JPH02148742A

JPH02148742A - リードフレーム

Info

Publication number: JPH02148742A
Application number: JP29954588A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Murakita; 村北　誠一; Masamichi Itoi; 糸井　政道
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 1988-11-29
Filing date: 1988-11-29
Publication date: 1990-06-07

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、樹脂封止半導体装置用リードフレームに関す
る。

［従来の技術］従来の樹脂封止半導体装置用リードフレームは、インナ
ーリード先端のワイヤボンディング部と半導体素子を搭
載するパッドに、金又は銀メツキが部分的に施されてい
る。これは、金ワイヤ及びシリコン素子をボンディング
するためのものである。

しかし、貴金属の価格が高騰しており、脱貴金属が試み
られるようになった。その一つの方法として、パッドに
金又は銀メツキの代りに、半田メツキを施したリードフ
レームが用いられれている。

一方、記憶素子の容量が大きくなると共に、非常に大き
なシリコン素子が用いられるようになりた０例えば、４
ＭビットのＤＲＡＭ　（ｄ　ｙ　ｎ　ａｍｉｃ　　ｒａ
ｎｄｏｍ　　ａｃｃｅｓｓ　　ｍｅｍｏｒｙ）では、お
よそ、６Ｘ１６１１１　　８Ｘ１７１１１１２１０Ｘ１
０１ｉ”というような大きいシリコン素子が用いられて
いる。このように素子寸法が大きくなると、素子とリー
ドフレームの熱膨張係数の差が問題となる。そのなめ、
従来、シリコン素子をリードフレームに搭載する際、金
−シリコンろう材を用いていたものを、鉛−錫ろう材に
変えて用いられるようになってきた。鉛−錫ろう材が採
用される理由は、金−シリコンろう材に比べて鉛−錫ろ
う材の方が軟らかいので、素子とリードフレームの熱膨
張の差を緩和するからである。

所で、鉛−錫ろう材は二成分系であるので、当然のこと
ながらその組成によって融点が変化する。

そこで、半導体装置組み立てに際して、この組成を最適
にする必要がある。これには２つの制約条件がある。

シリコン素子をリードフレームに搭載する場合、ろう材
の融点は低いほうが良い、その方がシリコン素子に熱的
損傷を与える恐れが無く、又、素子とリードフレームの
熱的膨張係数の差から生じるシリコン素子の歪・破壊・
リードフレームからの剥離等の恐れも無くなる。

逆に、シリコン素子をリードフレームに搭載後、ワイヤ
ボンディングして、これを樹脂封止する場合、ろう材の
融点は高いほうが良い、ろう材の融点が低いと、樹脂封
止の際にろう材が溶は出してしまい、シリコン素子とリ
ードフレームがずれたり剥離して、ワイヤ接続部が剥離
したりワイヤどうしが短絡したりしてしまうからである
。

そこで、鉛−錫ろう材を使ってシリコン素子をリードフ
レームに搭載する場合、樹脂封止の温度条件を考慮しつ
つ組成を変えて、融点が適度に低いろう材を用いること
になる。

［発明が解決しようとする課題］樹脂封止の温度は、４ＭビットＤＲＡＭではおよそ１７
０〜１８０℃である。そして、樹脂封止後にアウターリ
ードを配線基板に半田付けする際の温度は２１５℃程度
である。もっとも、この半田付は温度はリードフレーム
のパッドに直接かかるわけではない。

これらのことを考慮に入れると、望ましいろう材の融点
は２００〜２２０℃ということになる。

しかし、このような融点のろう材を使用する場合、確実
にろう材を溶融させるため、実際にはろう材の温度融点
より更に１０℃程度高めに上げる必要がある。従って、
シリコン素子をリードフレームのパッドに搭載する際、
シリコン素子を加熱する温度は２１０〜２３０℃になる
。

この温度は、金−シリコンの共晶合金の融点（３７０℃
）よりはるかに低い温度ではある。しかし、４Ｍビット
ＤＲＡＭの面積が１００ｒａ１２以上もあり、今後更に
メモリー容量が大きくなり、素子面積が大きくなる方向
にあるので、熱膨張差を考慮して、更にろう材の融点を
下げる必要のあることが分かったのである。

従って、本発明の目的は、４ＭビットＤ　ＲＡＭのよう
な面積が大きい素子を、従来より低い温度でリードフレ
ームに搭載できる新規なリードフレームを提供すること
にある。

［課題を解決するための手段］前記目的を達成するために、本発明のリードフレームは
、半導体素子を搭載する部分が、錫又は錫を８０重量％
以上含んだ錫−鉛合金で厚さ１μ以上に被覆され、該錫
−鉛合金被覆の上面が、釦３８重量％と錫６２重量％の
錫−鉛共晶を含む錫−鉛合金で被覆されている。

［作用］以下に、本発明の作用を図面を参照しながら説明する。

第１図は、リードフレームのパッド１０に半導体素子す
なわちシリコン素子１２を取り付けるところを示してい
る。パッド１０には、錫又は錫を８０重量％以上含んだ
錫−鉛合金のメツキ、典型的には錫メツキ（融点２３２
℃）１４が施され、その上に鈴３８重量％と錫６２重ｉ
％の錫−鉛共晶を含む錫−鉛合金のろう材メツキ、典型
的には３８重量％銘−残部錫の共晶台余ろう材メツキ（
融点１８３℃）１６が施されている。このろう材メツキ
１６の上にシリコン素子１２を置いて、所定温度でろう
材を加熱溶融すれば、ろう材の凝固とともにシリコン素
子１２が固定される。これに関しては、後で詳述する。

第２図も、第１図と同様にリードフレームのパッド１０
に半導体素子すなわちシリコン素子１２を取り付けると
ころを示している。第１図と異なる点は、錫メツキ１４
の層と３８重量％釦−残部錫の共晶合金ろう材メツキ１
６の層の組合せが二重に施されているところである。

本発明のリードフレームは、典型的には第１図、第２図
のように錫メツキ１４と３８重量％鉛−残部錫の共晶合
金ろう材メツキ１６を重ねて被覆して得られるが、池の
組合せも本発明に含まれる。

例えば、３８重量％鉛−残部錫の共晶合余ろう材に代え
て、４０重址％鉛−残部錫ろう材（融点２３２℃）を用
いても良い。

また、錫メツキに代えて１０重量％鉛−残部錫メツキを
用いても良い、しかし、メツキ組成比を制御しなくても
良いという点からすると、錫メツキの方がより実際的で
ある。

また、メツキに代えてクラッドにしても良いが、部分的
に皮膜を形成するという観点からはメツキの方がより実
際的である。

上記第１図のように構成されたリードフレームのパッド
１０にシリコン素子１２を搭載す企場合、パッド１０に
シリコン素子１２を圧接して加熱昇温してゆくと、シリ
コン素子１２に接している３８重量％鉛−残部錫の共晶
合金ろう材メツキ１６が１８３℃で溶融してシリコン素
子１２を濡らす。

その後、昇温するとともに次第に、この融液が接してい
る部分の錫メツキ１４が溶融してゆく、その際、錫メツ
キ１４の層から融液に錫が拡散して、融液の組成を変動
させ、融液の組成は状態図のその温度での液相線上の組
成となる。そこで加熱最高温度で融液の組成が決まると
同時にその組成の融点が前記加熱最高温度より高くなっ
て融液は凝固することになる。そして−旦凝固すると、
これを加熱しても、この加熱最高温度以上にならないと
溶融しない、すなわち必要最低限の温度で半導体装置を
組み立てることができる。

皮膜厚さの比率と加熱最高温度により、錫メツキの全部
か溶融することもあるが、一部溶融しないで残ることも
ある。−船釣には、全部溶融するように皮膜厚さの比率
と加熱最高温度を設定するほうが良い、尚、錫メツキ１
４の層の厚さが１μ以上ないと、共晶合金ろう材メツキ
１６ｆｌｌｌＪにその組成変動に寄与するのに十分な錫
を供給できない。

次に、上記第２図のように構成されたリードフレームの
パッド１０にシリコン素子１２を搭載する場合、パッド
１０にシリコン素子１２を圧接して加熱昇温してゆくと
、シリコン素子１２に接した共晶合金ろう材メツ：！Ｉ
ｒ１６と共に、錫メツキ１４ではさまれた共晶合金ろう
材メツキ１６が１８３℃で溶融し、その後、昇温すると
ともに次第に、この融液が接している部分の錫メツキ１
４が溶融してゆく、従って、第１図の場合よりもシリコ
ン素子１２の取付けが速やかに行われる。

なお、前記錫メツキの代りに鉛１０重量％−残部錫メツ
キのように錫に富んだ錫−鉛合金を使用できる。また、
３８重量％鉛−残部錫の組成のメツキの代りに鉛４０重
量％−残部錫のように３８重量％釦−残部錫の共晶の周
辺組成の錫−鉛合金のメツキを用いても良い。

以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれに限定さ
れるものでない。

［実施例１］板厚０．１５ｎｎの４２合金（４２％ニッケル残部鉄）
のリードフレームのパッドに、５μの錫メツキ皮膜を形
成し、その上に５μの約４０重量％鉛−残部錫の組成の
メツキ皮膜を形成した。このリードフレームのパッドに
１０ｘｌＯｉ１１”のシリコン素子を圧接して加熱昇温
しな、温度がおよそ１８５　’Ｃで約４０重量％鉛−残
部錫の組成のメッキ皮膜が溶融し、およそ２００℃で錫
メツキ皮膜が完全に溶融しな、その後、徐冷したが、シ
リコン素子とリードフレームが剥離するようなことは無
く、全く問題が無かった。

このようにしてシリコン素子を搭載したリードフレーム
を、成形温度約１８０℃および成形時間９０秒の条件で
樹脂封止し、半田付は温度２１５℃および半田付は時間
９０秒の条件でアウターリードを配線基板に取り付けた
。このような後工程を経ても、ろう材が溶融することが
無く、全く問題が無かった。

［実施例２］板厚０．１５ｎ＋Ｉｌの４２合金（４２％２％ニラゲル
鉄）のリードフレームのパッドに、２μの錫メツキ皮膜
を形成し、その上に５μの約４０重量％鉛−残部錫の組
成のメツキ皮膜を形成し、更にその上に２μの錫メツキ
皮膜と５μの約４０重量％釦−残部錫の組成のメツキ皮
膜とを形成した。

このリードフレームのパッドにｌ０ＸＩＯＩＩ２のシリ
コン素子を圧接して加熱昇温しな、温度がおよそ１８５
　”Ｃで約４０重量％鉛−残部錫の組成のメツキ皮膜が
溶融し、およそ２０５℃で錫メツキ皮膜が完全に溶融し
た。

その後、徐冷したが、シリコン素子とリードフレームが
剥離するようなことは無く、全く問題が無かった。

このようにしてシリコン素子を搭載したリードフレーム
を、成形温度約１８０℃および成形時間９０秒の条件で
樹脂封止し、半田付は温度２１５℃および半田付は時間
９０秒の条件でアウターリードを配線基板に取り付けた
。このような後工程を経ても、ろう材力製容融すること
が無く、全く問題が無かった。

上記実施例では、錫メツキと約４０重量％鉛残部錫の組
成のメツキを積層させたが、例えば、錫メツキの代りに
鉛１０重量％−残部錫メツキを用い、４０重量％鉛−残
部錫の組成のメツキの代りに鉛３８重量％−残部鍋メツ
キを用いても良い。

なお、錫メツキの代りに、例えば、鉛６０重量％−残部
錫のように鉛の多い鉛−錫合金メツキを用いることも可
能であるが、溶融体の釦が鉛３８重量％−残部鍋の共晶
合金組成より多い場合、状態図の液相線の傾斜が大きい
ので、最終融点すなわち組成の制御か難しい、従って、
共晶合金組成より錫が多い組成のメツキを用いたほうが
有利である。

又、上記実施例ではメツキにより皮膜を形成したが、ク
ラッド或いは蒸着・イオンブレーティング・スパッター
等によってもよいことは言うまでもない。

［発明の効果］以上説明したように、本発明のリードフレームを用いる
ことによって、従来に比べてより低い温度で半導体装置
を組み立てることができ、（＠頼性の高い半導体装置を
得ることができる６

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例にかがるリードフレームにシ
リコン素子を圧接する状態を示す概略断面図。第２図は、本発明の他の実施例にがかるリードフレーム
にシリコン素子を圧接する状態を示す概略断面図。図中、参照数字は次のものを表す。１０・・・リードフレームのパッド、１２・・・シリコン素子、１４・・・錫メツキ、１６・・・鉛−錫共晶合金メツキ

Claims

【特許請求の範囲】

半導体素子を搭載する部分が、錫又は錫を８０重量％以
上含んだ錫−鉛合金で厚さ１μ以上に被覆され、該錫−
鉛合金被覆の上面が、鉛３８重量％と錫６２重量％の錫
−鉛共晶を含む錫−鉛合金で被覆されていることを特徴
とするリードフレーム。