ
ッド層を成す合金はその融点が１８０℃以下であること
が好ましい。また、クラッド層の厚さはリードフレーム
の厚さの１０〜４０％程度であることが望ましい。ま
た、前記リードフレームを構成する金属は銅であること
が好ましい。
【００１４】
【作用】上記構成を有する本発明のリードフレームによ
れば、プリント配線板と外部リードの熱膨脹係数が同等
であるので、その外部リードとプリント配線板のランド
との間のはんだ接合部分のクラックを防止することがで
き、その表面実装の信頼性を向上させることができる。
【００１５】
【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例を
詳細に説明する。
【００１６】図１は本発明によるリードフレームを使用
する半導体パッケージの断面構造を示すものである。こ
の半導体パッケージはモールド樹脂２０内に半導体ダイ
２２、ボンディングワイヤ２３、リードフレーム３０の
ダイパッド２４及び内部リード２６を封止している。前
記モールド樹脂２０の外部には前記リードフレーム３０
の外部リード２８が露出されている。ここで、前記内部
リード２６はモールド樹脂２０によって封止されたリー
ドフレーム３０のリード部分であり、前記外部リード２
８はリードフレーム３０のリードの中のモールド樹脂２
０の外部に露出された部分である。
【００１７】前記リードフレーム３０の中の外部リード
２８を除外した内部リード２６とダイパッド２４の表面
にはニッケル−鉄または錫−ろう合金からなるクラッド
層２７が形成されている。このクラッド層を成すニッケ
ル−鉄合金または錫−ろう合金は１８０℃以下の低融点
をもっている。
【００１８】前記クラッド層２７を形成するのに利用さ
れる１８０℃以下の低融点をもつニッケル−鉄合金また
は錫−ろう合金は当業界で周知のものを特に限定するこ
となく使用することができる。また、前記クラッド層２
７は、銅からなるリードフレーム３０のモールド樹脂２
０との接着部分に熱圧着の方式によって被覆される。こ
のクラッド層２７の厚さは銅よりなるリードフレーム３
０の厚さの１０〜４０％にする。
【００１９】前記リードフレーム３０をモールドするの
に使用されるモールド樹脂２０の種類は特に限定される
ものでなく、当業界で周知のものを選択して使用するこ
とができる。
【００２０】このように構成されている本実施例による
リードフレーム３０において、外部リード２８は、プリ
ント配線板のランドとの熱膨脹係数が同一な銅系列の金
属であるため、はんだ接合部分の熱膨脹によるストレス
の発生を除去し、はんだ接合部分のクラック発生を防止
することができる。また、モールド樹脂２０の内部に封
止されるリードフレーム３０の内部リード２６とダイパ
ッド２４上にはモールド樹脂２０との熱膨張係数の差異
を緩衝させ、その接着力の向上を図るためにニッケル−
鉄または錫−ろう合金のクラッド層２７が形成されてい
るため、クラッド層２７が形成されていないリードフレ
ーム３０のモールド形成時に発生する問題、即ちリード
フレーム３０を成す銅の表面に形成される酸化膜によっ
てリードフレーム３０とモールド樹脂２０の密着性が弱
くなって、これらの密着部位の界面に沿って水分や汚染
物がパッケージ内に吸湿されるとか浸透する問題を防止
することができる。
【００２１】特に、外部リードの露出による腐蝕は憂慮
されているが、マルチチップモジュールやハイブリッド
装置は表面の実装後に樹脂によって被覆されているの
で、腐蝕等による問題は信頼性にほとんど影響を及ぼさ
ない。したがって、本発明のリードフレームはマルチチ
ップモジュールやハイブリッド装置等の高密度の実装を
要する半導体装置に適合する。
【００２２】なお、上記実施例においてはリードフレー
ム３０の封止された部分のその両面に全てにニッケル−
鉄または錫−ろう合金のクラッド層２７が形成される例
を述べているが、リードフレーム３０の上面のみにクラ
ッド層２７が形成されることも本発明の技術的な思想と
範囲に含まれるものであることに注意すべきである。
【００２３】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明に係るリ
ードフレームは、プリント配線板のワイヤの金属と熱膨
脹の係数が同等な金属からなるため、その外部リードと
ダイパッドとの間の熱膨脹係数の差異によるはんだ接合
部分のクラック発生を防止でき、また、モールド樹脂の
内部においてはモールド樹脂に封止されるリードフレー
ムの部分の表面に特定金属のクラッド層を形成すること
によりこれらの部分と樹脂との接着力を向上させ、リー
ドフレームとモールド樹脂との熱膨脹係数の差異を減少
させ、ヒールブレーク(heel brake)、パッケージラミネ
ーション剥離(de-lamination) 、クラック等の不良を防
止でき、半導体装置の信頼性を向上させることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例によるリードフレームを含む半
導体パッケージの断面構造を示す図である。
【図２】従来のかもめ翼形リード及びＪ形リードとプリ
ント配線板のランドとのはんだ接合部分の状態を示す図
である。
【符号の説明】
２０ モールド樹脂 ２２ 半導体ダイ ２３ ボンディングワイヤ ２４ ダイパッド ２６ 内部リード ２７ クラッド層 ２８ 外部リード ３０ リードフレーム

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体ダイを搭載するためのダイパッド
    と、前記半導体ダイのボンディングパッドとボンディン
    グワイヤによって電気的に接続される内部リードと、プ
    リント配線板に電気的に接続される外部リードとを備
    え、前記内部リード及びダイパッドがモールド樹脂によ
    り封止されている半導体装置用のリードフレームにおい
    て、 前記リードフレームは前記プリント配線板のワイヤの金
    属と熱膨脹の係数が同等な金属からなり、前記ダイパッ
    ド及び内部リードの表面にはモールド樹脂及びボンディ
    ングワイヤとの接着性が良好な金属のクラッド層が形成
    されていることを特徴とする半導体装置用のリードフレ
    ーム。
  2. 【請求項２】 前記金属のクラッド層はニッケル−鉄合
    金または錫−ろう合金のクラッド層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。
  3. 【請求項３】 前記金属のクラッド層を成す合金はその
    融点が１８０℃以下であることを特徴とする請求項２記
    載のリードフレーム。
  4. 【請求項４】 前記クラッド層の厚さはリードフレーム
    の厚さの１０〜４０％程度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。
  5. 【請求項５】 前記リードフレームを構成する金属は銅
    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。
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