JPH0738400B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＩＣ，ＬＳＩ等の半導体
チップを固定するのに用いるリードフレームに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より半導体チップを樹脂モールドで
一体化して複数ピンを突設した半導体装置の組立てには
金属性のリードフレームが用いられている。このリード
フレーム１０は薄い金属板をプレスで打ち抜いたり、エ
ッチングなどによって形成されており、その形状は図６
に示すように、半導体チップ１を取り付ける矩形のタブ
２をその４隅において支持するタブリード３と、タブ２
の周縁に内端を臨ませる複数のフィンガ４と、これらフ
ィンガ４及びタブリード３の外端を支持する枠部５と、
枠部５の両側縁に沿って定間隔に設けられたスプロケッ
ト孔６とからなっている。

【０００３】このようなリードフレーム１０を用いて半
導体装置を組み立てるには、まずタブ２に対向させ半導
体チップ１を取り付けた後、半導体チップ１の各電極と
これに対応するフィンガ４の内端をワイヤあるいはワイ
ヤを用いず直接に接続し、その後矩形枠部５の内側領域
を合成樹脂でモールドし半導体チップ１を被覆し、次い
で枠部５を切除し、フラットリードあるいはインライン
型の半導体装置を得るのである。

【０００４】ワイヤを用いず直接に接続するものとして
は図７に示すように、シリコン７上に形成されたアルミ
ニウム電極８がシリコン表面に形成された保護膜９より
薄く、半導体チップ１の内方に形成されているため、こ
の電極８と接続されるフィンガ４の先端にはバンプ４ａ
を突設して接触を確実に行うようにしている。このよう
なバンプ４ａは、フィンガ４の先端を残して肉薄状にな
るまでエッチングする方法や、肉薄状のフィンガ４の先
端に、別途製作されたバンプ突起を接合することによっ
て作られる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の半導
体装置にあってはリードフレーム１０のフィンガ４と半
導体チップ１の電極との接続作業が極めて困難なもので
ある。最近のように半導体装置のピン数、即ちリードフ
レーム１０のフィンガ４の数が増加し、しかも小型化に
よって隣接するフィンガ４の間隔が小さく、フィンガ４
自身の幅も細くなってくると、接続作業の能率，確実性
は製品コストに対して無視できないものとなっている。

【０００６】特に、バンプ４ａを半導体チップ１の電極
８に接合する際、その押圧加工時のバンプ潰れ変形量
が、どのバンプにおいても均一でないとフィンガにその
フィンガの横並び方向への傾きや曲り（横ずれ）が発生
し隣接フィンガと異常接近し易く歩留りの低いものとな
る。これを抑制するにはフィンガを肉厚にしなければな
らなくなるが、これでは、押圧加工力時のフィンガ押し
曲げ力を増加せねばならず、チップにとって好ましくな
い。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の点に鑑み
てなされたもので、フィンガと半導体チップとの接続が
行い易くかつ接続された半導体チップを正確に維持でき
るよう機械的強度の高いリードフレームを提供すること
を目的とする。

【０００８】上記目的を達成するための手段として、本
発明はリードフレーム１０の横並び状に配列されたフィ
ンガ４を半導体チップ１との接合側の硬度が、その反対
側の硬度より低くなるよう設定するとともに、 フィンガ
基部４ｂとバンプ４ａとの間を、フィンガ４の上記接合
側より押圧加工して、フィンガ基部４ｂの横並び方向に
幅広くかつバンプ４ａの半導体チップ１への接合方向に
肉薄の薄肉部４ｃを配したものである。

【０００９】

【作用】このように構成されたフィンガ４の薄肉部４ｃ
は、フィンガ基部４ｂとの間つまり中間部分を、フィン
ガ４の半導体チップ１との接合側の硬度を反対側より低
く設定し、この低硬度側から押圧加工して形成されるた
め、押圧加工成形し易く、またフィンガ４全体の形状及
び隣接ピッチは高硬度側で維持され精密な形状が得られ
る。 そして得られた薄肉部４ｃは、フィンガ基部４ｂの
横並び方向に幅広状となっているため、横並び方向へ曲
がり変形しにくく隣接するフィンガとの異状接近が回避
でき所定のピッチを維持する。 また薄肉部４ｃは、半導
体チップ１への接合方向には薄肉状となっているため、
例えばボンデイングツール等の押圧加工力は硬質側背面
で受け止められうまく追従して変形し、必要以上の押圧
加工力を要せず、軟質側のバンプ４ａと電極８との接合
前の位置決めを保ったまま確実に電極８に接続すること
ができる。

【００１０】

【実施例】図１は本発明の実施例によって製造されたリ
ードフレーム１０の一部を断面した斜視図である。

【００１１】リードフレーム１０は、ポリイミド，ポリ
エステル等の合成樹脂からなる電鋳成形用の土台となる
ベース材、例えばフィルム１１上に積層されたニッケル
その他の導電性金属薄膜からなり、従来例と同様に半導
体チップ１を取り付ける矩形のタブ２と、タブ２を支持
する４本のタブリード３と、タブ２の周縁に内端を臨ま
せる複数のフィンガ４と、これらフィンガ４とタブリー
ド３の外端を支持する枠部５とを有し、前記フィルム１
１のタブ２に対向する位置にはデイバイス孔１２を穿
ち、フィルム１１の前記枠部５の両端部には、リードフ
レーム１０の組立，搬送の際の位置決め孔であるスプロ
ケット孔６が形成してある。

【００１２】図２はこのリードフレームの成形工程を示
す図で、まず（ａ）〜（ｂ）図に示すようにポリイミ
ド，ポリエステル等の合成樹脂からなるベース材として
のフィルム１１にプッシュバック法によるプレス加工で
デイバイス孔１２を設ける。プッシュバック法は（ａ）
図の如くまず押型によって所望部分を打ち抜き、次いで
受型を再度上昇させて（ｂ）図の如く切抜片１１ａを一
度穿つたデイバイス孔１２内に嵌合保持させる加工方法
である。従って、加工後はフィルム１１はデイバイス孔
１２が開口されない（ｂ）図の状態で維持され、一枚の
シートとして取扱うことができる。尚、このデイバイス
孔１２の形成時には、その他前記スプロケット孔６等の
窓部も同時に成形することができる。

【００１３】次に開口されない前記フィルム１１上には
（ｃ）図の如く銅などの導電性金属層１３が無電解メッ
キ，蒸着などの手段にて形成される。更に導電性金属層
１３の上には（ｄ）図のようにフォトレジスト層１４が
塗布され、フォトマスク１４をかけて所望パターンに露
光した後洗浄することにより、ポジティブ型レジストを
用いる場合は感光した部分のみ取り除かれて（ｅ）図の
如きレジスト層１４が導電性金属層１３上に形成され
る。勿論ネガティブ型レジストを用いる場合はフォトマ
スク１４のパターンは逆になる。プッシュバック後のこ
の導電性金属層やフォトレジスト層は切抜片１０の不要
な脱落を防止する仮止め手段としての機能を有するもの
で、ベース材が比較的厚物の場合とくらべ、フィルムの
ように薄状物のプッシュバックされた物のように脱落し
易いものの仮止めに特に有効である。

【００１４】次にこのフィンガ１１上に亜セレン酸や苛
性ソーダ等により剥離処理を施し、ニッケルなどの金属
を電鋳成形すると、（ｆ）図に示すようにレジスト層１
４が形成されていない導電性金属層１３の上に所望パタ
ーンのリードフレーム１０が形成される。

【００１５】ニッケルなどの金属でリードフレームを電
鋳する際、０．０７％以下の光沢剤（カーボン０．０１
〜０．０４％，イオウ０．０１〜０．０４％でこれらの
合計が０．０７％以下）が使用される。光沢剤の含有率
は通常０．１％程度であるが、このように含有率が高い
と、ＩＣチップとの接合時におけるリードフレームの温
度上昇により、ニッケルが脆化する。そのため光沢剤の
含有率は０．０７％以下に制限するのが好ましい。また
光沢剤を全く含有しなければ、機械的強度が十分に得ら
れず、加工時の変形によって隣のリードと短絡する恐れ
がある。

【００１６】そこで本実施例では、剥離処理を施したフ
ィルムをまず光沢剤が含有されないかまたは少ない状態
でニッケルなどの金属で電鋳を行い、次いで光沢剤を上
記の割合より多く含有する状態で電鋳を行うことによ
り、軟質層と硬質層の二層を重ね合わせたリードフレー
ムを作る。

【００１７】勿論、光沢剤含有量の異なる更に別の電鋳
を行えば、三層以上のものも可能となる。光沢剤を入れ
ないで電鋳すると、表面が粗面化され凹凸の著しいもの
となり、このためＩＣチップとの接合時の温度集中、特
に圧接状態で接合する際の温度集中が起こり易く、接合
を確実なものとすることができる。一方、接合面と反対
側に光沢剤入りの層を設ければ、リードフレームとして
の機械的強度を確保することができる。なお、光沢剤の
含有率は前記実施例で述べたように０．０７％以下に制
限する方が望ましい。

【００１８】電鋳成形後にレジスト層１４を除去し、次
いでデイバイス孔１２を含む窓部を閉鎖している切抜片
１１ａを抜き落とせば、（ｇ）図の如き断面のリードフ
レーム１０が合成樹脂フィルム１１上に形成されるので
ある。この場合、導電性金属層１０は電鋳のための導電
性を確保するために設ける程度の厚さ例えば５〜１０μ
程度であるので、抜き落とし力は小さくて済みリードフ
レーム１３を変形させることはない。

【００１９】尚、上記実施例においては、リードフレー
ム１０は合成樹脂フィルム１１上に形成したが、合成樹
脂フィルム１１の代わりに導電性の金属ステンレス等の
ように電鋳成形用の土台としてその表面に導電性を備え
ていればフィルム状のものより厚いものなど種々の素材
が適用できる。

【００２０】この場合は、図２（ｃ）に示す如き銅など
からなる導電性金属層１３を新たに設けることがなく、
ステンレスベース材１１の上にフォトレジスト層１４を
形成し、直接電鋳によってステンレスベース材上にニッ
ケルからなるリードフレーム１０を形成することが可能
である。

【００２１】この状態で得られたリードフレームのフィ
ンガ４は半導体チップとの接合面側の硬度より反対面側
の硬度を高くなるよう軟質層と硬質層のように２層状に
形成され７０μ程度の一定の厚みを有している。そこで
図３に破線に示す位置のみを軟質層側からプレス加工す
る。即ち、図４に示すように上型Ａ及び下型Ｂによって
リードフレーム１０の枠部５及びフィンガ４のフィンガ
基部４ｂに予圧を加えた状態で、上型Ａに対し移動可能
に設けられた第２上型Ｃを微かに下降させる。その結
果、図５（ａ），（ｂ）に示す如きフィンガ基部４ｂと
先端との中間部が軟質層側から容易に変形し薄肉部４ｃ
が幾分幅広に形成されるとともに、上型，下型によって
押圧されないフィンガ先端には膨出するバンプ４ａが同
時に形成される。このバンプ４ａの高さ（薄肉部４ｃ上
面とバンプ４ａ上面との段差）は一般に１２〜１５μ程
度あれば良い。

【００２２】このようにして、フィンガ基部４ｂとバン
プ４ａとの間に形成される薄肉部４ｃは、フィンガ基部
４ｂの横並び方向に幅広く、この方向への曲り変形耐力
が大きなものとなるとともに、バンプ４ａの半導体チッ
プ１への接合方向へは肉薄状となり、この方向への曲り
変形力を小さなものとすることができる。

【００２３】バンプ４ａを半導体チップ１の電極に接続
する際は、ボンディングツール等で半導体チップ１に対
し相対的に押圧するが、バンプ４ａの潰れ変形量のばら
つきは薄肉部４ｃが接合方向にそれぞれ変形して対応す
るため、押圧加工力を必要以上に高めることを要せず、
またこのとき薄肉部４ｃが接合方向にそれぞれ変形して
対応するため、押圧加工力を必要以上に高めることを要
せず、またこのとき薄肉部４ｃはフィンガ４の横並び方
向へ変形しにくいため、隣接するフィンガ間ピッチが異
常に接近することがなく横ずれを防止することができ
る。このようにして寸法誤差等を吸収し、断線すること
なく電極に接続され得る。

【００２４】また半導体チップ１と接続するバンプ側よ
りプレスすることにより、プレス後は、薄肉部４ｃはバ
ンプ側へ反り状に変形し、このためフィンガ４よりバン
プ部は半導体チップ側へより多く突出し接続をより容易
にしている。特に、フィンガの接続面側が軟らかく、背
面側が硬いため、この効果はより顕著である。勿論、フ
ィンガ４の先端と半導体チップ１の電極間をワイヤボン
ディングする場合も同様に効果が発揮される。

【００２５】尚、上記実施例では、リードフレーム全体
の成形を電鋳により行ったが、本発明はこれに限定され
ることなく、プレス成形，エッチング加工等によって一
体成形されたリードフレームにも適用できることは明ら
かである。

【００２６】

【発明の効果】以上のように本発明は、リードフレーム
１０の横並び状に配列されたフィンガ４を半導体チップ
１との接合側の硬度が、その反対側の硬度より低くなる
よう設定するとともに、 フィンガ基部４ｂとバンプ４ａ
との間を、フィンガ４の上記接合側より押圧加工して、
フィンガ基部４ｂの横並び方向に幅広くかつバンプ４ａ
の半導体チップ１への接合方向に肉薄の薄肉部４ｃを配
したのでフィンガ４の軟質な接合側より押圧加工して確
実な薄肉部４ｃが形成でき、接続時のフィンガと半導体
チップ間の加圧力の変動は薄肉部で緩和され、チップを
損なうことなく確実に接続でき、またその際のフィンガ
の横ずれ力は薄肉部に集中し横並び方向へ変形させよう
とするが、薄肉部はこの横並び方向に幅広く変形耐力が
高いため隣接フィンガとのピッチ異常を生ぜしめること
なく小型でフィンガ数の多いものであっても容易にかつ
精度のよい半導体装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例のリードフレームを示す部分斜視
図である。

【図２】実施例のリードフレーム製造工程の一部を説明
する図である。

【図３】実施例のリードフレーム製造工程におけるバン
プ形成の際のプレス位置を示す平面図である。

【図４】実施例のリードフレーム製造工程におけるプレ
ス作業を説明する断面図である。

【図５】（ａ）および（ｂ）は実施例のフィンガ形状を
示す断面図及び斜視図である。

【図６】一般的なリードフレーム形状を示す平面図であ
る。

【図７】バンプと半導体チップの電極との関係を示す断
面図である。

【符号の説明】

１ 半導体チップ ４ フィンガ ４ａ バンプ ４ｂ フィンガ基部 ４ｃ 薄肉部 ８ 電極 １０ リードフレーム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−226155（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リードフレーム１０の横並び状に配列さ
   れたフィンガ４を半導体チップ１との接合側の硬度が、
   その反対側の硬度より低くなるよう設定するとともに、
   フィンガ基部４ｂとバンプ４ａとの間を、フィンガ４の
   上記接合側より押圧加工して、フィンガ基部４ｂの横並
   び方向に幅広くかつバンプ４ａの半導体チップ１への接
   合方向に肉薄の薄肉部４ｃを配してなる半導体。