JPS6043851A - 被覆金属リ−ドフレ−ム基板 - Google Patents

被覆金属リ−ドフレ−ム基板

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JPS6043851A
JPS6043851A JP59154156A JP15415684A JPS6043851A JP S6043851 A JPS6043851 A JP S6043851A JP 59154156 A JP59154156 A JP 59154156A JP 15415684 A JP15415684 A JP 15415684A JP S6043851 A JPS6043851 A JP S6043851A
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JP
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substrate
composite structure
nickel
coating
lead frame
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JP59154156A
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English (en)
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シエルドン エツチ.バツト
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Original Assignee
Olin 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は広範囲に適用されるものであるが、とシわけ集
積回路アへセングリのリードフレームとして用いるのに
適する。
〈従来技術とその問題点〉 多くの電子装置において、シリコンチップに形成、され
た半導体集積回路を含むパッケージが用いられている。
それらの寿命予測を増長させるべく回路を気密封止する
ことがしばしば所望される。
電子工学産業では現在気密封止が要求される際にはセラ
ミック・デュアル・インライン集積回路パッケージ(0
ERD工P)が用いられている。これらのパッケージは
集積回路チップに取シ付けられたリードフレームの各々
の側に酸化アルミニウムーセラミック基板とカバーを配
置し、−緒にガラスで封止することによ多構成される。
これらの従来の0ERD工Pパツケージの製造は概して
同じ工程順序に従う。まず適当なガラスがシルクスクリ
ーン法のような何らかの望ましい技術ルミニウム−セラ
ミック基板に付着する均質なガラ2層にする。このガラ
ス付加工程とは別個にもしくはそれと同時に、リードフ
レームが部分的にガラス層内に埋め込まれる。次に、金
−シリコンのろうづけ(eutectic brazi
ng )、リードベースのはんだづけ、ガラス融着、も
しくは高温接着剤の付加を含む何らかの従来技術によっ
て、半導体チップが基板表面に取し付けられる。次にこ
のチップとリードフレームを連結すべく、アルミニウム
リード線が半導体チップ上に設けられたアルミニウム固
着バンドとリードフレームとに超音波で接着される。最
後に、基板と同様にガラス層の付着された酸化アルミニ
ウムーセラミックカバーが基板とリードフレーム上に取
シ付けられる。最後にガラスを融解させて気密封止を形
成すべくこのアへセンブリ全体が加熱される。これに代
わるO ERD工Pパッケージではパッドが組み込まれ
ているリードフレームを用いる。チップは例えば、はん
だのような何らかの適当な取シ付は手段を用いてリード
フレームに取り伺けられる。次にチップ上の接着バッド
とリードフレームの間にリード線が連結される。上薬か
けされたセラミック基板と上薬かけされたセラミックカ
バーがリードフレームの各々の側に同時に配置され、ガ
ラスと一絽に溶融させられる。次にチップが基板と、ア
ルミナ基板に先述の0ERD工Pパツケージに関して記
述した如くに収り付けられたカバーとのtu」の空間に
つるきれる。
この0E4jD工Pパツケージの基本設計は以下のよう
な幾つかの因子にょ多制御される。基板とカバーを形成
するのに用いられる酸化アルミニウムーセラミック材料
は比較的低い熱膨張率を有する。
実質的により高い熱膨張率を有する金属リードフレーム
がセラミックに接着されると、その結果中じる熱膨張率
の不整合が広範な動作温度領域に接する場合に応力破壊
が生じ得る。この問題は酸化アルミニウムーセラミック
と相対的に近い熱膨張率を有する鉄−ニッケル合金から
成るリードフレームを設計することによ9部分的に回避
される。
この方法はリードフレームとまわシのセラミックとの間
での応力破壊を確かに有効に低減させる。
しかしながらそれは克服すべき幾つかの付加的な問題を
も生じさせる。
チップとリードフレームとの間のリード線が半導体チッ
プ上のアルミニウム金属部分またはバッドとリードフレ
ームの両方に迅速かつ容易に接着されることが好ましい
。プラステソクバソケージでは通例金線がその迅速な接
着速度の故に用いられる。しかしながら、ガラス封止に
要求される約400℃ないし450℃の封止温度では急
速に金−アルミニウムリード線が形成される。温度を2
00℃位まで下げられたとしても、金−アルミニウム 
金属間化合物が形成され、脆い接合においてCI’RD
 工p破損の高い危険性を生じる。
エレクトロニクス産業ではアルミニウムリード線をチッ
プ上のアルミニウム金属化パッドとリードフレームにボ
ンディングすることによシこの問題を克服してきた。残
念ながら超音波ボンディングは概してアルミニウムリー
ド線をチップとリードフレームに取シ付けるのに長い処
理時間を要する。この時間因子の故にアルミニウム線を
用いる方が金線を用いるよ〕高価なものになっている。
ニッケルー鉄ベース合金の使用におけるもう1つの考慮
すべき問題は、アルミニウムリード線を接着できるアル
ミニウムパッドをこの合金上に配置する必要性である。
エレクトロニクス産業では、アルミニウムリード線がボ
ンディングされるべきニッケルー鉄合金心の少なくとも
1つの表面上に1本のアルミ;ラム・条片を設ける。こ
の条片は蒸着もしくは被覆によシ作成される。アルミニ
ウム条片付きニッケルー鉄合金の1つの重大な欠点は、
ニッケルー鉄合金を焼き戻して軟化させるのに要求され
る温度でアルミニウム条片が溶けることである。また、
ニッケルー鉄のコアが許容し得る冷間加工の量太量はそ
の後にリードフレーム破砕させずに形成もしくは屈曲さ
せる必要性により制限される。この問題は、 0ERD
工Pリードフレームを最終的には圧延方向に平行な軸に
沿って屈曲させる、という処理の必要性によって事実上
悪化させられる。その結果冷間加工公差としてはニッケ
ルー鉄合金へのアルミニウム固着を最終的な厚さ、即ち
約、25 mm’(、’010 m )を幾らか上回る
程度だけ行ない、またアルミニウム送りストックを非常
に薄く即ち、025鮨(,0011n、)以下にするこ
とが要求され、それが処理上の問題を生じる。アルミニ
ウム学片付きニッケル−鉄合金のもう1つの欠点は、ガ
ラス封止温度にさらされたリードフレームのこれら裸の
ニッケル−鉄合金部分に軟ろうを付加する際の困難性で
ある。従って完成した〇 FiRD工Pパソケーゾ装置
を印刷配線板に取シ付けるのが困難である。
従来、被覆材料の熱膨張率を調整すべく鉄−ニッケル合
金を銅で被覆すると込う着想が印刷配線板に適用され、
またアルミナ基板のだめのヒートシンク、フレームおよ
び゛カバーとしての利用が提案されてきた。これらの着
想は1981年オハイオ州 クリープランドにお゛ける
国際エレクトロニクス・パソケーシング学会(the工
nternationalElectronics P
ackaging 5ociety )の第1回年次会
議でDanceとWallaceにより発売された「セ
ラミック チップ担体直接取如付は用被榎金属配線板基
板J (” C1ad Metal C1rcuit 
BoardSubstrates for Direc
t Mounting of CeTam1cchip
 Carriers ” )と題する論文に記述されて
いる。またElectronic Fagging a
nd Productionの1981年6月号第19
ページないし第104ページ記載のLa5senによる
「リードレステップ担体相互接続用金属コア基板のオリ
用」(“useof Metal Chore 5ub
strates for Leadless (!hi
pC!arrier工nterconnection”
)と題する論文は金属コア基板における最新技術を論じ
ている。
リードフレームをリード導体と、鉄または(および)コ
バルトを含む例えばKovarのようなニッケル合金お
よびシん青銅、赤銅、べIJ IJウム銅、銀銅、白銅
を含む銅合金から成る他の電気的構成部分とから形成す
ることが提案されている。
5hibataによる米国特許第5.568,301号
、Happ等による米国特許第3.684,464号、
00Xジユニア等による米国特許第6.689,684
号、01yphantジユニア等による米国特許第3,
832,769号、Martin等による米国特許第3
,999,955号、Ar1ta等による米国特許第4
,337,089号、およびKauffmanによるカ
ナダ特許第913,812号がこれらの電気的構成部分
として用いられている様々な材料を例示している。
〈発明の課題(効果)・構成的特徴〉 本発明の1つの根本的な課題は実質的な熱循環を許容し
得る集積回路ア\センブリ用リードフレームを提供する
ことである。
本発明の1つの利点は金属リードフレームとセラミック
基板およびカバーの間での熱循環による応力形成を実質
的に低減する電気技術用集積回路アセンブリを提供する
ことである。
本発明のもう1つの利点はより良い熱消散を与える電気
技術用集積回路アセンブリを提供することである。
本発明のさらに1つの利点は比較的安価に製造される電
気技術用集積回路アセンブリを提供することである。
それにより1つの電気技術用集積回路アセンブリが提供
される。本発明によるアセンブリは複合構造から形成さ
れたリードフレームを含む。この複合構造はニッケルー
鉄合金で形成された基板な含む。被覆がこの基板の向が
い合う面に接着される。この被覆は本質的に約15%な
いし70%のニッケル\と、本質的に銅であるバランス
から成る。本発明による集積回路アセンシリの第2の実
施例もまた、複合構造から形成されるリードフレーム罠
関する。この複合構造はニッケルー鉄合金会合で形成さ
れた基板を含む。比較的高い導電率および熱伝導度を持
つリードフレームを提供すべく1つの被覆材料が基板の
向かい合う面に接着される。リードフレームが約1.3
X10’關/mra/’C(50X 10”−7itL
/in/℃)から約2.5 x 10−’mm/朋/℃
(100x 10−7+n、/ in、/℃)の間の熱
膨張率を持つように第2の被覆胴材が第1の被覆の向か
い合う面に接着される。アルミニウムリード線に対する
リードフレームの接着能力を高めるために第6のアルミ
ニウム被覆が第2の被覆の向かい合う面に接着される。
〈発明の具体的構成(作用)・実施例〉次に本発明とそ
のさらなる新事実を添付図面に示される好適々実施例に
よって説明する。
第1図を参照すると、熱膨張率が比較的低いことを特徴
とする複合構造10が例示されている。
この複合はニッケルー鉄合金で形成された基板12を含
む。被覆14と16は基板12の向かい合う面18と2
0に接着される。−この被覆は約15%ないし70チの
ニッケルと本質的に銅であるバランスから成る合金であ
る。本複合構造は約60℃ないし約450℃の温度領域
で約1.3×10’mm/朋/℃’(50x 10−7
仇/仇/℃)から約2.5 X 10−’mm1mrn
/℃(100X 10−7ia/in、 / ’C)の
間の熱膨張率を有する。
複合構造100基板12はニッケルー鉄合金であって、
電子工学産業におりて0ERDIPパツケージ用リード
フレーム材料として特に役立つことが判っている。この
鉄−ニッケル合金は卓越した機械的特性を呈し、それら
には高い降伏強度と引張り強さ、高い弾性係数および卓
越した伸長特性が含まれる。この合金の配合はニッケル
と本質的に鉄であるバランスが約65%ないし約45%
の範囲にあることが好ましい。これらの合金の熱膨張率
は約1.8 X 10−’ rrva/mu/℃(71
X 10−71in、 / ℃)以下である。例えば約
60℃ないし約450℃の温度領域で、一般に工IJV
ARと呼ばれる66ニツケルー64鉄は約0訴m/韻/
℃(0池/sn / ’C)の熱膨張率を有し、一方4
2ニッケル合金として公知の42ニツケルー58鉄は約
1.8×10−’ mn/mm/°G (71x 10
−’ =/=/’C)の熱膨張率を有する。これよp上
の温度では、合金の相転移が生じるので、リードフレー
ム材料として(3ERDIPパツケージ内に組み込むこ
とが不適当となる。ニッケルー鉄合金は本発明において
主要な興味の対象ではあるが、より広い温度領域で自ら
の熱膨張率を保つ鉄−ニツケルーコバルト合金のような
他の合金から基板12を形成することも本発明の範囲内
である。この種の合金で最もひんばんに用いられるのは
ニッケル29%、コバルト70%でバランスが本質的に
鉄であるものでわるう後者の配合は約60℃ないし約4
50℃の温度領域で約1.6 X 10−’+++m/
 mrn/ ℃(53X 10−7+n、/In、 /
 ℃)という熱膨張率を有する。上述の理由によシ、こ
の範囲の熱膨張率を有する合金は高温庭循環にさらされ
るとしばしばCERD工Pパッケージの破損原因にガる
。破損の原因は基板金j^とガラス封止または(および
)アルミナベースおよびカバーの間での熱膨張率の不整
合である。また、上述のように典型的なアルミニウム条
片付きニッケルー鉄リードフレームは最小量の焼き戻し
および冷間加工を耐容し得るのみである。
これらの問題を克服すべく、被覆14と16が基板12
の向かい合う面18と20に各々接着される。この被覆
は本質的に約15チないし約70係のニッケルと本質的
に銅であるバランスから成る合金である。この合金のよ
シ好ましい範囲は約15係ないし約40%のニッケルと
本質的に銅であるバランスである。この合金の最も好ま
しい範囲は約20%ないし約60俤のニッケルと本質的
に銅であるバランスである。これらの合金には、ニッケ
ル添加の役割シを妨げずまた他の好ましい特性に不利な
影響を与えないようであれば1つまたはそれ以上の添加
元素が存在してもよい。添加し得る元素には亜鉛、マン
ガン、鉄、すす、クロムやモリブデンが含まれる。これ
らの元素は以下のレベル内で存在し得る。即ち亜鉛は約
25チまで、マンガンは約6%まで、鉄は約1条まで、
すすは約1%まで、クロムは約6%まで、またモリブデ
ンは約2%までであろうこれらの元素は銅−アルミニウ
ム 金属1¥J」化合物の形成にきらに抵抗するように
選択することもできる。ここで用いる際記述される百分
率は重量百分率である。
この銅−ニッケルー鉄は銅−アルミニウム 金属間化合
物の成長を遅らせるというその能力の故に本発明に好都
合である。本発明に関して提示される適用においては、
銅−アルミニウム 金属間化合物が実在するとアルミニ
ウムリード線とリードフレームの間に脆い接着を生じ、
ついにはエレクトロニクス・パッケージの破壊を引き起
こす。
本発明によれば、これらの合金の熱膨張車は約60℃・
ないし4500Gの温度領域で約3.8 x 10 ”
mrn/mm/’C(150X I D−71n、/l
rt/’C)ないし4.3 X 10−3mm/ma/
℃(170X 10 ’=/4rL/℃)の範囲にある
。結果的な複合構造の熱膨張係数が約60℃ないし約4
50℃の温度領域で1.3 X 10−’ mm/ m
rtt/ ℃(50X 10−74rL/in、/C:
)ないし2.5 X 10″−4mrn/mrn/℃(
10U X I C1−7In、 / IIL/ ℃)
の間になるように被覆が基板上に伺加される。これを成
し遂げるために、被覆14と16の各層は複合構造全体
の厚芒の約5%ないし20%を含み得る。複合金属薄片
材料が集積回路アッセンブリ内でリードフレームのよう
に用いられる際、その材料は約、25mm(、0101
11,)の厚さを持つことができる。しかしながら本発
明では複合物に所望されるいかなる厚さでも持たせるこ
とができる。本発明の好ましい実施例では被覆の厚さが
基板のもつ所望の熱膨張係数に依存する。
例えば、基板が工NVAFtで形成されているなら、基
板が42ニツケルを用いて形成される場合よシ被覆は厚
くなるう各々の被覆層は熱循環中の恒温偏移(ther
mostatic deflection ) f防ぐ
べく実質的に同じ厚さでなければならない。被覆は何ら
かの従来技術、例えば米国特許第6・681・664号
に開示されているような接層原理を用いてほどこすこと
ができる。この接層はかなシ厚さがある基板と被&を用
いて行なうことができ、それに続いて圧延と所望の硬度
を得るだめの熱処理が行な、われる。一般に、焼き戻し
または熱処理の温度は約850℃ないし約1000℃の
同である。ニッケルー銅の溶融温度は約1170℃でめ
シまたニッケルー鉄の溶融温度は約1450℃なので、
複合構造を焼き戻す際には同ら特別な処理上の問題がな
い。それに反し、この焼き戻しは従来のアルミニウム条
片付きニッケルー鉄合金に対して行なうことはできない
。なぜならアルミニウムの有する溶融温度は約600℃
だからである。複合6q造10は第6図に示される型の
集積回路アッセンブリ22に組み込む、場合卆会特に有
効である。この回路アセンシリは、複合構造10によ多
形成され第2図に示されるような何らかの従来形状から
成シ得るリードフレーム24を含むことができる。
このリードフレームの特定な設計は本発明の倫成要素で
はない。第2図に示されるリードフレーム形状は支持レ
ール26と28およびサイドパー301!=32を含む
。リードフレームが図では0ERDiPパツケージとし
て例示されている集積回路アセンブリ22内に封止され
た後、このレールとサイドパーは以下に記述するように
して除去さnる。
集積回路アセンブリ22は、酸化アルミニウム−セラミ
ック基板34と酸化アルミニウムーセラミックカバー3
6を含む従来型(!ERDIPパッケージであることが
好ましい。集積回路チップ40を囲まれた空間42内に
気密封止するようにガラスまたはセラミック38が基板
34をカバー36に固着するっこのガラスまたはセラミ
ックは低い溶融温度を有しかつ約60℃ないし約450
 ’Cの温度領域で約1.3 x 10”−’ mn/
mrn/’C(50X 10−〒In、/IrL/℃)
ないし約2.5 X 10−’ mm/ yn/ ’C
(100x 10−7sn、/ +fL/ ℃)の範囲
の熱膨張率を有することが好ましいっよシ詳しくは、こ
、のガラスは約650℃ないし約460 ℃の範囲の溶
融温度を有する低溶融温度酸化鉛ベースのガラスである
。個別の適用に対し必要に応じて熱膨張率を調整するた
めにこのガラスに添加物を含めることもできる。表■に
は本発明に従って用いるべく適合させたガラスの様々な
例が載っている。
〔表■〕
ガラスの種類 熱膨張率 封止温度 0vrens−111inois Corp、” 73
 X 10−7455°CA 5 G −95 Owens−工11inois Corp、1 7 4
 X 1 0−74 3 0 ’CAXS1−1190 1 オハイオ州 トレド(Toied )のOwens
−工1linois Corporationに製造さ
れた特許配合 第6図に例示される型の0ERD工Pパツケージ22を
作製する際、第2図に例示される型のリードフレームや
プラスチック2線パツケージで一般に用いられるものに
類似したものが組み込まれる。
第1に、リードフレーム24が複合構造10に関する記
述に従う材料から成る複合構造から形成される。チップ
40は金−シリコン共晶硬ろう付け、鉛ベース軟ろう付
け、ガラス溶着、または高温接着剤添加のような従来の
ボンディング手段を用いてパッド44に取シ付けられる
。次にチップ40上の(普通はアルミニウムになってい
る)ボンディング・パッド46がリード線50によシ適
当なリード先端48に接続される。このリード線はアル
ミニウム線であることが好ましく、また超音波ボンディ
ングのような従来゛の技術を用いてパッド46と最上層
51に固着することができる。次に上述の型のセラミッ
クまたはガラスの構成部分38がセラミック基板とセラ
ミックカバー36の間に配置され、適当に溶解される。
このガラスの溶融温度が相対的に低く、またパッケージ
のさらされる時間が約400℃において10分以下であ
シ好ましくは8分以下と比較的短いので、集積回路チッ
プは不利な影響を受けずまたアルミニウムと銅−二ソケ
ルベース被覆の間で形成される金属間化合物は固着作用
を退化させるに十分ではない。
第6図に例示されるパッケージの熱消散特性は第4図に
示される型の従来型0ERD工Pパツケージに対して幾
らか劣っている。これはそのチップが適度な導電性のあ
るアルミナ基板に取り付けられるよりもむしろ空間中に
係留されているからである。ある特定の装置や適用につ
いては、実質的な熱消散が要求されないので、このパッ
ケージの熱消散特性が全く容認され得る。第6図に示さ
れるような型のパッケージの主要な利点は第4図のもつ
と従来的なCERDIPパッケージに必要な処理工程数
に比して処理工程が低減されることである。
処理工程が低減されると、製造コストのかなりな低下を
もたらすことになる。
本発明即ち、アルミニウム条縁付きニッケルー鉄合金リ
ードフレームを伴う第6図のパッケージ以前には、まず
リードフレームのチップが接着される区域からアルミニ
ウム被覆を除去する必要があった。この工程はアルミニ
ウムに災際に軟ろう付けまたは硬ろう付けすることがで
きないか故に必要でめった。次にチップを定位置に軟ろ
う付けもしくは硬ろう付けすべくこの区域を銀や金のよ
うな金属で電気めっきする必要があった。なぜならニッ
ケルー鉄の軟ろう付は能力ですら不十分だからである。
これらの処理はどちらも比較的費用がかかシそれらのコ
ストがこのパンケージの広範な利用を一般に抑制してい
る。ニッケルー鉄合金の銅1ニッケル合金被覆は本発明
によシ教示されるように、銅−ニッケル自体が軟ろう付
は可能であるために、チップが固着されるべき区域で被
覆を除去したシあるいはめつきしたシする必要をなくす
本発明は工′ツテングおよびめっきのコストを除去し、
かつパッケージ22の処理工程数も第4図のパッケージ
52のそれより少なくするので、第6図に示されるパッ
ケージ−22の最終的なコストは第4図に示す在来的i
 C!ERD工Pパッケージ52のそれよシ低くなる。
従って熱的要求がその使用を許す場合には、本パッケー
ジが在来型の0KRDIPに対し効果的に取って代わる
ものとなる。
より従来的な0ERD工Pパツケージが第4図に例示さ
れている。第6図に並ぶ素子と実質的に同じ素子の参照
付号は変えないままである。0ERD工Pパツケージ5
2は酸化アルミニウムーセラミック基板34とカバー3
6を含む。ガラス複たはセラミック38がカバーに基板
を封止する。本発明において記述されるように独自の複
合構造によ如形成された従来型リードフレーム53がリ
ード線50によシチツプ40に接続される。0KHDI
Pパツケージ52を作製する際、シルクスクリーン法の
ような何らかの従来技術によってガラスまたはセラミッ
ク38が酸化アルミニウムーセラミック基板34に付加
される。次に、このガラスが融解されてセラミック基板
に接着可能な均質のガラス層となる。ガラス融解工程と
は別個にもしくは同時に、リードフレーム53の一部が
このガラス層内に埋め込まれる。次に、金−シリコン共
晶硬ろう付け、鉛ベースはんだ付け、ガラヌ溶庸もしく
は高温接着剤の付加等の何らかの従来的処理技術によっ
て半導体チップ40が基板表面に取9付けられる。次に
チップとリードフレームを電気的に連結するためにアル
ミニウムリード線がチップ40上のボンディング・パン
1F46とリードフレームの先端48に超音波で固着さ
れる。基板34に関して記述したように、その上に溶解
されたガラス層38を有するカバー36が次に基板よシ
上に配置され、2つのガラス層を共に融解してチップ4
0をパッケージ52内に気密封止するために加熱される
う 第5図を参照すると、熱膨張率が比較的低くまた熱伝導
率が相対的に高いことを特徴とする複合構造60が例示
されている。この複合構造は第1図の複合構造10に類
似しているので、同一の素子はダッシュ付きの符号で示
されている。この複合構造は先述の複合構造10に関し
て記述された型のニッケルー鉄合金である基板12′を
含む。
被覆層62と64は基板12′の向かい合う面18′と
20′に固着される。この被覆層は銅または銅合金であ
って約(116B、T、U、/ ft2/ft/hr 
/ ’F )ないし約(226s、r、U、/ ft2
/ft/hr/’F )の間の伝導度を有し、またそれ
が約(172B、T、U、/ft2/ft/hr10F
)ないし約(226B、T、U、/ ft2/ ft 
/hr /’l” )の範囲にあることが好ましい。
これらの銅または銅合金は例えばCDA 194やCD
A 151であって高い伝導度を持つが、複合構造10
の銅−ニッケル合金被覆よ#)強さが劣る。
従って被覆層14′と16′は被覆層62と64の表面
66と68に各々固着される。これらの外側被覆14′
と16′は複合構造10の被覆14と16に本質的に等
しく、本質的に約20チないし70チのニッケルと本質
的に銅である/ぐランスから成る。この被覆の厚さは複
合構造60が約30℃ないし約450℃の温度領域で1
.3 X 10−’mm/m/’C(50X 10−7
In、/ 111./’C; )から約2.5 X 1
0−’mm/mm/’C(100X 10−7in、/
in、/℃)の間の熱膨張率を有しまた約(30B、T
、U、/ft2/ ft / hr / ’[” )な
いし約(75B、T、U、/f t” / f t /
 hr /〒)の間の熱伝導度を持つように定めちれる
被覆層62,64.14’と16′は米国特許第3.3
81.364号の接着原理のような伺らカ・の従来技術
を用いて付加される。銅−ニッケル合金被覆14′と1
6′の各層は複合構造全体の厚さの約5%ないし約10
チを成し、また銅または銅合金被覆の各層62と64は
複合構造全体の厚さの約20係ないし約40条を成す。
これらの層の厚さが高い熱膨張率を持つ複合構造をもた
らすなら、所望の熱膨張率を持つ複合構造を得るために
66二ノケルー54鉄のよりなよシ膨張性の低い材料を
基板12′に用いることができる。1つの特定材料の被
覆層は温度循環中の恒温偏移を防ぐため実質的に等しい
厚さでなければならない。例えば、被覆層62と64の
厚さが実質的に等しくまた被覆14′と16′の厚さが
実質的に等しくなければならない。
複合構造60は、第6図と第4図に示される型の集積回
路アセンシリ内にリードフレームとして組み込まれる場
合に特に有効である。薄片複合構造60はリードフレー
ムとしていかなる所望の形状にも形成可能であシ、第6
図と第4図の各リードフレーム24や53の代ゎシに置
くことができる。被覆層62.!:64は回路アセング
リ22や52の内側から大気もしくは接続されたヒート
シンク(図には示されていない)に向かう熱消散のため
に高熱伝導路を与える。
第6図を参照すると、これも熱膨張率が比較的低いこと
と熱伝導度が相、対的に高いことを特徴とする複合構造
70が例示されている。複合構造70は第1図と第5図
の各複合構造10と60に類似しているので、類似の構
成部分は2重ダッシュ付き何カで示されでいる。複合構
造70はニッケルー鉄合金で形成された基板12″を含
む。被覆層62“と64″が基板12″の面18″と2
0“に固着される。層62“と64″は上によシ詳しく
記述したように約(113B、T、u、/ft”/i:
t / hr / F)ないし約(226B、T、U、
/ ft2/ft/hr/’F )の熱伝導率を持つ銅
または銅合金によ多形成される。第2の被覆層14″と
16“は本質的に約2[]%ないし約70%のニッケル
と本質的に銅であるバランスから成り、第1の被積層6
2″と64″の向かい合う面66″と68“に各々接着
される。これは本M台構造が約60℃ない1〜約450
℃の温度領域で約1.6x1(J’/朋/朋/℃(50
x 10−7In、/hz/℃)ないし2.5 x 1
0−’mm/mn/℃(100X 10−7in、/i
n、/℃)の範囲の熱膨張率ヲ持ちカつ約(30B、T
、U、/ ft2/ft/hr / ’F )ないし約
(75B、T、U、/ ft2/ft /hr 10F
 )の熱伝導度を持つことを保証するためである。
次に、第3の被覆層72と74が第2の被覆層14“と
16“の向かb合う面76と78に各々接着される。こ
の第6の被覆層はアルミニウムまたはアルミニウム合金
にょ多形成され、以下に記述されるような特定の適用に
おいては、その表面上へのアルミニウム線のワイヤー・
ボンディングを促進し得る。概して被覆72と74はア
ルミニウム箔から成るっ 被覆層62″、64“、14“、16“、72と74は
、先述の米国特許第3.3 a 1;364号によるボ
ンディング手順のような任意従来技術を用いることによ
って固層形成することができる。銅−ニッケルー鉄の各
被覆層14″と16“は複合構造全体の厚さの約5%な
いし10%を成すようにできる。銅または銅合金の各被
覆層62“と64″は複合構造全体の厚さの約20%な
いL40%を成すようにできる。さらに、アルミニウム
またはアルミニウム合金の各被覆層72と74は複合構
造全体の厚さの約1%ないし約6俤を成すようにできる
っこれらの層の厚さが高い熱膨張率を有する複合構造を
もたらすのであれば、所望の熱膨 。
張車を持つ複合構造を得るために66二ツケルー54鉄
のよりなよシ膨張性の低い材料を基板12“に用いるこ
とができる。各特定材料の被覆層は温度循環中の恒温偏
移を防止するために実質的に同じ厚さでなければならな
い。例えば、被覆層62″と64“の厚さが実質的に等
しくまた被覆層14″と16“の厚さが実質的に等しく
なければならない。最後に、被覆層12と14の厚さも
また実質的に等しくなければならない。
複合構造70は、第6図や第4図に示される型の集積回
路アセンシリ内に組み込む場合に特に有効である。本複
合構造は第2図に例示される設計のような任意の従来形
状を有するリードフレーム24や53として形成するこ
とができる。
複合構造70によ多形成されたリードフレームと結合さ
れた集積回路は一般に用いられるニッケルー鉄合金の比
較的に劣った軟ろう付は可能性を向上させ、またそれに
伴って熱伝導度と導電率を共に向上させるために特に有
効である。例えば第4図を参照すると、アルミニウムリ
ード線50は超音波ボンディング6ような技術を用いて
アルミニウム被覆層72や74に好都合に固着すること
ができる。それと共に、リードフレームが約60℃ない
し450℃の温度領域で約1.3 X 10−4朋/m
m/’C(50X 10 ’油/仇/℃)から約2.5
×10−’ mm/mm7℃(100X 10−’ i
n、/m/°C)の間の熱膨張率を有し、また、約(3
Q E、T、U、/ft27 ft / hr / ’
F )ないし約(75E、T、U、/ ft” /ft
 /hr / ’F )の間の熱伝導率を有する。この
熱膨張率によってり−rフレーム、アルミナカバーとベ
ースそれにガラスまたはセラミックの封止の間での熱膨
張率不整合にもとづく応力破壊が防止される。この熱伝
導度がパッケージ内に生じる熱を消散きせる。リードフ
レームの先端はパッケージの外部にあって一般に例えば
印刷配線板のような何か他の装置に軟ろう付けされる。
外側のアルミニウム被覆は軟ろう付けが容易でないので
、パッケージ外部のアルミニウム被覆は除去すると好都
合である。これは被覆のうち保持することが所望される
1つまたは複数の区域をマスキングし、所望されない部
分からはエツチングによってアルミニウムを除去するこ
とによシ達成できる。何らかの他の所望される技術を用
いてアルミニウム被覆を除去することも本発明の範囲内
であろう本発明によって上述の目的、手段および利点を
満たす電気的適用に向けた複合構造および集積回路アセ
ンブリが提供されることは明らかである。
本発明をその実施例に関連して記述したが、上述の観点
から多くの代替物、修正および震災も自明でおろう。従
って本願の特許請求の範囲における精神およびその広い
技術的範囲に帰するようなこれら全ての代替物、修正、
および変史を包宮すべぐ意図するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は1本発明に従って構成された、二ソケルー銅合
金で被覆されたニッケルー鉄合金基板により形成された
複合構造体を示す構造図、第2図は従来のリードフレー
ムを示す平面図、第6図は、従来型のCERD 工Pパ
ンケージにおいて、基板とカバーの間に懸垂されたチッ
プを有するとともに、特に本発明により開示される型の
リードフレームを用いた場合のケーシング・アセンブリ
の実施例を示す断面図、第4図は、第2の型の従来型C
ERDIPパッケージにおいて、チップが基板によって
支持されるとともに、そのリードフレームとして本発明
に従うものを用いた場合のケーシング・アセンブリの他
の実施例を示す断面図、第5図は、2つの被覆を有する
本発明の複合構造体の第2の実施例を示す構造図、第6
図は基板が6つの被覆を儒する本発明の複合構造体の第
6の実施例を示す構造図である。 符号の説明 10.60.70・・・複合構造体、 12 、12’、 12IT・・・基板、14.16・
・・基板12の被覆、 62.64・一基板12′の第1の被懐、14’、 1
6’・・・基板12′の第2の被覆、66“、68′・
・・基板12’の第1の被覆、14“、16′・・・基
板12“の第2の被覆、22“°°タケ−ングアセンブ
リ、 24・・・リードフレーム、 34・・・アセンブリの基板、 36パアセンブリのカバー、 38・・・ガラス層、 40・・・集積回路、 50・・・リード線、 代理人 浅 村 皓

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)熱膨張率が比較的低いことを特徴とする複合構造
    体であって;ニッケルー鉄合金によシ形成された基板(
    12)と、前記基板(12)の向かい合う面(18)、
    (20)に′接着され約15%ないし約70Ll)のニ
    ッケルと本質的に銅であるバランスから成る被覆(14
    )、(16)とによって約1.3 、X 10−’ m
    雇/ mn/ ’C(50X 10−7in/泣/℃)
    から約2.5 X 10−4朋/+++m/’C(10
    0Xl 0−7in、/ ifL/ ’C)の間の熱膨
    張率を持ツコとを特徴とする複合構造体(10)。 (2) 特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、さ
    らに前記基板(12)が約65係ないし約45係のニッ
    ケルと本質的に鉄であるバランスから成ることを特徴と
    する複合構造体。 (3) 特許請求の範囲第2項記載のものにおいて、前
    記被覆がそれぞれ、その複合構造体(10)の厚さの約
    5チないし約20チの間であって、かつ、温度変化する
    間の恒温偏移を防止するように各々が実質的に同じ厚さ
    を有する2つの層(,14)。 (16)を含んで成ることを特徴とする複合構造体。 (4)比較的低い膨張率と比較的高い導電率および熱伝
    導度特性を有するものであって、ニッケルー鉄合金によ
    シ形成された基板(12’ )と、前記比較的高い導電
    率および熱伝導度を備えるため前記基板(12’ )の
    向かい合う面に固着された第1の被覆(62)’、(’
    6.4)と、約1.3 ×10 ’mm/韻/’C(5
    0x10−7in、/池/℃)ないし約2.5 X 1
    0−’m1L/mrn/’C(100X 10−’ I
    tL/+n、/℃)の間の熱膨張率を備えるように前記
    第1の被覆(62)、(64)の向かい合う面(66)
    。 (68)に固着された第2の被覆(14’) 、 (1
    6’)とを特徴とする複合構造体(60)。 (5)特許請求の範囲第4項記載のものにおいて、前記
    第2の被覆(14’) 、 (’16’)が約(116
    E、T、U、/ ft2/ ft/ hr / ’F 
    )ないし約(226B、T、U、 / ft2/ ft
     / hr / ’F )の間の熱伝導度を有する銅ま
    たは銅合金を含むことを特徴とする複合構造体(60)
    。 (6) 特許請求の範囲第5項記載のものにおいて、約
    (3Q B、T、U、 / ft2/ ft / hr
     / ’F)ないし約(75B、T、U、 / ft2
    / ft / hr / ’F)の間の熱伝導度を有す
    ることを特徴とする複合構造体(60)。 (7)特許請求の範囲第6項記載のものにおいて、前記
    第2の被樺(14’ )と< 16’ )が約15%な
    いし約70係のニッケルと本質的に銅であるバランスか
    ら成ることを特徴とする複合構造体(60)。 (8)特許請求の範囲第7項記載のものにおいて、前記
    基板(12’)が約65チないし約45cibのニッケ
    ルと本質的に鉄であるバランスから成ることを特徴とす
    る複合構造体。 (9) 比較的低い熱膨張率と比較的高い導電率および
    熱伝導度を含む特性を有するものであって、ニッケルー
    鉄合金にょ多形成された基板(12“)と、比較的高い
    導電率および熱伝導本−を備えるため前記基板(12“
    )の向かい合う面(18〃)、(20“)に固着された
    第1の被覆(62“)、(64〃)と、約1.3x 1
    0 ’mm/mrn/°C(50X 10 ’in、/
    In、/℃)ないし約2.5 X 10−’in/iI
    ++/’C(100Xl 0 ’ itL/+n、/℃
    )の間の熱膨張率を有するように前記第1の被覆の向か
    い合う面(66〃)。 (68“)に固着された第2の被覆(L4”)・(16
    つとアルミ−ニウムまたはアルミニウム合金で形成され
    前記第2の被覆(14〃)、(16“)の同かい合う面
    (76)、(78)に固着された第6の被覆(72)、
    (74)とを特徴とする複合構造体(70)。 QQ 特許請求の範囲第9項記載のものにおいて、前記
    熱伝導率が約(60B、T、U、 / ft2/ ft
     /hr/’F )ないし約(75B4T、U、 / 
    ft” / ft / hr/’F )でおることを特
    徴とする複合構造体(70)。 0υ 特許請求の範囲第10項記載のものにおいて、前
    記へ第2の被覆(14“)、(16“)が約(113B
    、T、U、 / ft2/ ft / hr / °F
     )ないし約(226E、T、U、/ ft2/ 、f
    t / hr /6F )の間の熱伝導度を有する銅ま
    たは銅合金を含むことを特徴とする複合構造体(70)
    。 Oリ 特許請求の範囲第11項記載において、前記第2
    の被覆(14“)、(16” )が約15%ないし約7
    0%のニッケルと本質的に銅であるバランスから成るこ
    とを特徴とする複合構造体。 α葎 特許請求の範囲第12項記載のものにおいて、前
    記基板(12“)が本質的に約65%ないし約45俤の
    ニッケルと本質的に鉄であるバランスから成ることを特
    徴とする複合構造体(70)っαa 集積回路装置(4
    0)に適用されるケーシングアセンゾIJ (22)で
    あって;セラミック基板(34)、該集積回路装置(4
    0)を含む前記ケーシング(22)を形成すべく前記基
    板(34)上に配性されたセラミックカバー(36)、
    前記カバー(36)と基板(34)、との間に配置され
    たリードフレーム(24)、前記リードフレーム(24
    )と前記回路装置(40)の同で接続されたリード線(
    50)を備え、また前記回路装置(40)を前記ケーシ
    ング(22)内に気密封止するため前記カバー(36)
    、リードフレーム(24)および基板を一体化させる低
    溶融温度のガラス層(38)を有し、さらに、前記リー
    ドフレームが複合構造体から形成され、前記複合構造体
    がニッケルー鉄合金により形成された基板(12)と、
    前記基板の向かい合う面(18)、(20)に固着され
    約15%ないし約70%のニッケルと本質的に銅である
    バランスから成る被覆(14)。 (16)とを備えて成ることを特徴とする前記ケーシン
    グアセングリ(22)。 αυ 特許請求の範囲第14項記載のものにおいて、前
    記基板(12)が約65裂ないし約45%のニッケルと
    本質的に鉄であるバランスから成ることを特徴とするケ
    ーシングアセングリ。5QQ 集積回路装置(40)の
    だめのケーシングアセンブリ(22)であって、セラミ
    ック基板(34人該集積回路装置(40)を含む前記ケ
    ーシング(22)を形成すべく前記基板(34)上に配
    置されたセラミックカバー(36)、前記カバー(36
    )と基板(34)の間に配置されたリードフレーム、前
    記リードフレームと前記回路装置(40)の間に接続さ
    れたリード線(5o)を備え、前記回路装置(40)を
    前記ケーシング内に気密封止すべく前記カバー(36)
    、リードフレームおよび基板(34)を一体化する低溶
    融温度のガラス層(38)を備え、さらに、前記リード
    フレームが複合構造体(6o)にょシ形成され、前記複
    合構造体が、ニッケルー鉄合金で形成された基板(12
    ’ )、前記複合構造体(6o)に比較的高い導電性お
    よび熱伝導度を与えるため前記基板(12’)の向かい
    合う面(18’)、 (20’)に固着された第1の被
    a(62)、(64)、前記複合構造(60)が前記ガ
    ラス層(38)の膨張率に対応する約1.6 X 10
    −4朋/關/’C(50X’I O’ jn、/in、
    /’C) ’fxイL、約2゜5 X 10 ’urn
    /mm/’C(100X 10−7in/in、/ ’
    C)の間の熱膨張率を有するように前記第1の被覆(6
    2)・(64)の向かい合う而(66)、(6B)に固
    着された第2の被覆(14’)、 (16’)を有する
    ことを特徴とするケーシングアセンブリ(22)。 俣η 特許請求の範囲第16項記載のものにおいて、前
    記第2の被覆(14’)、 (16’)が約(113B
    、T、U、/ ft2/ ft / hr / F )
    ないし約(226B、T、U、/ ft2/ ft /
    ’hr / °l” )の間の熱伝導度を有する銅また
    は銅合金を含むことを特徴とするケーシングアセンブリ
    (22)。 θ& 特許請求の範囲第17項記載のものにおいて、前
    記複合構造(60)が約(30B、T、U、/ ft”
     /ft / hr / ’p )ないし約(75B’
    、T、lJ、/ iyt” /ft / hr / ’
    F )の熱伝導度を有することを特徴とするケーシング
    アセンブリ(22)。 (19)特許請求の範囲第18項記載のものにおいて、
    前記第2の被覆が約15%ないし約70%のニッケルと
    本質的に銅であるバランスから成ることを特徴とするケ
    ーシングアセンブリ(22)。 (7)集積回路装置(40)に適用されるケーシングア
    セングリ(22)であって、セラミック基板(34)、
    前記集積回路装置(40)k含む前記ケーシング(22
    )を形成すべく前記基板(34)上に配置されたセラミ
    ックカバー(36)、前記カバー(36)と基板(34
    )の間に配置されたリードフレーム、前記リードフレー
    ムと前記回路装置(40)の間に接続されたリード線(
    5o)を特徴とし、前記回路装置(40)’を前記ケー
    シング(22)内に気密封止すべく前記カバー(36)
    、リードフレームおよび基板(34)を一体化する低溶
    融温度のガラス層(38)を著しい特徴とし、前記リー
    ドフレームが複合構造体(γ0)にょシ形成され前記複
    合構造体がニッケルー鉄合金にょシ形成された基板(1
    2“)、前記複合構造i+(70)に比較的商い導電性
    および熱伝導性を与えるべく前記基板(12” )の向
    かい合う薗(18”)、(20“)に固着きれた第1の
    被覆(62”)、(64“)、前記複合構造体(70)
    が前記ガラス層(38)の熱膨張率に対応する約1.3
     x 10−’ mTL/ mm/ ’C(50x 1
    0”−7in、/ =/ ℃)ないし約2.5 x 1
    0−’mm/ytryn/ ℃(100X 1’0−7
    in、/ia/’C)の間の熱膨張率を有するように前
    記第1の被覆(62“)。 (64“)の向がい合う面(66“)、(68“)に同
    着された第2の被覆(14“)、(16“)、および前
    記第2の被覆(14“)、(16〃)の向かい合う面(
    76)、(78)に固着されたアルミニウムまたはアル
    ミテウb合金から成る第6の被ff1(72) 。 (74)を有することを特徴とするケーシングアセンブ
    リ(22)っ 0℃ 特許請求の範囲第20項記載のものにおいて、前
    記複合構造(70)の前記熱伝導度が約(60E、T、
    U、/ rt2/ rt / hr / 0F )ない
    し約(75B、T、U、/ f t2/ ft / h
    r / °F)の間にあることを特徴とするケーシング
    アセンブリ(22〕。 (イ)特許請求の範囲第21項記載のものにおいて、前
    記第2の被覆(14“)、(16“)が約(116E、
    T、U、/ ft2/ ft / hr / ’F)な
    いし約(226B、T、U、/ ft2/ ft / 
    hr / °F )の間の熱伝導率を有する銅または銅
    合金を含むことを特徴とするケーシングアセンブリ(2
    2)。 脅 特許請求の範囲第22項記載のものにおいて、前記
    第2の被覆(14“)、(16“)が約15チないし約
    70%のニッケルと本質的に銅であるバランスからなる
    ことを特徴とするケーシングアセンシリ(22)っ (ハ)特許請求の範囲第26項記載のもあにおいて、前
    記基板(12“)が本質的に約35チないし約45係の
    ニッケルと本質的に鉄であるバランスから成ることを特
    徴とするケーシングアセンシリ(22)。
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