JP2549277B2 - 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
体チツプを備えた半導体装置に係り、特にその半導体装
置のリードフレームに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より半導体チツプを樹脂モールドで
一体化して複数のピンを突設した半導体装置の組立てに
は、金属製のリードフレームが用いられている。このリ
ードフレームの形状は図７に示すように、半導体チツプ
１を取り付ける矩形のタブ２をその四隅において支持す
るタブリード３と、タブ２の周縁に内端を臨ませる多数
のフインガ４と、これらフインガ４及びタブリード３の
外端を支持する枠部５と、枠部５の両端縁に沿つて定間
隔に設けられたスプロケツト孔６とから構成されてい
る。

【０００３】このようなリードフレーム７を用いて半導
体装置を組み立てるには、まずタブ２上に半導体チツプ
１を取り付け、半導体チツプ１の各電極とこれに対応す
るフインガ４の内端（先端部）を直接に接合し、枠部５
の内側領域を合成樹脂でモールドし半導体チツプ１を被
覆して、次いで枠部５を切除することによりフラツトリ
ードあるいはインライン型の半導体装置を得ていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の半導
体装置ではリードフレームの機械的強度に問題があり、
本発明者らはこの点について検討した結果、光沢剤の含
有率が影響していることを見出した。すなわち、ニッケ
ルの電鋳によってリードフレームを形成する場合、光沢
剤としてカーボンならびにイオウが使用されるが、この
光沢剤の含有率が通常０．１％程度である。このように
光沢剤の含有率が高いと、半導体チツプとの接合（半田
付け）時にリードフレームの温度上昇により、ニツケル
が脆化して機械的強度が低下する。また光沢剤を全く含
有しなければ、最初から機械的強度が弱く、加工時の変
形によつて隣のリードフレームと接触して短絡する恐れ
がある。

【０００５】特に光沢剤中のイオウの含有率が高いと、
前述の問題に加えて、リードフレームのニッケルと半田
中のスズとが反応して、密着性の悪いＮｉ−Ｓｎ合金層
が形成され、リードフレームが半導体チツプから剥離す
ることがある。

【０００６】本発明の目的は、前述した従来技術の欠点
を解消し、リードフレームが十分な機械的強度を有し、
しかも半導体チツプの電極とリードフレームとの接合が
確実な、信頼性の高い半導体装置を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、第１の本発明は、半導体チップの電極にリードフレ
ームのバンプを接続してなる半導体装置において、バン
プを備えた前記リードフレームをニッケルの電鋳により
形成するとともに、電鋳時に添加される光沢剤によるニ
ッケル材のイオウ含有率が０．０４％以下に規制されて
いることを特徴とするものである。

【０００８】前記目的を達成するため、第２の本発明
は、半導体チップの電極にリードフレームのバンプを接
続してなる半導体装置において、バンプを備えた前記リ
ードフレームをニッケルの電鋳により形成するととも
に、電鋳時に添加される光沢剤によってニッケル材がカ
ーボンとイオウを含み、カーボンの含有率が０．０１〜
０．０４％の範囲に規制され、イオウの含有率が０．０
１〜０．０４％の範囲に規制され、かつカーボンとイオ
ウの合計含有率が０．０７％以下に規制されていること
を特徴とするものである。

【０００９】

【作用】第１の発明のように、バンプを形成するニッケ
ル材中のイオウの含有率を０．０４％以下に規制するこ
とにより、Ｎｉ−Ｓｎ合金層の生成を抑制して、半導体
チツプとリードフレームとの接合を確実にすることがで
きる。

【００１０】第２の発明のように、バンプを形成するニ
ッケル材中のカーボンの含有率を０．０１〜０．０４％
の範囲に、イオウの含有率を０．０１〜０．０４％の範
囲に、かつカーボンとイオウの合計含有率を０．０７％
以下に規制することにより、半導体チツプとの接合時に
おけるリードフレームの熱的影響によるニツケルの脆化
を抑制して、十分な機械的強度を得ることができ、リー
ドフレームどうしが接触したりするようなことがない。

【００１１】

【実施例】次に本発明の実施例を図とともに説明する。
図１はフインガの一部を横断面にして示した斜視図、図
２はフインガ先端部の縦断面図、図３はフインガの一部
を示す平面図、図４は他の実施例を示すフインガの一部
を横断面にして示した斜視図、図５はリードフレームの
製造工程を示す図、図６はフインガ部のレジストパター
ンを示す平面図、図７はリードフレームの平面図、図８
はフインガと半導体チツプの電極との接続部を示す断面
図である。

【００１２】フインガ４は金属層からなり導電性を有
し、それの中央部下面にその長手方向Ｆ（図１参照）に
沿つて条溝４ａを有し、図１に示すように半導体チツプ
の電極と接続される上面の両側には稜線が円弧状のフラ
ンジ部４ｂ，４ｃを備えている。条溝４ａは図３の二点
鎖線で示すように、フインガ４の基部４ｄ及び先端部
（内端部）４ｅを除く中間部分に形成され、この中間部
における断面形状を略々コ字状として少ない材料で曲げ
に対する断面二次モーメントを増大させている。

【００１３】また、図２に示すようにフインガ４の先端
部４ｅは半導体チツプ１の電極と接続される肉厚のバン
プ４ｆが形成されている。この先端部４ｅと中間部分を
連結する部分の下面には前記条溝４ａと略直交する方向
に延びた凹部４ｇが形成され、凹部４ｇより先方に中間
部分の上面より突出したバンプ４ｆが形成されている。

【００１４】図４はフインガ４の他の例を示した斜視図
で、前記実施例のフインガ４の上面に更に金属薄膜４ｈ
を積層したものである。このようにすることでフインガ
４の剛性を更に増加させることができる。

【００１５】図５は、このフインガ構造のリードフレー
ムの製造工程を示すものである。

【００１６】まず（ａ），（ｂ）図に示すようにベース
材として、例えばポリイミド，ポリエステル等の合成樹
脂からなる厚さ３５〜７０μｍ程度のフイルム８にプツ
シユバツク法によるプレス加工でデイバイス孔９を設け
る。プツシユバツク法は（ａ）図の如くまず押型によつ
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１０を一度穿つたデイバイス孔９
内に嵌合、保持させる加工方法である。従つて、加工後
はフイルム８はデイバイス孔９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９の形成時には、その他例
えばスプロケツト孔６（図７参照）等の窓部も同時に形
成することができる。

【００１７】次に開口されない前記フイルム８上には、
（ｃ）図の如く銅などの導電性金属層１１が無電解メツ
キ，蒸着等の薄膜形成手段にて形成される。更に導電性
金属層１１の上には（ｄ）図のようにフオトレジスト層
１２が塗布され、もしくは、厚さ１５０μｍ程度のドラ
イフイルム状レジスト層が貼着され、フオトマスク１３
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
感光した部分のみ取り除かれて、（ｅ）図の如きレジス
ト層１２が導電性金属層１１上に形成される。

【００１８】プツシユバツク後、この導電性金属層１１
やフオトレジスト層１２は切抜片１０の脱落を防止する
仮止め手段としての機能を有するもので、フイルムのよ
うに薄状物のプツシユバツクされた物のように脱落し易
いものの仮り止めに特に有効である。

【００１９】次にこのフイルム８上に亜セレン酸や苛性
ソーダ等により剥離処理を施し、ニツケルを電鋳する
と、（ｆ）図に示すようにレジスト層１２が形成されて
いない導電性金属層１１の上に所望パターンのリードフ
レーム７が形成される。

【００２０】ニツケルでリードフレーム７を電鋳する際
に光沢剤が添加されるが、この光沢剤はカーボンとイオ
ウからなり、両者の合計が０．０７％以下に規制されて
いる。そのうちカーボンの含有率が０．０１〜０．０４
％の範囲に規制され、イオウの含有率が０．０１〜０．
０４％の範囲に規制されている。カーボンとイオウの具
体的な含有率は、前述の範囲内から適宜に選択される。

【００２１】光沢剤の含有率が０．０７％（すなわちカ
ーボンの含有率が０．０４％ならびにイオウの含有率が
０．０４％）を超えて高含有率になると、従来と同様に
半導体チツプとの接合時におけるリードフレーム７の温
度上昇により、ニツケルが脆化して機械的強度が低下す
る。一方、カーボンの含有率が０．０１％未満ならびに
イオウの含有率が０．０１％未満、すなわち光沢剤が実
質的に添加されていないと、リードフレーム７の機械的
強度が最初から十分でなく、加工時の変形によつて隣の
リードフレーム７と接触して短絡する恐れがある。

【００２２】このような理由からカーボンの含有率を
０．０１〜０．０４％の範囲に規制し、イオウの含有率
を０．０１〜０．０４％の範囲に規制して、かつカーボ
ンとイオウの合計含有率を０．０７％以下にすることに
より、半導体チツプとの接合時におけるリードフレーム
７の熱的影響によるニツケルの脆化を抑制して、十分な
機械的強度を得ることができる。

【００２３】また、イオウの含有率を０．０４％以下に
規制することにより、従来のようなＮｉ−Ｓｎ合金層の
発生を抑制して、半導体チップの電極とリードフレーム
７との接続を確実にすることができる。

【００２４】電鋳形成後にレジスト層１２を除去するこ
とにより、全面にわたって導電性を有するベース材上に
リードフレーム７が形成され、そのリードフレーム７の
フインガ４が前記切抜片１０上に導電性金属層１１を介
して保持されている。

【００２５】半導体チツプと接合するためにデイバイス
孔９を閉鎖している切抜片１０を抜き落せば、（ｇ）図
の如き断面のリードフレーム７が合成樹脂フイルム８上
に形成される。この場合、導電性金属層１１は電鋳に必
要な導電性を確保するために設ける程度の厚さ例えば５
〜１０μｍ程度であり、しかも導電性金属層１１のリー
ドフレーム７が形成される表面に剥離処理が施されてい
るから、抜き落し力は小さくて済みリードフレーム７を
変形させることはない。

【００２６】このようにして切抜片１０を抜き落した
後、半導体チツプ１が搭載されて、フインガ４と接続さ
れる。

【００２７】尚、上記実施例においては、リードフレー
ム７はベース材としての合成樹脂フイルム８上に形成し
たが、このようなベース材としては導電性のステンレス
などの金属フイルムを用いることもできる。

【００２８】この場合は、（ｃ）図に示す如き銅などか
らなる導電性金属層１１を新たに設ける必要がなく、金
属フイルムの上にフオトレジスト層１２を形成し、直接
電鋳によつて金属フイルム上にニツケル，銅，金やそれ
らの合金等からなるリードフレーム７を形成することが
可能である。

【００２９】図６は、前記製造工程におけるフインガ部
のレジストパターンを示す図である。

【００３０】フインガ部では、所望のパターンのフイン
ガ用レジスト層１２の他に、フインガ４に対応する位置
の非レジスト部１４の中央に、その長手方向に沿つたレ
ジスト部１２ａが形成され、このレジスト部１２ａに対
応して前述の条溝４ａが形成される。

【００３１】また非レジスト部１４の先端にはレジスト
層１２によつて分離された円形の非レジスト部１５が形
成されており、このようなレジスト層１２を有する金属
上に電鋳作用を施すと、電鋳開始後の初期にあつてはフ
インガ４本体は、レジスト層１２によつて分離された円
形の非レジスト部１５上に成長する金属層と別個に形成
されていくが、電鋳が更に進行すると分離されていた非
レジスト部１５上の金属とフインガ４本体とはレジスト
層１２を越えて一体に連結する。そして電鋳によつて積
層される金属の厚みは電流密度によつて左右されるか
ら、平板状のフインガ４本体部に比べ点状の非レジスト
部１５上の金属層はより肉厚となり、図２に示すような
バンプ４ｆを形成する。

【００３２】尚、図４に示すような金属薄膜４ｈを形成
する場合には、前述の電鋳成形工程に加えて、第２次の
電鋳成形を施せば良い。

【００３３】またニツケルなどの金属でリードフレーム
７を電鋳する際、光沢剤が含有されない層と光沢剤が含
有された層の二層を重ね合わせたリードフレーム７を作
ることもできる。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半導体チ
ツ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、しかも硬度も低いものとなり
半導体チツプに大きな応力を加えずとも済み、接合を確
実なものとすることができる。

【００３４】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７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０．０７％
以下に制限する必要がある。

【００３５】

【発明の効果】第１の本発明のように、バンプを備えた
前記リードフレームをニッケルの電鋳により形成すると
ともに、電鋳時に添加される光沢剤によるニッケル材の
イオウ含有率を０．０４％以下に規制することにより、
Ｎｉ−Ｓｎ合金層の生成を抑制して、半導体チップとリ
ードフレームとの接合を確実にすることができる。

【００３６】第２の本発明のように、バンプを備えた前
記リードフレームをニッケルの電鋳により形成するとと
もに、電鋳時に添加される光沢剤によってニッケル材が
カーボンとイオウを含み、カーボンの含有率を０．０１
〜０．０４％の範囲に、イオウの含有率を０．０１〜
０．０４％の範囲に、かつカーボンとイオウの合計含有
率を０．０７％以下に規制することにより、半導体チッ
プとの接合時におけるリードフレームの熱的影響による
ニッケルの脆化を抑制して、十分な機械的強度を得るこ
とができ、リードフレームどうしが接触したりするよう
なことがない。このようなことから、信頼性の高い半導
体装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るフインガの一部を断面し
た斜視図である。

【図２】そのフインガの長手方向の断面図である。

【図３】そのフインガの一部を示す平面図である。

【図４】本発明におけるフインガの他の実施例を示す斜
視図である。

【図５】本発明の実施例に係るリードフレームの製造工
程を示す図である。

【図６】フインガ部のレジストパターンを示す図であ
る。

【図７】リードフレームの形状を示す平面図である。

【符号の説明】

１ 半導体チツプ ４ フインガ ７ リードフレーム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂田 栄二 福岡県田川郡方城町大字伊方4680番地 九州日立マクセル株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−96245（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体チップの電極にリードフレームの
   バンプを接続してなる半導体装置において、バンプを備えた前記リードフレームをニッケルの電鋳に
   より形成するとともに、電鋳時に添加される光沢剤によ
   る ニッケル材のイオウ含有率が０．０４％以下に規制さ
   れていることを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】 半導体チップの電極にリードフレームの
   バンプを接続してなる半導体装置において、バンプを備えた前記リードフレームをニッケルの電鋳に
   より形成するとともに、電鋳時に添加される光沢剤によ
   って ニッケル材がカーボンとイオウを含み、カーボンの
   含有率が０．０１〜０．０４％の範囲に規制され、イオ
   ウの含有率が０．０１〜０．０４％の範囲に規制され、
   かつカーボンとイオウの合計含有率が０．０７％以下に
   規制されていることを特徴とする半導体装置。