JP2518145B2 - 放熱板付き多層リ―ドフレ―ム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、樹脂封止型の半導体装
置用の放熱板付き多層リードフレームに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体装置用のリードフレーム
は、半導体パッケージを小型化するため、平板上の金属
製の一層のリードフレームから構成されている。このよ
うな一層のリードフレームは、形状が簡単であるが、リ
ードフレームおよび半導体素子の電源用の端子と信号用
の端子が同一平面上に互いに近接して配置されているた
め、相互の端子間で電磁的な干渉が発生する。すなわ
ち、高い周波数の信号を伝送する場合にクロストークが
発生し、良好な伝送特性が得られないという欠点があっ
た。また、誘導電流を適当に除去できる接地層等もない
ため、静電容量が大きくなり、これも伝送特性の低下の
原因となっている。

【０００３】この欠点を解消するため、近年では、例え
ばリードフレームに絶縁層を介し接地板および電源供給
板をサンドウィッチ状に設けて、半導体素子の接地端子
および電源端子を接地板および電源供給板にそれぞれボ
ンディング接続した多層構造のリードフレームも発表さ
れている。

【０００４】また、近年ゲートアレイの高速化および演
算容量の向上のため、パッケージの消費電力はますます
増加する方向にあり、パッケージの放熱が大きな問題と
なっている。このためリードフレームに銅板等の放熱板
を張り付けた構造のものが発表されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、リー
ドフレームを多層構造として、伝送特性の向上を図ると
ともに、消費電力の増加に対応できるパッケージ用の放
熱板付き多層リードフレームを提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、接地または電源供給用導体層と、
前記導体層上に設けられ半導体素子を搭載する絶縁層
と、前記絶縁層上にエッチングまたは蒸着により微細に
形成されるインナーリードと、金属フレームにより形成
され接地または電源供給用リードおよび信号用リードと
なるアウターリードとを備え、前記インナーリードとア
ウターリードの信号用リードとが接合により電気的に接
続され、前記アウターリードの接地または電源供給用リ
ードが前記導体層に接続され、前記絶縁層には前記半導
体素子の電極と前記導体層とをワイヤボンディングする
ための複数の開口部が設けられ、前記導体層に放熱板を
取付けてなる放熱板付き多層リードフレームが提供され
る。

【０００７】前記インナーリードの先端部および前記絶
縁層の開口部を経て露出する前記導体層に金または銀め
っきを施すのが好ましい。

【０００８】本発明は以下の技術の確立に基づいてい
る。 （イ）インナーリードとアウターリードのピッチ０．３
７ｍｍのマイクロ半田接合技術を開発してリードフレー
ムの多層構造を可能にした。 （ロ）フレキシブルプリント基板の裏面に接地または電
源供給用の導体層を形成して、誘導電流の除電を行っ
た。 （ハ）絶縁層をポリイミドとしたため、従来のパッケー
ジ封止レジンと比べて誘電率が３．９から２．０に低下
し、このため容量が低下した。 （ニ）電源供給または接地用の開口部の低部からワイヤ
ボンディングする技術を確立した。

【０００９】本発明の多層リードフレームでは、エッチ
ングまたは蒸着によりインナーリードを微細に形成する
ため、リードのピッチを大幅に小さくすることができ
る。さらに、インナーリードと、テープ状に形成された
アウターリードの信号用リードとが適宜に位置合わせさ
れた後に、例えばマイクロ接合により接合されるため、
フレーム上のアウターリードと絶縁層上のインナーリー
ドとが正確、かつ電気的に接続される。

【００１０】その他に、アウターリードの接地または電
源供給用リードが接地または電源供給用導体層に接続さ
れるため、接地または電源供給用リードからの電源供給
が接地または電源供給用導体層で均等化されるため、電
圧を安定供給することができ、また、半導体素子搭載後
の電源供給時にＩＣチップの特定位置に電流が集中した
としても、上記導体層に速やかに短絡され、このため特
定のリードに電流が集中することはない。

【００１１】また、絶縁層上に開口部を複数個設けて、
この開口部から上記導体層が露出するため、前記導体層
と半導体素子の電源端子とを開口部を経て直接ワイヤボ
ンディングすることができ、また他のリードとの絶縁も
確実となる。

【００１２】導体層に接地されると、誘導電流を取り除
くことができ、インダクタンスを小さくすることができ
る。さらに、導体層と半導体素子の電源端子とのボンデ
ィング接続は、半導体素子の周囲の接続しやすい箇所へ
形成した場合には、ワイヤボンディングされたワイヤの
長さが、一層リードフレームに比べて小さくなり、これ
も遅延時間の減少に役立つ。このワイヤ長の減少は、こ
のほかに、ワイヤの自己インダクタンスの減少をもたら
し、このためスイッチングの際の電位変動を小さくする
作用がある。

【００１３】好ましくは、インナーリードの先端部と絶
縁層の開口部を経て露出する導体層に金または銀めっき
を施すのが良い。この理由は、ボンディングワイヤの付
きを良くするとともに接続不良に起因する浮遊容量をな
くすためである。

【００１４】次に、パッケージの放熱性の要求について
述べる。現在のゲートアレイパッケージのピン数は２０
８ピンが最大で、この時の消費電力は１．０Ｗ程度が標
準となっている。しかし、高速化と演算容量向上の目的
のために、次第に多ピン化と動作電圧の増加が要求され
ており、このため必然的に消費電力が増すことになる。
また、多ピン化につれて、ＩＣを動作させる電源ピンの
数を増やして、高速化に対応しようとする傾向がますま
す消費電力の増加を助長している。

【００１５】従って、伝送特性の改良と放熱特性の改良
は、パッケージに等しく求められている最大の要求特性
となってきた。

【００１６】本発明者等は先きに伝送特性にすぐれた多
層構造のリードフレームを提供したが、この構造は、電
源または放熱として用いることができる導体層を持って
おり、これ自身金属板でできているために、これ自身が
放熱板の役目を持ち一層形式のリードフレームと比較す
ると４０％熱抵抗を低減できる構造となっているが、本
発明者等はこれをさらに改善した放熱板付きの多層リー
ドフレームを提供するものである。

【００１７】以下に本発明をさらに詳細に説明する。

【００１８】図１は、本発明の一実施例を示す一部断面
説明図である。ところで、図面は、説明のために一部を
省略したり、簡略化してあり、実際のものとは異なるこ
とに注意されたい。リードフレーム１１は外枠１３を備
え、この外枠１３からアウターリード１５（１５ａ，１
５ｂ）が外枠１３の中心近傍に向かって延設されてい
る。

【００１９】リードフレーム１１の外枠１３の中心部に
はフレキシブル多層配線基板１７（以下、多層配線基板
という）が配置される。この多層配線基板１７は、上側
に、例えばポリイミドよりなる絶縁フィルム層１９と、
下側に、例えば銅よりなる接地または電源供給用導体層
２１との２層からなっている。実施例においては、前記
絶縁フィルム層１９は片面（すなわち上面）銅箔付ポリ
イミドフィルムとしている。

【００２０】この銅箔は後にエッチングされてインナー
リードとなる。絶縁フィルム層１９は、接地または電源
供給用ホール２３とロックホール２５とがプレスパンチ
ング等により開口されており、さらに多層配線基板１７
の四隅に切り欠き２９を設けている。この絶縁フィルム
層１９に導体層２１が接着剤等により貼着されている。
この多層配線基板１７の絶縁フィルム層１９の上側表面
に貼付された銅箔を、例えばエッチングまたは蒸着し
て、インナーリード２７が形成されている。このインナ
ーリード２７の内側先端には、ワイヤボンディング接続
が良好になされるように、例えばＳｎ−Ｎｉの下地の上
に金のような良導体がめっきされている。前記多層配線
基板１７のホール２３にも、例えばＳｎ−Ｎｉの下地の
上に金のような良導体がめっきされている。

【００２１】前記リードフレーム１１のアウターリード
１５と、多層配線基板１７のインナーリード２７との電
気的接続は、アウターリード１５の先端に半田めっきを
施した後、アウターリード１５とインナーリード２７と
を適切に重複配置させ、それらを赤外線ビーム加熱法に
より加熱圧着して達成されている。

【００２２】ところで、この図において、リードフレー
ム１１のアウターリード１５は、外枠１３の、例えば四
隅近傍からそれぞれ延在するリードを接地または電源供
給用リード１５ａとし、その他を信号用リード１５ｂと
している。信号用リード１５ｂは、上述したようにイン
ナーリード２７との接続がなされているが、接地または
電源供給用リード１５ａは、導体層２１に直接接地され
る。この接地のため、まず、前記絶縁フィルム層１９の
切り欠き２９から露出する導体層２１の隅部に半田めっ
きによりバンプ３１を形成し、このバンプ３１に接地ま
たは電源供給用リード１５ａの先端をあて、加熱圧着し
て、導体層２１と接地または電源供給用リード１５ａと
を導通接続している。

【００２３】さらに、接地または電源供給用導体層２１
には放熱板３６が半田付け、あるいは熱伝導性エポキシ
系接着剤または両面接着テープ等で張付けられている
（図２参照）。

【００２４】この構造のリードフレームを用いて素子３
３を搭載し、さらにモールドレジン３９によりモールド
すると図２の断面構造になる。放熱板３６はモールドレ
ジン３９から露出しており熱が外部に効果的に放出され
る。

【００２５】放熱板には通常アルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）、
Ｃｕ板等がすぐれているがこれに限るものではない。

【００２６】

【実施例】以下に本発明を実施例に基づき具体的に説明
する。

【００２７】（実施例１）まず、厚さ０．１５ｍｍの４
２％Ｆｅ−Ｎｉ合金を用いて、図２および図３に示すよ
うな、外枠１３およびアウターリード１５を作製した。
ここで、アウターリード１５の先端におけるピッチは
０．３７ｍｍとした。次に厚さ０．０７ｍｍの、ポリイ
ミド絶縁フィルム層に接地または電源供給用ホール２３
を穿設し、このポリイミド絶縁フィルム層の片面に厚さ
０．００５〜０．０１ｍｍの銅箔を接着した二層の多層
配線基板１７を作製した。この多層配線基板１７に厚さ
０．０２ｍｍの銅箔を貼付し、エッチングして０．１２
ｍｍピッチのインナーリード２７を形成し、インナーリ
ード２７の内側端部にＡｕ／Ｎｉめっきを施し、インナ
ーリード２７の外側端部に半田めっきが施されたアウタ
ーリード１５の信号用リード１５ｂを一部重複させて赤
外線ビーム加熱法により加熱圧着した。なお、符号３７
は半田接合層である。この一方で、多層配線基板１７の
絶縁フィルム１９から導体層（金属板）２１が露出した
切り欠き２９に、半田または異方性導電膜によりバンプ
３１を形成し、このバンプ３１に接地または電源供用リ
ード１５ａを熱圧着して接続し、多層リードフレームを
作製した。

【００２８】最後に、アルミナ製放熱板（２ｍｍ厚さ）
を接地または電源用の導体層２１の裏側に取付けた。取
付けは半導体素子の取付け用に用いた熱伝導性にすぐれ
た導電性エポキシ樹脂を用いた。

【００２９】このようにして作製した多層リードフレー
ム１１に、一辺が１３．５ｍｍの３０４ピンのＱＦＰ用
の半導体素子３３を接着等により搭載し、この半導体素
子３３の信号端子をインナーリード２７のめっき端部に
直径２５μm の金製のボンディングワイヤ３５でボンデ
ィングし、同じく半導体素子３３の電源供給および接地
用端子を多層配線基板１７の接地または電源供給用ホー
ル２３に同様にボンディングし、モールドレジン３９を
トランスファーモールドにより注入して３０４ピンの半
導体装置を作製した。

【００３０】比較のため、従来の一層のフレキシブル配
線基板を用いて、同様にして半導体装置を作製した（比
較例）。

【００３１】これら半導体装置において、電源および接
地リードおよび信号リードの各々について、電気特性を
測定した。各測定において、各リードフレームにつき１
０個の接地または電源供給用リードならびに信号用リー
ドを１０フレームについて測定し、合計１０フレーム×
１０リード＝１００リード測定して、これらの最低値、
最高値および平均値を求めた。この結果を表１に示す。

【００３２】また、放熱特性については、薄型のペーパ
ーセラミックヒーターを半導体素子のかわりに埋めこん
で、内部加熱して熱抵抗を求めた。測定値を表２に示
す。

【００３３】

【表１】

【００３４】この表から分かるように、本発明例による
多層リードフレームを用いた半導体装置の信号用リード
間容量およびインピーダンスは、従来の一層のリードフ
レームを用いた半導体装置の信号用リード（比較例）と
比べて、格段に低減されている。また、接地または電源
供給用のリードの抵抗およびインダクタンスが比較例に
比べて、小さくなり、逆に容量が格段に高くなってい
る。これらは電源供給時の電圧変動を低減し、したがっ
てノイズを小さくする。

【００３５】

【００３６】熱抵抗は、パッケージの内部と外部の温度
差を消費電力Ｗで割った値である。従って、この値が大
きいほどパッケージ内部の温度が上昇することになる。

【００３７】表２から、本発明により熱抵抗は従来の一
層フレームパッケージの１／５となり放熱性が著しく改
善されたことが判る。また、放熱板なしでも放熱は約４
０％改善されている（参考例）。これは接地または電源
用導体層が放熱の役目をはたしており、特に面方向に急
速に熱を逃がしてヒートスプレッダーの作用を発揮して
いるためと考えられる。

【００３８】

【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので、本発明の多層リードフレームは、インナーリ
ードが微細に形成されて、リードのピッチが大幅に小さ
くなる。接地または電源供給用導体層に接地されると、
誘導電流を取り除くことができ、インダクタンスを小さ
くすることができる。上記導体層、例えば金属板が露出
する開口部を適切な箇所に設けることにより、ワイヤボ
ンドされるワイヤの長さを短くすることができる。ま
た、ワイヤボンディングを行う箇所に金または銀めっき
を施すことにより、浮遊容量が減少する。これらリード
間容量の低減、ワイヤの長さの低減および浮遊容量の低
減は遅延時間を低減し、したがって伝送特性を向上する
という効果がある。

【００３９】また、各リードが接地または電源供給用導
体層に均一に短絡するため、半導体搭載後の電源供給時
にＩＣチップの特定位置に電流が集中したとしても、特
定のリードに電流が集中することはない。また前記ワイ
ヤ長の低減は、ワイヤの自己インダクタンスの減少をも
たらし、このためスイッチングの際の電位変動を小さく
する。これらにより電源供給時のノイズの低減をもたら
し、ひいては伝送品質の向上をもたらすという効果があ
る。

【００４０】また、本発明によれば、接地または電源供
給用導体層に放熱板が取付けられ、この放熱板はモール
ドレジンから露出しているので、熱が外部に効果的に放
出でき、演算容量向上による消費電力の増加に対処する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の多層リードフレームの一実施例を示す
一部切り欠き斜視図である。

【図２】図１に示すリードフレームの部分断面図であ
る。

【図３】図２に示すリードフレームの平面図である。

【符号の説明】

１１ リードフレーム １３ 外枠 １５ アウターリード １７ フレキシブル多層配線基板 １９ 絶縁層 ２１ 接地または電源供給用導体層 ２３ 接地または電源供給用ホール ２５ ロックホール ２７ インナーリード ２９ 切り欠き ３１ バンプ ３３ 半導体素子 ３５ ボンデイングワイヤ ３６ 放熱板 ３７ はんだ接合層 ３９ モールドレジン １５ａ 接地または電源供給用リード １５ｂ 信号用リード

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−152159（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−310956（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−116765（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−139871（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−145750（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 接地または電源供給用導体層と、前記導
   体層上に設けられ半導体素子を搭載する絶縁層と、前記
   絶縁層上にエッチングまたは蒸着により微細に形成され
   るインナーリードと、金属フレームにより形成され接地
   または電源供給用リードおよび信号用リードとなるアウ
   ターリードとを備え、前記インナーリードとアウターリ
   ードの信号用リードとが接合により電気的に接続され、
   前記アウターリードの接地または電源供給用リードが前
   記導体層に接続され、前記絶縁層には前記半導体素子の
   電極と前記導体層とをワイヤボンディングするための複
   数の開口部が設けられ、前記導体層に放熱板を取付けて
   なる放熱板付き多層リードフレーム。
2. 【請求項２】 前記インナーリードの先端部および前記
   絶縁層の開口部を経て露出する前記導体層に金または銀
   めっきを施す請求項１記載の放熱板付き多層リードフレ
   ーム。