JPS6246550A - 半導体装置用リ−ドフレ−ム - Google Patents

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】 イ、産業上の利用分野 この発明は半導体装置用のリードフレームに関するもの
であシ、特にガラス−セラミック封止型の半導体パッケ
ージに用いて封止性の良好な表面を有するリードクレー
ムに関するものである。

口、従来技術 現在使用されている半導体集積回路装置をセラミックケ
ースにパッケージする方法は■樹脂封止型、■ガラスー
セラミック封止型、■積層セラミック型の３種類である
。これらのパッケージ法は信頼性及び価格の点で長短が
あシ、両者を比較考慮して用途に応じて巧に使い分けさ
れている。

即ち、信頼性について３方法を比較すると■積層セラミ
ック型が最も優れており、次いで■ガラスーセラミック
封止型であシ、その次ぎが■樹脂封止型である。一方価
格、コストの点ではこの逆の順序となる。これらの方法
のうち■ガラスーセラミック封止型は信頼性、価格両者
において丁度中間的な位置を占めておシ、従って最も多
く用いられ、しかも信頼性の向上と低価格の両立が強く
望まれているパッケージ法である。

典型的なガラス−セラミック封止型パッケージの半導体
装置を第３図に分解して部品配列した斜視図、第４図に
その断面を示す。すなわち中央に凹部（２）ヲもうけた
アルミナ等のセラミックベース（３）ヲベースとし、該
セラミックベース（３）の上面周辺部には鉛ガラスなど
の低融点ガラス層（４）が形成されている。このような
セラミックベース（３）の凹部（２）を囲むようにリー
ドフレームから裁断されたリード（５）が載せられるが
、この凹部（２）には半導体チップ（１）ヲ入れてリー
ド（５）と半導体チップ（１）間をアルミニウム等のボ
ンディングワイヤ（６）によってワイヤボンディングし
て電気的に接続する。リード（５）のボンディング部と
封止部には一般にアルミニウムメッキが施されている。

この上に中央に半導体チップ（２）を閉じ込める凹部（
８）を有するアルミナ等のセラミックキャップ（７）を
が載せられている。このセラミックキャップ（７）の凹
部周辺部には鉛ガラス等の低融点ガラス層（９）が形成
されている。

従ってセラミックベース（３）に半導体チップを置いて
セラミックキャップ（７）をのせて加熱するとセラミッ
クベース（３）とセラミックキャップ（７）とは低融点
ガラス層（４）　？　（９）でリード（５）を間に挾む
ようになってリードを固定し且つ相互に融着してセラミ
ックベース（３）とセラミックキャップ（７）が半導体
素子を内蔵して封止される。

ハ０発明が解決しようとする問題点 ところで、現在の半導体集積回路においては小型化、多
機能化の動向がちシ、上記のガラス−セラミック封止型
パッケージの半導体集積回路においてもその影響を受け
ている。

すなわち多機能化に応じて半導体集積回路チップが幾何
学的に大きくなシ、小型化を指向してパッケージ形態が
ＤＩＰ型（２方向外部リード）からＱｕａｄ型（４方向
リード）へ移行するとともに。

ガラス封止部の面積を小さくすることが望まれている。

ところが現在のガラス−セラミック封止型では上記の要
望と前述の信頼性及び価格と照らし合わせると、ガラス
封止部面積の減少に伴う封止性の劣化を防止するととも
に、Ｑｕａｄ型への対応を可能とする安価なリードフレ
ームの開発が強く望まれている。

本発明はこのような状況でガラス−セラミック封止型で
封止性の良好な、即ち低融点ガラスと密着性が良い安価
なリードフレームを提供することを目的とするものであ
る。

二０問題点を解決するための手段 本発明者らはガラス封止部面積が減少してもパッケージ
の封止性を十分確保でき且つＱｕａｄ型への対応が十分
に可能である安価な半導体装置用リードを得るべく鋭意
研究した結果、リードフレームのガラス封止部表面に特
定の条件のア、ＴＩ／ミニウム被覆層、すなわち第１に
格子定数、第２に結晶粒度、第３に結晶の配向性を適当
にする被覆ｍを形成することが重要であることを発見し
て本発明をなしたものである。

本発明は最近のＩＣ等の多機能化、小型化の動向に伴う
パッケージの形態の変遷に応したガラス−セラミック封
止型のガラス封止部の面積減少に十分対応し得るリード
フレームを開発することを意図するが、この目的はリー
ドフレームのガラス封止部の少なくとも片面に特定の条
件のアルミニウム被覆層をも′うけることによって達成
される。

本発明は無歪状態の純アルミニウムの格子定数ｄｏに対
しパッケージの熱封止と同じ熱履歴を施した後にアルミ
ニウム被覆層の格子定数をｄとするとｄ／ｄｏが１．０
００以下であるアルミニウム被覆層を少なくともパッケ
ージ封止部の片面にもうけたことを特徴とするリードフ
レームである。

さらに該アルミニウム被覆層の結晶粒径が１μｍ以下で
あシ、また該アルミニウム被覆層の結晶の（１１１）配
向性が８０％以上であることを特徴とするものである。

第１図は本発明のリードフレームを使用した半導体集積
回路のパッケージを示す断面図である。

即ちセラミックベース（３）に半導体チップ（１）ヲ入
れてリードフレームαυと電気接続して該リードフレー
ムをセラミックベース（３）とセラミックキャップ（７
）の低融点ガラス層で挾んで加熱融着して半導体チップ
（１）全封止する構造は従来と同じであるが、本発明に
おいてはリードフレームαηのガラス封止部（２）に相
当する部分の片面にｄ／ｄ□≦１．０００なる条件を満
足するアルミニウム被覆層０３が形成されている。この
図面ではアルミニウム被覆層（至）をガラス封止部（２
）の片面にのみもうけた場合を示したが、この被覆層を
両面に形成しても良いことは勿論である。

本発明者らはリードフレームの表面に多様な方法で多種
の条件のアルミニウム被覆層をもうけてガラス封着強度
、気密性について実験を行った。

その結果は次の第１表に示す通シであった。

第１表の結果から本発明において採用した純アルミニウ
ムより格子定数が小さい乃至は等しい（ｄ／ｄｏ≦１．
０００）アルミニウム被覆層は他の膜質のアルミニウム
被覆層に比し低融点ガラスに対し封着強度、気密性が著
しく優れていることが分かる。またこの条件が本発明に
おいて臨界的なものであることもわかる。

この原因を考えるに、ガラス封止された後のアルミニウ
ム被覆層には内部応力が残存するが、この残留応力は始
めにアルミニウム被覆層自体にあったものとガラス層の
融着によりガラスから拘束を受けて生じたものとの合算
である。ガラス封止後においてこの内部応力が大である
とＡＩ／ガラス界面の接着性が阻害され、アルミニウム
被覆層とガラス層間の封止性が悪化すると思われる。こ
のため封止性を改善するには上記内部応力を小さくする
必要がある。

一般に内部応力はＸ線回折法による格子定数の測定によ
って求めることができる。すなわち試料の格子定数’（
ｉ７ｄ、無歪状態の格子定数をｄｏとすると（ａ／ａｏ
−ｉ　）にヤング率を乗じポアソン比で除した値が内部
応力を示す。この場合にプラスは引張シ、マイナスは圧
縮応力を示す。第１表のｄ／ｄｏの値は’ｘｓ回折によ
シ求めたものである。

ところでガラス封止後のガラスの拘束によるアルミニウ
ム被覆層の内部応力はアルミニウム被覆層とガラスの熱
膨張係数αの差によって生ずるが、アルミニウム被覆層
のαはガラスのαよシ大きいので、ガラス封止温度の高
温（ガラスの軟化点は通常４００°Ｃであり、封止の際
の最高温度は約４５０℃である）で封着した後に冷却に
よってアルミニウム被覆層にはガラスの拘束による引張
り応力が生ずる。従って合算されたアルミニウム被覆層
内の内部応力を小さくするにはアルミニウム被覆層自体
が始めに有する内部応力が圧縮応力であることが必要と
なる。この始めの内部応力はガラス封止時の熱履歴によ
って変化すると思われるので、結局ガラス封止と同じ熱
履歴を施した後の内部応力が圧縮方向すなわちｄ／ｄｏ
≦１．０００であればガラス封止性が良好となるものと
推定される。

真空蒸着法による被覆層は一般に引張シの内部応力を有
するとされているが、イオンブレーティング法では条件
によシ、また機械的強加工（アルミニウム箔を張シ合わ
せて圧延その他の加工をする）とアルミニウム被覆層に
圧縮の内部応力を得ることができ、その場合にガラス封
止性に優れていることが第１表かられかる。

また第２図に示すようにアルミニウム被覆層ａ３は結晶
構造をしており、パッケージのガラス封止時のガラスと
アルミニウム被覆層との接合は同図に示すように低融点
ガラス（９）が主としてアルミニウム被覆層の結晶粒界
α→に浸透拡散する機構によって起こるので、パッケー
ジの封着強度はアルミニウム被覆層における結晶粒界の
存在比が高く微粒な結晶のアルミニウム被覆層となる程
ガラス封止性が高くなる。すなわち上記のようにアルミ
ニウム被覆層がｄ／ｄｏ≦ｉ、ｏｏｏの条件に加えて結
晶粒径が１μｍ以下であればガラス封止性はさらに改善
される。

更にはアルミニウム被覆層の結晶の（１１１）面への配
向性が高くなると膜厚方向の結晶粒界が多くなシ、特に
配向性が８０％以上となるとガラス成分の粒界への浸透
拡散が容易となるので、更にガラス封止性が向上する。

ホ、実施例 板厚が０．２５　ＩＩである４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金リー
ドフレーム基材を用いてガラス封止部の片面およびワイ
ヤボンディング部にイオンブレーティング法によりアル
ミニウム被覆層を形成したリードフレームを作製した。

所定の熱処理後このアルミニウム被覆層の性質を測定し
たところｄ／ｄｏ＝０．９９９７．結晶粒径０．６μｍ
であった。別に同質の基材を用いて同じ場所に真空蒸着
法によシアルミニウム被覆層をもうけたリードフレーム
を作製したところアルミニウム被覆層はｄ／ｄｏ＝１．
０００２．結晶粒径１．３μｍであった。

これらの２種類のリードフレームのワイヤボンディング
性は同等であった。そして２種類のり−ドフレームとア
ルミナ基材をｐｂｏ−Ｂ２０３系のガラス材によシ封止
を行い熱衝撃サイクル試験後、Ｈｅ　’）−クチストを
行ったところ、本発明品であるイオンブレーティング品
は全くリークが無かったが、本発明の範囲から外れる真
空蒸着品ではリークがあることが分かった。

尚以上の実施例ではイオンブレーティング法による場合
を示したが、機械的強加工による本発明の膜質の場合も
同様であることが分かった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のリードフレームを用いた半導体チップ
用パッケージの断面図、第２図は同じくガラス封止部の
拡大断面の様式図、第３図は従来のパッケージの部品配
置を示す分解斜視図、第４図はその断面図である。 （１）・・・半導体チップ、　（２）　ｊ　（８）・・
・凹部、（３）・・・セラミックベース、 （４）　ｓ　（９）・・・低融点ガラス層、（５）・・
・リード、（６）・・・ボンディングワイヤ、（７）・
・・セラミックキャップ、 αυ・・・リードフレーム、（２）・・・ガラス封止部
、（至）・・・アルミニウム被覆層。 α荀・・・結晶粒界、　　　αＧ・・・表面酸化層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体装置用リードフレームにおいて、パッケージ
   封止部の少なくとも片面にパッケージ封止熱履歴後の格
   子定数ｄが無歪状態の純アルミニウムの格子定数ｄ＿０
   （４．０４９Å）に対しｄ／ｄ＿０≦１．０００以下で
   あるアルミニウム被覆層をもうけたことを特徴とする半
   導体装置用リードフレーム。 ２、アルミニウム被覆層の結晶粒径が１μｍ以下である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体装
   置用リードフレーム。 ３、アルミニウム被覆層の結晶の膜厚方向への（１１１
   ）配向性が８０％以上であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項もしくは第２項記載の半導体装置用リード
   フレーム。