JP2001352028A - 半導体デバイスパッケージの外部リードを外部電極に接続する方法 - Google Patents

半導体デバイスパッケージの外部リードを外部電極に接続する方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 鉄ニッケル合金の外部リードと外部電極との
間のはんだ接合力が温度サイクルによって低下すること
を抑制し得る接続方法を提供する。 【解決手段】 半導体デバイスパッケージの鉄ニッケル
合金からなる外部リード(7)を外部電極(6)に接続
する方法において、その外部リードのうちで少なくとも
外部電極(6)に接続される外部リード接続領域ははん
だめっき層を有し、少なくとも外部リード接続領域にお
けるはんだめっき層の接合性を加熱処理によって向上さ
せ、その後に外部リード接続領域を外部電極へ付加的な
はんだ(4)によって接続することを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体デバイスチッ
プを含む半導体デバイスパッケージの外部リードを外部
電極に接続する方法に関し、特に、鉄とニッケルを主要
成分として含む外部リードをはんだを介して外部電極へ
強固に接続する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、半導体デバイスチップは、外部
回路への電気的接続を可能にするためにリードフレーム
上に装着されるとともに、樹脂モールドなどによって外
界から保護される。ところで、半導体デバイスチップに
おける回路の集積度の増大に伴って、リードフレームに
含まれる端子数も増大させて高密度化させる必要があ
る。また、半導体デバイスチップの高出力化や大型化に
伴って、その動作電流の増大による発熱量も増大し、リ
ードフレームの熱膨張による影響が問題となる場合もあ
る。
【0003】このような事情から、半導体デバイスパッ
ケージの接続端子として用いられるリードフレームにお
いては、打ち抜き成形性、低熱膨張率、硬度などの諸特
性の観点から、一般に鉄ニッケル合金が用いられること
が多い。この場合に、鉄ニッケル合金とSn−Pbはん
だとのぬれ性を確保するために、リードフレームの外部
リードのうちで少なくとも外部電極に接続される外部リ
ード接続領域には、一般にSn−Pbはんだめっきが施
されている。
【0004】他方、近年ではPb汚染による環境問題の
観点から、リードフレームの外部リードを無鉛はんだを
用いて外部電極に接続する方法が検討されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】無鉛はんだとしては、
種々の合金系が提案されているが、比較的低い融点と比
較的良好なはんだ付け性を有するSn−Ag−Bi系お
よびSn−Ag−Bi−Cu系のはんだが注目されてい
る。
【0006】しかしながら、半導体デバイスパッケージ
のリードフレームが鉄ニッケル合金からなる場合におい
て、上記のような無鉛はんだを用いて鉄ニッケル合金の
外部リードを外部電極に接続した場合に、以下のような
問題が生じることを本発明者たちが見出した。
【0007】すなわち、本発明者たちは、鉄ニッケル合
金の外部リードを有するQFP(quad flat package)
型パッケージをプリント基板のような誘電体基板上の外
部電極へBi含有無鉛はんだを用いて接続した後に温度
サイクル試験を行なったところ、鉄ニッケル合金とその
無鉛はんだとの界面で急激な接合強度の低下が発生する
という問題のあることを見出したのである。
【0008】したがって、本発明者たちが見出したこの
ような知見に鑑み、本発明は、半導体デバイスパッケー
ジの外部リードが鉄ニッケル合金からなる場合であって
も、その外部リードと外部電極との間のはんだによる接
合力が温度サイクルによって低下することを抑制し得る
接続方法を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体デバ
イスパッケージの外部リードを外部電極に接続する方法
においては、その外部リードが鉄とニッケルを主要成分
として含む合金からなっており、外部リードのうちで少
なくとも外部電極に接続される外部リード接続領域はは
んだめっき層を有し、少なくとも外部リード接続領域に
おけるはんだめっき層の接合性を加熱処理によって向上
させ、その後に外部リード接続領域を外部電極へ付加的
なはんだによって接続することを特徴としている。
【0010】なお、そのような外部リードが有するはん
だめっき層は、Biを含んでいないことが好ましい。
【0011】また、外部リードが有するはんだめっき層
は、電気めっきによって好ましく付与され得る。
【0012】さらに、外部リード接続領域を外部電極に
接続するための付加的なはんだは、Biを含む無鉛はん
だであることが好ましい。
【0013】さらに、外部電極に対する外部リード接続
領域の接続は、付加的なはんだのリフローによって好ま
しく行なわれ得る。
【0014】さらに、少なくとも外部リード接続領域に
おけるはんだめっき層の接合性を加熱処理で向上させた
後に、少なくともその外部リード接続領域が無鉛はんだ
で被覆されてもよい。
【0015】
【発明の実施の形態】(実施例1)図1は本発明の実施
例1による接続方法において一例として用いられるQF
P型パッケージを示す模式的な上面図であり、図2はそ
のパッケージにおける外部リードの構造を説明するため
の模式的な断面図である。なお、本願の各図において、
長さや幅などの寸法関係は、図面の明瞭化と簡略化のた
めに適宜に変更されており、実際の寸法関係を表わして
はいない。
【0016】図1と図2に示されているようなQFP型
パッケージでは、樹脂モールド領域2内において半導体
デバイスチップが鉄ニッケル合金のリードフレーム7の
中央部上に装着されている。このようなQFP型パッケ
ージは、たとえば以下のようにして形成されて、外部電
極へ無鉛はんだで接続され得る。
【0017】(1) まず、鉄ニッケル合金のリードフ
レームがパンチプレスなどの打ち抜きによって形成され
る。
【0018】(2) 得られたリードフレームのダイボ
ンド領域(領域2内)にAgめっきが施される。
【0019】(3) そのダイボンド領域において、た
とえばインジウム合金を用いて半導体デバイスチップが
接合される。
【0020】(4) 半導体デバイスチップに形成され
ている電極パッドとリードフレームの内部リードとがA
uまたはAlのワイヤを用いたワイヤボンディングによ
って接続される。
【0021】(5) これらの半導体チップ、ボンディ
ングワイヤ、およびリードフレームの内部リードを保護
するために、たとえばトランスファモールドなどの方法
によって樹脂パッケージ2が形成される。
【0022】(6) リードフレームの外部リード部に
Sn−Pbはんだ合金層が電気めっきによって形成され
る。
【0023】(7) 一連のリードフレームから各半導
体チップごとのパッケージとして分離するように、外部
リード部の周縁に沿ってパッケージを打ち抜いた後に、
各外部リードが図2に示されているようなガルウィング
(カモメの翼)の形状に成形される。
【0024】(8) 以後、本発明の特徴として、各外
部リードにフラックスが塗布される。
【0025】(9) たとえばリフロー炉を用いた加熱
処理によって、Sn−Pb合金の金属拡散層8が鉄ニッ
ケル合金の外部リード1の表面に形成される(図2参
照)。
【0026】以上のようにして得られた図2に示されて
いるようなQFP型パッケージの外部リードを外部電極
へ無鉛はんだを用いて接続した場合の温度サイクル試験
が、図3に図解されているような方法によって行なわれ
た。
【0027】図3においては、プリント基板5上に外部
電極としてのランド6が形成されている。ランド6上に
は、無鉛はんだの一例としてSn−3.0Ag−3.0
Bi−0.7Cuのクリームはんだ(ペースト状はん
だ)4が塗布された。QFP型パッケージのリードフレ
ーム7の外部リード接続領域をランド6上に載置し、ク
リームはんだのリフローによって接合が行なわれた。こ
のような無鉛はんだ4による接合に対して、−40℃で
30分間保持しかつその後に125℃で30分間保持す
ることを1サイクルとする温度サイクル試験が行なわれ
た。
【0028】その後、図3に示されているように直径1
20μmのピアノ線3がリードフレーム7の外部リード
の1つに引っかけられ、矢印で示されているようにその
外部リードがランド6から引き剥がされやすい方向に引
張られた。そして、無鉛はんだ4による接続が破断する
ときの荷重(N)が測定された。この際に用いられた引
張試験器は島津製作所製のオートグラフAG−1000
Bであり、引張速度は3mm/minに設定された。こ
のような実施例1における温度サイクル後の引張試験の
結果が、表1において比較例によるQFP型パッケージ
との比較において示されている。
【0029】
【表1】
【0030】なお、この試験において実際に用いられた
パッケージの外部リードは200μmの幅を有してい
て、0.4mmのピッチで配列されていた。また、実施
例1の試験と比較例の試験とにおいて、実施例1では外
部リードのSn−Pbめっき層が大気中でピーク温度2
40℃のもとでリフローされたのに対して、比較例では
そのようなリフローが施されなかったことのみにおいて
異なっていた。
【0031】表1から明らかなように、比較例のQFP
型パッケージにおいては温度サイクル試験のサイクル数
の増大とともに外部リードの接続強度が急激に低下して
いることがわかる。他方、実施例1によるパッケージに
おける外部リードの接続強度は、温度サイクル数が増大
してもその接続強度の低下割合が小さくて安定であるこ
とがわかる。特に、温度サイクルが1000サイクル以
上においては、実施例1によるパッケージの外部リード
の接続強度は、比較例のものに比べて2倍以上の引張強
度を有していることがわかる。
【0032】以上のように、本発明に従って半導体デバ
イスパッケージの外部リードの表面上のSn−Pbめっ
き層をリフローさせて金属拡散層8を形成することによ
って、その外部リードを外部電極に無鉛はんだを用いて
接続した場合にも温度サイクルによる強度低下を抑制し
得ることがわかる。
【0033】(実施例2)図4は、本発明の実施例2に
よる外部リードの接続方法を説明するための模式的な断
面図である。図4の半導体デバイスパッケージにおける
鉄ニッケル合金外部リード1の表面には、実施例1の場
合と同様にSn−Pb合金の金属拡散層8が形成されて
いる。しかし、図4における外部リードにおいては、そ
の金属拡散層8が、さらに無鉛はんだ層9によって被覆
されている。このような無鉛はんだ層9は、めっきによ
って好ましく形成され得る。
【0034】図4に示されているような外部リードを有
する半導体デバイスパッケージを用いれば、実施例1の
場合と同様に外部電極に対して無鉛はんだを用いてがリ
ードを強固に接続し得るのみならず、Sn−Pb合金の
金属拡散層8が直接的に外界に露出されることがない。
したがって、図4に示されているような半導体デバイス
パッケージを含む電子機器が廃棄された場合にも、酸性
雨などの影響によって鉛イオンが外部リードから外部環
境に流出することを防止し得る。
【0035】なお、上述の実施例ではQFP型パッケー
ジを例にして説明されたが、本発明はSOJ(small ou
tline j lead)型やDIP(dual inline package)型
のパッケージなどに対しても同様に適用し得ることは言
うまでもない。また、上述の実施例では外部リード部の
全面にわたってSn−Pbはんだの金属拡散層を形成す
る場合が説明されたが、そのような金属拡散層は少なく
とも外部リードが外部電極に接続される外部リード接続
領域に形成されれば十分であることも言うまでもない。
【0036】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、半導体
デバイスパッケージに用いられる鉄ニッケル合金外部リ
ードをBi含有無鉛はんだを介して外部電極へ強固に接
続することができ、温度サイクルに対する良好な信頼性
を確保することができる。
【0037】また、Sn−Pb合金の金属拡散層を有す
る外部リード表面を無鉛はんだで被覆することにより、
そのような外部リードを有する半導体デバイスパッケー
ジが廃棄された場合においても、鉛イオンの流出を防止
して環境汚染を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による接続方法が適用され得るQFP
型パッケージを示す模式的な上面図である。
【図2】 図1のQFP型パッケージにおける外部リー
ドの構造を示す模式的な断面図である。
【図3】 図2に示された外部リードが無鉛はんだを介
して外部電極に接続された場合の温度サイクル後におけ
る接合強度を測定する引張試験方法を示す模式的な断面
図である。
【図4】 本発明の実施例2による接続方法において用
いられ得るQFP型パッケージにおける外部リードの構
造を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
1 鉄ニッケル合金リード、2 樹脂モールド領域、3
ピアノ線、4 無鉛はんだ、5 プリント基板、6
外部電極としてのランド、7 リードフレーム、8 金
属拡散層、9 無鉛はんだ層。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体デバイスパッケージの外部リード
    を外部電極に接続する方法であって、 前記外部リードは鉄とニッケルを主要成分として含む合
    金からなっており、 前記外部リードのうちで少なくとも前記外部電極に接続
    される外部リード接続領域ははんだめっき層を有し、 少なくとも前記外部リード接続領域における前記はんだ
    めっき層の接合性を加熱処理によって向上させ、 その後に前記外部リード接続領域を前記外部電極へ付加
    的なはんだによって接続することを特徴とする接続方
    法。
  2. 【請求項2】 前記外部リードが有する前記はんだめっ
    き層はBiを含んでいないことを特徴とする請求項1に
    記載の接続方法。
  3. 【請求項3】 前記外部リードが有する前記はんだめっ
    き層は電気めっきによって付与されたものであることを
    特徴とする請求項1または2に記載の接続方法。
  4. 【請求項4】 前記外部リード接続領域を前記外部電極
    に接続するための前記付加的なはんだはBiを含む無鉛
    はんだであることを特徴とする請求項1から3のいずれ
    かの項に記載の接続方法。
  5. 【請求項5】 前記外部電極に対する前記外部リード接
    続領域の接続は前記付加的なはんだのリフローによって
    行なわれることを特徴とする請求項1から4のいずれか
    の項に記載の接続方法。
  6. 【請求項6】 少なくとも前記外部リード接続領域にお
    ける前記はんだめっき層の接合性を前記加熱処理で向上
    させた後に、少なくとも前記外部リード接続領域を無鉛
    はんだで被覆することを特徴とする請求項1から5のい
    ずれかの項に記載の接続方法。
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