JP4320841B2 - 複合リードフレームおよびそれを用いた半導体装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、リードフレーム、特に配線基板とリードフレームを組み合わせて構成する複合リードフレームおよびそれを用いた半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、ＩＣチップの小型化に伴って、リードフレームのダイパッドに搭載する半導体チップの電極と、リードフレームのインナーリードとを接続するワイヤボンディングのピッチが狭ピッチ化の傾向にある。
【０００３】
従来の技術による複合リードフレームとしては、ワイヤボンディングの狭ピッチ化に対処するために、リードフレームのダイパッドと、ダイパッドに搭載する半導体チップの間に、中継用の配線層を設ける構成の複合リードフレームが提案されている。
【０００４】
また、特開平５―１５２３５３号公報には、半導体素子搭載用基板として、配線層の貼り合せに、接着剤として貼り合せ温度が２００℃以下、２００℃以上における弾性係数が１×１０9 ダイン／ｃｍ2 以上、Ｔｇが１９０℃以上の高Ｔｇ、高弾性率の低温貼付型接着剤を用いる技術が記載されている。
【０００５】
図５は、従来の複合リードフレームの構成を示している。
この複合リードフレームは、ダイパッド１３、アウターリード１２、インナーリード１１を有するリードフレーム１０と、ダイパッド１３の上に配置された配線基板１５とを備えている。ダイパッド１３の上に配置された配線基板１５は、ダイパッド１３に接着される熱硬化性の下側接着剤層１９、ポリイミドフィルム絶縁層１８、熱硬化性の上側接着剤層１７、配線パターン１６を有している。
また、この配線基板を用いた半導体装置は、ダイパッドに搭載される半導体チップの電極と配線基板の配線パターンとの間、ならびに配線基板の配線パターンとリードフレームのインナーリードとの間を、それぞれ、ボンディングワイヤにより接続することにより構成される。
なお、配線基板の配線パターンと半導体チップの電極とのワイヤボンディング、および配線パターンとリードフレームのインナーリードとのワイヤボンディングは、通常、複合リードフレームに半導体チップを搭載したのちのワイヤボンディング工程のときに行われている。
【０００６】
図６は、従来の複合リードフレーム（図５）の製造工程を示している。
まず、Ｃｕ箔をエポキシ系の熱硬化性接着剤を用いて絶縁層としてのポリイミドフィルムに貼り付けてラミネートする。その後、接着剤を硬化させるためにキュアする。このようにして得られたＣｕ箔とポリイミドフィルムの積層フィルムのＣｕ箔に、所定のパターンのレジストを塗布し、露光、現像、エッチングを施こし、エッチング後のパターンにＮｉおよびＡｕめっきを行う。その後、積層フィルムのポリイミドフィルムの面に、熱硬化性接着剤フィルムを貼り付けてラミネートする。そして所定の形状に金型を用いて打ち抜き、この打ち抜かれた接着剤フィルム付きの積層フィルムをリードフレームのダイパッドの所定の位置に位置合わせして貼り付け、接着剤硬化のためにキュアを行うことにより複合リードフレームの製造が完了する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の複合リードフレームによると、エポキシ系の熱硬化性接着剤を用いて配線基板をダイパッドに貼り付けた場合、貼り付けた後に接着剤を硬化させるためのキュア工程が必要となる。キュア工程の際に接着剤から発生するガスによって配線パターンのめっき面が汚染され、ワイヤボンディング性に影響を及ぼしており、キュア後にめっき面の汚染を除去するためのプラズマ洗浄を行う必要が生じている。
また、ラミネートした積層フィルムを打ち抜きして個片にした配線基板を、リードフレームのダイパッドに貼り付ける場合、リードフレームと配線基板との精密な位置合わせのために画像処理の必要があり、製造装置が高価になるという問題があった。
【０００８】
さらに、従来の複合リードフレームを用いた半導体装置によると、半導体チップを搭載したのちに行うボンディング工程、すなわち、配線基板の配線パターンとインナーリードとのワイヤボンディング、および配線パターンと半導体チップの電極とのワイヤボンディングにおいて、インナーリード先端の材料の厚さを、例えば、０．１５ｍｍとすると、半導体チップを搭載する製造装置の工程能力の関係からインナーリード先端のピッチは、０．１８ｍｍ程度の制限を受け、インナーリード先端の狭ピッチ化には限界があるという課題があった。
また、エポキシ系の熱硬化性接着剤は、高温での弾性率が低いためワイヤボンディングが困難であるという問題があった。
【０００９】
それ故、本発明の目的は、ワイヤボンディング作業に必要な接着特性を有し、狭ピッチのワイヤボンディングを実現できる複合リードフレームおよびそれを用いた半導体装置を提供することにある。
【００１０】
また、本発明の他の目的は、製造が容易で高価な装置を必要としない複合リードフレームを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の目的を達成するため、インナーリード、アウターリード、およびダイパッドを有するリードフレームと、ポリイミドフィルムにより構成されるフィルム絶縁層を、前記ダイパッドに接着されるガラス転移温度（Ｔｇ）が２００〜２３０℃を超える熱可塑性の接着剤により構成される下側接着剤層と、前記フィルム絶縁層上に形成されるガラス転移温度（Ｔｇ）が１８０℃を超える熱可塑性の接着剤により構成される上側接着剤層とで挟むことにより前記下側接着剤層と前記上側接着剤とのガラス転移温度（Ｔｇ）を異なるように組み合わせ、かつ前記下側接着剤層の前記ガラス転移温度（Ｔｇ）よりも低く前記上側接着剤層の前記ガラス転移温度（Ｔｇ）よりも高い温度でアニールすることによりラミネートして形成されると共に、前記上側接着剤層の上に形成された配線パターンを有する積層フィルムを金型で打ち抜いて形成された配線基板とを備え、前記配線パターンは、Ｃｕ箔に配線パターンのエッチングをしたのちに施されたＮｉめっきおよびＡｕめっきを有していることを特徴とする複合リードフレームを提供する。
【００１２】
また、この発明は、上記の目的を達成するため、インナーリード、アウターリード、およびダイパッドを有するリードフレームと、ポリイミドフィルムにより構成されるフィルム絶縁層を、前記ダイパッドに接着されるガラス転移温度（Ｔｇ）が２００〜２３０℃を超える熱可塑性の接着剤により構成される下側接着剤層と、前記フィルム絶縁層上に形成されるガラス転移温度（Ｔｇ）が１８０℃を超える熱可塑性の接着剤により構成される上側接着剤層とで挟むことにより前記下側接着剤層と前記上側接着剤とのガラス転移温度（Ｔｇ）を異なるように組み合わせ、かつ前記下側接着剤層の前記ガラス転移温度（Ｔｇ）よりも低く前記上側接着剤層の前記ガラス転移温度（Ｔｇ）よりも高い温度でアニールすることによりラミネートして形成されると共に、前記上側接着剤層の上に形成された配線パターンを有する積層フィルムを金型で打ち抜いて形成された配線基板と、前記リードフレームの前記ダイパッド上に搭載され、電極を有する半導体チップとを備え、前記配線パターンは、Ｃｕ箔に配線パターンのエッチングをしたのちに施されたＮｉめっきおよびＡｕめっきを有し、前記半導体チップの前記電極と前記配線基板の前記配線パターンとが、ボンディングワイヤにより接続され、前記配線基板の前記配線パターンと前記リードフレームの前記インナーリードとが、ボンディングワイヤにより接続されることにより構成されていることを特徴とする半導体装置を提供する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態による複合リードフレームを示している。その構成は、ダイパッド１３、アウターリード１２、インナーリード１１を有するリードフレーム１０と、ダイパッド１３の上に配置された配線基板５とを備えている。ダイパッド１３の上に配置された配線基板５は、熱可塑性の下側接着剤層９、ポリイミドフィルム絶縁層８、熱可塑性の上側接着剤層７、配線パターン６を有している。
配線基板５の配線パターン６としては、ワイヤボンディングの狭ピッチ化のために、例えば、１８μｍ厚さのＣｕ箔をエッチングして配線パターン６を形成することにより、狭ピッチの配線パターン６を有する中継用の配線基板５を構成することができ、所望の複合リードフレームを得ることができる。
なお、配線基板５の配線パターン６と半導体チップの電極とのワイヤボンディング、および配線パターン６とリードフレーム１０のインナーリード１１とのワイヤボンディングは、通常、複合リードフレームに半導体チップを搭載したのちのワイヤボンディング工程のときに行われる。
【００１４】
図２は、本発明の実施の形態による複合リードフレームの配線基板の構成を示している。配線基板５は、熱可塑性の下側接着剤層９、ポリイミドフィルム絶縁層８、熱可塑性の上側接着剤層７、配線パターン６を有しており、下側接着剤層９はポリイミドフィルム絶縁層８に接着されており、上側接着剤層７はポリイミドフィルム絶縁層８と配線パターン６に、それぞれ接着されている。
【００１５】
図３は、本発明の実施の形態による複合リードフレーム（図１）の製造工程を示している。
まず、Ｃｕ箔の片面に熱可塑性の接着剤層（Ｔｇ１９２℃）を塗布する。ポリイミドフィルムの片面にも熱可塑性の接着剤層（Ｔｇ１９２℃）を塗布し、他の片面には熱可塑性の接着剤層（Ｔｇ２３３℃）を塗布したのち、Ｃｕ箔の接着剤層（Ｔｇ１９２℃）とポリイミドフィルムの接着剤層（Ｔｇ１９２℃）とを貼り付けて、接着剤層（Ｔｇ１９２℃）をアニール（約２００℃）し、ラミネートすることにより、Ｃｕ箔とポリイミドフィルムの積層フィルムが作成される。
Ｃｕ箔とポリイミドフィルムの積層フィルムは、Ｃｕ箔にレジストを塗布し、露光、現像、エッチングを施こし、エッチング後のパターンにＮｉおよびＡｕめっきを行う。その後、積層フィルムは、所定の形状に金型を用いて打ち抜く。この打ち抜かれた接着剤フィルム付きの積層フィルムをリードフレームのダイパッドの所定の位置に位置合わせして貼り付けて、実施の形態による所定の複合リードフレームの製造が完了する。
【００１６】
図４は、本発明の実施の形態による複合リードフレームを使用した半導体装置の概要を示している（特に半導体チップと配線基板は略図）。
この複合リードフレームは、インナーリード１１、アウターリード１２、ダイパッド１３を有するリードフレーム１０と、ダイパッド１３の上に接着されている配線基板５を有している。電極２を有する半導体チップ１は、複合リードフレームのダイパッド１３に搭載されている。
複合リードフレームに搭載された半導体チップ１の電極２と配線パターン６は、ボンディングワイヤ３（Ａｕワイヤ）によって接続され、配線パターン６とインナーリード１１は、ボンディングワイヤ４（Ａｕワイヤ）によって接続され、半導体装置を構成している。なお、インナーリード１１と配線基板５の配線パターン６とのワイヤボンディング、および配線パターン６と半導体チップ１の電極２とのワイヤボンディングは、複合リードフレームに半導体チップ１を搭載したのちのワイヤボンディング工程のときに行われる。
【００１７】
本発明の実施の形態によると、Ｃｕ箔の片面に塗布した熱可塑性の接着剤層（Ｔｇ１９２℃）と、ポリイミドフィルムの片面に塗布した熱可塑性の接着剤層（Ｔｇ１９２℃）とを貼り付けた後は、アニール（約２００℃）によりラミネートし積層フィルムにすることができるから、貼り付けた後のキュアは不要となる。また、積層フィルムのポリイミドフィルムの他の片面には、熱可塑性の接着剤層（Ｔｇ２３３℃）を有するから、この積層フィルムを、所定の形状に金型を用いて打ち抜いて配線基板に仕上げることができ、さらに、この配線基板をリードフレームのダイパッドに貼り付けた後のキュアも不要である。しかも、キュアによるアウトガスの発生や汚染もないので、ワイヤボンディング性の低下という影響は無くなる。
【００１８】
本発明の実施の形態においては、配線基板とダイパッドを貼り付ける接着剤層のガラス転移温度（Ｔｇ）は１８０℃を超える温度が望まれる。接着剤のＴｇが１８０℃以上の温度が必要である根拠は、一般的にワイヤボンディングが１８０℃程度に近い温度で行われることが多いためである。もし、ガラス転移温度（Ｔｇ）が１８０℃未満のＴｇの接着剤を使用した場合、ワイヤボンディング時の温度によって接着剤の弾性率が低くなり、１８０℃程度に近い温度で行なうワイヤボンディングに支障を来したり、不可能になったりするためである。しかし、余りにも接着剤のＴｇが高すぎると（例えば２５０〜３００℃以上）、配線基板をダイパッドに貼り付けるときの温度を高くする必要があり、貼り付けが困難になるので、接着剤のＴｇは適性な温度範囲に選定することが望まれる。
【００１９】
本発明の実施の形態によると、Ｃｕ箔の片面に塗布した熱可塑性の接着剤層（Ｔｇ１９２℃）と、ポリイミドフィルムの片面に塗布した熱可塑性の接着剤層（Ｔｇ１９２℃）と、ポリイミドフィルムの他の片面に塗布した積層フィルムの熱可塑性の接着剤層（Ｔｇ２３３℃）は、いずれもガラス転移温度（Ｔｇ）が１８０℃を超えているので、ワイヤホンディングを行うときの温度（例えば１８０℃に近い温度）による影響は十分に避けられる。
【００２０】
また、本発明の実施の形態において、フィルム絶縁層上に設けられた上側接着剤層は、ガラス転移温度（Ｔｇ）が１８０℃を超える熱可塑性の接着剤により構成し、リードフレームのダイパッドに接着される下側接着剤層は、ガラス転移温度（Ｔｇ）が２００〜２３０℃を超える熱可塑性の接着剤によって構成する等、上側接着剤層と下側接着剤層とのガラス転移温度（Ｔｇ）を異なるように組み合わせるなどの選択も可能である。
【００２１】
本発明の実施の形態において、配線基板の製造は、連続したテープに形成する方法ではなく、シート状に形成して個片に打ち抜いて、打ち抜き個片をリードフレームのダイパッドに貼り付けることもできる。また、配線基板をダイパッドに貼り付ける場合、ラミネートによって貼り付けることもできる。
【００２２】
【実施例】
厚さ１８μｍのＣｕ箔の片面に厚さ５μｍの熱可塑性の接着剤層（Ｔｇ１９２℃）を塗布する。また、フィルム絶縁層として厚さ５０μｍのユーピレックス（宇部興産製、商品名）の片面には、厚さ５μｍの熱可塑性の接着剤層（Ｔｇ１９２℃）を塗布し、ユーピレックスの反対側の片面には熱可塑性の接着剤層（Ｔｇ２３３℃）を塗布した。つぎにＣｕ箔の接着剤層（Ｔｇ１９２℃）と、フィルム絶縁層の接着剤層（Ｔｇ１９２℃）の両者の接着剤層同士を、接着するように重ねてラミネータによってラミネートした。ラミネート後に両者の接着剤層の界面の接着力を上げるために、接着剤層のガラス転移温度（Ｔｇ１９２℃）以上の温度（約２００℃）で加熱処理（アニール）して、積層フィルムを得た。
この積層フィルムを幅３５ｍｍにスリット後、両脇にスプロケットホールを打ち抜きによって形成し、積層フィルムのＣｕ箔にレジスト塗布、配線パターン露光、現像、エッチング、ＮｉとＡｕのめっきを順次行なって、連続した配線パターンが形成された配線基板用テープを製作した。めっきは電気めっきによって施こされ、Ｎｉめっきは厚さ１５μｍ、Ａｕめっきは厚さ１．１μｍに仕上げられている。
一方のリードフレームは、厚さ０．１２５ｍｍの４２合金をエッチングによって製作した。ピン数は４８ピンである。インナーリードの先端に厚さ３μｍのＡｇ電気めっきを行なった。
配線パターンが形成されている配線基板用テープを、金型によって所定の形状に打ち抜くと同時に、打ち抜きによって構成された配線基板を、加熱されたヒートブロック上にセットされたリードフレームのダイパッドの上に貼り付けて、所定の複合リードフレームを構成した。打ち抜かれた配線基板とダイパッドとの位置合わせは、予め配線基板用テープの両脇に形成されたスプロケットホールをガイドとして正確に行われた。
【００２３】
また、実施例の複合リードフレームは、リードフレームのダイパッドに半導体チップを搭載し、半導体チップの電極と配線パターンの間、およびリードフレームのインナーリードと配線パターンとの間を結んで、それぞれワイヤホンディングを行なった。ボンディングワイヤは直径２５μｍのＡｕ線を使用し、ワイヤボンディング温度は２００℃である。（通常の生産ラインのワイヤボンディング温度は１８０℃に近い温度であるが、実施例では苛酷な試験とするためにワイヤボンディング温度は２００℃で行なった。）
【００２４】
【比較例】
比較のために、従来の技術により積層フィルムを製作した。厚さ２５μｍのエポキシ系熱硬化性接着剤フィルムをラミネートした厚さ５０μｍのポリイミドテープを、厚さ１８μｍのＣｕ箔にラミネートし、１００〜１５０℃で１５ｈキュアして積層フィルムを得た。この積層フィルムの両脇にスプロケットホ―ルを打ち抜きによって形成したのち、積層フィルムのＣｕ箔にレジスト塗布、配線パターン露光、現像、エッチング、ＮｉとＡｕのめっきを順次行い、連続した配線パターンが形成されたテープを製作した。めっきは、電気めっきによって施こされ、Ｎｉめっきは厚さ１．５μｍ、Ａｕめっきは厚さ１．１μｍである。さらにポリイミドテープに厚さ２０μｍのエポキシ系熱硬化性接着剤フィルムをラミネートして配線基板用テープを得た。
つぎに、配線基板用テープを打ち抜くと同時に、リードフレームにダイパッドに貼り付けた。打ち抜き、貼付方法は実施例の場合と同じである。このあと配線基板が貼り付けられたリードフレームは１００〜１５０℃で１５ｈキュアして、所定の複合リードフレームを構成した。
また、複合リードフレームは、リードフレームのダイパッドに半導体チップを搭載し、半導体チップの電極と配線パターンの間、およびリードフレームのインナーリードと配線パターンとの間を結んで、それぞれ、ワイヤホンディングを行なった。ボンディングワイヤは直径２５μｍのＡｕ線を使用し、ワイヤボンディング温度は１８０℃に近い温度である。なお。念のためにワイヤボンディング温度は２００℃でも行なったが、評価結果は１８０℃ワイヤボンディング温度の場合と差異はなかった。
【００２５】
表１は、実施例と比較例のワイヤボンディングの特性結果を示しており、ワイヤボンディングの不良率と、オージエピーク強度比（ＩＡｕ／ＩＣ＝数値の高い方が優れている）により、その優劣を表わしている。
オージエピーク強度比は、配線基板のポンディングパッド部をオージエ分析によって得られたＣピーク強度（ＩＣ）とＡｕピーク強度（ＩＡｕ）の比（ＩＣ／ＩＡｕ）で示している。
表１を見ると、ワイヤボンディング特性は、比較例よりも実施例のリードフレームの方が優れている。また、ボンディングパッド部のオージエピーク強度比（ＩＡｕ／ＩＣ）も、実施例よりも比較例のＩＣ／ＩＡｕが低いことが判る。
Ａｒプラズマクリーニングは、配線基板のボンディングパッドに実施した後にワイヤボンディングした結果で示している。Ａｒプラズマクリーニングの有無では、比較例はＡｒプラズマクリーニングによりボンディングパッド表面の汚染は除去されるが、ワイヤボンディング性が実施例よりも劣っている。これは配線基板とダイパッドの接着に用いた接着剤層の耐熱性が、実施例に比べて、比較例の方が低いことに起因している。
【００２６】
【表１】
【００２７】
【発明の効果】
本発明の複合リードフレームおよびそれを用いた半導体装置によると、配線パターンの接着、およびダイパッドへの接着には熱可塑性接着剤を使用したことにより、配線基板をダイパッドへ接着した後のキュア工程が不要になって工程の簡素化が図れるという効果がある。このため、キュア工程特有のアウトガスの発生は無く、配線パターンのめっき面は清浄に保持されるので、その後に行う配線パターンとインナーリード、および配線パターンと半導体チップの電極とのワイヤボンディングを強固に行うことができ、ワイヤボンディング性の低下が防止できるという効果がある。
【００２８】
また、本発明の複合リードフレームおよびそれを用いた半導体装置によると、配線パターンの接着、およびダイパッドへの接着には、ガラス転移温度（Ｔｇ）が１８０℃を超える温度の熱可塑性接着剤を使用しているので、ワイヤホンディング（１８０℃に近い温度）時の熱可塑性接着剤への影響は回避され、結果的にワイヤボンディングによって接着性は劣化しないという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による複合リードフレームの構成を示す断面説明図。
【図２】本発明の実施の形態による複合リードフレームに使用される配線基板の構成を示す断面図。
【図３】本発明の実施の形態による複合リードフレームの製造工程を示す説明図。
【図４】本発明の実施の形態による半導体装置の構成の概要を示す平面説明図。
【図５】従来の技術による複合リードフレームの構成を示す断面説明図。
【図６】従来の技術による複合リードフレームの製造工程を示す説明図。
【符号の説明】
１ 半導体チップ
２ 電極
３ ボンディングワイヤ（Ａｕワイヤ）
４ ボンディングワイヤ（Ａｕワイヤ）
５ 配線基板
６ 配線パターン
７ 熱可塑性の上側接着剤層
８ ポリイミドフィルム絶縁層
９ 熱可塑性の下側接着剤層
１０ リードフレーム
１１ インナーリード
１２ アウターリード
１３ ダイパッド
１５ 配線基板
１６ 配線パターン
１７ 熱硬化性の上側接着剤層
１８ ポリイミドフィルム絶縁層
１９ 熱硬化性の下側接着剤層
【発明の属する技術分野】
この発明は、リードフレーム、特に配線基板とリードフレームを組み合わせて構成する複合リードフレームおよびそれを用いた半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、ＩＣチップの小型化に伴って、リードフレームのダイパッドに搭載する半導体チップの電極と、リードフレームのインナーリードとを接続するワイヤボンディングのピッチが狭ピッチ化の傾向にある。
【０００３】
従来の技術による複合リードフレームとしては、ワイヤボンディングの狭ピッチ化に対処するために、リードフレームのダイパッドと、ダイパッドに搭載する半導体チップの間に、中継用の配線層を設ける構成の複合リードフレームが提案されている。
【０００４】
また、特開平５―１５２３５３号公報には、半導体素子搭載用基板として、配線層の貼り合せに、接着剤として貼り合せ温度が２００℃以下、２００℃以上における弾性係数が１×１０9 ダイン／ｃｍ2 以上、Ｔｇが１９０℃以上の高Ｔｇ、高弾性率の低温貼付型接着剤を用いる技術が記載されている。
【０００５】
図５は、従来の複合リードフレームの構成を示している。
この複合リードフレームは、ダイパッド１３、アウターリード１２、インナーリード１１を有するリードフレーム１０と、ダイパッド１３の上に配置された配線基板１５とを備えている。ダイパッド１３の上に配置された配線基板１５は、ダイパッド１３に接着される熱硬化性の下側接着剤層１９、ポリイミドフィルム絶縁層１８、熱硬化性の上側接着剤層１７、配線パターン１６を有している。
また、この配線基板を用いた半導体装置は、ダイパッドに搭載される半導体チップの電極と配線基板の配線パターンとの間、ならびに配線基板の配線パターンとリードフレームのインナーリードとの間を、それぞれ、ボンディングワイヤにより接続することにより構成される。
なお、配線基板の配線パターンと半導体チップの電極とのワイヤボンディング、および配線パターンとリードフレームのインナーリードとのワイヤボンディングは、通常、複合リードフレームに半導体チップを搭載したのちのワイヤボンディング工程のときに行われている。
【０００６】
図６は、従来の複合リードフレーム（図５）の製造工程を示している。
まず、Ｃｕ箔をエポキシ系の熱硬化性接着剤を用いて絶縁層としてのポリイミドフィルムに貼り付けてラミネートする。その後、接着剤を硬化させるためにキュアする。このようにして得られたＣｕ箔とポリイミドフィルムの積層フィルムのＣｕ箔に、所定のパターンのレジストを塗布し、露光、現像、エッチングを施こし、エッチング後のパターンにＮｉおよびＡｕめっきを行う。その後、積層フィルムのポリイミドフィルムの面に、熱硬化性接着剤フィルムを貼り付けてラミネートする。そして所定の形状に金型を用いて打ち抜き、この打ち抜かれた接着剤フィルム付きの積層フィルムをリードフレームのダイパッドの所定の位置に位置合わせして貼り付け、接着剤硬化のためにキュアを行うことにより複合リードフレームの製造が完了する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の複合リードフレームによると、エポキシ系の熱硬化性接着剤を用いて配線基板をダイパッドに貼り付けた場合、貼り付けた後に接着剤を硬化させるためのキュア工程が必要となる。キュア工程の際に接着剤から発生するガスによって配線パターンのめっき面が汚染され、ワイヤボンディング性に影響を及ぼしており、キュア後にめっき面の汚染を除去するためのプラズマ洗浄を行う必要が生じている。
また、ラミネートした積層フィルムを打ち抜きして個片にした配線基板を、リードフレームのダイパッドに貼り付ける場合、リードフレームと配線基板との精密な位置合わせのために画像処理の必要があり、製造装置が高価になるという問題があった。
【０００８】
さらに、従来の複合リードフレームを用いた半導体装置によると、半導体チップを搭載したのちに行うボンディング工程、すなわち、配線基板の配線パターンとインナーリードとのワイヤボンディング、および配線パターンと半導体チップの電極とのワイヤボンディングにおいて、インナーリード先端の材料の厚さを、例えば、０．１５ｍｍとすると、半導体チップを搭載する製造装置の工程能力の関係からインナーリード先端のピッチは、０．１８ｍｍ程度の制限を受け、インナーリード先端の狭ピッチ化には限界があるという課題があった。
また、エポキシ系の熱硬化性接着剤は、高温での弾性率が低いためワイヤボンディングが困難であるという問題があった。
【０００９】
それ故、本発明の目的は、ワイヤボンディング作業に必要な接着特性を有し、狭ピッチのワイヤボンディングを実現できる複合リードフレームおよびそれを用いた半導体装置を提供することにある。
【００１０】
また、本発明の他の目的は、製造が容易で高価な装置を必要としない複合リードフレームを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の目的を達成するため、インナーリード、アウターリード、およびダイパッドを有するリードフレームと、ポリイミドフィルムにより構成されるフィルム絶縁層を、前記ダイパッドに接着されるガラス転移温度（Ｔｇ）が２００〜２３０℃を超える熱可塑性の接着剤により構成される下側接着剤層と、前記フィルム絶縁層上に形成されるガラス転移温度（Ｔｇ）が１８０℃を超える熱可塑性の接着剤により構成される上側接着剤層とで挟むことにより前記下側接着剤層と前記上側接着剤とのガラス転移温度（Ｔｇ）を異なるように組み合わせ、かつ前記下側接着剤層の前記ガラス転移温度（Ｔｇ）よりも低く前記上側接着剤層の前記ガラス転移温度（Ｔｇ）よりも高い温度でアニールすることによりラミネートして形成されると共に、前記上側接着剤層の上に形成された配線パターンを有する積層フィルムを金型で打ち抜いて形成された配線基板とを備え、前記配線パターンは、Ｃｕ箔に配線パターンのエッチングをしたのちに施されたＮｉめっきおよびＡｕめっきを有していることを特徴とする複合リードフレームを提供する。
【００１２】
また、この発明は、上記の目的を達成するため、インナーリード、アウターリード、およびダイパッドを有するリードフレームと、ポリイミドフィルムにより構成されるフィルム絶縁層を、前記ダイパッドに接着されるガラス転移温度（Ｔｇ）が２００〜２３０℃を超える熱可塑性の接着剤により構成される下側接着剤層と、前記フィルム絶縁層上に形成されるガラス転移温度（Ｔｇ）が１８０℃を超える熱可塑性の接着剤により構成される上側接着剤層とで挟むことにより前記下側接着剤層と前記上側接着剤とのガラス転移温度（Ｔｇ）を異なるように組み合わせ、かつ前記下側接着剤層の前記ガラス転移温度（Ｔｇ）よりも低く前記上側接着剤層の前記ガラス転移温度（Ｔｇ）よりも高い温度でアニールすることによりラミネートして形成されると共に、前記上側接着剤層の上に形成された配線パターンを有する積層フィルムを金型で打ち抜いて形成された配線基板と、前記リードフレームの前記ダイパッド上に搭載され、電極を有する半導体チップとを備え、前記配線パターンは、Ｃｕ箔に配線パターンのエッチングをしたのちに施されたＮｉめっきおよびＡｕめっきを有し、前記半導体チップの前記電極と前記配線基板の前記配線パターンとが、ボンディングワイヤにより接続され、前記配線基板の前記配線パターンと前記リードフレームの前記インナーリードとが、ボンディングワイヤにより接続されることにより構成されていることを特徴とする半導体装置を提供する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態による複合リードフレームを示している。その構成は、ダイパッド１３、アウターリード１２、インナーリード１１を有するリードフレーム１０と、ダイパッド１３の上に配置された配線基板５とを備えている。ダイパッド１３の上に配置された配線基板５は、熱可塑性の下側接着剤層９、ポリイミドフィルム絶縁層８、熱可塑性の上側接着剤層７、配線パターン６を有している。
配線基板５の配線パターン６としては、ワイヤボンディングの狭ピッチ化のために、例えば、１８μｍ厚さのＣｕ箔をエッチングして配線パターン６を形成することにより、狭ピッチの配線パターン６を有する中継用の配線基板５を構成することができ、所望の複合リードフレームを得ることができる。
なお、配線基板５の配線パターン６と半導体チップの電極とのワイヤボンディング、および配線パターン６とリードフレーム１０のインナーリード１１とのワイヤボンディングは、通常、複合リードフレームに半導体チップを搭載したのちのワイヤボンディング工程のときに行われる。
【００１４】
図２は、本発明の実施の形態による複合リードフレームの配線基板の構成を示している。配線基板５は、熱可塑性の下側接着剤層９、ポリイミドフィルム絶縁層８、熱可塑性の上側接着剤層７、配線パターン６を有しており、下側接着剤層９はポリイミドフィルム絶縁層８に接着されており、上側接着剤層７はポリイミドフィルム絶縁層８と配線パターン６に、それぞれ接着されている。
【００１５】
図３は、本発明の実施の形態による複合リードフレーム（図１）の製造工程を示している。
まず、Ｃｕ箔の片面に熱可塑性の接着剤層（Ｔｇ１９２℃）を塗布する。ポリイミドフィルムの片面にも熱可塑性の接着剤層（Ｔｇ１９２℃）を塗布し、他の片面には熱可塑性の接着剤層（Ｔｇ２３３℃）を塗布したのち、Ｃｕ箔の接着剤層（Ｔｇ１９２℃）とポリイミドフィルムの接着剤層（Ｔｇ１９２℃）とを貼り付けて、接着剤層（Ｔｇ１９２℃）をアニール（約２００℃）し、ラミネートすることにより、Ｃｕ箔とポリイミドフィルムの積層フィルムが作成される。
Ｃｕ箔とポリイミドフィルムの積層フィルムは、Ｃｕ箔にレジストを塗布し、露光、現像、エッチングを施こし、エッチング後のパターンにＮｉおよびＡｕめっきを行う。その後、積層フィルムは、所定の形状に金型を用いて打ち抜く。この打ち抜かれた接着剤フィルム付きの積層フィルムをリードフレームのダイパッドの所定の位置に位置合わせして貼り付けて、実施の形態による所定の複合リードフレームの製造が完了する。
【００１６】
図４は、本発明の実施の形態による複合リードフレームを使用した半導体装置の概要を示している（特に半導体チップと配線基板は略図）。
この複合リードフレームは、インナーリード１１、アウターリード１２、ダイパッド１３を有するリードフレーム１０と、ダイパッド１３の上に接着されている配線基板５を有している。電極２を有する半導体チップ１は、複合リードフレームのダイパッド１３に搭載されている。
複合リードフレームに搭載された半導体チップ１の電極２と配線パターン６は、ボンディングワイヤ３（Ａｕワイヤ）によって接続され、配線パターン６とインナーリード１１は、ボンディングワイヤ４（Ａｕワイヤ）によって接続され、半導体装置を構成している。なお、インナーリード１１と配線基板５の配線パターン６とのワイヤボンディング、および配線パターン６と半導体チップ１の電極２とのワイヤボンディングは、複合リードフレームに半導体チップ１を搭載したのちのワイヤボンディング工程のときに行われる。
【００１７】
本発明の実施の形態によると、Ｃｕ箔の片面に塗布した熱可塑性の接着剤層（Ｔｇ１９２℃）と、ポリイミドフィルムの片面に塗布した熱可塑性の接着剤層（Ｔｇ１９２℃）とを貼り付けた後は、アニール（約２００℃）によりラミネートし積層フィルムにすることができるから、貼り付けた後のキュアは不要となる。また、積層フィルムのポリイミドフィルムの他の片面には、熱可塑性の接着剤層（Ｔｇ２３３℃）を有するから、この積層フィルムを、所定の形状に金型を用いて打ち抜いて配線基板に仕上げることができ、さらに、この配線基板をリードフレームのダイパッドに貼り付けた後のキュアも不要である。しかも、キュアによるアウトガスの発生や汚染もないので、ワイヤボンディング性の低下という影響は無くなる。
【００１８】
本発明の実施の形態においては、配線基板とダイパッドを貼り付ける接着剤層のガラス転移温度（Ｔｇ）は１８０℃を超える温度が望まれる。接着剤のＴｇが１８０℃以上の温度が必要である根拠は、一般的にワイヤボンディングが１８０℃程度に近い温度で行われることが多いためである。もし、ガラス転移温度（Ｔｇ）が１８０℃未満のＴｇの接着剤を使用した場合、ワイヤボンディング時の温度によって接着剤の弾性率が低くなり、１８０℃程度に近い温度で行なうワイヤボンディングに支障を来したり、不可能になったりするためである。しかし、余りにも接着剤のＴｇが高すぎると（例えば２５０〜３００℃以上）、配線基板をダイパッドに貼り付けるときの温度を高くする必要があり、貼り付けが困難になるので、接着剤のＴｇは適性な温度範囲に選定することが望まれる。
【００１９】
本発明の実施の形態によると、Ｃｕ箔の片面に塗布した熱可塑性の接着剤層（Ｔｇ１９２℃）と、ポリイミドフィルムの片面に塗布した熱可塑性の接着剤層（Ｔｇ１９２℃）と、ポリイミドフィルムの他の片面に塗布した積層フィルムの熱可塑性の接着剤層（Ｔｇ２３３℃）は、いずれもガラス転移温度（Ｔｇ）が１８０℃を超えているので、ワイヤホンディングを行うときの温度（例えば１８０℃に近い温度）による影響は十分に避けられる。
【００２０】
また、本発明の実施の形態において、フィルム絶縁層上に設けられた上側接着剤層は、ガラス転移温度（Ｔｇ）が１８０℃を超える熱可塑性の接着剤により構成し、リードフレームのダイパッドに接着される下側接着剤層は、ガラス転移温度（Ｔｇ）が２００〜２３０℃を超える熱可塑性の接着剤によって構成する等、上側接着剤層と下側接着剤層とのガラス転移温度（Ｔｇ）を異なるように組み合わせるなどの選択も可能である。
【００２１】
本発明の実施の形態において、配線基板の製造は、連続したテープに形成する方法ではなく、シート状に形成して個片に打ち抜いて、打ち抜き個片をリードフレームのダイパッドに貼り付けることもできる。また、配線基板をダイパッドに貼り付ける場合、ラミネートによって貼り付けることもできる。
【００２２】
【実施例】
厚さ１８μｍのＣｕ箔の片面に厚さ５μｍの熱可塑性の接着剤層（Ｔｇ１９２℃）を塗布する。また、フィルム絶縁層として厚さ５０μｍのユーピレックス（宇部興産製、商品名）の片面には、厚さ５μｍの熱可塑性の接着剤層（Ｔｇ１９２℃）を塗布し、ユーピレックスの反対側の片面には熱可塑性の接着剤層（Ｔｇ２３３℃）を塗布した。つぎにＣｕ箔の接着剤層（Ｔｇ１９２℃）と、フィルム絶縁層の接着剤層（Ｔｇ１９２℃）の両者の接着剤層同士を、接着するように重ねてラミネータによってラミネートした。ラミネート後に両者の接着剤層の界面の接着力を上げるために、接着剤層のガラス転移温度（Ｔｇ１９２℃）以上の温度（約２００℃）で加熱処理（アニール）して、積層フィルムを得た。
この積層フィルムを幅３５ｍｍにスリット後、両脇にスプロケットホールを打ち抜きによって形成し、積層フィルムのＣｕ箔にレジスト塗布、配線パターン露光、現像、エッチング、ＮｉとＡｕのめっきを順次行なって、連続した配線パターンが形成された配線基板用テープを製作した。めっきは電気めっきによって施こされ、Ｎｉめっきは厚さ１５μｍ、Ａｕめっきは厚さ１．１μｍに仕上げられている。
一方のリードフレームは、厚さ０．１２５ｍｍの４２合金をエッチングによって製作した。ピン数は４８ピンである。インナーリードの先端に厚さ３μｍのＡｇ電気めっきを行なった。
配線パターンが形成されている配線基板用テープを、金型によって所定の形状に打ち抜くと同時に、打ち抜きによって構成された配線基板を、加熱されたヒートブロック上にセットされたリードフレームのダイパッドの上に貼り付けて、所定の複合リードフレームを構成した。打ち抜かれた配線基板とダイパッドとの位置合わせは、予め配線基板用テープの両脇に形成されたスプロケットホールをガイドとして正確に行われた。
【００２３】
また、実施例の複合リードフレームは、リードフレームのダイパッドに半導体チップを搭載し、半導体チップの電極と配線パターンの間、およびリードフレームのインナーリードと配線パターンとの間を結んで、それぞれワイヤホンディングを行なった。ボンディングワイヤは直径２５μｍのＡｕ線を使用し、ワイヤボンディング温度は２００℃である。（通常の生産ラインのワイヤボンディング温度は１８０℃に近い温度であるが、実施例では苛酷な試験とするためにワイヤボンディング温度は２００℃で行なった。）
【００２４】
【比較例】
比較のために、従来の技術により積層フィルムを製作した。厚さ２５μｍのエポキシ系熱硬化性接着剤フィルムをラミネートした厚さ５０μｍのポリイミドテープを、厚さ１８μｍのＣｕ箔にラミネートし、１００〜１５０℃で１５ｈキュアして積層フィルムを得た。この積層フィルムの両脇にスプロケットホ―ルを打ち抜きによって形成したのち、積層フィルムのＣｕ箔にレジスト塗布、配線パターン露光、現像、エッチング、ＮｉとＡｕのめっきを順次行い、連続した配線パターンが形成されたテープを製作した。めっきは、電気めっきによって施こされ、Ｎｉめっきは厚さ１．５μｍ、Ａｕめっきは厚さ１．１μｍである。さらにポリイミドテープに厚さ２０μｍのエポキシ系熱硬化性接着剤フィルムをラミネートして配線基板用テープを得た。
つぎに、配線基板用テープを打ち抜くと同時に、リードフレームにダイパッドに貼り付けた。打ち抜き、貼付方法は実施例の場合と同じである。このあと配線基板が貼り付けられたリードフレームは１００〜１５０℃で１５ｈキュアして、所定の複合リードフレームを構成した。
また、複合リードフレームは、リードフレームのダイパッドに半導体チップを搭載し、半導体チップの電極と配線パターンの間、およびリードフレームのインナーリードと配線パターンとの間を結んで、それぞれ、ワイヤホンディングを行なった。ボンディングワイヤは直径２５μｍのＡｕ線を使用し、ワイヤボンディング温度は１８０℃に近い温度である。なお。念のためにワイヤボンディング温度は２００℃でも行なったが、評価結果は１８０℃ワイヤボンディング温度の場合と差異はなかった。
【００２５】
表１は、実施例と比較例のワイヤボンディングの特性結果を示しており、ワイヤボンディングの不良率と、オージエピーク強度比（ＩＡｕ／ＩＣ＝数値の高い方が優れている）により、その優劣を表わしている。
オージエピーク強度比は、配線基板のポンディングパッド部をオージエ分析によって得られたＣピーク強度（ＩＣ）とＡｕピーク強度（ＩＡｕ）の比（ＩＣ／ＩＡｕ）で示している。
表１を見ると、ワイヤボンディング特性は、比較例よりも実施例のリードフレームの方が優れている。また、ボンディングパッド部のオージエピーク強度比（ＩＡｕ／ＩＣ）も、実施例よりも比較例のＩＣ／ＩＡｕが低いことが判る。
Ａｒプラズマクリーニングは、配線基板のボンディングパッドに実施した後にワイヤボンディングした結果で示している。Ａｒプラズマクリーニングの有無では、比較例はＡｒプラズマクリーニングによりボンディングパッド表面の汚染は除去されるが、ワイヤボンディング性が実施例よりも劣っている。これは配線基板とダイパッドの接着に用いた接着剤層の耐熱性が、実施例に比べて、比較例の方が低いことに起因している。
【００２６】
【表１】
【発明の効果】
本発明の複合リードフレームおよびそれを用いた半導体装置によると、配線パターンの接着、およびダイパッドへの接着には熱可塑性接着剤を使用したことにより、配線基板をダイパッドへ接着した後のキュア工程が不要になって工程の簡素化が図れるという効果がある。このため、キュア工程特有のアウトガスの発生は無く、配線パターンのめっき面は清浄に保持されるので、その後に行う配線パターンとインナーリード、および配線パターンと半導体チップの電極とのワイヤボンディングを強固に行うことができ、ワイヤボンディング性の低下が防止できるという効果がある。
【００２８】
また、本発明の複合リードフレームおよびそれを用いた半導体装置によると、配線パターンの接着、およびダイパッドへの接着には、ガラス転移温度（Ｔｇ）が１８０℃を超える温度の熱可塑性接着剤を使用しているので、ワイヤホンディング（１８０℃に近い温度）時の熱可塑性接着剤への影響は回避され、結果的にワイヤボンディングによって接着性は劣化しないという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による複合リードフレームの構成を示す断面説明図。
【図２】本発明の実施の形態による複合リードフレームに使用される配線基板の構成を示す断面図。
【図３】本発明の実施の形態による複合リードフレームの製造工程を示す説明図。
【図４】本発明の実施の形態による半導体装置の構成の概要を示す平面説明図。
【図５】従来の技術による複合リードフレームの構成を示す断面説明図。
【図６】従来の技術による複合リードフレームの製造工程を示す説明図。
【符号の説明】
１ 半導体チップ
２ 電極
３ ボンディングワイヤ（Ａｕワイヤ）
４ ボンディングワイヤ（Ａｕワイヤ）
５ 配線基板
６ 配線パターン
７ 熱可塑性の上側接着剤層
８ ポリイミドフィルム絶縁層
９ 熱可塑性の下側接着剤層
１０ リードフレーム
１１ インナーリード
１２ アウターリード
１３ ダイパッド
１５ 配線基板
１６ 配線パターン
１７ 熱硬化性の上側接着剤層
１８ ポリイミドフィルム絶縁層
１９ 熱硬化性の下側接着剤層
Claims (2)
- インナーリード、アウターリード、およびダイパッドを有するリードフレームと、
ポリイミドフィルムにより構成されるフィルム絶縁層を、前記ダイパッドに接着されるガラス転移温度（Ｔｇ）が２００〜２３０℃を超える熱可塑性の接着剤により構成される下側接着剤層と、前記フィルム絶縁層上に形成されるガラス転移温度（Ｔｇ）が１８０℃を超える熱可塑性の接着剤により構成される上側接着剤層とで挟むことにより前記下側接着剤層と前記上側接着剤とのガラス転移温度（Ｔｇ）を異なるように組み合わせ、かつ前記下側接着剤層の前記ガラス転移温度（Ｔｇ）よりも低く前記上側接着剤層の前記ガラス転移温度（Ｔｇ）よりも高い温度でアニールすることによりラミネートして形成されると共に、前記上側接着剤層の上に形成された配線パターンを有する積層フィルムを金型で打ち抜いて形成された配線基板とを備え、
前記配線パターンは、Ｃｕ箔に配線パターンのエッチングをしたのちに施されたＮｉめっきおよびＡｕめっきを有していることを特徴とする複合リードフレーム。 - インナーリード、アウターリード、およびダイパッドを有するリードフレームと、
ポリイミドフィルムにより構成されるフィルム絶縁層を、前記ダイパッドに接着されるガラス転移温度（Ｔｇ）が２００〜２３０℃を超える熱可塑性の接着剤により構成される下側接着剤層と、前記フィルム絶縁層上に形成されるガラス転移温度（Ｔｇ）が１８０℃を超える熱可塑性の接着剤により構成される上側接着剤層とで挟むことにより前記下側接着剤層と前記上側接着剤とのガラス転移温度（Ｔｇ）を異なるように組み合わせ、かつ前記下側接着剤層の前記ガラス転移温度（Ｔｇ）よりも低く前記上側接着剤層の前記ガラス転移温度（Ｔｇ）よりも高い温度でアニールすることによりラミネートして形成されると共に、前記上側接着剤層の上に形成された配線パターンを有する積層フィルムを金型で打ち抜いて形成された配線基板と、
前記リードフレームの前記ダイパッド上に搭載され、電極を有する半導体チップとを備え、
前記配線パターンは、Ｃｕ箔に配線パターンのエッチングをしたのちに施されたＮｉめっきおよびＡｕめっきを有し、
前記半導体チップの前記電極と前記配線基板の前記配線パターンとが、ボンディングワイヤにより接続され、
前記配線基板の前記配線パターンと前記リードフレームの前記インナーリードとが、ボンディングワイヤにより接続されていることを特徴とする半導体装置。
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