JP2669286B2 - 複合リードフレーム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラスチックモールド
（樹脂封止型半導体装置）用複合リードフレームに関す
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。

【０００３】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。

【０００４】また、リード数を増加した例としては、米
国ＮＳＣ社製のTape Pac QFP(QuadFlat Package) 等も
ある。このパッケージの構造はＴＡＢテープキャリア型
であり、ＬＳＩ素子とギャング・ボンディング法にて接
続している。しかし、この構造では前述したように一層
の配線であるので、伝送特性の高速化が図れない。

【０００５】またリードフレームのリードの端子数が多
くなると、リードフレームの伝送特性がさらに重要な問
題となってくる。

【０００６】かかるリードフレームにおいて、リードの
微細配線化の他に、高周波信号が印加された場合の伝送
特性を向上するために種々の工夫がされている。

【０００７】この問題を解決するために、例えば多層配
線構造のフレキシブル多層配線基板（以下ＦＰＣとい
う）にリードフレームを連結した構造等が提案されてい
る（特開平４−４３６６８号参照）。この構造は、図
６、７および８に示されるように、誘導電流を排除する
ための金属板２１をＦＰＣ１７の下面に有し、上面には
信号、電源等を供給する微細配線２７がエッチング加工
によって施された２層配線ＦＰＣ１７とリードフレーム
１５を連結した構造となっている。この構造においては
微細パターン形成により多ピン化が図れ、また下層金属
板２１は電気的な接地板の役目を果たすと共に放熱板の
役目も持つために、多ピンで高出力の素子（ＩＣ、ＬＳ
Ｉなどの半導体素子）３３の搭載を可能としている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記２層配線、または
３層配線構造のＦＰＣ１７とリードフレーム１５を連結
した構造は複合型リードフレームと呼ばれ、すでに実用
化されているが以下の問題があって更に改善が求められ
ている。

【０００９】（１）素子３３の接合がワイヤボンディン
グ（以下Ｗ／Ｂとする）であるためにボンディングワイ
ヤ３５を電流が流れる時のインダクタンスが大きく、ク
ロストークノイズが発生しやすく、より高周波の信号伝
達には適さない。（ＦＰＣパターン上のクロストークノ
イズ成分は接地板により吸収できてもボンディングワイ
ヤ部は接地板の取付の仕様がないため、電気的に完全に
野放しの状態になっている。）

【００１０】（２）Ｗ／Ｂ構造のために素子（チップ）
３３の電極はチップ３３の外周にしか配置できないので
チップ形状が大形となって、ＬＳＩパッケージコスト高
となっている。

【００１１】（３）チップ３３の直下から放熱板（接地
板）を通って熱が放散されるが、発熱部はチップ上面の
配線部なのでシリコン素子の厚さ約０．４ｍｍを貫通し
て熱は逃げなければならず熱抵抗が大きくなる。

【００１２】本発明の目的は、上記従来技術の問題点を
解消し、素子全面に電極の形成を可能とし、配線設計の
自由度を高くすることができ、放熱効果が大きく、電送
特性、特に高周波伝送特性が向上したプラスチックモー
ルド用複合リードフレームを提供するにある。

【００１３】

【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、素子を搭載する内側配線層がフレ
キシブル多層配線基板で形成され、外側の引出しリード
が金属リードフレームで形成され、前記内側配線層の各
配線と、これに対応する外側引出リードとが共に連結接
合されてなる複合リードフレームにおいて、前記フレキ
シブル多層配線基板の前記内側配線層の素子搭載面に形
成された絶縁層と、前記素子の電極と前記内側配線層の
配線とを電気的に接合するために前記絶縁層に設けられ
たバンプ形成用開口部と、該開口部内に埋込まれた導電
性の埋込型バンプとを有し、前記素子の搭載をＣＣＢ法
により接合してなることを特徴とするプラスチックモー
ルド用複合リードフレームが提供される。

【００１４】ここで、前記素子接合用バンプが、予め前
記フレキシブル多層配線基板の素子搭載面の絶縁層の開
口部に設けられているのが好ましく、また、前記フレキ
シブル多層配線基板は、少なくとも接地用導体層または
電源用導体層の一方を有するのが好ましい。

【００１５】

【発明の作用】本発明の複合リードフレームは、チップ
（素子）の搭載をＣＣＢ（ControlledCollapse Bondin
g）法により連結可能とするものである。すなわち、本
発明の複合リードフレームは、剛性の高い金属製アウタ
ーリードとこれに接合される微細なインナーリードが形
成されたフレキシブル多層配線基板とからなり、この多
層配線基板のインナーリード（配線パターン）および接
地または電源用導体層にバンプ（Ｂｕｍｐ：突起）を形
成して、フェースダウンで素子の電極と多層配線基板の
インナーリードおよび接地または電源用導体層とを電気
的に連結するものである。

【００１６】従って、本発明の複合リードフレームによ
れば、チップはＣＣＢ接続されるのでボンディングワイ
ヤを必要とせず、誘導電流成分が低下し、クロストーク
ノイズが少なくなり、高周波伝送特性が改善される。ま
た、本発明によれば、インナーリードや導体層との接合
がチップの全面で可能であり、配線設計の自由度が増加
し、チップの小型化が図れるとともに、配線部が放熱板
としても機能する導体層に近く、放熱効果が高い。

【００１７】

【実施態様】以下に、本発明に係るプラスチックモール
ド用複合リードフレームを添付の図面に示す好適実施例
に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の複合リー
ドフレームの一実施例の部分断面斜視説明図であり、図
２は、図１に示す複合リードフレームの中央部分（フレ
キシブル多層配線基板部分）の断面図である。なお、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ものである。

【００１８】同図に示すように本発明のプラスチックモ
ールド用複合リードフレーム１０は、半導体素子３３を
ＣＣＢ法によって搭載するためのフレキシブル多層配線
基板１７と、このフレキシブル多層配線基板１７のイン
ナーリードに接合されるアウターリード１５が形成され
た金属リードフレーム２６とを有する。

【００１９】金属リードフレーム２６はタイバー１３を
備え、このタイバー１３からパッケージ外部リード１１
が外側に向かって、かつアウターリード１５（１５ａ，
１５ｂ）が中心に向かって延設されている。

【００２０】金属リードフレーム２６のタイバー１３の
中心部分にはフレキシブル多層配線基板１７（以下ＦＰ
Ｃまたは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、例えばポリイミドよりなる絶縁フィル
ム層１９を備え、その上側に、例えば銅よりなるインナ
ーリード配線パターン２７と、その下側に、例えば銅よ
りなる接地または電源用導体層２１とを有する２層配線
構造からなっている。実施例においては、上記絶縁フィ
ルム層１９は片面（すなわち上面）銅箔付ポリイミドフ
ィルムが用いられている。この銅箔は後にエッチングさ
れてインナーリード２７となる。

【００２１】絶縁フィルム層１９には、中央の半導体素
子３３の搭載部分の直下に接地または電源用電極に対応
して接地または電源用スルーホール２４ａが、素子搭載
部の外側部分にロックホール２５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
には切り欠き部２９が設けらりている。このような加工
がされた絶縁フィルム層１９に導体層２１が、例えばポ
リイシドベース系の接着剤２２等により貼着されてい
る。ここで、接着剤２２はすでに、絶縁フィルム１９側
にコーティングされて、初期粘着がない様に半硬化（Ｂ
ステージ）の状態になっているものを用いるのが好まし
い。従って、金型による抜き加工、およびＦＰＣ製造ラ
イン等においてロールに貼着したり、抜き金型に貼着す
る様な問題は生じない。接地導体層２１の貼合せには、
例えばロールラミネーターを用いことができるが、貼合
せ温度は、例えば１７０〜１９０℃として接着剤２２を
軟化させながら貼合せることができる。

【００２２】この多層配線基板１７の絶縁フィルム層１
９の上側表面には、片面銅箔付ポリイミドフィルムを用
いる場合は貼付された銅箔を、例えばエッチングするこ
とにより、もしくはポリイミドフィルムを用いる場合は
そのままその上に銅を蒸着することにより、インナーリ
ード（パターン）２７を形成している。このインナーリ
ード２７は、素子搭載部内（搭載されるチップ３３の電
極の直下）まで延在し、インナーリード２７の内側先端
近傍のチップの電極と対応する部分には、少なくともＣ
ＣＢ接続が良好になされるように、例えばＮｉまたはＳ
ｎ、その合金などの下地の上に金のような良導体がめっ
きされている。また、上記多層配線基板１７のスルーホ
ール２４の導体層開口部および切り欠き部２９の導体層
開口部にも、例えばＮｉまたは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。このような多ピ
ンのインナーリード（パターン）２７を持つ多層配線基
板１７は、通常のＦＰＣ製造ラインまたはＴＡＢテープ
キャリア製造ラインで製造することができ、また実際の
量産ラインにおいてもどちらの製造ラインを採用しても
よく、特に制限はないが、ＴＡＢテープキャリア製造ラ
インの方が微細なパターンの製作が可能であり、多ピン
化には好ましい。

【００２３】上記金属リードフレーム２６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２
７とを適切に重複配置させ、それらをヒート圧着ツー
ル、または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。

【００２４】ところで、この図において、金属リードフ
レーム２６のアウターリード１５は、タイバー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用リ
ード１５ａとし、その他を信号、電源用リード１５ｂと
している。信号、電源用リード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
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、上記絶縁フィルム層１９の切り欠き
部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に接地用リード
１５ａの先端をあて、加熱圧着して、導体層２１と接地
用リード１５ａとを導通接続している。

【００２５】一方、多層配線基板１７のインナーリード
（パターン）２７の上面の少なくとも素子搭載部分には
絶縁層３４を有する。この絶縁層３４は素子接合用バン
プ１２を形成するための絶縁層であり、また、チップ３
３直下のインナーリードパターン２７の短絡を防止する
役目を持っている。この絶縁層３４には、チップ３３の
電極に対応して、インナーリード２７の先端部分に連通
するスルーホール２４ｂおよび導体層２１と連通するた
めに絶縁フィルム層１９に穿孔されたスルーホール２４
ａと連通するスルーホール２４ｃが設けられる。

【００２６】本発明の複合リードフレーム１０において
は、ワイヤボンディング方式とは逆にチップ３３は、そ
の電極面を下側としたフェースダウン方式によって多層
配線基板１７上に搭載され、チップの各電極は、対応す
るインナーリード２７とスルーホール２４ｂを介して素
子接合用バンプ１２と、接地または電源用導体層２１と
スルーホール２４ａおよび２４ｃを介して素子接合用バ
ンプ１２とによって電気的に接続する。従って、従来の
複合リードフレームで必要であった導体層２１とボンデ
ィングワイヤで接続するために絶縁フィルム層１９に設
けられる接地または電源用ホール２３は不要である。

【００２７】ここで、絶縁層３４には、特に制限的では
ないが、例えばスルーホール２４ｂおよび２４ｃをフォ
トプロセス法により形成しやすくすることができるの
で、感光性ポリイミドを使用することもできるが、スル
ーホール２４ｂおよび２４ｃをエキシマレーザ法により
開口する場合には非感光性ポリイミドをコーティングし
ても良い。なお、感光性ポリイミドなどの絶縁層３４を
形成する材料は均一な厚さの絶縁層３４を形成するため
にはスクリーン印刷可能なタイプが好ましくまた便利で
ある。

【００２８】絶縁層３４のスルーホール２４ｂおよび２
４ｃおよび絶縁フィルム層１９のスルーホール２４ａを
通して多層配線基板１７のインナーリードパターン２７
と導体層２１とから電気的導通を引き出すためにスルー
ホール２４（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）に素子接合用バ
ンプ１２を形成する。本発明において、スルーホール２
４に形成される素子接合用バンプ１２は、図３に示す埋
込型バンプ１６である。この埋込型バンプ１６は、半田
の埋込印刷によって形成することができるので、素子の
電極パッドとの接続用バンプの形成と下部配線層との接
続用の電気的導通部の形成を同時に達成できる。 素子接
合用バンプ１２の材質は、半田であれば特に制限的では
なく、例えば、６０％Ｓｎ−４０％Ｐｂの合金粉末とバ
インダとして有機系のぺースト添加剤の混合物および合
金粉末の酸化防止剤およびフラックス成分が含まれたも
のを用いることができる。図４は印刷型バンプ１８の例
を示したものであるが、印刷型バンプ１８の場合は、絶
縁層３４にスルーホール２４ｂ、２４ｃおよび素子接合
バンプ用ランド１４を形成した後、スルーホールめっき
を蒸着により形成後、表面印刷によって形成する必要が
ある。

【００２９】スルーホール２４への素子接合用バンプ１
２の形成は、多層配線基板１７と金属リードフレーム２
６との接合前に行ってもよいが、接合後に行ってもよ
い。前述したように、多層配線基板１７と金属リードフ
レーム２６の接合は、ヒートツール等によりＡｕ−Ｓｎ
共晶接合法で行われるが、この接合法は局所加熱法であ
るため、スルーホール２４に形成された素子接合用バン
プ１２は溶融することはない。

【００３０】なお、本発明の範疇には含まれないが、素
子接合用バンプ１２を複合リードフレームの多層配線基
板１７に設けずに、図５に示すように半導体素子（チッ
プ）３３の電極にチップバンプ２０を設けておく構成も
有り得る。

【００３１】本発明の複合リードフレーム１０において
は、上記のようにして、素子接合用バンプ１２として多
層配線基板１７側に図３に示す埋込型バンプ１６を形成
するとともに、多層配線基板１７と金属リードフレーム
１６との接合を完了した後、ＬＳＩメーカ側で中央の素
子搭載部に半導体素子３３をＣＣＢ法によって連結させ
る。

【００３２】本発明の複合リードフレーム１０の多層配
線基板１７に半導体素子３３をＣＣＢ法によって接合す
る際、素子接合用バンプ１２として埋込型バンプ１６を
用いるが、通常、チップ３３の表面には完全に埋込型バ
ンプ１６と同位置に金等の蒸着によって電極が形成され
ており、このチツプ３３を位置合せして加熱すると埋込
型バンプ１６の半田が溶融してチツプ３３が正しい位置
に治まり、冷却により素子結合が完了する。ところでこ
の素子搭載用の埋込型バンプ１６の形成は金属リードフ
レーム２６を接合後におこなってもよい。またＬＳＩメ
ーカ側がリードフレームメーカから購入後おこなっても
よい。

【００３３】本発明の複合リードフレーム１０において
は、上述したように埋込型の素子接合用バンプ１２を用
いて、半導体素子３３を複合リードフレーム１０の多層
配線基板１７に連結接合した後、通常の通じプラスチッ
クモールド（樹脂封止）を行ってＬＳＩパッケージを完
成させる。

【００３４】なお、本発明においては、多層配線基板１
７のインナーリード１５や半導体層２１および金属リー
ドフレーム２６のアウターリード１５やパッケージ外部
リード１１の材質や形状等は上述した例に限定されない
し、絶縁層３４や素子接合用バンプ１２の材質、形状等
に制限されないのはもちろんである。

【００３５】

【実施例】以下に、本発明のプラスチックモールド用複
合リードフレームを実施例に付き具体的に説明する。 （実施例１）３０４ｐｉｎのインナーリード２７を持つ
２層配線のＦＰＣ１７を通常のＦＰＣ製造ライン、およ
びＴＡＢテープキャリア製造ラインで試作した。次に得
られたＦＰＣ１７にグランド接合用の切り欠き部２９お
よびスルーホール２４を開口させた後、ロールラミネー
ターを用いて接地導体層２１を接着剤２２により貼合せ
た。ここで、接着剤２２は、ＦＰＣ１７の絶縁フィルム
１９側にコーティングされ、半硬化（Ｂステージ）状態
となって初期粘着がないものを用いた。接着温度は１７
０〜１９０℃として接着剤２２を軟化させながら導体層
２１をＦＰＣ１７に貼り合わせた。なお、絶縁フィルム
１９には５０μm のポリイミドフィルムを、銅箔（イン
ナーリードパターン２７を形成するための）には１８μ
m の圧延純銅箔を使用し、またこの接着剤２２には１７
０℃で硬化反応を開始する硬化剤が混合されているポリ
イミドベース系接着剤を用いた。

【００３６】この様にしてＦＰＣ１７を作製後、絶縁層
３４をチップ３３を搭載する周囲上部に形成した。この
絶縁層３４には均一な厚さに形成するためスクリーン印
刷できる感光性のポリイミドを使用し、厚さ２０μm に
コーティングした。絶縁層３４としては感光性ポリイミ
ドを印刷後、ホトプロセス法によりスルーホール２４を
開口させた。スルーホールの直径は０．１ｍｍφとし
た。次にスルーホールを通じてインナーリードパターン
２７と接地導体層２１とから電気的導通を引き出すため
に半田の埋込印刷をおこなって、埋込型バンプ１６を形
成した。この埋込型バンプ１６の材質は６０％Ｓｎ−４
０％Ｐｂの合金粉末とバインダーとして有機系のペース
ト添加剤の混合物、それに合金粉末の酸化防止剤および
フラックス成分が含まれているものであった。バンプ１
６の印刷直径は０．２ｍｍであった。

【００３７】次にアウターリード１５、タイバー１３、
パッケージ外部リード１１を有する金属リードフレーム
２６を別個にホトエッチング法により製作した。この金
属フレーム２６の材質は４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金であり、
０．１５ｍｍの厚さであった。次にこの金属リードフレ
ーム２６の先端に、フレキシブル多層配線基板１７と接
合するための部分めっきを施した。部分めっきの材質は
Ｓｎ１００％、めっき厚さは１５μm とした。フレキシ
ブル多層基板１７側には、上記では省略したが素子接合
用バンプ１２（埋込型バンプ１６）を形成する前に、Ｎ
ｉ下地めっき３μm の厚さ上にＡｕめっきを１．０μm
の厚さに施しておいた。このめっきは切り欠き２９の接
地導体層開口部、およびスルーホール２４の接地導体層
開口部に施されており、従って、金属リードフレーム２
６の接合をヒートツールによりＡｕ−Ｓｎ共晶接合法で
おこなった。このＡｕ−Ｓｎ共晶接合法は局部加熱法の
ため、埋込型バンプ１６は、また溶融することはなかっ
た。

【００３８】次にこの金属フレーム２６の接合完了後、
中央の素子搭載部に埋込型バンプ１６を用いて素子３３
をＣＣＢ法により連結させた。すなわち、素子３３の表
面（電極面）に金等の蒸着によって形成された電極と、
これに完全に同位置となるように形成された埋込型バン
プ１６とを正確に位置合せして、加熱し、埋込型バンプ
１６の半田を溶融させて素子３３の電極とインナーリー
ドパターン２７および接地導体層２１とを連結した。な
お、半田が溶け始めると半田の表面張力によって素子が
正しい位置に納まり、冷却によって素子接合は完了し
た。このように素子接合を完了した後、通常の方法に従
ってプラスチックモールドを行ってＬＳＩパッケージを
完成させた。

【００３９】

【００４０】

【００４１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明のプラスチ
ックモールド用複合リードフレームは以下に示す効果を
奏する。 １．素子接合にボンデイングワイヤを使用しないため誘
導電流成分（Ｌ）が低下して、クロストークノイズが少
なくなり、より高周波の伝送が可能となる。ま た、埋込
型バンプを用いるため、素子の電極パッドとの接続用バ
ンプの形成と 下部配線層との接続用の電気的導通部の形
成を同時に達成できる。 ２．ＬＳＩの電極をチップの面全体から配列可能なため
に電極形成の制約がなく、配線設計の自由度も向上し、
かつチップの小型化が図れる。 ３．チップの表面を下側にして搭載するために、放熱を
兼ねた接地または電源用金属板と対向する様になり、放
熱効果が高まる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るプラスチックモールド用複合リ
ードフレームの一実施例の部分断面斜視説明図である。

【図２】 本発明の複合リードフレームのチップ搭載状
態を示す一実施例の要部断面図である。

【図３】 本発明の複合リードフレームの素子接合用バ
ンプの一実施例の断面図である。

【図４】素子接合用印刷型バンプの説明図である。

【図５】素子接合用印刷型バンプの説明図である。

【図６】 従来の複合リードフレームの部分断面斜視説
明図である。

【図７】 従来の複合リードフレームの断面図である。

【図８】 従来の複合リードフレームの平面図である。

【符号の説明】

１０ 複合リードフレーム １１ パッケージ外部リード １２ 素子接合用バンプ １３ タイバー １４ 素子接合バンプ用ランド １５ アウターリード １５ａ 接地リード １５ｂ 信号、電源用リード １６ 埋込型バンプ １７ フレキシブル多層配線基板 １８ 表面印刷型バンプ １９ 絶縁フィルム ２０ チップバンプ ２１ 接地導体層 ２２ 接着剤 ２３ 接地用ホール ２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ スルーホール ２５ ロックホール ２６ 金属リードフレーム ２７ インナーリード ２９ 切り欠き部 ３１ 基板接合用バンプ ３３ 半導体素子（ＬＳＩチップ） ３５ ボンディングワイヤ ３７ 接合層

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】素子を搭載する内側配線層がフレキシブル
   多層配線基板で形成され、外側の引出しリードが金属リ
   ードフレームで形成され、前記内側配線層の各配線と、
   これに対応する外側引出リードとが共に連結接合されて
   なる複合リードフレームにおいて、前記フレキシブル多
   層配線基板の前記内側配線層の素子搭載面に形成された
   絶縁層と、前記素子の電極と前記内側配線層の配線とを
   電気的に接合するために前記絶縁層に設けられたバンプ
   形成用開口部と、該開口部内に埋込まれた導電性の埋込
   型バンプとを有し、前記素子の搭載をＣＣＢ法により接
   合してなることを特徴とするプラスチックモールド用複
   合リードフレーム。
2. 【請求項２】前記素子接合用バンプが、予め前記フレキ
   シブル多層配線基板の素子搭載面の絶縁層の開口部に設
   けられている請求項１に記載の複合リードフレーム。
3. 【請求項３】前記フレキシブル多層配線基板は、少なく
   とも接地用導体層または電源用導体層の一方を有する請
   求項１または２に記載の複合リードフレーム。