JPH0812897B2 - 半導体モジュール - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体チップをプリ
ント回路基板に取り付けるのに用いられるリードフレー
ムとして独特の構造のリードフレーム導体を用いる改良
された導体モジュールまたはパッケージに関する。この
発明による各リードフレーム導体は、ワイヤボンディン
グのための凹部領域を先端に有し、各リードはチップ上
面に延在して接着性絶縁材料を介してチップに結合さ
れ、ワイヤボンデイングによりチップパッドと結合され
る。

【０００２】

【従来の技術】この発明と同一譲受人に譲渡された米国
特許第４，８６２，２４５号は、リードフレームをチッ
プの面上に延在させることによって、チップを保護コー
ティングで封止する前に、半導体チップに対してリード
を配置して固着するための技術を開示している。

【０００３】このような封止されたデバイスに使用され
るリードフレームを作製するための形成過程において、
リードフレームフィンガの表面は王冠状にされる。すな
わち、カバーは丸みをつけられ、半球形にされる。これ
らの王冠状の面にワイヤをボンディングすることは難し
いことがわかった。従って、チップ上のパッドと米国特
許第４，８６２，２４５号に教示されたリードフレーム
との間にワイヤがボンディングされる過程において、欠
陥が発生することがある。

【０００４】米国特許第４，８６２，２４５号の問題を
解決するために、リード先端部を成形加工し、リード先
端のワイヤボンデイング領域となる部分をリード本体部
分よりも薄くし、リードの最先端まで一様に平らに形成
した場合は、別の問題が生じる。すなわち、このような
リードをチップ上面に延在させ、接着性絶縁材料を介し
てチップに結合する場合、リードを接着性絶縁材料に熱
圧着する際の押圧力が不均一になる結果として、リード
の曲がりあるいは変形が生じ、リードとチップとの間で
信頼性ある機械的及び電気的結合を達成できなくなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、リ
ードフレームのリードが半導体チップの上面に延在して
接着性絶縁材料を介してチップに結合され、このような
リードとチップパッドとをワイヤボンデイングにより接
続する形式の半導体モジュールにおいて、接着性絶縁材
料上のリードの曲がりまたは変形を防止し、平坦性を維
持することによって、リードとチップとの間で信頼性あ
る機械的及び電気的結合を達成することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明の上記目的は、
リード先端に、改良されたワイヤボンデイング領域を有
するリードフレームによって達成される。リードフレー
ムのリード先端は、半導体チップのパッドとリードとを
ワイヤボンディングによって接続するのに適した凹状ボ
ンデイング領域として形成され、且つ先端の凹状ボンデ
ィング領域は凹んでいない領域によってリードの最先端
から分離される。従って、凹状ボンデイング領域を挟む
リード本体部分とリード最先端部分は同じ厚さを有す
る。従って、リードを半導体チップの上面に延在させ、
リードを接着性絶縁層に熱圧着してチップに結合する場
合、リード全体にわたって一様に押圧力を加えることが
できるから、リードの曲がりまたは変形を防止してリー
ドの平坦性を維持し、リードとチップとの間で信頼性あ
る機械的及び電気的結合を実現することができる。

【０００７】

【実施例】図１はこの発明の一実施例の分解図であり、
互いに結合されるリードフレーム１０と所定形状の絶縁
層１１と半導体チップ１２との空間的関係を示してい
る。リードフレーム１０は、金属シート素材から形成さ
れ、先端１６ａがクロスバー１７と縁部条帯１８とによ
って所定位置に保持された複数の導体１６が設けられて
いる。導体の先端１６ｂは浮遊状態にある。リードフレ
ームの各辺の最も外側の導体は、延出されたバスバー１
９によって相互に接続され得る。これらのバスバー１９
は、チップパッド１４の中央に配置された列に対して全
体的に平行となるように配置されている。リードフレー
ムを形成するシート素材は、従来使用されている他の合
金または金属も容易に使用可能であるが、好ましくは銅
またはアルミニウムである。ここで使用するリードフレ
ームの用語は当該技術分野で良く知られており、このリ
ードフレームの材料厚さ、強度等は良く知られ、このリ
ードフレームと云う用語を使用すれば多数の市販源から
このような品目を入手することができる。当該技術分野
では、このリードフレームと云う用語は、金属シート素
材から、特定の機械的強度基準に合致した十分な寸法と
強度とに形成された金属構造を意味する。典型的には、
このようなリードフレームを使用するためのパッケージ
から延出する導体は、厚さが０．０２ミリメートルない
し０．２ミリメートル、幅が約０．２ミリメートルない
し０．３８ミリメートルで、若干の整列のずれがあって
もゆがみや反りを生じさせることなく、ソケットに具合
よく挿入でき、あるいは表面実装プリント回路基板に固
定できる強度を持つ。このようなリードフレームは、半
導体集積回路の技術分野で広く使用され、知られてお
り、多数の業者によって製造されている。

【０００８】絶縁層１１は、図示したように、中央に設
けられた開口１３を有する単一の部材とすることがで
き、あるいは、米国特許第４，８６２，２４５号に示さ
れたような２個の離れた突出部として形成することがで
きる。図３及び図４に示したこの絶縁層１１は、典型的
には、両側を０．０２ミリメートルの厚さの接着層１１
ｂ及び１１ｃで被覆した０．０２５ミリメートルの厚さ
のポリイミドフィルムである絶縁性基材またはフィルム
で形成される。このフィルムは、２７５℃より高い溶融
温度を有し、ハライドのようなイオン化可能な種、また
はナトリウムのような活性金属を含まない。このような
目的に適したポリイミドの一例は、ＫＡＰＴＯＮの商品
名でE.I.DuPont De Nemours & Co. により販売されてい
る。

【０００９】適当な接着材は、ブチラルフェノール、エ
ポキシまたはアクリル系のものである。

【００１０】チップ１２は、その面１５上に、中央に配
置されたパッド１４の列を有する。図示したように、チ
ップの縁端上に付加的なパッドを配設することができ
る。

【００１１】図２は、この発明を用いた完成状態のパッ
ケージ２０を示し、解りやすくするためと、組立後のリ
ードフレーム１０、絶縁層１１及び半導体チップ１２の
内部構造及び配置を示すためとにより、封止材料２１が
部分的に除去されている。封止後、図１に示したリード
フレームの縁部条帯１８及びクロスバー１７は除去さ
れ、パッケージから延出する導体１６の外側リード端１
６ａは所望の形状に成形され、信号及び電圧ラインと接
続されるようになっている。

【００１２】図３は、半導体チップ上のボンディングパ
ッドに隣接するリードフレーム導体の先端１６ｂが、チ
ップパッド１４とリード導体１６とを接続する金ワイヤ
２４のためのより良いボンディング領域となるように、
均一な面積及び厚さのランドを構成するように成形また
は型押し加工された１つの構造例を示している。

【００１３】図３において、リードフレーム導体１６の
先端１６ｂは、ワイヤボンディングのための均一に平坦
なランドを形成するように型押し加工される。型押し加
工または刻印加工により、各導体１６の先端１６ｂは、
例えばリードの元の厚さの１／２の厚さに実質的に減少
される。各導体１６の端１６ｂがこのように型押し加工
あるいは刻印加工された後、リードフレーム導体１６及
びバスバー１９は、下層の半導体チップ１２の主面１５
に接着される。これは、接着材で被覆された絶縁層１１
ａをリードフレームとチップとの間に設け、チップ１２
と接着材被覆絶縁層１１とリードフレーム導体１６とか
ら成るアッセンブリ上にサーモード３１を置き、リード
フレーム導体１６とバスバー１９とを上方の接着層１１
ｂに押圧し、熱圧着することによって行われる。

【００１４】サーモード３１は、リードフレーム導体１
６を加熱し、圧力を加える。サーモード３１によって加
えられる圧力及び熱は、リードフレーム導体の下にある
接着層１１ｂ及び１１ｃを部分的に溶融し、フィルムを
リードフレーム及びチップ面１５に接着させる。接着層
１１ｂが導体１６の下で溶けると、この導体１６は接着
層１１ｂに押し込まれる。図３に示すようなサーモード
が使用されたとき、導体１６の成形された先端はサーモ
ードと直接には接触せず、図３に示すように、下側の接
着剤の力により上方に曲げられることがある。このよう
に変形されたボンデイング領域は、ワイヤ２４がこれに
ボンデイングされると問題を生じさせる。すなわち、こ
れらのランドの曲がり及びゆがみは、ワイヤボンデイン
グの歩留り低下及びワイヤボンデイングの信頼性低下の
原因となる。これらの変形されたランドは好ましくな
い。

【００１５】図４は本発明の好ましい実施例を示し、リ
ードフレーム導体１６を断面で示している。リードフレ
ーム導体１６は、凹状に加工されていない小さなアイラ
ンド領域４１によって導体１６の最先端部から隔離され
た凹状のボンデイング領域４０を形成するように成形加
工されている。これによって、図３に関連して上述した
ような、リードの先端の曲がり及びゆがみを生じさせる
ことなく、層１１ａ、１１ｂ及び１１ｃを介してリード
フレーム導体をチップの表面に接着するのに、平坦なサ
ーモードを使用できるようになる。

【００１６】図４において、リードフレーム導体１６に
は、その最先端の成形加工されていない小さなアイラン
ド領域４１によってリード最先端から離隔された凹状に
加工されたランド４０が形成されている。これらのアイ
ランド領域は元の厚さを保持し、サーモード３１がリー
ドフレーム導体１６と接触させられたとき、サーモード
３１は、リードフレーム導体１６の端部を加熱し、各リ
ードフレーム導体の残余部分に加わるのと同じ圧力を加
え、各リード導体の全長を一様に加圧して接着層１１ｂ
に一様に押し込む。従って、これらのアイランド４１
は、ボンデイング領域に曲がりまたは変形を生じさせず
にサーモード３１によってリード先端に十分な圧力と熱
とを確実に加えるための圧力点として働く。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば、ワイヤボンデイングに
適した平坦なボンデイング領域をリード先端に確保した
まま、リード全体に対して一様に押圧力を加えることが
できるから、リードを半導体チップの上面に延在させ接
着性絶縁層を介してリードをチップに結合する場合、リ
ードの曲がりまたは変形を防止してリードの平坦性を維
持し、リードとチップとの間で信頼性ある機械的及び電
気的結合を実現することができる。リードはチップの上
面に延在し、接着性絶縁材料を介してチップに結合され
るから、リードはチップに対して機械的に強固に固定さ
れ、従って機械的安定性が増し、ワイヤボンデイング及
び封止材料による封止の操作が容易になる。また、リー
ドはチップの上面に延在し、チップ上面の領域内でリー
ドとチップパッドとのワイヤボンデイングが行われるか
ら、半導体モジュールをコンパクトにすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】チップと接着材被覆絶縁層と本発明によるリー
ドフレームとの間の空間的関係を示す、本発明の一実施
例の分解図である。

【図２】主面上に本発明によるリードフレームを有する
半導体チップの一部破断図である。

【図３】最先端まで一様に平坦に加工されたリードフレ
ーム導体を、サーモードにより、絶縁層を介して半導体
チップの表面に接着するときの様子を示す断面図であ
る。

【図４】本発明の好ましい実施例による、先端が凹状に
加工されたリードフレーム導体を、サーモードにより、
絶縁層を介して半導体チップの表面に接着するときの断
面図である。

【符号の説明】

１０ リードフレーム １１ 接着材被覆絶縁層 １２ 半導体チップ １４ パッド １６ リードフレーム導体 １６ａ 外側リード端 ２０ パッケージ ２１ 封止材料 ２４ ワイヤ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−98547（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上面にパッドが設けられ、封止材料で封止
   された半導体チップと、 上記チップの上記上面上に延在する複数の導電性リード
   を有するリードフレームとを有し、 上記リードの先端は上記パッドに隣接して配置され、且
   つ凹状のボンディング領域を有し、 上記リードの上記先端とは反対側のリード端部分は上記
   チップ及び上記封止材料から外側に延びて、信号及び電
   圧ラインと接続するようになっており、 上記リードの各上記先端の凹状ボンディング領域は凹ん
   でいない領域によって上記リードの最先端から分離され
   ており、 接着性絶縁材料が上記チップと上記リードとの間に配設
   されて、この接着性絶縁材料を介して上記リード及び上
   記チップが結合されており、 上記凹状ボンディング領域と上記パッドが導電性ワイヤ
   手段によってボンディングされて、上記リードを上記パ
   ッドに電気的に接続していることを特徴とする、 封止された半導体モジュール。
2. 【請求項２】上記絶縁材料が接着層で被覆されたポリイ
   ミドフィルムからなることを特徴とする請求項１に記載
   の半導体モジュール。