JPS60116143A - 半導体パツケージ - Google Patents

半導体パツケージ

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JPS60116143A
JPS60116143A JP59238733A JP23873384A JPS60116143A JP S60116143 A JPS60116143 A JP S60116143A JP 59238733 A JP59238733 A JP 59238733A JP 23873384 A JP23873384 A JP 23873384A JP S60116143 A JPS60116143 A JP S60116143A
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JP
Japan
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aluminum
wire
lead
lead frame
metal
Prior art date
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Application number
JP59238733A
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English (en)
Inventor
ウイリアム　エス．フイー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fairchild Semiconductor Corp
Original Assignee
Fairchild Camera and Instrument Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Fairchild Camera and Instrument Corp filed Critical Fairchild Camera and Instrument Corp
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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】 本発明は半導体回路用のパッケージ技術に関するもので
あって、更に詳細には、プラスチック封止における半導
体チップに電気的な接続を与える構成に関するものであ
る。更に詳細には、本発明の１形態は、アルミニウムの
リードフレームと、ボールボンド接続したアルミニウム
ワイヤと、半導体チップ上のアルミニウムコンタクトパ
ッドとを有する電気的接続経路を持ったプラスチックパ
ッケージした半導体装置に関するものである。本発明の
構成はガルバニック腐食、即ち異種金属の接触によって
起こる接触腐食を防止することが可能なものである。
従来の多くの集積回路装置において、２つのタイプの封
止方法が使用されている。一方のタイプのパッケージ方
法によりいては、セラミックを使用して半導体装置を封
止するものである。米国特許第３，６１７，８１９号は
このようなセラミックでパッケージした装置を開示して
いる。然し乍ら、セラミックパッケージは高価であり、
パンケージを形成するために加熱することが必要である
。更に、このようなセラミックパッケージにおいて使用
されるリードフレームは加熱に耐えることが可能なもの
でなければならず、従って、通常、容易に変形すること
がない金属で形成される。
別の封止方法においては封止物質としてプラスチックを
使用するものである。プラスチックの場合には、セラミ
ックパッケージがボンドされたり処理される温度よりも
一層低い温度で半導体チップ及びリードフレームの回り
にモールドさせることが可能である。多くのプラスチッ
クパッケージにおいて、コンタクトパッドとリードフレ
ームのリードとの間に細い金のワイヤが延在される。然
し乍ら、プラスチック内に封止された金のワイヤであっ
ても腐食し且つ劣化する傾向がある。更に、金のワイヤ
を使用することは高価である。
本発明は、以上の点に鑑み為されたものであって、上述
した如き従来技術ハ欠点を解消し、リードへの細い接続
体が劣化することのないプラスチック封止した半導体装
置を提供することを目的とする。本発明の別の目的とす
るところは、廉価に製造することの可能なプラスチック
で封止した半導体装置を提供することである。
本発明の更に別の目的とするところは、金の相互接続体
やセラミックパッケージを使用することを必要としない
プラスチック封止した半導体装置を提供することである
。
本発明の更に別の目的とするところは、腐食に対して耐
久性があり、従って従来の装置と比べて故障する可能性
を減少させたプラスチック封止半導体装置を提供するこ
とである。本発明の更に別の目的とするところは、容易
に形成することの可能な金属で構成したリードフレーム
を具備した半導体装置を提供することである。
本発明は複数個のリードを具備した金属リードフレーム
と、少なくとも１個の金属コンタクｉ・パッドをその上
部に設けた半導体要素とを有する電気的装置に関するも
のである。金属ワイヤがコンタクトパッドとリードフレ
ームの１つのリードとにボンドされており、コンタクト
バンドとリードとの間に電気的接続を与えている。ｌｌ
′＠縁性のプラスチック物質が前記半導体要素と、コン
タクトパッドと、ワイヤと、リードの一部とを封止して
いる。本発明によれば、前記金属ワイヤと、リードフレ
ームと、コンタクトパッドとが各々同一の金属又は同一
の金属の合−金で構成されており、従ってプラスチック
からの電罫質の存在下において電気化学的セルが形成す
ることを防止している。
本発明は、更に、複数個のリードを具備したアルミニウ
ムのリードフレームを有する半導体装置に関するもので
ある。本装置は、前記リードフレーム上に装着されてお
ヂ且つその上に少なくとも１個のアルミニウムコンタク
トパッドを設けた半導体要素を有している。アルミニウ
ムワイヤが前記コンタクトパッドへボールボンド接続さ
れると共にリードフレームの１つのリードヘボンドされ
ている。加熱モールドされた絶縁性のプラスチック物質
が前記半導体要素とワイヤとアルミニウムリードフレー
ムの一部とを封止している。本装置をプラスチック内に
密封する際に高温度に露呈された後においても前記アル
ミニウムのリードフレームは充分に剛性を維持しており
、外部回路乃至は回路基板内に挿入させることが可能で
ある。
以下、添付の図面を参考に、本発明の具体的実施の態様
について詳細に説明する。まず、第１図を参考に本発明
の１実施例について説明すると、第１図はプラスチック
のシュアルインラインパッケージ（ＰＤＩＰ）半導体装
置１ｏがら成る例示的な構造を示している。半導体装置
１ｏは金属のリードフレーム１２を有しており、そＪＬ
は半導体装置の」側部から延在する複数個の金属リード
乃至はアーム１４，１６，１８，２０，２２，２４゜２
６を有している。反対側のリード（不図示）はＰＤＩＰ
半導体装置１０の反対側に設りらＡしている。シリコン
チップ乃至はダイ２８のような半導体要素が支持用リー
ド２２のパ１くル部分３ｏへ電気的に接続してボンドさ
れている。デツプ２８を任意の従来の方法によってパ１
ヘル部分３ｏへ接続させることが可能であり、例えば導
電性のエポキシ乃至は共晶ダイ取４＝Ｊ方法を使用する
ことも□■能である。
第２図はチップ２８の回りに配置直されているリードを
示している。１３個のリードの各々の」一端部はチップ
２８に隣接乃至は近接して位置されており、これらのリ
ードはチップ２８の終端部の回りに略放射状のアレイ形
態に配設されている。１４番目のリード２２はパドル部
分３０で終端しており、パドル部分３０はチップ２８を
支持している。チップ２８の周辺部上であって同様に略
放射状のアレイ形態で複数個の電気的接続金属支持乃至
はコンタク１−パット３２が設けられている。好適には
、パッドの数はリードの数に対応している。
相互接続用の金属ワイヤ３４が各パッド３２とそ汎と対
応するリードとの間に延在しており、チップ２８とリー
ドとの間に電流を導通させることを可能としている。こ
のワイヤは、好適には、熱音波又は超音波溶接によって
コンタク１〜パツドへボールボンド接続され、且つ熱音
波ボン１′こよってリードヘボン１−されＣいる。
チップ２８と共にそれに接続された冶金的部品（即ち、
リード、コンタクトパッド及びワイヤ）が絶縁性物質３
６内に封止されている（第１図参照）。この絶縁性物質
は本装置の小さな冶金部品を包囲するパッケージを提供
するものである。リードの一部はパッケージから外側へ
延在しており、チップへ又はチップから電流を導通させ
ることを可能としている。
第３図はＦＤＩＰ半導体装置用の従来の冶金部品の１例
を概略示している。多くの場合に、チップ２８上のコン
タクトパッド３２はアルミニラ１１から形成されるが、
リード１４を有するリードフレーム１２は、通常、被覆
されているか又は被覆されていない銅又は鉄合金から形
成されている。
金のワイヤ３４がパッド３２とリード１４との間に延在
され且つプラスチック３３６がこれらの部品の回りにモ
ールド形成さＡしると、プラスチック内のイオン不純物
が電解質として機能する。即ち、プラスチック内の可動
イオンが異種金属と反応するようになる。従って、アル
ミニウムワイヤとり−ドフレー１１の界面に電気化学的
即ちガルバニックなセルが形成され、従って金属とプラ
スデックとの間においてイオンの転送が行わＪし、その
結果電解質の存在下において金属のガルバニック腐食が
発生する。このような腐食はワイヤ３４の中間部近傍で
発生するものと考えらオしろ。何故ならば、ワイヤの端
部における異なった差動電位に基づき最も高い電位がそ
の領域に形成されると考えられるからである。時間が経
つと、この腐食によりワイヤが次第に食われ、その結果
チップへの電流経路が遮断されることとなる。
注意すべき事であるが、金のワイヤはその他の多くのタ
イプのワイヤよりも腐食に対し一層大きな耐久性を有し
ている。従って、コスト高とはなるが、従来の多くのプ
ラスチックパッケージにおいては金のワイヤが使用され
ている。更に、セラミックパッケージの場合には電解質
が供給されることがないので、電気化学的セルを形成す
ることなしに異種金属をセラミック内に封止させること
が可能である。然し乍ら、セラミック封止は、通常、プ
ラスチック封止よりも一層高価である。本発明によれば
、ツー１〜フレームとコンタク１〜パツ１くとワイヤと
を具備しており、それら全てが同一の金属又は同一の金
属の合金で構成されている半導体装置が提供される。本
発明においては、異種金属が存在しないので、プラスチ
ック内の電解質の存在下においても電気化学的セルが存
在するということはない。好適実施例においては、これ
らのコンタクトパッド、リードフレーム及びワイヤとし
てアルミニウム又はアルミニウム合金を使用する。
第４図を参考に本発明の１実施例を説明すると、第４図
はリードフレームとワイヤとコンタク１−パッドとを有
する例示的な冶金系を示している。シリコンチップ２８
はその−にに支持して設【づらＡしているアルミニウム
パッド３２′を有している。好適には、このコンタク１
へパッドはアルミニウムをイ」着させて形成さＡしでい
る。リードフレーム１２′とリード１４′とはアルミニ
ウムから形成されており、厚さが２０乃至４０ミクロン
のアルミニウムワイヤ３４′がパッド３２′とリード１
４′とに電気的に接続されている。従って、ワイへ７と
リードフレームとの界面において異種金属が存在するこ
とはない。
好適には、このアルミニウムワイヤはコンタクトパッド
３２’へボールボンド接続されている。
アルミニウムワイヤをボールボンド接続するための装置
及び方法は、本願出願人の出願に係る１９８３年７月２
５０に出願された５ｈａｎｅ　１ｌａｒｒａｈ及びＷｉ
ｌ、ｌｉａｍ　Ｐｈｙの発明で「ボールボンドを形成す
る方法装置」という名称の米国特許出願に開示されてい
る。
第５図はアルミニウムのワイヤボールボンドを形成する
ための装置の１例を示している。この装置は複数個の電
気的並列脚部を有する回路を形成すべく接続された電圧
源８２を有している。各脚部は抵抗要素８０と、電極７
４と、電極とワイヤ２７の先端部の間のアーク経路８１
とを直列的に接続した結合部を有している。これらの電
気的に並列な脚部はワイヤ２７を取り囲む環状体７６上
に配設さぜることがｉｉＪ能である。上述した電気回路
は、ワイヤが電極から等距離の位置にない場合であって
も、各電極７４から大略バランスされ基本的に同時的な
放電を発生すべく機能するものである。
ワイヤとある表面との間にボールボンドを形成する場合
に、ワイヤの先端部の回りに電極を対称的に位置させ、
各電極を抵抗要素とアーク経路と直列的に接続させる。
各電極に電圧を印加すると、ワイヤと各電極との間に基
本的に同時的にアークが発生され、ワイヤの先端部にボ
ールが形成される。このボールはワイヤの主軸の回りに
関して略軸対称的である。次いでこのボールとコンタク
１へパッドの表面とを互いに接触させる。
プラスチックエポキシ又はエポキシ誘導体物質３６′　
（第４図）を使用してトランスファーモールドプロセス
によってチップ２８と、ワイヤ３４′と、パッド３２′
と、リード１４′の一部を刺止することが可能である。
このプロセスにおいて、該チップとそれに取り付けられ
た冶金部品をモールド内に位置させ、ペレッ１−化した
エポキシ物質を加熱し且つ加圧して該エポキシ物質を半
流動体とさせる。その物質をモールド内に導入すると共
に前記冶金部品の回りに位置させて固化させる。
注意すべきこ゛・であるが、１−ランスファーモールド
プロセスは射出成形で必要とさｊしるよりもその必要と
される圧力が低いので、１〜ランスフアーモールドプロ
セスを使用することによりモールドの過程中においてワ
イヤがその意図した位置から移動さｈたり変形したりす
ることの可能性を最小とすることが可能である。
好適には、プラスチック内に発生されることのある空洞
の爪を最小として前記部品が堅牢に封止さ４ｂることと
する。従って、プラスチックはこれらの冶金部品、特に
、ワイヤ・リードフレーム界面に極めて近接して存在し
ている。従って、電解質が本装置の金属部品の近傍に存
在する可能性はあるが、その界面において異種金属部品
が存在しないのでガルバニック反応が起こる可能性はな
い。
又、リードフレームとワイヤとコンタクトパッドの名々
がその大部分を同一の金属で構成されるものを使用する
ことによって電気化学的乃至はガルバニック反応が発生
することを防止している。
例えば、ワイヤをアルミニウム原子から構成し、リード
フレームをその大部分がアルミニウムを含有するアルミ
ニウム合金から構成する。好適には、合金内の金属の大
部分の量とは少なくともその合金の９８．０％であり、
その合金の残部の組成は、例えば、２．０％のシリコン
か、又は１．５％のシリコンと０．５％のマグネシウム
である。金属とその金属の合金又は同一の金属の異なっ
た合金の場合に電気化学的セルが形成される可能性はあ
るが、そｈらが全て同一の金属を大部分の定含む場合に
は、リードフレームと、ワイヤ、コンタクトパッドとの
間の電圧差は極めて小さい。従って、ガルバニック腐食
が防止される。
更に、本発明は、アルミニウム原子又はアルミニウム合
金から成るリードフレームを具備したプラスチックパッ
ケージ半導体装置に関するものである。従来、セラミッ
クの焼成又は硬化に関連した温度（例えば、４００乃至
５００℃）に露呈されると、アルミニウムのり一１〜フ
レームは変形したりぐにゃぐにゃになったりするので、
セラミックパッケージの半導体装置においては基本的に
純粋なアルミニウムが使用されるということはなかった
。然し乍ら、トランスファーモールドプロセスは著しく
低い温度（例えば、約１５０℃）で行われるので、プラ
スチックパッケージ半導体装置においてアルミニウムの
リードフレームを使用することが可能である。アルミニ
ウムのリードフレ’−１％の場合には、コストを低下さ
せるだけでなく装置の重量を軽量化し且つリードフレー
ムを打ち抜くために使用さＪしる装置の工具の寿命を長
期化させることが可能であるのでアルミニウムのリード
フレームを使用することが望ましい。このようなアルミ
ニラｌ＼のリードフレーム１２′の一部を第４図に示し
てあり、又第１図に示した装置もアルミニウムのリード
フレームを有している。
以」−１本発明の具体的実施の態様について詳細に説明
したか、本発明はこれら具体例にのみ限定されるへきも
のではなく、本発明の技術的範囲を逸脱することなしに
種々の変形が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
第１図は半導体要素乃至はチップを露出させるために一
部を破断して示したプラスチックシュアルインラインパ
ッケージ（ＰＤＩＰ）半導体装置の全体を示した斜視図
、第２図は第１図に示したチップとその回りに配設され
ているリードフレームからのリードとの相対的位置関係
を示した平面図、第３図はチップ上のアルミニウムコン
タク１〜パツドと銅又は鉄合金のリードフレー１１のり
−１−との間に延在する金のワイヤを有する従来のＰＤ
ＩＰ半導体装置を示した概略側面図、第４図はアルミニ
ウムのリードフレームとアルミニウムコンタク１−パッ
ドとアルミニウムワイヤとを有する本発明の１実施例に
ノ毒づいて構成されたＰ　Ｄ　Ｉ　Ｐ半導体装置を示し
た概１１１８側面図、第５図はアルミニウムワイヤをア
ルミニラムコンターフ１−パッドへボールボンドさせる
ために使用することのｕＪ能な電気回路を示したボール
ボンド形成用の装置の概■δ図、である。 （符号の説明） １０：ＰＤＩＰ半導体装置 １２：リードフレーム ２８二半導体要素 ３２：コンタクトパッド ３４：ワイヤ 特許出願人　フェアチアイルド　カメラアンド　インス
トルメント コーポレーション

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、　複数個のリードを具備した金属リードフレームと
    、少なくとも１個の金属コンタクトパッドを具備した半
    導体要素と、前記コンタクトパッドと前記リードとの間
    に電気的接続を与えるために前記コンタク１−パッドと
    前記リードフレームの１つのリードとに接続された金属
    ワイヤと、前記半導体要素とコンタクトパッドとワイヤ
    と前記リードの一部とを密封する絶縁性プラスチック物
    質とを有しており、前記プラスチックからの電解質の存
    在下において電気化学的セルが形成されることを禁止す
    るために前記金属ワイヤとリードフレームとコンタクト
    パッドの各々が同一の金属か又は同一の金属の合金から
    構成されていることを特徴とする電気的装置。 ２、特許請求の範囲第１項に於いて、前記リードフレー
    ムとコンタク１−パッドとワイヤとが大部分アルミニウ
    ムを含有していることを特徴とする装置。 ３、特許請求の範囲第２項に於いて、前記大部分の量の
    アルミニウムが少なくとも９０．０％であることを特徴
    とする装置。 ４、特許請求の範囲第１項に於いて、前記コンタク１−
    パッドが（ツ着形成されたアルミニウムであり、前記ワ
    イヤがアルミニウムであって、前記リードフレームが打
    ち抜き形成されたアルミニウム合金であることを特徴と
    する装置。 ５、特許請求の範囲第４項に於いて、前記アルミニウム
    ワイヤが前記アルミニウムコンタクトパットヘボールボ
    ンド接続されていることを特徴とする装置。
JP59238733A 1983-11-14 1984-11-14 半導体パツケージ Pending JPS60116143A (ja)

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