JPH07211851A

JPH07211851A - リードフレーム

Info

Publication number: JPH07211851A
Application number: JP1897794A
Authority: JP
Inventors: Masaharu Yamamoto; 雅春山本
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 1994-01-18
Filing date: 1994-01-18
Publication date: 1995-08-11

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】蓋で気密封止して高速、高周波用のセラミッ
クや金属の半導体パッケージを実現でき、微細ピッチ化
や多ピン化が可能で放熱性が高く電源系の雑音が低減さ
れ、多層構造を採用した際の機械的強度、デバイス製造
工程中の安定性に優れたリードフレームを提供する。【構成】Ｆｅ−Ｎｉ系合金とＣｕの５層構造で全表面
にＮｉ薄膜を設けた熱伝導材料の全上面に、Ａｌ薄膜１
ａを圧接またはＣＶＤ法で形成された熱放散体１上に、
上面にＡｌ薄膜２ａが設けられたＦｅ−Ｎｉ系合金の接
地層２をガラス絶縁層５を介して積層し、また全上面に
Ａｌ薄膜３ａが設けられたＮｉ−Ｆｅ系合金の電源層３
をガラス絶縁層５を介して積層し、さらに絶縁層５を介
してＦｅ−Ｎｉ系合金からなるリードフレーム層４を積
層することで極めて高い放熱性が得られる。また電源層
３と接地層２の間に介在させた高透磁率のガラス絶縁層
が電源系のノイズを吸収してノイズが低減される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、多ピン化に対応でき
かつ高速性、放熱性、低電源雑音特性にすぐれたＱＦＰ
（ＱｕａｄＦｌａｔＰａｃｋａｇｅ）を提供するた
めのリードフレームに係り、例えば、銅材の両主面に貫
通孔を有するＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ材を圧接してさらに表面
に銅箔を有する特定構造のヒートスプレッダ材の上に、
Ｃｕ／Ｆｅ−Ｎｉ／Ｃｕのクラッド材からなる接地層、
電源層、リードフレーム層をガラス絶縁層を介して積層
した多層構造となし、放熱性と低電源雑音特性にすぐ
れ、マイクロプロセッサ等の高周波半導体パッケージに
対応でき、キャップにて気密封止可能なＱＦＰを提供で
きるリードフレームに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子の大集積化が急速に進
み、それに伴いリードフレームの多ピン化及びリードの
狭ピッチ化が要求されており、そこで小型、軽量でかつ
多ピン化に対応できる表面実装型のＱＦＰ（Ｑｕａｄ
ＦｌａｔＰａｃｋａｇｅ）が半導体装置に用いられて
いる。今日ではラップトップコンピューターやワークス
テーションの高速化と大容量化が進む中で、高速ＬＳＩ
に小型軽量化の要請から表面実装型の軽量で安価なプラ
スチックＱＦＰが求められているが、いずれも多ピン化
及びリードの狭ピッチ化とともに、高速化に伴う放熱性
の向上、さらには低雑音特性が特に要求される。

【０００３】ＬＳＩは高速化に伴いリードフレームの電
源系（電源リード、接地）にノイズが発生し易くなる。
その対策として電源系のインダクタンスを低減すること
でノイズが減少する。つまり、トランジスタのスイッチ
ングで発生する逆起動電力（Ｅ）を小さくすることであ
る。その方法としては、電源系の面積を大きく平面状に
形成することでインダクタンスを低減できるが、リード
フレーム単体ではファインピッチ化が進んでいるため、
面積を大きくとることは不可能である。

【０００４】そこで、電源系を分割した多層構造のもの
が樹脂モールド型のプラスチックＱＦＰで実用化されて
いる。すなわち、平らな金属板からなる電源層や接地層
とリードフレームを絶縁性両面接着フィルム等を介して
積層することにより、電源層、接地層の面積を大きくし
て、インダクタンスを低減をさせることが提案（特開昭
６３−２４６８５１号公報）されている。また、従来、
プラスチックＱＦＰ用の単層タイプのリードフレーム
は、金属帯条にプレス加工等により所要の配線パターン
を形成しているが、半導体装置の小型化により金属帯条
も薄帯化されているため、強度等の問題により、リード
の微細化にも限界があり、例えば、上記の構成の他、グ
ランド用共通リードとリードフレームを積層させ、リー
ドフレームに配列した多数本のリードの内側空間部分
に、電源用共通リードを設けて、多数本のリードのうち
の電源リードと接地リードの本数を減らし、多ピン化す
ることが提案（特開平１−９３１５６号公報）されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のプラス
チックＱＦＰ用の多層タイプのリードフレームは、従来
の単層タイプのリードフレームに比べて、電源系のイン
ダクタンスの低減や放熱性の向上、多ピン化を実現して
いる。しかし、チップをセラミック基板上に載置してセ
ラミックキャップにて気密封止する現在のセラミックＱ
ＦＰは設計自由度が小さいため、上記の多層タイプのリ
ードフレームをそのまま採用することが困難であり、セ
ラミックＱＦＰでは実用化に至っていない。よって、現
在のセラミックＱＦＰにおいては、電気特性が悪い上に
高周波ＩＣに対応できる放熱性を有していない。

【０００６】また、出願人は、高速ＬＳＩ用プラスチッ
クＱＦＰ、並びにチップをメタル基板上に載置してメタ
ルキャップにて気密封止するメタルＱＦＰを実現できる
リードフレームとして、接地板層とリード先端内側の空
間部分に方形枠状電源部層を形成したリードフレーム層
とを絶縁層のガラス薄膜にてガラス溶着し、リードフレ
ーム層と電源部層上にガラスまたはセラミックス薄膜を
介して成膜したＡｌ薄膜配線にてインナーリードを形成
し、インナーリードのファインピッチが可能な多層構造
を提案（特開平５−６３１３０号公報）した。上記の構
成は、インナーリードのファインピッチ化に対応でき、
放熱性、低電源雑音特性にもすぐれているが、高周波半
導体パッケージ用としてさらに高い放熱性とともに電源
系のノイズの低減の要求に対応できなかった。

【０００７】この発明は、キャップにて気密封止して、
高速ＬＳＩ用、高周波用のセラミック、メタルパッケー
ジ等のいずれの半導体パッケージも実現できるリードフ
レームとして、ファインピッチ化、多ピン化に対応で
き、極めて高い放熱性を有するとともに電源系のノイズ
が低減され、さらに、多層構造を採用した際の機械的強
度の向上、並びにデバイスプロセスにおける機械的安定
性にすぐれた構成からなるリードフレームの提供を目的
としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】発明者らは、多ピン化に
対応可能な表面実装型ＱＦＰを実現できるリードフレー
ムとして、放熱性、低電源雑音特性、機械的安定性を高
いレベルで達成し得る多層構造を目的に積層構造につい
て種々検討した結果、半導体チップによる発熱を効率良
く外部に放熱するため、金属、セラミックス、Ｓｉ等の
半導体等の被着相手材との熱膨張係数の整合性と良好な
熱伝導性を両立した低熱膨張金属板と高熱膨張金属との
複合熱伝導材料をヒートスプレッダとして用い、この複
合材料製ヒートスプレッダの上に、Ｃｕ／Ｆｅ−Ｎｉ／
Ｃｕなどのクラッド材から作製した接地層、電源層、リ
ードフレーム層をガラスなどの絶縁層を介して積層した
４層構造、あるいはヒートスプレッダを接地層として、
その上にリードフレーム層、電源層をガラスなどの絶縁
層を介して積層した３層構造を採用すると、極めて高い
放熱性を達成できるとともに、電源層と接地層との間に
介在させたガラス絶縁層が電源系のノイズを吸収して電
源系のノイズが低減されることを知見した。さらに、接
地層、電源層の両面にワイヤーボンディング用を兼ねて
広い面積でＡｌ層を設けることにより、表面電気抵抗が
小さくなり、かつ該接地層と電源層の各々の層全体とし
ての透磁率が小さくなることから電源系のノイズの低減
を図ることができるとともに、積層時のガラス絶縁層と
の密着強度を向上させることができ、また、各層に貫通
孔やディンプルを設けることにより積層時の密着性を向
上させて実用的な機械的強度が得られることを知見し
た。また、全てのガラス絶縁層あるいは少なくとも電源
層直下の絶縁層に、結晶質ガラスを用いると、キャップ
封止時の再加熱の際に絶縁層に流動性が生ずることがな
く、先にボンディングされたワイヤーなどにストレスが
加わることがなく、デバイスプロセスにおける機械的安
定性に優れることを知見した。

【０００９】すなわち、この発明は、ヒートスプレッダ
上に、金属または合金の単層あるいはクラッドからなる
接地層、電源層、リードフレーム層を順次、絶縁層を介
して積層した４層構造からなることを特徴とするリード
フレームである。また、この発明は、接地層を兼ねるヒ
ートスプレッダ上に、金属または合金の単層あるいはク
ラッドからなるリードフレーム層、電源層を順次、絶縁
層を介して積層した３層構造からなることを特徴とする
リードフレームである。また、この発明は、上記の構成
において、ヒートスプレッダ並びに各層のそれぞれの積
層面の少なくともワイヤーボンディングエリアにＡｌ膜
を有するリードフレームを提案する。

【００１０】さらに、この発明は、上記の３層構造にお
いて、電源層とリードフレーム層の電源リードとが電源
層とリードフレーム層との間の絶縁層に形成した貫通孔
を介して接続されているリードフレーム、電源層とリー
ドフレーム層との間の絶縁層が結晶質の低融点ガラスで
あるリードフレームを併せて提案する。

【００１１】この発明において、接地層、リードフレー
ム層を構成するための金属または合金の単層あるいはク
ラッド材には、Ｆｅ−Ｎｉ系合金（４２Ｎｉ−Ｆｅ
等）、Ｆｅ−Ｃｒ合金（１８Ｃｒ−Ｆｅ）、Ｆｅ−Ｎｉ
−Ｃｒ系合金（４２Ｎｉ−６Ｃｒ−Ｆｅ等）、Ｆｅ−Ｎ
ｉ−Ｃｏ系合金（２９Ｎｉ−１６Ｃｏ−Ｆｅ等）等の公
知の低熱膨張合金が使用でき、熱放散性を考慮して、熱
伝導性の良いＣｕ、Ｃｕ合金等を中間層に配置した上記
低熱膨張合金のクラッド材、例えば、Ｃｕ／Ｆｅ−Ｎｉ
／Ｃｕ、Ｃｕ／Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ／Ｃｕ、Ｃｕ／Ｆｅ−
Ｎｉ−Ｃｏ／Ｃｕを用いることもでき、さらに熱膨張を
考慮してリードフレーム層と接地板層は同材質にするこ
とが好ましい。また、上記リードフレーム層及び接地板
層の厚みは、半導体パッケージの小型化並びに放熱性等
を考慮すると０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍが好ましい。ま
た、電源層には、電気導電性や熱伝導性を考慮して上記
のＦｅ−Ｎｉ系合金などを用いることができ、さらには
Ａｌ箔あるいはＡｌ蒸着層などを適宜選定できる。な
お、各層の接続は、適用するチップ、デバイスの種々の
構成に応じて、他のリードを接続したり、所要層を他の
チップ等の層と共有あるいは共通する１層で構成するな
ど、公知の接続方法や構成を採用することができ、この
発明の特徴であるヒートスプレッダ上に積層された構成
を有効に活用できる。

【００１２】リードフレーム層のリード先端、接地層の
半導体チップとの接地予定面等のワイヤーボンディング
予定位置にはワイヤーボンディング用薄膜を成膜する
が、薄膜材質としては予定したボンディングワイヤーの
材質に応じてＡｌ、Ｃｕ等の金属や合金膜を蒸着等の気
相成膜方法にて被膜したり、あるいは成膜したＡｌまた
はＣｕ薄膜上にＡｕめっきなどのＡｕ薄膜を設けること
によりワイヤーボンディングを確実に実施できるが、ワ
イヤーボンディング用を兼ねて広い面積でＡｌ層を設け
ることにより、表面電気抵抗が小さくなり、かつ該接地
層と電源層の各々の層全体としての透磁率が小さくなる
ことから電源系のノイズの低減を図ることができるとと
もに、積層時のガラス絶縁層との密着強度を向上させる
ことができる。

【００１３】絶縁層としては、封着用、接着用、絶縁用
の公知のガラス、Ｐｂ系ガラス等の低融点ガラスなどの
ガラス絶縁材を適宜選定使用できる。低融点ガラスは耐
熱性及び耐湿性に優れていることが好ましく、さらにチ
ップからの発熱等を考慮すると、チップ、リードフレー
ム層、接地層との熱膨張係数差が小さく、機械的強度が
高いことが望ましく、また後述するＡｌまたはＣｕ薄膜
配線との濡れ性が良いことが望ましい。上記の低融点ガ
ラス等の絶縁物層の厚みは、リードフレームの薄型化や
絶縁性を考慮すると１００μｍ〜３００μｍが好まし
く、リードフレームの大きさ、絶縁物の種類等により適
宜選定でき、より好ましくは２００μｍ以上である。さ
らに、低熱膨張合金とガラスとの密着性を改善するため
に、両者間に酸化被膜を介在させることが望ましく、特
に低熱膨張合金がＣｒを含有する場合には、出願人の先
の提案（特開昭６３−４７９５５号公報）の如く、低熱
膨張合金の主面に熱処理によりＣｒ₂Ｏ₃を主体とする酸
化被膜を形成し、その後ガラスを被覆等の手段を採用す
ることができる。

【００１４】この発明において、ヒートスプレッダに
は、銅板とインバー合金板を積層したクラッド板やＣｕ
−ＭｏあるいはＣｕ−Ｗ合金等の放熱用基板等の公知の
放熱材料が使用できるが、出願人が先に提案（特開平３
−２２７６２１号、特開平５−７５００８号、特開平５
−１０９９４６号、特開平５−１０９９４７号）した、
高熱膨張金属材の両面に厚み方向に所要の貫通孔を有す
る低熱膨張金属板を配置し、前記貫通孔から高熱膨張金
属を低熱膨張金属板表面に延長露出させた芯材の両面に
芯材の高熱膨張金属と同種または異種の高熱膨張金属層
を積層した所謂実質的に５層構造からなる複合熱伝導材
料を用いることが望ましい。詳述すると、上記複合熱伝
導材料は、コバール板の片面または両面に予め銅箔を圧
接した後、小さな孔を多数個穿孔して得た２層材または
３層材を、加熱装置で再結晶温度以上に加熱した銅板の
両面に圧接した後、所定温度の熱処理にて熱拡散するこ
とにより、小さな圧下率で高い接合強度を得て、予め選
定したコバール板表面上の銅露出面（貫通孔）との表面
積比を変動させることなく、任意の熱膨張係数及び熱伝
導率を得ることができ、受熱の均一化、熱拡散効果の向
上を図り、表面微細孔がなくめっきやろう材など薄膜の
被着性にすぐれ、チップや封止樹脂等の接着相手材の熱
膨張係数との整合性にすぐれかつ熱伝導性が良好であ
る。

【００１５】ヒートスプレッダ用の複合熱伝導材料は、
例えば、Ｃｕ、Ａｌ等の高熱膨張金属板の両主面に、片
面または両面に高熱膨張金属箔を圧接して厚み方向に多
数の貫通孔を設けたＦｅ−Ｎｉ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃ
ｏ系合金等の低熱膨張金属板を一体化して、前記貫通孔
から高熱膨張金属を低熱膨張金属板表面に露出させ、さ
らに最外層の高熱膨張金属箔の所要位置に、Ｃｕ、Ａ
ｌ、Ｎｉ、Ｓｎのうちいずれかからなる金属メッキやろ
う材の被着等の加工を施してプレス成形、積層などの加
工を施すことにより得られ、接地層を兼ねる構成に最適
である。また、前記構成の複合熱伝導材料において、高
熱膨張金属板が、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、Ａｌ合金のう
ちいずれか、低熱膨張金属板が、Ｍｏ、３０〜５０ｗｔ
％Ｎｉを含有するＦｅ−Ｎｉ系合金、２５〜３５ｗｔ％
Ｎｉと４〜２０ｗｔ％Ｃｏを含有するＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ
系合金、Ｗのうちいずれか、高熱膨張金属箔がＣｕ、Ｃ
ｕ合金、Ａｌ、Ａｌ合金のうちいずれかからなり、実質
的に５層材を構成する熱伝導材料のうち、高熱膨張金属
板の厚みｔ₁ 、低熱膨張金属板の厚みｔ₂、及び高熱膨
張金属箔層の厚みｔ₃が、ｔ₁＝１ｔ₂〜５ｔ₂ 、ｔ₃≦１／１０ｔ₂ ｔ₁＋ｔ₂＝０．１〜３０ｍｍ、ｔ₃＝２〜１００μｍを満足することが好ましい。

【００１６】

【作用】以下に、この発明によるリードフレームの作用
を図面に基づいて詳述する。図１はこの発明による４層
構造のリードフレームの分解斜視説明図である。図２は
この発明による４層構造のリードフレームの一実施例を
示す斜視説明図である。図３はこの発明による３層構造
のリードフレームの分解斜視説明図である。図４はこの
発明による３層構造のリードフレームの一実施例を示す
斜視説明図である。図５はこの発明によるリードフレー
ムの他の実施例を示す説明図で、Ａは積層材の斜視説明
図、Ｂ，Ｃは積層状態を示す縦断説明図である。なお、
図におけるリードフレーム層は構成の概略を示すもので
ある。図１に示すこの発明による４層構造のリードフレ
ームは、ヒートスプレッダ１の上に、図示しないチップ
を登載する際の開口部となる中央の窓部を設けた方形枠
状の接地層２、電源層３、リードフレーム層４を順次、
低融点ガラスからなる絶縁層５を介して積層するもの
で、例えば、前述した５層構造からなる複合熱伝導材料
からなるヒートスプレッダ１上に、合金板あるいはクラ
ッド板から所要形状に成形した接地層２とリードフレー
ム層４、Ａｌ箔からなる電源層３を積層する際に、ガラ
ス粉末をスクリーン印刷や電着等により、所定の厚みに
塗布したのち焼成して一体化することにより絶縁層５を
形成したり、電源層３をスパッタリングや蒸着等の気相
成膜方法により形成することができる。上記の構成によ
り、極めて高い放熱性を達成できるとともに、電源層と
接地層との間に介在させた高透磁率を有するガラス絶縁
層がデカップリングコンデンサとして作用し電源系のノ
イズを吸収して電源系のノイズが低減される。

【００１７】例えば、図２に示す４層構造のリードフレ
ームは、前述したＦｅ−Ｎｉ系合金とＣｕの５層構造か
らなり全表面にＮｉ薄膜（図示せず）を設けた複合熱伝
導材料の上面の全面にＡｌ薄膜１ａをＡｌ箔の圧接また
は気相成膜方法により形成してあるヒートスプレッダ１
の上に、ガラス絶縁層５を介してＦｅ−Ｎｉ系合金から
なる接地層２を積層し、また、接地層２の上面の全面に
はＡｌ薄膜２ａが設けてあり、ガラス絶縁層５を介して
Ｎｉ−Ｆｅ系合金からなる電源層３を積層し、さらに、
電源層３の上面の全面にはＡｌ薄膜３ａが設けてあり、
ガラス絶縁層５を介してＦｅ−Ｎｉ系合金からなるリー
ドフレーム層４を積層した構成からなる。リードフレー
ム層４の電源リードと電源層３間、また信号リードとチ
ップ間、接地層２とチップ間の接続は、図示しないが、
予め各層上面には上記のＡｌ薄膜が設けてあり、Ａｌボ
ンディングワイヤーを使用することにより確実に実施で
きる。上記の構成により、高い放熱性並びに電源系ノイ
ズの低減効果とともに、接地層２、電源層３の片面にワ
イヤーボンディング用を兼ねて広い面積でＡｌ薄膜２
ａ，３ａを設けることにより、表面電気抵抗が小さくな
り、かつ該接地層と電源層の各々の層全体としての透磁
率が小さくなることから電源系のノイズの低減を図るこ
とができ、さらに、積層時のガラス絶縁層５との密着強
度を向上させることができる。

【００１８】さらに、積層時のガラス絶縁層５との密着
性を向上させるため、図５Ａ及び図５Ｂに示す如く、接
地層２および／または電源層３に多数のディンプル２
ｂ，３ｂを設け、さらにヒートスプレッダ１の上面にも
多数のディンプル１ｂを設けることにより、ガラス絶縁
層５へのアンカー効果により密着強度が向上する。ま
た、図５Ｃに示す如く、接地層２および／または電源層
３に多数の貫通孔２ｃ，３ｃを設けることにより同様
に、ガラス絶縁層５との密着性を向上させることができ
るが、電気抵抗及びインダクタンスを上昇させないよう
に、貫通孔２ｃ，３ｃの数や面積比率等を考慮する必要
がある。

【００１９】図３に示すこの発明による３層構造のリー
ドフレームは、接地層を兼ねたヒートスプレッダ１０の
上に、図示しないチップを登載する際の開口部となる中
央の窓部を設けた方形枠状のリードフレーム層１１、電
源層１２を順次、低融点ガラスからなる絶縁層１３を介
して積層するもので、例えば、前述した５層構造からな
る複合熱伝導材料からなるヒートスプレッダ１０上に、
合金板あるいはクラッド板から所要形状に成形したリー
ドフレーム層１１、Ａｌ箔からなる電源層１２を積層す
る際に、ガラス粉末をスクリーン印刷や電着等により、
所定の厚みに塗布したのち焼成して一体化することによ
り絶縁層１３を形成したり、電源層１２をスパッタリン
グや蒸着等の気相成膜方法により形成することができ
る。上記の構成により、極めて高い放熱性を達成できる
とともに、電源層と接地層を兼ねるヒートスプレッダと
の間に介在させた高透磁率を有するガラス絶縁層がデカ
ップリングコンデンサとして作用し電源系のノイズを吸
収して電源系のノイズが低減される。

【００２０】例えば、図４に示す３層構造のリードフレ
ームは、前述したＦｅ−Ｎｉ系合金とＣｕの５層構造か
らなり全表面にＮｉ薄膜（図示せず）を設けた複合熱伝
導材料の上面の全面にＡｌ薄膜１０ａをＡｌ箔の圧接ま
たは気相成膜方法により形成してあるヒートスプレッダ
１０の上に、ガラス絶縁層１３を介してＮｉ−Ｆｅ系合
金からなるリードフレーム層１１を積層し、また、リー
ドフレーム層１１の上面の全面あるいは所要表面にはＡ
ｌ薄膜１１ａが設けてあり、ガラス絶縁層１３を介して
Ａｌ薄膜からなる電源層１２をスパッタリングや蒸着等
の気相成膜方法により積層した構成からなる。リードフ
レーム層１１の電源リード１１ｂと電源層１２間の電気
的接続は、例えば、ガラス絶縁層１３を設ける際に、マ
スキングなどで絶縁層１３に所定の孔１３ａ（図３参
照）が生じるようにしておき、蒸着でＡｌ薄膜からなる
電源層１２を形成するとき孔１３ａ内に侵入したＡｌ薄
膜で接続されており、また、電源層１２をＡｌ箔で形成
する場合は、前記孔１３ａに侵入する突起部を形成して
電気的接続を行うことができる。すなわち、絶縁層１３
に設けた孔１３ａを介して電源リード１１ｂと電源層１
２間の電気的接続を行うとよい。また、リードフレーム
層１１の信号リード１１ｃとチップ間、接地層を兼ねる
ヒートスプレッダ１０とチップ間の接続は、図示しない
が、予め各層上面には上記のＡｌ薄膜が設けてあり、Ａ
ｌボンディングワイヤーを使用することにより確実に実
施できる。なお、接地層を兼ねるヒートスプレッダ１０
の電気的接続は所要のリード１４をスポット溶接にて設
けることにより実施できる。上記の構成により、高い放
熱性並びに電源系ノイズの低減効果とともに、接地層を
兼ねるヒートスプレッダ１０の上面にワイヤーボンディ
ング用を兼ねて広い面積でＡｌ薄膜１０ａを設け、電源
層１２がＡｌ薄膜からなることにより、表面電気抵抗が
小さくなり、かつ該接地層と電源層の各々の層全体とし
ての透磁率が小さくなることから電源系のノイズの低減
を図ることができ、さらに、積層時のガラス絶縁層１３
との密着強度を向上させることができる。

【００２１】この発明によるリードフレームを用いてセ
ラミックパッケージを作成するには、上記の各構成のリ
ードフレームを用い、リードフレームの半導体チップを
載置しない側のヒートスプレッダの露出面全面に絶縁用
低融点ガラス層を被着し、リードフレーム層のアウター
リードを構成する部位の所要位置に封着用低融点ガラス
層を被着し、ヒートスプレッダ上に半導体チップを載
置、ワイヤーボンディングした後、半導体チップとイン
ナーリード部を被包可能なセラミックキャップを該低融
点ガラス層上に載せて、ガラス封着することによりセラ
ミックパッケージを容易に製造できる。また、メタルパ
ッケージを作成するには、上記の各構成のリードフレー
ムを用い、リードフレームの半導体チップを載置しない
側のヒートスプレッダの露出面全面に絶縁用低融点ガラ
ス層を被着し、リードフレーム層のアウターリードを構
成する部位の所要位置に封着用低融点ガラス層を被着
し、ヒートスプレッダ上に半導体チップを載置、ワイヤ
ーボンディングした後、半導体チップとインナーリード
部を被包可能なメタルキャップを該低融点ガラス層上に
載せて、ガラス封着することによりメタルパッケージを
容易に製造できる。

【００２２】また、上記の３層構成のリードフレームに
おいて、全てのガラス絶縁層１３あるいは少なくとも電
源層１２直下の絶縁層に、結晶質ガラスを用いると、キ
ャップ封止時の４００℃以上の再加熱の際に絶縁層１２
に流動性が生ずることがなく、先にボンディングされた
ワイヤーなどにストレスが加わることがなく、デバイス
プロセスにおける機械的安定性にすぐれている。

【００２３】

【実施例】

実施例１ヒートスプレッダーとして、コバール板（２９Ｎｉ−１
６Ｃｏ−Ｆｅ合金）を、９００℃で焼鈍してワイヤーブ
ラッシングしたのち、その片面にＣｕ箔を圧接して２層
材となし、孔径１．０ｍｍ、圧延方向孔間隔２．０ｍ
ｍ、幅方向孔間隔２．０ｍｍで多数の穿孔を施し、ま
た、Ｃｕ板をワイヤーブラッシングしたのち９００℃に
加熱し、このＣｕ板の両面に上記の２層材のコバール面
側を圧接機により圧接して、Ｃｕ／コバール複合板の貫
通孔中に銅が侵入し、最外層の銅箔の所要位置に銅板表
面が部分的に露出して一体化し、さらに、これらの積層
体に所定の熱処理を施した５層材を用い、全表面にめっ
きにてＮｉ膜を形成してあり、板厚１ｍｍ×２７．４ｍ
ｍ寸法である。また、厚み４μｍのＡｌ薄膜２０ａを蒸
着にて設けてある。なお、図６に示すヒートスプレッダ
ー２０において、２０ｂは銅、２０ｃはコバール、２０
ｄはＮｉ膜を示す。接地層２１及び電源層２２には板厚
０．１５ｍｍの４５Ｎｉ−Ｆｅ合金を使用し、リードフ
レーム層２３には板厚０．１５ｍｍの４２Ｎｉ−Ｆｅ合
金を使用し、接地層２１及び電源層２２の上面の全面、
並びにリードフレーム層２３の所要箇所に厚み４μｍの
Ａｌ薄膜２１ａ，２２ａ，２３ａを蒸着にて設け、絶縁
層２４にはＰｂＯ系低融点ガラスを使用して、これらを
積層して焼成し、前述した図２と同様構成で、図６に断
面を示すこの発明によるリードフレームを作製した。

【００２４】このリードフレームを用いて、チップを載
置してアルミナ製キャップをガラス封着してセラミック
ＱＦＰを作製し、従来の単層セラミックＱＦＰと比較し
たところ、電源系のノイズが１／２に低減された。ま
た、放熱性が向上し、従来の単層セラミックＱＦＰに比
べ、無風時の熱抵抗で２５％、風速３ｍ／ｓｅｃの熱抵
抗で５０％低減することができた。さらに、従来のリー
ドフレーム材によるメタルパッケージと比較しても、こ
の発明によるリードフレームを用いたメタルパッケージ
は上記と同等の効果を有することを確認した。

【００２５】実施例２実施例１のヒートスプレッダー２０を用い、接地層３
１、電源層３２及びリードフレーム層３３は板厚０．１
５ｍｍのＣｕ／４５Ｎｉ−Ｆｅ合金／Ｃｕのクラッド材
を使用し、接地層３１及び電源層３２の上面の全面、並
びにリードフレーム層３３の所要箇所には、まず厚み１
μｍのＮｉ薄膜３１ａ，３２ａ，３３ａを蒸着にて設
け、さらに厚み４μｍのＡｌ薄膜３１ｂ，３２ｂ，３３
ｂを蒸着にて設け、絶縁層３４にはＰｂＯ系低融点ガラ
スを使用して、これらを積層して焼成し、前述した図２
と同様構成で、図７に断面を示すこの発明によるリード
フレームを作製した。

【００２６】このリードフレームを用いてチップを載置
してアルミナ製キャップをガラス封着してセラミックＱ
ＦＰを作製し、従来の単層セラミックＱＦＰと比較した
ところ、電源系のノイズが１／２に低減された。また、
放熱性が向上し、従来の単層セラミックＱＦＰに比べ、
無風時の熱抵抗で２５％、風速３ｍ／ｓｅｃの熱抵抗で
５０％低減することができた。さらに、従来のリードフ
レーム材によるメタルパッケージと比較しても、この発
明によるリードフレームを用いたメタルパッケージは上
記と同等の効果を有することを確認した。

【００２７】実施例３実施例１のヒートスプレッダー２０を用い、接地層の電
気的接続として０．１５ｍｍ厚みの４２Ｎｉ−Ｆｅ合金
からなるリード４１をスポット溶接し、リードフレーム
層４２には板厚０．１５ｍｍの４２Ｎｉ−Ｆｅ合金を使
用し、その所要箇所に厚み４μｍのＡｌ薄膜４２ａを蒸
着にて設け、絶縁層４３にはＰｂＯ系結晶質低融点ガラ
スを使用して、これらを積層して焼成し、さらに、上面
に電源層４４として１０μｍのＡｌ蒸着膜を形成し、前
述した図４と同様構成で、図８に断面を示すこの発明に
よるリードフレームを作製した。

【００２８】このリードフレームを用いてチップを載置
してアルミナ製キャップをガラス封着してセラミックＱ
ＦＰを作製し、従来の単層セラミックＱＦＰと比較した
ところ、電源系のノイズが１／２に低減された。また、
放熱性が向上し、従来の単層セラミックＱＦＰに比べ、
無風時の熱抵抗で２５％、風速３ｍ／ｓｅｃの熱抵抗で
５０％低減することができた。さらに、従来のリードフ
レーム材によるメタルパッケージと比較しても、この発
明によるリードフレームを用いたメタルパッケージは上
記と同等の効果を有することを確認した。

【００２９】実施例４実施例１のヒートスプレッダー２０を用い、接地層の電
気的接続として０．１５ｍｍ厚みのＣｕ／４５Ｎｉ−Ｆ
ｅ合金／Ｃｕのクラッド材からなるリード５１をスポッ
ト溶接し、リードフレーム層５２には板厚０．１５ｍｍ
のＣｕ／４５Ｎｉ−Ｆｅ合金／Ｃｕのクラッド材を使用
し、その所要箇所にまず厚み１μｍのＮｉ薄膜５２ａを
蒸着にて設け、さらに厚み４μｍのＡｌ薄膜５２ｂを蒸
着にて設け、絶縁層５３にはＰｂＯ系結晶質低融点ガラ
スを使用して、これらを積層して焼成し、さらに、上面
に電源層５４として１０μｍのＡｌ蒸着膜を形成し、前
述した図４と同様構成で、図９に断面を示すこの発明に
よるリードフレームを作製した。

【００３０】このリードフレームを用いてチップを載置
してアルミナ製キャップをガラス封着してセラミックＱ
ＦＰを作製し、従来の単層セラミックＱＦＰと比較した
ところ、電源系のノイズが１／２に低減された。また、
放熱性が向上し、従来の単層セラミックＱＦＰに比べ、
無風時の熱抵抗で２５％、風速３ｍ／ｓｅｃの熱抵抗で
５０％低減することができた。さらに、従来のリードフ
レーム材によるメタルパッケージと比較しても、この発
明によるリードフレームを用いたメタルパッケージは上
記と同等の効果を有することを確認した。

【００３１】

【発明の効果】この発明によるリードフレームは、被着
相手材との熱膨張係数の整合性と良好な熱伝導性を両立
した低熱膨張金属板と高熱膨張金属との複合熱伝導材料
をヒートスプレッダとして用い、この複合材料製ヒート
スプレッダの上に、Ｃｕ／Ｆｅ−Ｎｉ／Ｃｕなどのクラ
ッド材から作製した接地層、電源層、リードフレーム層
をガラスなどの絶縁層を介して積層した４層構造、ある
いはヒートスプレッダを接地層として、その上にリード
フレーム層、電源層をガラスなどの絶縁層を介して積層
した３層構造を採用すると、極めて高い放熱性を達成で
きるとともに、電源層と接地層との間に介在させた高透
磁率を有するガラス絶縁層がデカップリングコンデンサ
として作用し電源系のノイズを吸収して電源系のノイズ
が低減され、また、接地層、電源層の両面にワイヤーボ
ンディング用を兼ねて広い面積でＡｌ層を設けることに
より、表面電気抵抗が小さくなり、かつ該接地層と電源
層の各々の層全体としての透磁率が小さくなることから
電源系のノイズの低減を図るとともに、積層時のガラス
絶縁層との密着強度を向上させることができ、さらに、
３層構造において、全てのガラス絶縁層あるいは少なく
とも電源層直下の絶縁層に、結晶質ガラスを用いると、
キャップ封止時の再加熱の際に絶縁層に流動性が生ずる
ことがなく、先にボンディングされたワイヤーなどにス
トレスが加わることがなく、デバイスプロセスにおける
機械的安定性に優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による４層構造のリードフレームの分
解斜視説明図である。

【図２】この発明による４層構造のリードフレームの一
実施例を示す斜視説明図である。

【図３】この発明による３層構造のリードフレームの分
解斜視説明図である。

【図４】この発明による３層構造のリードフレームの一
実施例を示す斜視説明図である。

【図５】この発明によるリードフレームの他の実施例を
示す説明図で、Ａは積層材の斜視説明図、Ｂ，Ｃは積層
状態を示す縦断説明図である。

【図６】この発明による４層構造のリードフレームの一
実施例を示す縦断説明図である。

【図７】この発明による４層構造のリードフレームの他
の実施例を示す縦断説明図である。

【図８】この発明による３層構造のリードフレームの一
実施例を示す縦断説明図である。

【図９】この発明による３層構造のリードフレームの他
の実施例を示す縦断説明図である。

【符号の説明】

１，１０，２０ヒートスプレッダ１ａ，２ａ，３ａ，１０ａ，２０ａ，２１ａ，２２ａ，
２３ａ，３１ｂ，３２ｂ，３３ｂ，４２ａ，５２ｂＡ
ｌ薄膜１ｂ，２ｂ，３ｂディンプル２，２１，３１接地層２ｃ，３ｃ貫通孔３，１２，２２，３２，４４，５４電源層４，１１，２３，３３，４２，５２リードフレーム層５，１３，２４，３４，４３，５３絶縁層１１ｂ電源リード１１ｃ信号リード１３ａ孔２０ｂ銅２０ｃコバール２０ｄ，３１ａ，３２ａ，３３ａ，５２ａＮｉ薄膜４１，５１リード

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ヒートスプレッダ上に、金属または合金
の単層あるいはクラッドからなる接地層、電源層、リー
ドフレーム層を順次、絶縁層を介して積層した４層構造
からなることを特徴とするリードフレーム。
【請求項２】接地層を兼ねるヒートスプレッダ上に、
金属または合金の単層あるいはクラッドからなるリード
フレーム層、電源層を順次、絶縁層を介して積層した３
層構造からなることを特徴とするリードフレーム。
【請求項３】ヒートスプレッダ並びに各層のそれぞれ
の積層面の少なくともワイヤーボンディングエリアにＡ
ｌ膜を有することを特徴とする請求項１または請求項２
のリードフレーム。
【請求項４】電源層とリードフレーム層の電源リード
とが電源層とリードフレーム層との間の絶縁層に形成し
た貫通孔を介して接続されていることを特徴とする請求
項２のリードフレーム。
【請求項５】電源層とリードフレーム層との間の絶縁
層が結晶質の低融点ガラスであることを特徴とする請求
項２または請求項４のリードフレーム。
【請求項６】ヒートスプレッダが、高熱膨張金属材の
両面に厚み方向に所要の貫通孔を有する低熱膨張金属板
を配置し、前記貫通孔から高熱膨張金属を低熱膨張金属
板表面に延長露出させた芯材の両面に芯材の高熱膨張金
属と同種または異種の高熱膨張金属層を積層した複合熱
伝導材料であることを特徴とする請求項１、請求項２、
請求項３、請求項４または請求項５のリードフレーム。