JPH1154691A - リードフレーム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 最終的に得られる半導体装置の寸法をパッケ
ージの外形寸法と同程度にできるリードフレームを得
る。 【解決手段】 それぞれ外枠から電気的に分離したリー
ド群と、外枠に固定されこれらリード群を電気的に分離
した状態で一体的に支持する絶縁支持体とを備えてな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体などの機能
素子を実装するためのリードフレームに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体セン
サー等の電子部品を実装するために、半導体素子を銅合
金やＦｅＮｉ合金等からなるリードフレームに装着し、
ワイヤーボンディング等により内部配線してから樹脂な
どで封止して半導体装置とする方法が一般的に行われて
いる。

【０００３】現行大多数の半導体は、素子の両サイド又
は四方サイドにアウターリードが配置される構造となっ
ているが、メモリー等の大型素子の分野では、大きな素
子を狭いパット間隔に収めるために、リードの一部が素
子上に配置されるＬＯＣ(Lead On Chip)型のリードフレ
ームが採用されている。

【０００４】また、さらなる高密度実装の要求から、Ｌ
ＯＣ型リードフレームに変わるものとして、プリント基
板上の一方の面にチップをモールドし、他方の面にアレ
イ状に形成したハンダボールからなる外部端子を備える
チップキャリアを採用したＢＧＡ(Ball Gird Array)実
装方式や、ＢＧＡよりもアレイ状端子のピッチを更に狭
めてピン数を増やしたＣＳＰ(Chip Scale Package)実装
方式も提案されている。

【０００５】ここで、図７は、従来の一般的なＬＯＣ型
リードフレームの概略図である。このリードフレーム
は、４方向にリード群を備えた４方向リードフレームで
あり、リード２群と外枠１、及び半導体素子を載置する
パッド８とが打ち抜き成形により一体成形されている。

【０００６】このリードフレームを用いた一般的なパッ
ケージング工程は、以下の手順で行われる。まず、中央
のパッド８に半導体素子を装着した後、半導体素子とイ
ンナーリードとをボンディングワイヤーにより電気的に
接続してから樹脂等のパッケージ材料により半導体素子
とインナーリードとの電気的接続を維持したまま封止す
る。その後、ダイバー９を切断してパッケージの側方に
延びる各リードを電気的に切り離し、更に外枠１を切り
離してリード２をそれぞれ独立させてから曲げ、半導体
装置を得る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】近年、電子機器の小型
化に伴い、電子部品のより一層の小型化要求が高まって
おり、また、素子の高集積化、高機能化に伴う大型化を
防ぐことからも、実装効率を上げて仕上がり部品の大き
さ、即ち、面積や高さをより一層小さくすることが重要
な課題となっている。

【０００８】ＬＯＣ型リードフレームを利用した場合、
リードフレーム上に半導体素子とリードとを電気的に接
続して樹脂などにより封止してからパッケージの外側に
ある個々のリードを分離させるため、最終的に得られる
半導体装置のパッケージ側面外方から必ずリードが突出
する構造となる。そのため、上述の課題、即ち、仕上が
り部品の大きさ、特に縦横寸法をより一層小さくするに
はパッケージの大きさ自体を極力小さくする以外に手段
がなく、さらなる縮小化には限界がある。

【０００９】更に、半導体装置のリードの長さが長くな
ればなるほど高速電子回路における遅延要因として電気
特性を阻害する。半導体装置のパッケージ側面外方から
リードが突出する構造であるとその分だけリードが余分
に長くなり、これが高速電子回路における遅延要因とな
る。従って、できるだけ短いリードの半導体装置とする
ことも外形寸法の縮小と並んで重要な課題となってい
る。

【００１０】また、メモリー等の大型素子を用いた半導
体装置ではパッケージの外形寸法が大きいため、その分
素子からの発熱の放散が阻害される。そのため、伝熱特
性が劣化してしまうのでそのような大きな素子を用いる
場合もできるだけ素子の大きさに近い半導体装置とする
必要に迫られている。

【００１１】ＢＧＡ実装方式やＣＳＰ実装方式とした場
合、外部端子は素子の上面（又は下面）に形成されるた
め、例えば、素子面積の１１０〜１２０％以下の実装サ
イズに縮小可能であり、ＬＯＣ型リードフレームを用い
る場合よりも実装の欠陥を改善して更に実装効率を向上
できるが、これらの多くは未だ発展途上であり改善すべ
き問題が多々ある。

【００１２】具体的に挙げると、金属製外枠の代わりに
有機樹脂基板やフィルム基板を利用するので、信頼性の
点で疑問がある。また、半導体製造及び回路基板搭載工
程が従来と異なるため、新たな製造ラインが必要であ
り、設備技術に多大な開発投資と設備投資を必要とする
ため、コストがかかるという経済上の難点もある。

【００１３】以上のことから本発明では、最終的に得ら
れる半導体装置の寸法をパッケージの外形寸法と同程度
にできるリードフレームを得ることを主目的としてい
る。また、本発明の別の目的は、半導体装置製造にあた
って、従来より使用してきた製造ラインをそのまま流用
できるリードフレームを提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、請求項１に係る発明は、素子の電極に電気的に接続
されるリード群と、これらリード群を支持するための外
枠とを備えたリードフレームにおいて、前記リード群の
各リードが前記外枠から電気的に分離されており、前記
複数のリードを電気的に分離した状態で一体的に支持す
る絶縁支持体が前記外枠に固定されていることを特徴と
している。

【００１５】即ち、本発明では、各リードを外枠に固定
せず、外枠に固定された絶縁支持体が複数のリードを電
気的に分離した状態で支持する構成としたため、従来の
ようにパッケージング後にリードを個々に分離するため
にダイバーを設ける必要がなく、その分リードを短くす
ることができるので、パッケージ寸法と同程度の寸法の
半導体装置とすることが可能である。

【００１６】また、絶縁支持体は、外枠に固定されると
共に、個々のリードの中間領域と接合しているため、個
々のリードの外枠に対する位置及びリード同士の相互位
置が確実に固定される。尚、絶縁支持体は、パッケージ
ング終了後に切断されるものである。

【００１７】そのような絶縁支持体としては、樹脂モー
ルドや接合テープなどの表面に接合層を備えた平板状部
材などが挙げられる。絶縁支持体は、絶縁性の物質より
なるものであれば特にその材質については限定しない
が、好ましくは、エポキシ、ポリイミド、ポリエステ
ル、各種の液晶樹脂や、ポリプロピレンなどのオレフィ
ン系熱可塑性樹脂化合物等の有機樹脂化合物が挙げられ
る。

【００１８】本発明における外枠及びリードを形成させ
る材質としては特に限定しないが、Ｃｕ合金やＮｉ合金
等のように電気的特性に優れたものを用いるとよい。例
えば、Ｃｕ合金の組成としては、０．３ｗｔ％のＣｒ，
０．２５ｗｔ％のＳｎ，０．２ｗｔ％のＺｎを含むＣｕ
合金や、２．４ｗｔ％のＦｅ，０．１２ｗｔ％のＺｎ，
０．０３ｗｔ％のＰを含むＣｕ合金や、２．５ｗｔ％の
Ｎｉ，０．６ｗｔ％のＳｉ，０．５ｗｔ％のＺｎを含む
Ｃｕ合金などの高強度導電性合金が挙げられる。勿論、
外枠とリード群とを同一の物質よりなるものとする以外
に、別々の物質よりなるものとしてもよい。

【００１９】尚、本発明のリードフレームの絶縁支持体
として樹脂モールドを選択した場合のように絶縁支持体
の成形工程おいてリード及び外枠が高熱に晒されること
がある場合、表面に厚い酸化スケールが形成されて、こ
れが樹脂封止の際に界面における密着性を阻害するとい
う問題発生の可能性がある。

【００２０】樹脂封止の際に界面における密着性が阻害
された場合、密着性の悪い箇所には水分などが進入して
半導体の信頼性を低下させることから、好ましくは、酸
化防止膜でリードフレーム全表面、若しくは少なくとも
リード群全表面を被覆する。

【００２１】表面に施す酸化防止膜としては、好ましく
は、Ｐｄ、ＰｄＡｇ、ＰｄＮｉ等のＰｄ化合物が挙げら
れる。被覆の方法の一例を簡単に述べると、Ｎｉ、Ｃｏ
又はこれらの合金をメッキ処理により例えば０．３〜
１．５μｍ程度の下地層として形成してから、Ｐｄ、Ｐ
ｄＡｇ、ＰｄＮｉ等のＰｄ化合物をメッキ処理により例
えば０．０２〜０．２μｍ程度の酸化防止膜として形成
する。勿論、Ｐｄ化合物以外にも酸化スケールの形成を
阻止するものであれば用いることができるのはいうまで
もない。

【００２２】また、個々のリードのインナーリード側
は、ワイヤーボンディング接続のために先端部をコイニ
ング加工するとよい。好ましくは、コイニング加工後に
ＡｇやＡｕなどの導電性物質で被覆するとよい。この場
合、板状体からリードを分離してからスポットメッキ装
置により部分的にメッキ処理を施し０．５〜２μｍ程度
の導電層を形成する。

【００２３】更に、個々のリードのアウターリード側に
は、外部端子が設けられている。外部端子は、例えば、
レーザにより直接穿設することにより形成させたもの
や、パッケージングの際の封止モールド工程で金型側に
相当する突起を予め設けておきこの突起をリードに押し
あてた状態でモールドすることで部分的に樹脂が被覆し
ないようにし、更にレーザなどで表面層を取り除いた
後、溶融半田を直接注入して形成させたものなどが挙げ
られる。

【００２４】このようなリードフレームは、例えば、厚
さ０．１０〜０．２５ｍｍ程度のＣｕ合金、Ｎｉ合金な
どの金属板状体からプレス又はエッチングなどで外枠と
リード群とを連結した状態で打ち抜いて成形加工した
後、絶縁支持体を外枠に固定すると同時にリード群をモ
ールド又は接着により支持させてからリード群を外枠か
ら切断することにより得ることができる。

【００２５】請求項２に係る発明は、請求項１に記載の
リードフレームにおいて、前記外枠が、支持リードを一
体的に備え、該支持リードが前記絶縁支持体を支持して
いることを特徴としている。

【００２６】即ち、例えば２方向リードフレームの場合
では、図３に示したように夫々リード群が配される対向
二辺の各中央位置に支持リード７を設けたり、４方向リ
ードフレームの場合では、図６に示したように外枠の四
隅に対角線方向の支持リード７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄを
設けるなど、外枠と一体の支持リードによって絶縁支持
体を補強支持する構成とし、これにより、リード群の精
密な位置固定を確実とすることができる。勿論、支持リ
ードは、パッケージングの最終段階で絶縁支持体の切断
と共に外枠から切断される。

【００２７】請求項３に係る発明は、請求項１又は２に
記載のリードフレームにおいて、前記複数のリードは、
それぞれアウターリード側の端部が素子に対面する側と
は反対の方向へ曲げられていることを特徴としている。

【００２８】即ち、個々のリードのアウターリード側の
端部を予め素子に対面する側とは反対の方向へ曲げてお
くことでパッケージング前に端子を確保することができ
る。図２はバッド型に曲げたリード２を備えたリードフ
レームを用いた場合の半導体装置の横断面図であるが、
このほかにガルウィングやＪ型に曲げるなど目的に応じ
て曲げ方を変えることができる。

【００２９】このように予めアウターリード側を曲げて
おくことで、素子と共にリードが埋め込まれてその後の
連結が難しくなるなどのことがなく、樹脂モールドなど
による素子の封止を終了した時点で、とくに加工せずと
も半導体装置として利用できるので後々の工程が簡単で
ある。

【００３０】また、請求項４に係る発明は、請求項１又
は２に記載のリードフレームにおいて、前記絶縁支持体
は、接着層を有する平板状部材であることを特徴として
いる。

【００３１】絶縁支持体として表面に接合層を有する平
板状部材を用いる場合、例えば、ポリイミドを基体とし
た平板状部材が接合層として熱可塑性樹脂又は熱硬化性
樹脂を備えたものを用いることができる。勿論、これ以
外にも外枠及び個々のリードの中間領域と接合するもの
であれば用いることができるのはいうまでもない。

【００３２】また、請求項５に係る発明は、請求項１又
は２に記載のリードフレームにおいて、前記絶縁支持体
は、樹脂モールドよりなるものであることを特徴として
いる。

【００３３】絶縁支持体として樹脂モールドを用いる場
合、例えば、シリカ粉末と硬化剤及び難燃剤等を配合し
たエポキシ樹脂等のパッケージングの際に用いる半導体
の封止樹脂と同一の樹脂を用いることが有利であるが、
とくにこれに限定せず、一般的な熱可塑性の樹脂で連結
成型することもできる。

【００３４】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第１の実施形態の
概念を簡略に示す上面図である。この実施形態は２方向
リードフレームであり、外枠１の対面する一対の辺に対
して垂直な向きにそれぞれ一群のリード２が配され、各
群のリード２は、前記対面する一対の辺に平行に設けら
れた絶縁支持体３により支持されている。

【００３５】この実施形態はＣｕ合金からなる厚さ０．
２ｍｍの金属板状テープ部材を打ち抜き成形によりリー
ド２と外枠１とを一体とした状態で打ち抜いた後、封止
樹脂と同一の材質よりなる絶縁支持体３をモールド加工
により外枠１に固定してリード２を支持するように形成
させてから、エッチングによりリード２と外枠１との連
結部分を切断して得たものである。

【００３６】尚、ここでは説明のため、１つのリードフ
レームを示しているが、実際には可撓性のテープ部材に
複数のリードフレームが連続して形成されたものとなっ
ている。このことは以後に示す全ての図面についても同
様である。また、全ての図において同一又は相当する箇
所には同一の符号を用いる。

【００３７】このリードフレームを用いて得た半導体装
置の断面図を図２に示す。半導体素子４は絶縁支持体３
上にモールド接合されており、リードのインナーリード
側は、ボンディングワイヤー５を介して半導体素子４に
電気的に接続されている。

【００３８】アウターリード側は、エッチングによりリ
ードが外枠１から切断された後に半導体素子から離れる
方向に曲げられている。リードの両端は、パッケージの
際に不可避的に樹脂により汚染されるため、アウターリ
ード側端部を各種の研磨法により金属面を露出させた状
態としてからハンダ付けすることにより外部端子６とし
ている。この際、溶融半田のディッピング法の他にハン
ダペースト印刷法により端子上にハンダペーストを配し
てリフローすることによっても外部端子を形成すること
が可能である。

【００３９】図３は本発明の第２の実施形態の概念を簡
略に示す上面図である。この実施形態は２方向リードフ
レームであり、対面する一対の辺に対して垂直な向きに
それぞれ一群のリード２と支持リード７が配されてい
る。

【００４０】支持リード７は前記一対の辺それぞれの中
央位置に外枠１と一体に連結して設けられ、一群のリー
ド２を連結して保持する絶縁支持体３に固定される。即
ち、絶縁支持体３は、支持リード７によって固定支持さ
れると共にリード群を接着保持しているため、リード２
は絶縁支持体３及び支持リード７を介して外枠に固定支
持されることとなる。

【００４１】この実施形態はＮｉ合金からなる厚さ０．
１５ｍｍの金属板状テープ部材をエッチングによりリー
ド２と支持リード７と外枠１とを一体とした状態で型抜
きした後、ポリイミドよりなる基体に熱可塑性樹脂を接
着層として両面に備えた両面接着テープを絶縁支持体３
としてリードフレーム上面に外枠と平行する向きに配し
てから４００℃に熱して接着し、更にエッチングにより
リード２と外枠１との連結部分を切断して得たものであ
る。

【００４２】このリードフレームを用いた半導体装置の
断面を図４に示す。半導体素子４は絶縁支持体３の接着
層により絶縁支持体３上に接合されており、リード２の
インナーリード側は、ボンディングワイヤー５を介して
半導体素子４に電気的に接続されている。

【００４３】アウターリード側は、パッケージ封止の際
に不可避的に樹脂中に埋め込まれてしまうため、レーザ
により穿設して金属面を露出させた状態としてからハン
ダを用いて穿設した穴を塞ぐと同時に突起状に形成させ
て外部端子６としている。このとき用いるハンダの材質
としては、ＳｕＰｂ共晶ハンダが一般的であるが、より
高い融点のＳｎＡｇ共晶、高ＰｂのＳｎ９０％Ｐｂを用
いると、回路基板実装工程で端子部を固定状態に安定し
て保持でき、補修作業を行うために繰り返しハンダ付け
する際にも有利であり好ましい。

【００４４】図５は本発明の第３の実施形態の概念を簡
略に示す上面図である。この実施形態は４方向リードフ
レームであり、対面する二対の辺のそれぞれに対して垂
直な向きに一群のリード２が配され、各群のリード２
は、前記対面する二対の辺の夫々に平行に設けられ外枠
１に固定された絶縁支持体３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄによ
り支持されている。

【００４５】この実施形態はＣｕ合金からなる厚さ０．
２ｍｍの金属板状テープ部材を打ち抜き成形によりリー
ド２と外枠１とを一体とした状態で打ち抜いた後、封止
樹脂と同一の材質よりなる４本の絶縁支持体３ａ，３
ｂ，３ｃ，３ｄをモールド加工により外枠１に固定して
リード２を支持させてから、エッチングによりリード２
と外枠１との連結部分を切断して得たものである。

【００４６】また、図６は、本発明の第４の実施形態の
概念を簡略に示す上面図である。この実施形態は４方向
リードフレームであり、対面する二対の辺のそれぞれに
対して垂直な向きに一群のリード２が配されている。ま
た、外枠１の内角の四隅には支持リード７ａ，７ｂ，７
ｃ，７ｄが設けられており、この支持リード７ａ，７
ｂ，７ｃ，７ｄ上に矩形状の絶縁支持体３が接合されて
いる。

【００４７】この実施形態はＮｉ合金からなる厚さ０．
１５ｍｍの金属板状テープ部材をエッチングによりリー
ド２と外枠１とを一体とした状態で型抜きした後、ポリ
イミドよりなる基体に熱可塑性樹脂を接着層として両面
に備えた両面接着枠を絶縁支持体３としてリードフレー
ム上面に外枠１と平行する向きに配してから４００℃に
熱して接着し、更にエッチングによりリード２と外枠１
との連結部分を切断して得たものである。

【００４８】ここで、同じ大きさの半導体素子を本発明
のリードフレームを用いてパッケージングしたものと、
従来のＬＯＣ型リードフレームを用いてパッケージング
したＳＯＰ(Small Outline Package)とを比較した。

【００４９】従来のＬＯＣ型リードフレームを用いてパ
ッケージングした半導体装置の大きさを１００％とし、
素子サイズ８×１４ｍｍのフラッシュメモリ（４８ピ
ン）について比較してみたところ、本発明のリードフレ
ームを用いて得た半導体装置は、基板実装面積で約５０
％に縮小できただけでなく、リードの長さもＬＯＣ型リ
ードフレームを用いて得た従来のものに比べて４０〜５
０％も短くすることができた。

【００５０】また、第２の例として素子サイズの大きい
ＤＲＡＭ、具体的には、２８×３５ｍｍのＤＲＡＭ（６
４ピン）を本発明のリードフレームを用いて半導体装置
を得た。この場合、寸法の相対的な縮小率は２０〜３０
％程度に留まったが、素子サイズが大きく縮小絶対値は
大きいので実用上の効果が大きくなった。

【００５１】更に、信頼性の確認をとるために、素子サ
イズ８×１４ｍｍのフラッシュメモリを図１の型式の２
方向リードフレームを用いて得た半導体装置と、図３の
型式の支持リード７を備えた２方向リードフレームを用
いて得た半導体装置とを湿度８５％、温度８５℃の雰囲
気中に１６８時間放置した。これらを夫々リフローハン
ダ付け工程（２４０℃）に通し、状態を確認したとこ
ろ、ポップコーン現象と呼ばれる剥離やクラックは全く
発生せず、正常に動作した。

【００５２】尚、用いたリードフレームは、いずれも材
質が０．３Ｃｒｕ、０．２５Ｓｎ、０．２ＺｎのＣｕ合
金を０．１５ｍｍの厚さに形成させた導電性板状部材を
プレス成形により成型した後、厚さ０．７μｍのＮｉ層
をメッキにより形成させ、更に厚さ０．０７μｍのＰｄ
層を形成させたものである。

【００５３】

【発明の効果】以上のように、本発明のリードフレーム
によれば、最終的に得られる半導体装置の寸法を半導体
素子の外形寸法と同程度にできるので高密度な実装が可
能となる。従って、ＢＧＡ、ＣＳＰ時代に有利に適合で
きるので工業的価値の大きいものとなる。

【００５４】また、リードの長さも従来のものに比べて
かなり短くなるため、高速電子回路の電気的遅延を抑制
して電気特性を改善することができる。更に、リードが
短いので半導体装置内での素子の発熱を外部に放散しや
すいという利点もある。

【００５５】更に、半導体装置製造にあたって、従来よ
り使用してきた実装封止（パッケージング）工程を踏襲
できるので製造ラインをそのまま流用でき、設備費など
新規なコストがかからず経済的であるという利点もあ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の概念を簡略に示す上
面図である。

【図２】図１のリードフレームを用いて得た半導体装置
の断面図である。

【図３】本発明の第２の実施形態の概念を簡略に示すを
示す上面図である。

【図４】図３のリードフレームを用いて得た半導体装置
の断面図である。

【図５】本発明の第３の実施形態の概念を簡略に示す上
面図である。

【図６】本発明の第４の実施形態の概念を簡略に示す上
面図である。

【図７】従来の一般的なＬＯＣ型リードフレームの概略
図である。

【符号の説明】

１ 外枠 ２ リード ３，３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ 絶縁支持体 ４ 半導体素子 ５ ボンディングワイヤ
ー ６ 外部端子 ７，７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ 支持リード ８ パッド ９ ダイバー

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 素子の電極に電気的に接続されるリード
   群と、これらリード群を支持するための外枠とを備えた
   リードフレームにおいて、 前記リード群の各リードが前記外枠から電気的に分離さ
   れており、 前記複数のリードを電気的に分離した状態で一体的に支
   持する絶縁支持体が前記外枠に固定されていることを特
   徴とするリードフレーム。
2. 【請求項２】 前記外枠が、支持リードを一体的に備
   え、該支持リードが前記絶縁支持体を支持していること
   を特徴とする請求項１に記載のリードフレーム。
3. 【請求項３】 前記複数のリードは、それぞれアウター
   リード側の端部が素子に対面する側とは反対の方向へ曲
   げられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の
   リードフレーム。
4. 【請求項４】 前記絶縁支持体は、接着層を有する平板
   状部材であることを特徴とする請求項１又は２に記載の
   リードフレーム。
5. 【請求項５】 前記絶縁支持体は、樹脂モールドよりな
   るものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の
   リードフレーム。