JP3439417B2 - 半導体パッケージ用接続導体、半導体パッケージ、及び半導体パッケージの組立方法 - Google Patents

半導体パッケージ用接続導体、半導体パッケージ、及び半導体パッケージの組立方法

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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、半導体ペレット
（チップ）とリードフレームとを接続する接続導体と、
それを使用した半導体パッケージと、その組立方法に関
し、特に、ペレットとの接続抵抗を低減して消費電力を
低減することができ、パワーＭＯＳＦＥＴのように携帯
用機器に使用されるトランジスタの消費電力を低減する
のに有効な半導体パッケージ用接続導体、半導体パッケ
ージ及び半導体パッケージの組立方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の製造工程においては、ウエ
ハをダイシング加工することにより多数のペレットに分
離した後、マウント工程において、各ペレットはリード
フレームのアイランド部上に搭載される。そして、ペレ
ットの上面のアルミニウム合金からなる電極金属電極
と、リードフレームのリード端子（ソースリード又はゲ
ートリード等）とを金線等を使用してワイヤボンディン
グすることによりペレットの金属電極が外部に電気的に
引き出されている。その後、ペレットはアイランド部を
含めて樹脂封止され、各リードが切断されて各ペレット
ごとに分割され、パッケージ製品となる。
【０００３】一方、金線のような高価な細い金属線を使
用することによる製造コストの上昇、及び大電流を流し
たときの細い金属線の断線を防止するために、金属線の
替わりに、銅からなる帯状のフレームによりペレット
（チップ）の電極部と、リード端子とを接続する方法が
提案されている（特開平８−１４８６２３号公報）。こ
の場合に、フレームとペレットの電極部との間は、半田
により接合されている。
【０００４】また、特開平９−３６１８６号公報には、
半導体チップ上に形成されたアルミニウム電極と絶縁性
基板上の電極とを太いアルミニウムワイヤを使用してワ
イヤボンディングすることにより接続することが記載さ
れている。このワイヤボンディングは、アルミニウムワ
イヤにツールを介して大きな荷重と超音波を印加するこ
とによりワイヤ及び接合する相手材を変形させ、両者の
酸化膜を除去し互いに清浄な新生面を露出させる原理で
接合するものである。
【０００５】特開平９−３６１８６号の発明自体は、パ
ワー半導体モジュールが大電流を通電するために半導体
チップの発熱が著しいことから、絶縁性基板上の電極と
半導体チップ上の金属電極とを接続する導体と、絶縁性
基板及びシリコンとの間の熱膨張率の差を所定値以下に
規定して、絶縁性基板上の電極と半導体チップ上の金属
電極との接続の信頼性を高めたものである。なお、導体
と金属電極とは半田により接合されている。また、導電
性を確保するために、導体に金メッキすること等が記載
されている。
【０００６】また、特開平１１−１７７００７号公報に
は、パッケージの実装抵抗を１ｍΩ以下に小さくし、か
つ長期信頼性を向上させた低コストのトランジスタパッ
ケージを得るために、ベース及びエミッタ電極に複数の
Ａｕバンプを形成したトランジスタチップの上下に、部
分貴金属メッキを施したリードフレームを配置し、貴金
属膜を最表面に形成したコレクタ電極とコレクタリード
を半田を介して、又は直接加圧加熱接合し、Ａｕバンプ
とベース及びエミッタリードを直接に超音波併用加熱圧
着したトランジスタパッケージが開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】而して、携帯電話等の
携帯機器においては、待機時にも一部の回路は動作して
おり、この携帯機器に使用されるパワーＭＯＳＦＥＴの
オン抵抗が高いと、待機時（待ち受け時）に大きな電力
を消費することになってしまい、待ち受け時間が短くな
るという問題点がある。
【０００８】このオン抵抗に影響するものとして、ワイ
ヤ又はフレーム等の導体の抵抗と、回路内部の配線（Ａ
ｌ等）抵抗と、リード抵抗と、導体とペレットの金属電
極との接触抵抗とがある。しかし、導体抵抗等の大きさ
は小さく、オン抵抗に大きく影響するものは、導体と金
属電極との間の接触抵抗である。
【０００９】この導体と金属電極との間の接触抵抗を小
さくするために、従来、前述のごとく、金バンプを使用
したり、金メッキ処理をしたりしている。しかし、この
ような金電極を使用すると、パッケージコストが著しく
増大するという欠点がある。
【００１０】また、従来、超音波を印加することによ
り、ワイヤ及び接合相手材を変形させ、両者の表面に存
在する酸化膜を除去した状態で両者を接触させる方法も
採られているが、超音波を印加することにより、金属電
極の下層の絶縁層を破壊する等、ペレットに対する悪影
響が懸念される。
【００１１】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、Ａｌ電極等のペレット上の金属電極と、そ
れに接続される接続導体との間の接触抵抗を著しく低減
することができ、またパッケージコストを低減すること
ができる半導体パッケージ用接続導体、半導体パッケー
ジ、及び半導体パッケージの組立方法を提供することを
目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体パッ
ケージ用接続導体は、半導体ペレットの金属電極に接続
される半導体パッケージ用接続導体において、帯状をな
し、前記金属電極と接続される面に、前記金属電極に向
けて押圧されることにより前記金属電極の素材が進入す
る複数の孔が形成されていることを特徴とする。
【００１３】前記孔は、前記接続面にピンにより貫通孔
を穿設することにより設けたものであるように構成する
ことができる。
【００１４】また、接続導体は、例えば、銅又は銅合金
箔を帯状に切断した後、帯の一方の端部を前記金属電極
との接続面としたものである。更に、前記金属電極は、
例えば、アルミニウム若しくはアルミニウム合金電極、
金電極又は金めっき電極である。
【００１５】本発明に係る半導体パッケージは、リード
フレームと、このリードフレームのアイランド部上に搭
載された半導体ペレットと、前記リードフレームのリー
ド端子部及び前記半導体ペレットの金属電極を接続する
接続導体とを有し、前記接続導体は、帯状をなし、前記
金属電極に接続される面に、前記金属電極の素材が進入
している複数の孔が形成されたものであることを特徴と
する。
【００１６】また、本発明に係る半導体パッケージの組
立方法は、ロールから繰り出された導体箔を打ち抜き金
型に供給する工程と、前記導体箔を前記打ち抜き金型に
より帯状に切断して接続導体を得ると共に、この接続導
体をリードフレームの段差形状に成形する工程と、前記
接続導体の接続面に複数の孔を形成する工程と、この孔
を形成した接続面をリードフレーム上の半導体ペレット
の金属電極に向けて押圧して前記接続導体と前記金属電
極とを接続する工程と、を有し、前記孔内に前記金属電
極の素材が進入していることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について、
添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は本発明
の実施例に係る半導体パッケージを封止樹脂を除いて示
す平面図、図２は同じくそのＡ−Ａ線による断面図であ
る。ウエハをダイシングして分割されたパワーＭＯＳＦ
ＥＴ等の半導体ペレット１がリードフレーム５のアイラ
ンド部６上に搭載されており、このペレット１の上面に
は例えばトランジスタのソースに接続された金属電極２
と、ゲートに接続された金属電極３とが形成されてお
り、これらの金属電極２，３は例えばアルミニウム又は
アルミニウム合金で形成されている。ペレット１の下面
にドレイン端子（図示せず）が設けられており、このド
レイン端子は、アイランド部６に接続されている。
【００１８】リードフレーム５はアイランド部６から延
びる例えば４本のドレインリード７と、ドレインリード
７の反対側に設けられた例えば３本のソースリード８
と、例えば１本のゲートリード９とを有する。
【００１９】そして、本実施例においては、ペレットの
金属電極とリードフレームとを接続する接続導体とし
て、帯状の銅又は銅合金箔等からなるクリップ１０（１
０ａ、１０ｂ）を使用する。即ち、本実施例において
は、銅又は銅合金箔を帯状に成形したクリップ１０ａと
ペレット１の金属電極２とが導電ペースト１２を介して
接合され、同じく銅又は銅合金箔を帯状に成形したクリ
ップ１０ｂとペレット１の金属電極３とが導電ペースト
１２を介して接合されている。また、クリップ１０（１
０ａ、１０ｂ）の他方の端部も、導電ペースト１２によ
り夫々ソースリード８及びゲートリード９に接続されて
いる。そして、ペレット１は、アイランド部６、ソース
リード８，ゲートリード９及びドレインリード７を含め
て樹脂１３により封止される。
【００２０】而して、本実施例においては、接続導体で
あるクリップ１０（１０ａ、１０ｂ）として、金属電極
２，３に接続される面に突起を有するものを使用する。
即ち、図３に示すように、クリップ１０には、例えば、
格子状の突起２０が形成されている。
【００２１】次に、このように構成された接続導体（ク
リップ１０）を半導体ペレット１の金属電極に接続する
場合の動作について説明する。即ち、このクリップ１０
を導電ペースト１２を間に挟んでペレット１のアルミニ
ウム又はアルミニウム合金等からなる金属電極２に押圧
する。そうすると、クリップ１０の突起２０が導電ペー
スト１２を押しやり、更にその下層のアルミニウム金属
電極２に食い込む。これにより、銅又は銅合金箔のクリ
ップ１０の突起２０がアルミニウム金属電極２内に進入
する。
【００２２】通常、アルミニウム金属電極２はＣＶＤ等
により形成されるが、チャンバから出した時点でその表
面に酸化膜が形成される。このような酸化膜が表面に存
在すると、接続導体と金属電極との間の接触抵抗が増大
してしまう。そこで、従来、超音波振動を付与して金属
電極の表面を壊し、新生面を現出させて接続導体とこの
金属電極新生面とを金属結合させることにより、接触抵
抗の低減を図るか、又は、酸化膜が実質的に存在しない
金電極を使用していた。
【００２３】本発明においては、前述の如く、クリップ
１０の突起２０がアルミニウム電極２内に進入するの
で、金属電極２の表面に酸化膜が存在しても、突起２０
がこの酸化膜を破り、その内部の新生面とクリップ１０
とが確実に接触する結果、クリップ１０と金属電極２と
の接触抵抗が著しく低下する。
【００２４】次に、このクリップ１０の製造方法と、パ
ッケージの組立方法について図４を参照して説明する。
銅又は銅合金箔のロール３０が供給リール３１に装着さ
れており、この供給リール３１が回転してロール３０か
ら銅又は銅合金箔が打ち抜き金型３２に供給される。こ
の打ち抜き金型３２は下型３２ａと上型３２ｂとから構
成され、下型３２ａはリードフレームの段差に整合する
形状の段差が形成されている。また、上型３２ｂには、
リードフレームの段差に整合する形状の段差が形成され
ていると共に、更に銅又は銅合金箔をクリップの所定の
長さに切断するための１対の剪断刃３３が設けられてい
る。また、上型３２ｂの中央部には開口部が設けられて
おり、この開口部を介してマウントヘッド３４の下面に
固定されたコレット３５が下型３２ａ上のクリップ上に
下降することができるようになっている。
【００２５】この打ち抜き金型３２においては、銅又は
銅合金箔がリール３１から下型３２ａ上に供給される
と、上型３２ｂが下降し、剪断刃３３により銅又は銅合
金箔が切断されてクリップ１０の輪郭形状が得られる。
また、上型３２ｂと下型３２ａとの間で銅又は銅合金箔
を押圧することにより、クリップ１０はリードフレーム
の段差形状に成形される。
【００２６】その後、ヘッド３４が下降し、コレット３
５がクリップ１０を吸着し、上型３２ｂが上方に待避し
た後、ヘッド３４が上昇し、クリップ１０を突起の加工
装置に搬送する。
【００２７】図５は突起を形成する方法を示す。図５
（ａ）は、クリップ１００（クリップ１０）を下方から
みた斜視図であり、金属電極との接続面１０１を示すも
のである。また、図５（ｂ）は突起の形成方法を示す図
である。この図５に示すように、クリップ１００の一方
の端部の金属電極と接続される面１０１にブレード
（刃）１０６により格子状の切れ込みを形成し、切れ込
みの間の部分が突起１１１（突起２０）となるように粗
面化する。
【００２８】次いで、突起２０を形成した後、コレット
３５はクリップ１０をマウント装置に搬送する。マウン
ト装置においては、リードフレーム５のアイランド部６
上にペレット１が搭載されており、このペレット１の金
属電極２及びリードフレーム５のソースリード８及びゲ
ートリード９の端子上にクリップ１０を重ねる。このと
き、突起２０を形成した方のクリップ端部をアルミニウ
ム等の金属電極２上に重ね、所定の押圧力を印加して、
クリップ１０を金属電極２に押し付ける。これにより、
図３に示すように、クリップ１０の突起２０がアルミニ
ウム金属電極２内に食い込み、金属電極表面に酸化膜が
存在しても、突起が酸化膜を破り、クリップ１０と金属
電極２の新生面とが確実に接触する。これにより、クリ
ップ１０と金属電極２との接触抵抗が著しく低下する。
【００２９】次に、クリップの接触面に突起を形成する
方法について説明する。図５は、前述の如く、接続面１
０１にブレード１０６により格子状の切れ込みを形成す
ることにより、突起１１１を設けたものである。しか
し、本発明において、この突起の形成方法は図５に示す
ものに限らず、例えば、図６及び図７に示す方法で突起
を形成しても良い。
【００３０】図６（ａ）、（ｂ）はクリップ１０２の接
続面１０３を、凹凸を形成した金型１０７に押圧するこ
とにより、接続面１０３に金型１０７の凹凸を転写した
ものである。この凹凸１１２の突部が、図３に示す突起
２０と同様にアルミニウム電極２の内部に進入すること
ができる。これにより、クリップ１０２が金属電極２の
新生面に接触することができ、接触抵抗を著しく低減す
ることができる。
【００３１】図７（ａ）、（ｂ）はクリップ１０４の接
続面１０５にピン１０８により多数の貫通孔１１３を穿
設したものである。このように、接続面１０５に孔１１
３を設けることにより、このクリップの接続部をアルミ
ニウム等の金属電極２に押圧することにより、アルミニ
ウム素材が孔１１３内に入り込む。このように、金属電
極２のアルミニウム素材が流動して、孔１１３内に入り
込むことにより、アルミニウムの新生面がクリップ１０
４の孔１１３の側面に接触し、接触抵抗が著しく低下す
る。
【００３２】なお、接続導体（クリップ）に形成する突
起については、上記図３，図５，図６，図７に記載した
ものに限らないことは勿論である。突起は金属電極表面
の酸化膜を破って内部に進入できるものであればよく、
例えば、銅又は銅合金箔の表面を針状のプローブ等によ
り、けがくことにより、クリップの接続面を粗面化して
も良い。また、図７に示したように、突起ではなく、接
続導体に孔を形成することにより、金属電極の素材がこ
の孔内に進入するようにしたものでもよい。いずれにし
ても、金属電極表面の酸化膜が破られて新生面が接続導
体の突起又は孔に接触するようにしたものであればよ
く、このような突起又は孔の形状自体は、種々考えるこ
とができる。
【００３３】なお、アルミニウム金属電極の表面の酸化
膜を効率的に破るためには、突起の尖端部は半径３０μ
ｍ以下の曲率を有することが好ましい。また、突起の断
面における側面間のなす角度（以下、先端角度）は３０
°以下であることが好ましい。更に、突起の長さは５〜
１０μｍであることが好ましい。そして、接触抵抗を十
分に低下させるために、この突起の数は、接続面の接続
領域の３０％以上とすることが好ましい。また、プロー
ブにより銅又は銅合金箔をけがくことにより突起を形成
する場合には、プローブの摺動量を１０〜１００μｍと
することが好ましい。
【００３４】また、本発明において、パッケージの形態
については何ら図１，２に示すものに限らない。例え
ば、図８に示すように、リードが一方にのみ延びている
パッケージにも本発明を適用することもできる。図８に
示すパッケージにおいては、リードフレームのアイラン
ド部４６にペレット４１が搭載されており、このアイラ
ンド部４６の一辺の中央から、ドレインリード４７が延
びており、このドレインリード４７の両側にソースリー
ド４８及びゲートリード４９がドレインリード４７に平
行に延びている。このソースリード４８及びゲートリー
ド４９の端子部はアイランド部４６の近傍に配置されて
いる。
【００３５】ペレット４１のソース金属電極４２上及び
リードフレームのソースリード４８の端子部上に夫々導
電ペースト５２が塗布されており、この導電ペースト５
２を介して、クリップ５０ａの夫々端部が接着されてい
る。また、ペレット４１のゲート金属電極４３とゲート
リード４９の端子部とに、導電ペースト５２を介してク
リップ５０ｂの各端部が接着されている。
【００３６】このように構成されたパッケージにおいて
も、クリップ５０の金属電極４２，４３に接続される面
には、図３，図５，図６，又は図７に示す突起が形成さ
れており、この突起がアルミニウム等の金属電極の内部
まで進入してクリップ５０と金属電極の新生面とが接触
している。これにより、クリップと金属電極との接触抵
抗を著しく低減することができる。
【００３７】なお、本発明においては、前述の如く、超
音波を使用しなくても接触抵抗を著しく低減することが
できるが、超音波を併用することも可能である。また、
金属電極の材質としては、アルミニウム又はアルミニウ
ム合金を使用した場合に、本発明によればその表面に存
在する酸化膜の影響を回避して接触抵抗を低下させるこ
とができるという点で有益であるが、金属電極として、
金電極又は金めっき電極等の他の表面酸化膜を有しない
材質のものを使用しても本発明は有益である。即ち、接
続導体（クリップ）の接続面に形成した突起又は孔が金
属電極の内部に進入し、突起の側面又は孔の内面が金属
電極の内部と接触する結果、接触面積が突起又は孔を有
しない場合に比して著しく増大する。この結果、このよ
うな材質の金属電極の場合にも、本発明によれば、同様
に、接触抵抗を低減することができる。
【００３８】
【発明の効果】本発明によれば、接続導体の突起が半導
体ペレットの金属電極内に進入し又は接続導体の孔内に
金属電極素材が進入するので、金属電極の表面に酸化膜
が存在しても、接続導体は金属電極の素材の新生面で接
触する。このため、本発明によれば、接続導体と金属電
極との間の接触抵抗が著しく低減される。また、接続導
体の突起が半導体ペレットの金属電極内に進入し又は接
続導体の孔内に金属電極素材が進入する結果、接続導体
と金属電極との接触面積が著しく増大し、これにより接
触抵抗も低減される。しかも、本発明によれば、超音波
を使用しなくても接触抵抗を著しく低減できるため、半
導体ペレットの品質に対する影響を回避することができ
る。また、金めっき又は金電極のような高価な素材を使
用しなくても接触抵抗を低減することができ、パッケー
ジコストを低減することができる。更に、本発明は、従
来のように、太いアルミニウム線を複数本使用してこれ
をダイボンディングするような接続方法ではないため、
設備インデックスが長くなり、設備能力が低減したり、
多大な設備投資をしたりする必要が無く、パッケージの
組立コストが低い。即ち、本発明によれば、接触抵抗を
著しく低減できると共に、ワイヤを張らないため、設備
インデックスを短縮できると共に、接続導体として銅又
は銅合金箔を使用した場合は資材コストが低く、利用効
率も優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係るパッケージ（封止樹脂を
除く）を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線による断面図である。
【図３】本実施例のクリップの突起の作用を示す図であ
る。
【図４】本実施例のパッケージの組立方法を示す図であ
る。
【図５】（ａ）及び（ｂ）はクリップの変形例を示す図
であり、夫々クリップの突起又は孔の形状及び形成方法
を示す図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）はクリップの他の変形例を示
す図であり、夫々クリップの突起又は孔の形状及び形成
方法を示す図である。
【図７】（ａ）及び（ｂ）はクリップの他の変形例を示
す図であり、夫々クリップの突起又は孔の形状及び形成
方法を示す図である。
【図８】本発明の他の実施例に係るパッケージ（封止樹
脂を除く）を示す平面図である。
【符号の説明】
１、４１：半導体ペレット ２、３、４２，４３：金属電極 ５：リードフレーム ６：アイランド部 ７：ドレインリード ８：ソースリード ９：ゲートリード １０、１０ａ、１０ｂ、５０，５０ａ、５０ｂ、１０
０，１０２，１０４：クリップ １２、５２：導電ペースト ２０、１１１：突起 ３０：銅又は銅合金箔ロール ３２：打ち抜き金型 １１２：凹凸 １１３：孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−200738（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−32533（ＪＰ，Ａ) 特開2001−127100（ＪＰ，Ａ) 特開2000−183249（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−138043（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−170961（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−135737（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/60 H01L 23/48

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体ペレットの金属電極に接続される
    半導体パッケージ用接続導体において、帯状をなし、前
    記金属電極と接続される面に、前記金属電極に向けて押
    圧されることにより前記金属電極の素材が進入する複数
    の孔が形成されていることを特徴とする半導体パッケー
    ジ用接続導体。
  2. 【請求項２】 前記孔は、前記接続面にピンにより貫通
    孔を穿設することにより設けたものであることを特徴と
    する請求項１に記載の半導体パッケージ用接続導体。
  3. 【請求項３】 銅又は銅合金箔を帯状に切断した後、帯
    の一方の端部を前記金属電極との接続面としたものであ
    ることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体パッ
    ケージ用接続導体。
  4. 【請求項４】 前記金属電極は、アルミニウム若しくは
    アルミニウム合金電極、金電極又は金めっき電極である
    ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載
    の半導体パッケージ用接続導体。
  5. 【請求項５】 リードフレームと、このリードフレーム
    のアイランド部上に搭載された半導体ペレットと、前記
    リードフレームのリード端子部及び前記半導体ペレット
    の金属電極を接続する接続導体とを有し、前記接続導体
    は、帯状をなし、前記金属電極に接続される面に、前記
    金属電極の素材が進入している複数の孔が形成されたも
    のであることを特徴とする半導体パッケージ。
  6. 【請求項６】 前記接続導体は、銅又は銅合金箔を帯状
    に切断したものであり、前記金属電極はアルミニウム若
    しくはアルミニウム合金電極、金電極又は金めっき電極
    であることを特徴とする請求項５に記載の半導体パッケ
    ージ。
  7. 【請求項７】 ロールから繰り出された導体箔を打ち抜
    き金型に供給する工程と、前記導体箔を前記打ち抜き金
    型により帯状に切断して接続導体を得ると共に、この接
    続導体をリードフレームの段差形状に成形する工程と、
    前記接続導体の接続面に複数の孔を形成する工程と、こ
    の孔を形成した接続面をリードフレーム上の半導体ペレ
    ットの金属電極に向けて押圧して前記接続導体と前記金
    属電極とを接続する工程と、を有し、前記孔内に前記金
    属電極の素材が進入していることを特徴とする半導体パ
    ッケージの組立方法。
  8. 【請求項８】 前記導体箔は銅又は銅合金箔であり、前
    記金属電極はアルミニウム若しくはアルミニウム合金電
    極、金電極又は金めっき電極であることを特徴とする請
    求項７に記載の半導体パッケージの組立方法。
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