JP2908330B2 - リードフレーム，半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

リードフレーム，半導体装置及び半導体装置の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、リードフレーム，
半導体装置および半導体装置の製造方法に関し、特に、
外部との接続用端子（外部端子）がＢＧＡ構造あるいは
ＰＧＡ構造である樹脂封止型の半導体装置とこれに用い
られるリードフレーム及び、上記の半導体装置を製造す
る方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、電子機器の高機能化、小型化、軽
量化は著しく、これに伴い、回路を構成する電子部品に
は、実装密度を高めるための様々な工夫がなされてい
る。半導体装置においては、ＢＧＡ構造あるいはＰＧＡ
構造の外部端子が、その目的達成のための一つの手段と
して開発された。
【０００３】この種の半導体装置の数例の断面図を、図
８（ａ）〜（ｄ）に示す。又、その半導体装置に用いら
れるチップ搭載用基体の平面図を、図９に示す。図８と
図９とを参照して、この種の半導体装置は、次の基本構
造を備えている。すなわち、半導体チップ１１が、チッ
プ搭載用基体としての配線基板２０のアイランド５に搭
載されている。配線基板２０は、例えばセラミック板や
ガラス・エポキシ板のような絶縁性の基板１７に、金属
配線１６のパターンを形成した構造のものである。この
金属配線パターン１６の形成には、めっきなどが利用さ
れる。金属層としては、例えばＡｕーＮｉあるいはＷー
Ｃｕのような複層構造のものなどが用いられる。この絶
縁性基板１７と金属配線１６とからなる配線基板２０
は、単層構造とは限らず、多層構造であることもある。
次に、チップ１１上に形成されているボンディングパッ
ド（図示せず）と配線基板側の金属配線１６とが、金属
細線１２で結線されている。そして、チップ１１と金属
細線１２とが封止・外装されている。この封止・外装構
造は、例えばセラミックキャップ１９を被せた中空構造
であったり或いは、エポキシ樹脂１０で被覆した構造で
ある。
【０００４】配線基板２０の実装面（チップ１１搭載面
とは反対側の面）からは、その面上にアレイ状に配置さ
れた多数の外部端子が、面に垂直な方向に突出するよう
に設けられている。それらの外部端子ははんだ製のボー
ル１３又は、金属製で例えば剣道の竹刀のような鍔付き
形状のピン１４である。はんだボール１３又はピン１４
は、上述の配線基板２０に設けられたスルーホール１８
を介して、配線基板表面または基板内部の接続部（端子
パッド１）に導通している。
【０００５】尚、一般に、上記の金属ピン１４で外部端
子を構成したタイプの半導体装置はＰＧＡ構造と呼ば
れ、はんだボールで外部端子を構成したタイプの半導体
装置はＢＧＡ構造と呼ばれる。そして、ＢＧＡ構造の半
導体装置のうち、ガラス・エポキシ板を素材とした樹脂
封止型の半導体装置を、特にＯＭＰＡＣ構造と呼ぶ。こ
のＯＭＰＡＣ構造の半導体装置においては、樹脂封止後
に、外部端子を後付けで形成することもある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述したＰＧＡ構造あ
るいはＢＧＡ構造の半導体装置には、下記のような改善
すべき点がある。すなわち、第一に、配線基板２０が高
価で、半導体装置全体の製造費用が高い。これは、配線
基板２０は、その母材として用いるセラミック板あるい
はガラス・エポキシ板自体が高価である上に、そのよう
な絶縁性基板上に金属配線パターンをめっきによって形
成しなければならず、グランド配線を要するものについ
ては更に多層化する必要があるなど、製造工程が複雑で
あるからである。
【０００７】第二に、ＢＧＡ構造特にＯＭＰＡＣ構造の
半導体装置は、信頼性の面で、耐湿性および耐温度サイ
クル性が必ずしも十分ではない。これは、絶縁性基板１
７の材料であるセラミック或いはガラス・エポキシと封
止材である樹脂との間の熱膨張係数の差が大きいことか
ら、加熱，冷却などに伴う熱膨張，収縮により、絶縁性
基板と封止材とがその界面で剥離し易く、又、樹脂封止
部にクラックが生じ易いからである。
【０００８】したがって本発明は、ＰＧＡ構造あるいは
ＢＧＡ構造の半導体装置装置であって、チップ搭載用基
体に関る部材費が廉価な半導体装置を提供することを目
的とするものである。
【０００９】本発明の他の目的は、従来のＯＭＰＡＣ構
造の半導体装置よりも耐湿性、耐温度サイクル性の良好
な、ＰＧＡ構造又はＢＧＡ構造の半導体装置を提供する
ことである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明のリードフレーム
は、 ＢＧＡ構造の外部端子を有する樹脂封止型半導体
装置に用いるリードフレームであって、金属製平板を母
材とし、半導体チップを搭載するためのアイランドと、
アイランドを支持する吊りピンと、前記樹脂封止型半導
体装置の外部端子と前記半導体チップとを電気的に導通
させるための複数のリードと、前記複数のリードを相互
に連結すると共に樹脂封止の際の樹脂漏れを防止するた
めのタイバーと、前記吊ピンと前記タイバーと前記リー
ドと前記アイランドとを固定するためのフレーム部とを
備え、前記リードには、その導電経路中の前記外部端子
と接続すべき位置に平面的に拡面化した端子パッドを有
するリードフレームにおいて、前記リードの端子パッド
に、リードフレームのチップ搭載側の面とは反対側の面
側に凸の窪みを設けたことを特徴としている。
【００１１】本発明の半導体装置は、上記のリードフレ
ームと、そのリードフレームの前記アイランドに搭載さ
れた半導体チップと、前記半導体チップの接続用電極と
前記リードフレームのリードとを導電的に結ぶ金属細線
と、前記リードフレームの端子パッドに設けられた窪み
に導電的に固着されたはんだボールからなる外部端子で
あって、リードフレームのチップ搭載側の面とは反対側
の面からその面に垂直方向に突出する外部端子と、前記
リードフレームと、前記半導体チップと、前記金属細線
とを、前記外部端子の外部の回路との接続部分となるべ
き部分を残して覆う封止外装用の樹脂層とを含んでな
る。
【００１２】本発明の半導体装置の製造方法は、上記の
リードフレームの前記アイランドに半導体チップを搭載
する工程と、前記半導体チップの接続用電極と前記リー
ドフレームのリードとを金属細線により結線する工程
と、前記リードフレームと、前記半導体チップと、前記
金属細線とを、前記端子パッドの前記チップ搭載側の面
とは異る側の面が露出するようにして、樹脂層で覆う工
程と、前記リードフレームの端子パッドの露出部の窪み
に、はんだボールを導電的に固着する工程とを含む。
【００１３】本発明の半導体装置の製造方法は、上記の
リードフレームの前記端子パッドの、半導体チップ搭載
側の面とは異る側の面の窪みに、その面から垂直方向に
突出するようにして、予めはんだボールを電気的に固着
する工程と、前記はんだボール固着済みのリードフレー
ムの前記アイランドに半導体チップを搭載する工程と、
前記半導体チップの接続用電極と前記リードフレームの
リードとを金属細線により結線する工程と、前記リード
フレームと、前記半導体チップと、前記金属細線とを、
前記端子パッドに固着した前記はんだボールの外部の回
路との接続部分となるべき部分を残して、樹脂層で覆う
工程とを含む。
【００１４】本発明では、半導体チップを搭載する基体
として、４２合金あるいはＣｕ合金のような金属製リー
ドフレームを用いている。従って、リードフレームへの
チップ搭載から、チップとリードフレームとの間のワイ
ヤボンディング、樹脂封止迄を、一般のモールド樹脂封
止構造の半導体装置の製造工程と同一の工程で実行でき
る。すなわち、セラミック板あるいはガラス・エポキシ
板に金属配線パターンを形成する従来の半導体装置に比
べ、材料自体が安価でありしかも製造工程が簡単であ
る。
【００１５】又、金属製リードフレームと樹脂との間の
剥離や外装樹脂のクラックが発生し難いので、耐湿性お
よび耐温度サイクル性が向上する。
【００１６】本発明の金属製リードフレームには、外部
端子とチップチップとを電気的に導通させるためのリー
ドに対し、その導電経路の途中に、はんだボール或いは
金属ピンなどの外部端子と接続するための拡面部（端子
パッド）が設けられている。従って、外部端子とリード
フレームの配線パターンとは確実に接続される。上記端
子パッドに貫通口を設けると、外部端子とリードフレー
ムの配線パターンとの接続はより強固なものとなるが、
本発明は上記端子パッドに上に凸或いは下に凸の凹みを
設け、外部端子としてのはんだボール又は金属ピンとリ
ードフレームの配線パターンとの接触面積を大にして、
リードフレームの配線パターンと外部端子との接続を更
に良好なものにしている。
【００１７】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。始めに、本発明の理解を
容易にするために、本発明の参考例について述べる。図
１は、本発明の参考例によるリードフレームの平面図で
ある。又、図２は、このリードフレームを用いたＢＧＡ
構造の樹脂封止型半導体装置およびＰＧＡ構造の樹脂封
止型半導体装置の断面図である。図３は、本実施の形態
の半導体装置の製造に用いたリードフレームの断面図で
ある。
【００１８】図１を参照して、本参考例のリードフレー
ム８は金属製で、半導体チップ１１を搭載するためのア
イランド５と、アイランド５を支持する吊りピン２と、
樹脂封止の際の樹脂漏れ防止用ストッパとしてのタイバ
ー３と、外部端子とチップとを電気的に導通させるため
のリード４と、樹脂封止後の封止樹脂１０の収縮による
フレーム歪を緩和するためのスリット６と、吊ピン２と
タイバー３とリード４とアイランド５と樹脂封止後の半
導体装置とを固定するためのフレーム部７とに加えて、
新たに、リード４の途中を拡面化した端子パッド１を備
えている。この端子パッド部には、貫通口９が設けられ
ている。リードフレームの母材としては、４２合金ある
いはＣｕ合金などを用いることができ、通常のリードフ
レームと同様にして、容易に製造できる。尚、上記のス
リット６は、特には無くても構わない。
【００１９】次に、図２を参照すると、チップ１１側の
ボンディングパッド（図示せず）とリードフレーム側の
リード４とが、ワイヤボンディングにより金属細線１２
で結線されている。そして、外部端子であるはんだボー
ル１３又は金属ピン１４が、上記リード４の途中に設け
られた端子パッド１に、それぞれの一部分が端子パッド
に設けられた貫通口９に嵌り込むようにして、当接、固
着されている。尚、端子パッドの貫通口９は、はんだボ
ール１３や金属ピンの固定をより確実にするためのもの
であって、特に設けなくても構わない。
【００２０】図２（ａ），（ｂ）に示す半導体装置は、
図３（ａ）〜（ｃ）に示すリードフレームを用いて、以
下のようにして製造される。すなわち、先ず、図３
（ａ）に示すリードフレーム８Ａを準備し、そのアイラ
ンドに半導体チップ１１を搭載する。次に、チップ側の
ボンディングパッドとリードフレーム側のリード４とを
ワイヤボンディングする。その後、樹脂封止を行う。そ
の際、リードフレームの端子パッド１に相当する部分に
突起のあるモールド金型を用いて、端子パッド１が封止
樹脂１０に覆れないようにする。そして、外部端子であ
るはんだボール１３又は金属ピン１４を端子パッド１に
はんだ付けして、ＢＧＡ構造またはＰＧＡ構造の半導体
装置を得る。
【００２１】或いは、以下のようにしても、製造され
る。先ず、図３（ａ）に示すリードフレーム８Ａに、予
めはんだボール１３又は金属ピン１４をはんだ付けし
て、図３（ｂ）又は図３（ｃ）に示す、はんだボール１
３付きのリードフレーム８Ｂ又は金属ピン付きのリード
フレーム８Ｃを得る。次いで、上記のはんだボール付き
リードフレーム８Ｂ又は金属ピン付きリードフレーム８
Ｃのアイランドにチップ１１を搭載し、ワイヤボンディ
ングを行った後、樹脂封止を行う。
【００２２】本参考例の半導体装置は、内部リードとし
てのインナリードと外部端子としてのアウタリードとを
持つ金属製リードフレームを用いた、一般的な樹脂封止
型半導体装置と同様に、トランスファモールディング工
法を用いた封止樹脂１０によって容易に封止、外装でき
るので、製造工程が簡単である。しかも樹脂封止後の半
導体装置において、封止樹脂１０と金属製リードフレー
ム８との密着性は高く、且つリードフレームの母材とし
てＣｕ合金あるいは４２合金などを使用するので、封止
樹脂１０を介しての放熱性も、従来のこの種の半導体装
置に比べて大きい。
【００２３】図４（ａ）に、３００ピンのＬＳＩについ
て、チップ搭載用の基体としてセラミック板を用いたＰ
ＧＡ構造のセラミック型ＬＳＩと、ガラス・エポキシ板
を用いたＢＧＡ構造のモールド型ＬＳＩと、本参考例の
形態のモールド型ＬＳＩとで、チップ搭載用基体の単価
を比較して示す。又、図４（ｂ）に、同様にＬＳＩ製造
に要する資材費を比較して示す。いずれの場合でも、従
来のＰＧＡ構造セラミック型ＬＳＩが一番高価であり、
従来のＢＧＡ構造モールド型ＬＳＩが次に高価である。
本参考例は一番廉価で、一番高価なもののほぼ１／１０
程度、二番目に効果のものに対しても、１／２程度に減
じている。
【００２４】次に、本発明の第１の実施の形態につい
て、説明する。図５は、本実施の形態によるリードフレ
ームの平面図である。図６は、本実施の形態によるＢＧ
Ａ構造モールド型半導体装置およびＰＧＡ構造モールド
型半導体装置の断面図である。図７は、本実施の形態の
半導体装置の製造に用いるリードフレームの、断面図で
ある。
【００２５】図５〜図７を参照して、本実施の形態は、
リードフレームのリードに設けられた端子パッド１に、
貫通口に替えて、下向きの凹み又は上向きの凹み１５を
設けた点が、参考例によるリードフレームと異ってい
る。このように、外部端子としてはんだボール１３を用
いるＢＧＡ構造の半導体装置に対しては、そのリードフ
レームの端子パッドに下向きの凹み１５を設けると、下
に凸の部分がはんだボール１３との接触面積を増加させ
るので、はんだボール１３の固定がより強固になる。一
方、金属ピン１４を外部端子とするＰＧＡ構造モールド
型の半導体装置においては、端子パッドに設けた上向き
の凹みにピン１４の先端が入り込んで、同様に、ピンの
固定がより強固になる。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、金属製
リードフレームのリードに外部端子との接続のための拡
面化された端子パッドを設けることにより、ＢＧＡ構造
又はＰＧＡ構造の外部端子を有するモールド型半導体装
置に対し、その搭載用基体として金属製リードフレーム
の使用を可能にしている。
【００２７】これにより本発明によれば、チップ搭載用
基体に、それ自体がセラミック板やガラス・エポキシ板
に比べて廉価な、４２合金やＣｕ合金を母材として用い
ることができる上に、安価な樹脂による封止、外装が可
能になる。しかも、インナリードとアウタリードとを持
つリードフレームを用いる一般的な樹脂封止型半導体装
置と同様の、簡単な製造工程を適用できるので、半導体
装置の製造コストを低減することが可能である。
【００２８】又、チップ搭載用基体としてセラミック板
やガラス・エポキシ板を用いていた従来の半導体装置に
比べ、チップ搭載用基体と封止外装用樹脂との密着性が
良くなると共に熱膨張係数差が小さくなるのみならず、
放熱性も向上する。従って、熱膨張・収縮に基づくリー
ドフレームと外装樹脂層との間の剥離や外装樹脂層での
クラック発生を防止し、耐湿性及び耐温度サイクル特性
を向上させることができる。更に、外部端子とリードフ
レームの配線パターンとは確実に接続される。しかも、
その端子パッドに上に凸或いは下に凸の凹みを設け、外
部端子としてのはんだボール又は金属ピンとリードフレ
ームの配線パターンとの接触面積を大にして、リードフ
レームと外部端子との接続をより良好なものとしてい
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の参考例によるリードフレームの、平面
図である。
【図２】本発明の参考例によるＢＧＡ構造モールド型半
導体装置の断面図および、ＰＧＡ構造モールド型半導体
装置の断面図である。
【図３】図２に示すＢＧＡ構造モールド型半導体装置お
よびＰＧＡ構造モールド型半導体装置の製造に用いたリ
ードフレームの断面図である。
【図４】参考例によるＢＧＡ構造モールド型半導体装置
と、従来のＰＧＡ構造セラミック型半導体装置と、従来
のＢＧＡ構造モールド型半導体装置とで、チップ搭載用
基体の価格および半導体装置の価格を比較して示す図で
ある。
【図５】本発明の第１の実施の形態によるリードフレー
ムの、平面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態によるＢＧＡ構造モ
ールド型半導体装置の断面図および、ＰＧＡ構造モール
ド型半導体装置の断面図である。
【図７】図６に示すＢＧＡ構造モールド型半導体装置お
よびＰＧＡ構造モールド型半導体装置の製造に用いたリ
ードフレームの断面図である。
【図８】従来のＢＧＡ構造半導体装置およびＰＧＡ構造
半導体装置の断面図である。
【図９】図８に示すＢＧＡ構造モールド型半導体装置お
よびＰＧＡ構造モールド型半導体装置の製造に用いられ
るチップ搭載用基体の平面図である。
【符号の説明】
１ 端子パッド ２ 吊りピン ３ タイバー ４ リード ５ アイランド ６ スリット ７ フレーム部 ８，８Ａ，８Ｂ，８Ｃ リードフレーム ９ 貫通口 １０ 封止樹脂 １１ チップ １２ 金属細線 １３ はんだボール １４ 金属ピン １５ 凹み １６ 配線パターン １７ 絶縁基板 １８ スルーホール １９ キャップ ２０ 配線基板

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ＢＧＡ構造の外部端子を有する樹脂封止
    型半導体装置に用いるリードフレームであって、金属製
    平板を母材とし、半導体チップを搭載するためのアイラ
    ンドと、アイランドを支持する吊りピンと、前記樹脂封
    止型半導体装置の外部端子と前記半導体チップとを電気
    的に導通させるための複数のリードと、前記複数のリー
    ドを相互に連結すると共に樹脂封止の際の樹脂漏れを防
    止するためのタイバーと、前記吊ピンと前記タイバーと
    前記リードと前記アイランドとを固定するためのフレー
    ム部とを備え、前記リードには、その導電経路中の前記
    外部端子と接続すべき位置に平面的に拡面化した端子パ
    ッドを有するリードフレームにおいて、 前記リードの端子パッドに、リードフレームのチップ搭
    載側の面とは反対側の面側に凸の窪みを設けたことを特
    徴とするリードフレーム。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載のリードフレームと、そ
    のリードフレームの前記アイランドに搭載された半導体
    チップと、前記半導体チップの接続用電極と前記リード
    フレームのリードとを導電的に結ぶ金属細線と、前記リ
    ードフレームの端子パッドに設けられた窪みに導電的に
    固着されたはんだボールからなる外部端子であって、リ
    ードフレームのチップ搭載側の面とは反対側の面からそ
    の面に垂直方向に突出する外部端子と、 前記リードフレームと、前記半導体チップと、前記金属
    細線とを、前記外部端子の外部の回路との接続部分とな
    るべき部分を残して覆う封止外装用の樹脂層とを含んで
    なる半導体装置。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載のリードフレームの前記
    アイランドに半導体チップを搭載する工程と、 前記半導体チップの接続用電極と前記リードフレームの
    リードとを金属細線により結線する工程と、 前記リードフレームと、前記半導体チップと、前記金属
    細線とを、前記端子パッドの前記チップ搭載側の面とは
    異る側の面が露出するようにして、樹脂層で覆う工程
    と、 前記リードフレームの端子パッドの露出部の窪みに、は
    んだボールを導電的に固着する工程とを含む半導体装置
    の製造方法。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載のリードフレームの前記
    端子パッドの、半導体チップ搭載側の面とは異る側の面
    の窪みに、その面から垂直方向に突出するようにして、
    予めはんだボールを電気的に固着する工程と、 前記はんだボール固着済みのリードフレームの前記アイ
    ランドに半導体チップを搭載する工程と、 前記半導体チップの接続用電極と前記リードフレームの
    リードとを金属細線により結線する工程と、 前記リードフレームと、前記半導体チップと、前記金属
    細線とを、前記端子パッドに固着した前記はんだボール
    の外部の回路との接続部分となるべき部分を残して、樹
    脂層で覆う工程とを含む半導体装置の製造方法。
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