JP3454667B2 - Loc型リ−ドフレ−ム - Google Patents
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Description
リ−ドフレ−ム、特に実装効率の高いLOC(Lead
on Chip)パッケージに好適なリ−ドフレ−ム
に関する。
金属リ−ドフレ−ム上に搭載(ダイボンド)された半導
体素子上に予め形成された接続用パッド(端子)とイン
ナ−リ−ド先端とがワイアボンドされ、次にエポキシ樹
脂で封止され、タイバ−カット後、封止体から外延する
アウタ−リ−ド部分がSn−Pb合金でメッキされたの
ち、所定形状に成形加工されて行われる。
の使用が敬遠され、Pdを全面に薄くメッキしたリ−ド
フレ−ムが一部で使用されるようになった。例えば、特
許1501723号には、Ni、Coまたはそれらの合
金層を介してPdまたはPd合金層を被覆する方法が記
載されている。Pd合金としてはPd−Ni系、Pd−
Co系、Pd−Ag系などの合金が用いられる。Pdメ
ッキ層上にAuまたはAgの極く薄い層を重ねる方法が
特開平4−115558号に開示されている。さらにP
dメッキ層の厚さは、通常、0.25〜0.1μm程度
でAgメッキ層の厚さより1桁程度薄くコスト的にも有
利と判断されている。このPdをメッキしたリードフレ
ームは、インナ−リ−ド先端部およびタブ部(素子搭載
部)にAgを部分メッキした従来のリ−ドフレ−ムに比
べて樹脂封止後の工程が大幅に短縮される。しかもAg
の部分メッキは生産性に劣り、またメッキ治具を押し当
てる過程でリ−ドフレ−ムが変形してその平坦度(Pl
anarity)が損なわれ、特に高集積半導体に用い
られる高精密なLOC型リ−ドフレ−ムでは、通常±3
0μmの要求平坦度に対し、±10μmの平坦度が要求
され深刻な問題となっている。
リ−のDRAMにおいては、1M、4M、16M・・・
と高集積化が進み、その結果素子が大型化している。一
方、実装効率を上げるため、封止外形を可及的に小型化
する要求が強く、例えば、特許1730586号に記載
されているようなLOCパッケージが採用されるように
なってきた。前記LOCパッケージの構造は、図1
(イ)、(ロ)に示すように、素子10の表面上にリー
ドフレーム11のインナ−リ−ド部12が延長して配置さ
れ、インナ−リ−ド部12に素子10が特殊な接着テー
プ13で固定され、インナーリード部12先端のAgの
部分メッキ層14と素子10とがワイアボンド15で電
気的に接続されたものである。図で16は封止樹脂であ
る。
(LOC型リードフレーム)には、現在、Fe−Ni系
合金、特にFe−42wt%Ni合金が使用されている。
この合金は熱膨張係数がSi素子に近似し、パッケージ
をプリント回路基板にリフロ−半田付けする際の高温加
熱過程で生じる熱歪みが小さく、信頼性に優れていると
されている。
LOCパッケージの問題点について説明する。FeNi
合金はNiを多量に含むため高価である。さらにLOC
パッケージでは、前述のように、素子とリードフレーム
とを特殊な接着テ−プで接着するためコストアップとな
る。このようなことから、LOC型リ−ドフレ−ムに
は、コストダウンが強く求められている。しかし、コス
ト的に有利なPdメッキを適用できない。前記のFeN
i合金にPdメッキを適用できない理由は、前述の通り
Pdは極く薄くメッキされるためピンホ−ルが生じ易
く、またタイバ−カットでFeNi素地が必ず露出し、
このピンホール部分や露出部分は、腐食環境に晒される
とPdとFe合金の電位差が大きいため激しく腐食する
ためである。Pdメッキの代わりにAgを部分メッキす
ることによる平坦度低下の問題も前述の通りである。
性高強度の銅合金には、Cu−Fe(C194など)、
Cu−Ni−Si系(コルソン合金、C7025な
ど)、Cu−Cr系(Cu−O.25wt%Cr−0.2
5wt%Sn−0.22wt%Zn合金など)、Cu−Sn
系(Cu−2wt%Sn−0.2wt%Ni合金など)など
があり、これらは少なくも30%IACS以上、多くは
50〜80%IACSの高い導電率を有していてリード
材として有利であり、また安価である。しかし、LOC
パッケージに試用した結果、信頼性に欠けることが指摘
され、現時点では実用されていない。
本発明者等は、安価で、かつ電気的、放熱的にも有利な
銅合金をLOC型リードフレームに適用するため、その
信頼性に欠ける原因について鋭意研究を行った。その中
で熱衝撃や温度サイクルで電気的障害や封止体の破壊現
象が起きることを経験し、その原因の解明と対策技術の
開発を通して本発明を完成するに至った。信頼性を阻害
する現象は複雑であるが、主な要因はLOCパッケージ
の構造に起因する次の2つである。 (1)LOCパッケージでは、通常の実装における高温工
程(ダイボンドとワイアボンド)に加えて、接着テープ
による接着工程で長時間高温度に晒されるため厚い酸化
膜が生成し、これによりリ−ドフレ−ムと封止樹脂間の
密着力が低下して水分の進入経路となる。接着剤の種類
にも依るが、熱可塑性樹脂では、最高400℃近い高温
を要するものが多いので、酸化の影響は極めて重大であ
る。そしてアウターリ−ドのSn−Pbメッキ工程や保
管時に外気から進入した水分はリフロ−工程でポップコ
−ン現象と言われる破壊現象を引き起こす。またリフロ
−工程の際の熱応力で微小剥離が起き、外気水分の進入
を促進してマイグレ−ションや腐食、引いては電気的障
害を引き起こす。この傾向は、酸化膜の厚さと共に急速
に密着性を失う銅合金の方が、純銅の場合より、強く現
れる。
で、インナ−リ−ドが素子表面に直接接着されるLOC
パッケージの構造では、インナーリードはワイアボンド
と共に素子に直接的に影響を及ぼす。特に、LOCパッ
ケージには、大型の素子が多く用いられるが、素子が大
型になれば、当然にインナ−リ−ド長さは長くなり熱膨
張差によって生じる熱歪みは大きくなり、接着部を介し
て素子に機械的ストレスが及び、また封止樹脂との熱膨
張差でインナーリ−ド先端部分のワイアボンドが断線し
たりする。これらの熱歪みに起因する障害は、前記 (1)
の場合は特に酷くなり、また高集積化に伴う素子の大型
化や実装効率の高度化においても顕著になる。さらに素
子が大型化すればリードフレームも大型になり、材料コ
ストの影響がより大きくなることは自明である。
従来の銅合金は使用できず、高価なFeNi合金を用い
ざるを得なかった。そしてFeNi合金では、Pdメッ
キが適応できないので、ト−タルコストは元より地球環
境的にも有害なPbなどの元素の使用が避けられず環境
管理上の障害にもなっていた。本発明は、製造工程で破
壊現象が起きず、耐食性や耐応力腐食割れ性にも優れる
LOC型リードフレームの提供を目的とする。
リ−ド部が素子上に延長するLOC型リ−ドフレ−ムに
おいて、前記LOC型リードフレームが導電率が5〜2
5%IACSの銅合金からなり、前記銅合金が、第一合
金成分としてZnを含み、第二合金成分としてSn、S
i、Niの群から選ばれる少なくとも1元素を含む銅合
金であることを特徴とするLOC型リ−ドフレ−ムであ
る。
レ−ムの表面の少なくとも一部がPd、Ruまたはそれ
らの合金で被覆されていることを特徴とする請求項1記
載のLOC型リ−ドフレ−ムである。
では、従来のリ−ドフレ−ム用銅合金より低い導電率
(5〜25%IACS)の銅合金を用いる。金属におい
ては、導電率と熱伝導率とは比例関係(Wiedema
nn−Franzの法則)にあり、本発明でも低い導電
率は低い熱伝導率を意味する。本発明者らは、前記の信
頼性向上研究の中で、熱応力・歪みの多くが静的な(温
度の平衡条件での)熱膨張差に加えて熱衝撃時の動的な
熱膨張差に大きく左右されることを知見した。すなわ
ち、リ−ドフレ−ムの温度上昇は、樹脂やSi素子に比
べて速く、結果として大きな膨張差が生じる。通常の銅
合金では、電気特性や放熱性の観点から可及的に高い導
電率の銅合金を採用する結果、過剰に大きな熱応力・歪
みが発生する。半導体においては、熱膨張率は銅合金リ
−ド部が一番大きく、封止樹脂、Si素子の順なので、
リ−ド部が選択的に温度上昇すれば熱膨張の差が加速さ
れるのは自明の理である。本発明は、導電率を実用の範
囲内で低く抑えることにより上記不都合を緩和したLO
C型リードフレームである。
金の導電率の上限は25%IACSで、これは経験的に
得た値で、特に望ましくは20%IACSである。他
方、前記銅合金の下限値は5%IACSとするが、5%
IACS未満では銅合金本来の特長である電気的、放熱
的特性が失われる。また、合金成分の大量添加による導
電率の低下は加工性を悪化させ製造上も不利である。
な合金であり、且つ加工性や強度などの特性を兼ね備え
ている。さらに、表面に安定なZnO皮膜が生成するた
めに、純銅や通常のリ−ドフレ−ム用銅合金に比べて酸
化し難く、且つ酸化皮膜は密着性に勝っているので、封
止樹脂との密着性に優れている。Znの含有量が8wt%
未満ではその効果が十分に得られず、35wt%を超える
と加工性や耐食性が低下する。従ってZnの含有量は8
〜35wt%が望ましい。
二合金成分はSn、Si、Niの群から選ばれる少なく
とも1元素である。いずれの元素も固溶限が広く、固溶
限以下の添加量で導電率を著しく低下させることができ
る。従って、所望の導電率が得易い。また加工性を損な
わずに強度向上が可能であり、さらに、いずれの元素も
酸化を抑制し且つ生成する酸化膜は密着性が良い。これ
ら元素の他の効果は、Cu−Zn系合金特有の応力腐食
割れ(アンモニアや亜硫酸ガスなどを含む環境下で発生
する)の感受性を著しく低減させることである。前記第
二合金元素の望ましい含有量は、Sn0.5〜5wt%、
Si0.5〜5wt%、Ni1〜20wt%である。これら
元素は単独で添加しても、複合添加しても良好な効果が
得られる。これら元素の過剰添加は導電率並びに加工性
を低下させる上、その効果が飽和し不経済である。不足
する場合はその効果が十分に得られない。
Bi、Sb、As、Be、およびアルカリ土類金属、稀
土類元素、Fe、Co、V、Ge、Ti、Zr、Hf、
Cr、Al、B、Inなどを少量添加することにより、
加工性、強度、結晶粒度、導電率、耐食性、耐酸化性な
どが改善される。添加量は各々2wt%以下が望ましい。
ば、次のようにして製造される。すなわち、所定組成の
銅合金を溶解鋳造し、鋳塊を熱間および冷間で圧延する
か、薄板鋳造後、直ちに冷間圧延して板材に加工し、こ
れを中間焼鈍し、必要によりソ−キング処理したのち、
テンションレベラ−処理や低温焼鈍処理を加えて平坦度
や残留応力特性を改善する。次に前記板材をプレス打抜
きまたはエッチングでリ−ドフレ−ム形状に成形加工す
る。しかるのち、Ni、Co、またはNi−CO系、N
i−P系、Ni−B系などの合金をメッキし、その上に
Pd、RuまたはこれらのPd−Ni系、Pd−Co
系、Pd−Ag系、Pd−Au系などの合金を薄くメッ
キする。またリ−ドフレ−ム成形に先立ち、予めPdメ
ッキを施しておいても良い。
プ型LOCパッケージや接着剤を用いないマルチフレー
ム型LOCパッケージにも適用できる。またインナーリ
ード部と素子との接着を、接着テープの代わりに、接着
剤を予め塗布しておくとか、実装時に塗布するなどの方
法により行う場合にも適用できる。さらにLOCパッケ
ージの応用として開発されたCSP(Chip Sca
le Package)などにも適用できる。CSPも
素子上面または下面にリードが配置された実装効率の高
い構造である。SON(Small Outline
non leaded)パッケージやBLP(Bott
om LeadedPlastic Package)
などにも適用できる。
Cl2 …30g/リットル、H3 BO4 …30g/リッ
トル。pH:3.2。温度:50℃。 電流密度:3A/dm2 。時間:40秒。 〔Pdメッキ〕 メッキ浴組成:市販のPdめっき浴(日本高純度化学
(株)製)。 PH:7.0。温度:60℃。電流密度:3A/dm
2 。時間:24秒。
ボンド位置より外側のインナ−リ−ド先端部に、ポリイ
ミドテ−プの両面に接着剤を塗布した接着テ−プを張り
合わせ、この接着テープを4M−DRAM素子に約27
0℃で2分間加熱圧着してインナーリードに素子を固定
した。次に、直径25μmのAu線を250℃でワイア
ボンドしたのち、エポキシ樹脂で封止して、LOCパッ
ケージを作製した。
0.04wt%P合金)、Cu−1.9wt%Sn−0.2
wt%Ni−0.04wt%P合金、Cu−31wt%Zn合
金、Cu−15wt%Zn合金の各々の板材にPdを0.
075μm全面メッキした板材、Fe−42wt%Ni合
金の板材に常法によりAgを部分メッキした板材または
Pdを全面メッキした板材を用い、実施例1と同じ方法
によりLOCパッケージを作製した。
て、リフロ−半田工程を想定して加湿と加熱の両処理を
施したのち、下記〜の調査を行った。結果を表1に
示す。SAM(Scanning Acoustic
Micrograph)によりLOCパッケージ内部
の剥離、クラックの有無を調査した。前記加湿処理は8
5%RH、80℃、48Hrの条件で行い、加熱処理は
200℃共晶半田浴ディップ5秒の条件で行った。動
作試験後の断線の有無をテスタ−により調査した。J
ISに準拠して塩水噴霧試験を行いアウタ−リ−ド部の
腐食状況を調査した。リ−ドフレ−ムの一部を短冊状
に切り出し、切断面を樹脂で被覆したサンプルを用いて
JISC8306の3 vol%アンモニア蒸気中で、荷重
20Kg/mm2 の定荷重を300Hrかけて耐応力腐
食割れ性を調べた。
o.1〜6はいずれも、全ての調査で良好な結果が得ら
れた。これに対し、比較例のNo.41,42(従来銅
合金)はいずれも剥離または断線を起こした。No.4
3,44(Cu−Zn合金)は剥離と応力腐食割れを起
こした。No.45,46(FeNi合金)はタイバ−
カット部に大きな赤錆が発生した。
Agを1.5μm厚さ部分メッキし、以下実施例1と同
じ方法によりLOCパッケージを作製した。
0.04wt%P合金、Cu−31wt%Zn合金、Cu−
15wt%Zn合金、Cu−35wt%Zn−1.5wt%S
n合金の各々の板材にPdを0.075μm全面メッキ
した板材を用い、実施例1と同じ方法によりLOCパッ
ケージを作製した。得られたLOCパッケージについ
て、加湿処理をRH60%、温度30℃、時間48Hr
の条件で行った他は、実施例1と同じ方法で前記〜
の調査を行った。結果を表2に示す。
o.10〜14はいずれも、全ての調査で良好な結果が
得られた。これに対し、比較例のNo.47,48(従
来銅合金)はいずれも剥離を起こした。No.49,5
0(Cu−Zn合金)は剥離と応力腐食割れを起こし
た。No.51(Cu−Zn−Sn合金)はベータ相が
発生して圧延途中で割れを起こし板に加工することがで
きなかった。
よび比較例2で用いた銅合金の No.47〜51につ
いて、前記実施例1と同じ条件で加湿と加熱の両処理を
施し、実施例1と同じ、の調査を行った。結果を表
3に示す。
o.18,19,21に軽度の剥離が生じたが、前記剥
離は軽度で実用上問題ない程度のものであった。なお、
剥離の程度は導電率の低い方が軽度であった。
メッキに代えてRuを0.08μm厚さメッキした他は
実施例1と同じ方法によりLOC形リードフレームを製
造し、このリードフレームを用いて実施例1と同じ方法
によりLOCパッケージを作製し、実施例1と同じ方法
により〜の調査を行った。結果を表4に示す。な
お、Ruメッキは下記条件で行った。 〔Ruメッキ〕 メッキ浴組成:RuNOCl3 5H2 O…10g/リッ
トル、 NH2 SO3 H…15g/リットル。pH:1〜2。温
度:60℃。 電流密度:1A/dm2 。時間:200秒。
o.26は、全ての調査で良好な結果が得られた。
リ−ドフレ−ムは、導電率の低い銅合金を用いるので、
熱膨張率が素子や封止樹脂に近似し、破壊現象が起き難
く、信頼性の高いLOCパッケージが得られ、さらにP
dやRuを被覆することにより信頼性が一層向上する。
また本発明のLOC型リードフレームは、従来のFeN
i合金にAgを部分めっきしたものに較べて材料コスト
が安価であり、その効果は半導体装置の高集積化により
素子の大型化が続き、実装効率の向上が強く要求される
中で益々大きなものとなる。本発明のLOC型リードフ
レームは、現在主流の樹脂封止型パッケ−ジにも適用で
き、さらに高密度実装の強い要請に応えて開発される類
似の実装方式(LOC応用CSPなど)にも十分適用で
きる。依って、工業上顕著な効果を奏する。
(ロ)は(イ)のA−A矢視断面図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 リ−ド部が素子上に延長するLOC型リ
−ドフレ−ムにおいて、前記LOC型リードフレームが
導電率が5〜25%IACSの銅合金からなり、前記銅
合金が、第一合金成分としてZnを含み、第二合金成分
としてSn、Si、Niの群から選ばれる少なくとも1
元素を含む銅合金であることを特徴とするLOC型リ−
ドフレ−ム。 - 【請求項2】 LOC型リ−ドフレ−ムの表面の少なく
とも一部がPd、Ruまたはそれらの合金で被覆されて
いることを特徴とする請求項1記載のLOC型リ−ドフ
レ−ム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13090297A JP3454667B2 (ja) | 1997-05-21 | 1997-05-21 | Loc型リ−ドフレ−ム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13090297A JP3454667B2 (ja) | 1997-05-21 | 1997-05-21 | Loc型リ−ドフレ−ム |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10321789A JPH10321789A (ja) | 1998-12-04 |
JP3454667B2 true JP3454667B2 (ja) | 2003-10-06 |
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ID=15045402
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13090297A Expired - Fee Related JP3454667B2 (ja) | 1997-05-21 | 1997-05-21 | Loc型リ−ドフレ−ム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3454667B2 (ja) |
-
1997
- 1997-05-21 JP JP13090297A patent/JP3454667B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH10321789A (ja) | 1998-12-04 |
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