JP3169781B2 - 半導体装置用のリードフレーム - Google Patents
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Description
レームに関するもので、より詳細には、リードフレーム
の外部リードとプリント配線板のランドの熱膨張係数差
異によるはんだ接合部分のクラックを防止することがで
きる半導体装置用のリードフレームに関するものであ
る。
量増大、信号処理の高速化、消費電力の増大、多機能化
及び高密度実装が加速的に要求される趨勢にあり、半導
体パッケージの重要性が増している。
量の増大等により、入出力端子の数が増加するようにな
って、半導体装置の外部回路との接続のためのリードの
数が増加するようになってリードは微細ピッチ化されて
いる。
は、DIP(dual in-line package)が実装される貫通ホ
ールタイプから、図2に示すように、SOP(small out
linepackage)及びQFP(quad flat package) のかも
め翼形リード(gull wing lead)やSOJ(small out-lin
e J-bend package) 及びPLCC(plastic leaded chip
carrier) のJ形リードのような表面実装技術SMT(su
rface mount technology)タイプへと発展している。
化されたダイをニッケル−鉄を主成分とするリードフレ
ームのダイパッド上に付着させ、このダイのボンディン
グパッドとリードフレームの内部リードとの間をボンデ
ィングワイヤによって接続させた後に、前記ダイとボン
ディングワイヤによって連結された内部リードをEMC
(Epoxy Molding Compound)のような絶縁性の成形体によ
って封止し、前記リードフレームの外部リードのみ露出
させた半導体パッケージから構成される。
銅を主成分とするプリント配線板(PWB)上のランド
ないしハイブリッド集積回路上の電極パッドに、はんだ
ペーストを利用してリードフレームの外部リードがはん
だ付けされる。
−鉄合金を主成分としているが、その理由は、この合金
が、銅よりは電気伝導性や熱伝導率が落ちるが、機械的
な強度が銅より高く、また湿気や酸等に対する耐腐蝕性
が良好であり、パッケージ樹脂およびボンディングワイ
ヤとの接着性が良好であるためである。
ップモジュールやハイブリッド半導体装置においては、
このようにニッケル−鉄を主成分とする金属からなるリ
ードフレームを使用した半導体パッケージをプリント配
線板上表面に実装させた状態から高温テスト、温度変化
の反復テスト等の信頼性のテストを受けるようになる。
板のランド11とリードフレームの外部リード12との
間のはんだ接合部分14には銅とニッケル−鉄合金の熱
膨脹係数の差によってせん断応力によるストレスが発生
されてしまい、はんだ接合部分にクラックが発生する恐
れがある。ちなみに、通常、リードフレームの材料であ
るニッケル−鉄合金の熱膨脹係数は4×10-6/℃、プ
リント配線板上のランドのそれは16×10-6/℃、プ
リント配線板のそれは15〜17×10-6/℃である。
復テストの場合には累積ストレスによる変形率が多変的
であるので、その接合面積が比較的大面積の場合には問
題視されていなかったことが、パッケージの微細ピッチ
化、軽薄縮小化の趨勢によってその接合面積が小面積に
なることによって、信頼性の問題が大幅に抬頭された実
状である。
ような従来技術の問題点を解決するためになされたもの
で、リードフレームの外部リードとプリント配線板のラ
ンドとの熱膨張係数差異によるはんだ接合部分のクラッ
クを防止し信頼性を高めることができる半導体装置用の
リードフレームを提供することにある。
に、本発明は、半導体ダイを搭載するためのダイパッド
と、前記半導体ダイのボンディングパッドとボンディン
グワイヤによって電気的に接続される内部リードと、プ
リント配線板に電気的に接続される外部リードとを備
え、前記内部リード及びダイパッドがモールド樹脂によ
り封止されている半導体装置用のリードフレームにおい
て、前記リードフレームは前記プリント配線板のランド
の金属と熱膨張の係数が同等な金属からなり、前記ダイ
パッド及び内部リードの表面にはモールド樹脂及びボン
ディングワイヤとの接着性が良好な金属のクラッド層が
形成されており、前記クラッド層は180℃以下の融点
をもつ錫ろう合金よりなることを特徴とする。
フレームの厚さの10〜40%程度であることが望まし
い。また、前記リードフレームを構成する金属は銅であ
ることが好ましい。
れば、プリント配線板と外部リードの熱膨脹係数が同等
であるので、その外部リードとプリント配線板のランド
との間のはんだ接合部分のクラックを防止することがで
き、その表面実装の信頼性を向上させることができる。
詳細に説明する。
する半導体パッケージの断面構造を示すものである。こ
の半導体パッケージはモールド樹脂20内に半導体ダイ
22、ボンディングワイヤ23、リードフレーム30の
ダイパッド24及び内部リード26を封止している。前
記モールド樹脂20の外部には前記リードフレーム30
の外部リード28が露出されている。ここで、前記内部
リード26はモールド樹脂20によって封止されたリー
ドフレーム30のリード部分であり、前記外部リード2
8はリードフレーム30のリードの中のモールド樹脂2
0の外部に露出された部分である。
28を除外した内部リード26とダイパッド24の表面
には、錫ろう合金からなるクラッド層27が形成されて
いる。
れる錫ろう合金として180℃以下の低融点をもつもの
を使用することができる。また、クラッド層27は、銅
からなるリードフレーム30のモールド樹脂20との接
着部分に熱圧着の方式によって被覆される。このクラッ
ド層27の厚さは銅よりなるリードフレーム30の厚さ
の10〜40%にする。
に使用されるモールド樹脂20の種類は特に限定される
ものでなく、当業界で周知のものを選択して使用するこ
とができる。
リードフレーム30において、外部リード28は、プリ
ント配線板のランドとの熱膨張係数が同一な銅系列の金
属であるため、はんだ接合部分の熱膨張によるストレス
の発生を除去し、はんだ接合部分のクラック発生を防止
することができる。また、モールド樹脂20の内部に封
止されるリードフレーム30の内部リード26とダイパ
ッド24上にはモールド樹脂20との熱膨張係数の差異
を緩衝させ、その接着力の向上を図るために錫ろう合金
のクラッド層27が形成されているため、クラッド層2
7が形成されていないリードフレーム30のモールド形
成時に発生する問題、即ち、リードフレーム30を成す
銅の表面に形成される酸化膜によってリードフレーム3
0とモールド樹脂20の密着性が弱くなって、これらの
密着部位の界面に沿って水分や汚染物がパッケージ内に
吸湿されるとか浸透する問題を防止することができる。
されているが、マルチチップモジュールやハイブリッド
装置は表面の実装後に樹脂によって被覆されているの
で、腐蝕等による問題は信頼性にほとんど影響を及ぼさ
ない。したがって、本発明のリードフレームはマルチチ
ップモジュールやハイブリッド装置等の高密度の実装を
要する半導体装置に適合する。
ム30の封止された部分のその両面に全てに錫ろう合金
のクラッド層27が形成される例を述べているが、リー
ドフレーム30の上面のみにクラッド層27が形成され
ることも本発明の技術的な思想と範囲に含まれるもので
あることに注意すべきである。
ードフレームは、プリント配線板のワイヤの金属と熱膨
脹の係数が同等な金属からなるため、その外部リードと
ダイパッドとの間の熱膨脹係数の差異によるはんだ接合
部分のクラック発生を防止でき、また、モールド樹脂の
内部においてはモールド樹脂に封止されるリードフレー
ムの部分の表面に特定金属のクラッド層を形成すること
によりこれらの部分と樹脂との接着力を向上させ、リー
ドフレームとモールド樹脂との熱膨脹係数の差異を減少
させ、ヒールブレーク(heel brake)、パッケージラミネ
ーション剥離(de-lamination) 、クラック等の不良を防
止でき、半導体装置の信頼性を向上させることができ
る。
導体パッケージの断面構造を示す図である。
ント配線板のランドとのはんだ接合部分の状態を示す図
である。
Claims (3)
- 【請求項1】 半導体ダイを搭載するためのダイパッド
と、前記半導体ダイのボンディングパッドとボンディン
グワイヤによって電気的に接続される内部リードと、プ
リント配線板に電気的に接続される外部リードとを備
え、前記内部リード及びダイパッドがモールド樹脂によ
り封止されている半導体装置用のリードフレームにおい
て、 前記リードフレームは前記プリント配線板のランドの金
属と熱膨張の係数が同等な金属からなり、前記ダイパッ
ド及び内部リードの表面にはモールド樹脂及びボンディ
ングワイヤとの接着性が良好な金属のクラッド層が形成
されており、前記クラッド層は180℃以下の融点をも
つ錫ろう合金よりなることを特徴とする半導体装置用の
リードフレーム。 - 【請求項2】 前記錫ろう合金のクラッド層の厚さはリ
ードフレームの厚さの10〜40%程度であることを特
徴とする請求項1記載のリードフレーム。 - 【請求項3】 前記リードフレームを構成する金属は銅
であることを特徴とする請求項1記載のリードフレー
ム。
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