JPS63187658A - 半導体素子用パツケ−ジのリ−ドフレ−ム取付構造 - 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）技術分野 この発明は、高速に動作する半導体素子を組込むべきパ
ッケージに於けるリードフレームの取付構造に関する。

ここで、高速動作というのは、数Ｉ　ＱＱ　Ｍｌ）　／
　Ｓ以上の高速デジタル信号を処理する事、又はｓｏｏ
　ＭＩｊｚ　　以上の高周波域でアナログ動作する事を
いう。

半導体素子の遅延時間は、素子チップ内のゲー！・遅延
時間とパッケージによる遅延時間の和になる。

いかに素子チップ自体が優れていたとしても、パッケー
ジに於ける信号の遅延、減衰が大きければ、なんにもな
らない。

高速性を要求される半導体素子の場合、パッケージの中
の導体が、高周波伝送路として最適のものでなければな
らない。すなわち、特性インピーダンスが一定の伝送路
でなければならない。

ここで特性インピーダンスは、伝送路の単位長さ当りの
自己誘導りを容量Ｃで割ったものの平方根Ｖ′「アテ−
とじて与えられる。

低周波信号の場合、このような事は問題（こならなかっ
た。

第４図はプラスチックパッケージの縦断面図である。こ
れは汎用性の高いパッケージである。安価であって、半
導体素子チップのマウントも容易である。リードフレー
ムと半導体素子チップのパッドとは直接に金線でボンデ
ィングしである。信号数が多い場合リードフレームの個
数が増えるが、ワイヤも長くなるから、高速の素子用に
は使えない。熱放散性も悪い。

第５図はセラミック板を使い熱放散性を改良したサーデ
イプ（ＣＥＲＩ）ＩＰ　）の縦断面図である。

これは材質がセラミックになっただけで、高速素子用と
いう点では未だ問題がある。

第６図はセラミック板をいくつか積層したＭ　ＬＣＰ　
（Ｍｕｌｔｉ　Ｌａｍ１ｎａｔｅ　Ｃｅｒａｍｉｃ　Ｐ
ａｃｋａｇｅ　）の縦断面図である。これは、１枚のセ
ラミック板の上に、多数のメタライズ配線を放射状に設
けている。

メタライズ配線というのは、セラミックの上にタングス
テン〜Ｖとその表面１こ金Ａｕを被覆したものである。

厚膜法又は薄膜法によって形成できる。

メタライズ配線と半導体素子チップのバットはＡｕ線に
よりワイヤボンドされる。メタライズ配線の外端はリー
ドフレームにろう付けされる。

メタライズ配線によって、半導体素子チップとリードフ
レームとが仲介される事になる。

このため、ピン数が大きくなっても、パッケージが大き
くなることを防ぐことができる。大きなＬを持つワイヤ
を短かくシ、信号の減衰を抑える事ができる。

このように、メタライズ配線を設けることによる利益が
ある。

イ）従来技術 メタライズ配線といっても、電力供給用のものと、信号
の入出力用のものとがある。

いずれにしても、リードフレームをメタライズ配線の外
端にろう付けする。この場合、強固に固着しなければな
らない、という事はもちろんである。機械的強度がなけ
れば、リードフレームが外れてしまって使いものになら
ない。

メタライズ配線のリードフレーム取付構造に於て、信号
入出力用の場合は、もうひとつの問題がある。メタライ
ズ・リードフレームの接合部に於て、信号の反射が少い
、という事である。

高周波信号の伝送路に於て、特性インピーダンスが一定
である場合、信号は減衰せずに進行できる。しかし、途
中で特性インピーダンスが変化すると、信号の一部が反
射される。このため、信号のパワーが急速に減衰する。

インピーダンスが所定の特性インピーダンスから喰い違
う事をインピーダンス不整合という。

インピーダンスを接続部に於ても同一に保つか、はぼ同
一に保つ、という必要がある。これをインピーダンス整
合の要求という事にする。

インピーダンス整合の要求と、機械的強度の要求は、互
に矛盾する事が多い。

メタライズ配線、リードフレームの接続部について説明
する。

第７図、第８図は従来例Ｉを示す斜視図と縦断面図であ
る。

第１セラミツク板１の上に幅Ｕの信号用メタライズ配線
３が形成されている。第２セラミツク板。

２がその上に積層されている。メタライズ配線３の特性
インピーダンスは、線幅Ｕ１厚みＤｌ及びメクラ・ｒズ
配線３の上、又は下、或は上下両方にあるクランド面と
の距離Ｔによって決まる。

特性インピーダンスを一定にするために、幅Ｕは一定で
なければならない。

たとえば、セラミック板が、比誘電率９．１のＡＩ！２
０ｚである場合、グランド面が上下０．３　ｒｒｒｍに
あるとして、線幅Ｕニー１２祁のときに特性インピーダ
ンスが５０Ωになる。

””０．１２＋＋ｒｍ　というのは、かなり細い配線で
ある。

モチ口ん、インピーダンスはＶ〆πアでて与えられるか
ら、線幅Ｕを広くする事はできる。線幅Ｕを広くすると
、Ｌが減り、Ｃをその分だけ減らせばよい。つまり、セ
ラミック厚みＴを増やせばよいＱ このよう１こ、線幅Ｕには、ある程度の設計の自由度が
ある。しかし、線幅Ｕが太きいと、狭いセラミック面に
形成できるメタライズ配線の数が少なくなる。したがっ
て線幅Ｕは、一般には細い方が望ましい。

すると、このままの幅ではリードフレーム４をとりつけ
る事ができない。そこで、メタライズ配線の終端は、面
積の広いバッド７とならざるを得ない。バッド７の幅ｘ
１長さｙはかなり大きい。

これは、リードフレーム４のろうづけのために必要であ
る。たとえば、幅Ｘは０．５胴とする。長さｙは、例え
ば０．７間とする。

第２の従来例を、第９図と第１０図によって説明する。

セラミック板の上に、幅Ｕのメタライズ面線３に続いて
、面積の広いバッド７を形成する点は同じである。リー
ドフレーム４をより強固にろう付けするため、セラミッ
ク板の端面に、サイトメタライズ面６を設けている。銀
ろうは、リードフレーム４を、水平のバット′７と、垂
直面であるサイトメタライズ面６とに固定する。リード
フレームの支持長さが増えるから、接続強度が増加する
。

第３の従来例を、第１１図と第１２図によって説明する
。

第１セラミツク板１、第２セラミツク板２の外面を面一
（つらいち）にしている。セラミック板１．２の端面（
こ、垂直のメタライズ面６を設ける。

このサイトメタライズ面６は、メタライズ面′ｆ９３に
接続されている。しかも、このサイトメタライズ面６は
上下のセラミック板１，２の端面にまたがって形成され
ている。

リードフレーム４の先端は９０°に折曲げた折曲部１６
となっている。折曲部１６がす・イトメタライズ面６に
ろう付けされる。

メタライズ面線３は、端面まて、全長にわたって、同一
の線幅Ｕであることができる。

このようなリードフレーム取付構造は、例えば、特開昭
５７−２１８４６（Ｓ５７．２．４公開）に於て提案さ
れている。

（１″））発明が解決しようとする間届点先に説明した
従来の、イクライズ配線、リードフレームの接続構造に
は、次のような難点があった。

第７図、第８図で示される従来例Ｉは、リードフレーム
を取付けるため、幅の広いバットを必要とする。強度を
得るため、長さｙも大きい。インピーダンスは線幅によ
って決まる。Ｕの幅で特性インピーダンスが５０Ωとし
であるとすれば、Ｘの幅では、５０Ωからはずれてくる
。容量Ｃが増え、Ｌが減るからである。

インピーダンス不整合を生じ、ここで、高周波信号は反
射される。

第９図、第１０図で示される従来例■は、す・ｒドメタ
ライズ面６があり、これがリードフレーＩ、の固定を助
ける。このためバッド７を、Ｉの場合より小さくする事
ができる。しかし、サイＩ・メタライズ面６が、無終端
スタブとなり、高周波信号の一部が分岐し、反射する。

このため、信号伝送に於て、重大な問題を生じる。

第１１図、第１２図に示す従来例■は、Ｍ１例と同じく
、無終端スタブの問題がある。信号の一部がサイトメタ
ライズ面６の方向へ分岐し、面の端で一部が反射されて
帰ってくる。

さらに、リードフレームの先端を曲げる必要がある。こ
のため金型費用が必要であるなどコストの点でも問題が
あった。

体）　　　目　　　　　　　　的 半導体素子チップのパッケージのメタライズ面線とＩＪ
−）’フレームの接続１１４造に於て、接続の機械的強
度が十分であって、インピーダンス不整合の問題の生じ
ない接続構造を提供することが本発明の目的である。

し・ｎ構　成 本発明に於ては、メタライズ面線の幅Ｕと、１１−［・
フレームの幅〜Ｖを同一とする。また、リードフレーム
をとりつけるセラミツ、′７板の直上のセラミック板に
幅Ｗのくしの歯状切込みを入れておき、切込みの内側壁
にメタライズ面を設ける。リードフレームは下面と両側
面の３面によってろう付は固定される。

以下、図面（こよって説明する。

第１図は本発明のリードフレーム取付構造の分解斜視図
である。

第２図はリードフレームを取付けた状態の透視斜視図で
ある。

第１セラミツク板１には、同一の線幅Ｕのメタライズ配
線３が形成されている。これは外端部の幅Ｘに至るまで
同一である。パッドの部分だけ、拡張しているという事
がない。

ｘ二〇　　　　　　　　　　　　　（１）である。第２
セラミツク板２が、第１セラミツク板１の上に積層され
るものとする。

第２セラミツク板２の端辺には、上下方向にくしの歯状
切込み８が、リードフレームの数だけ切欠いである。

この切込み８は、３つの鉛直壁からなっている〇端面（
こ直角な鉛直壁である内側壁１０．１０と、端面に平行
で内側壁１０．１０に直角な内奥壁１１である。

この切込み８の幅Ｑは、メタライズ配線の幅Ｕにほぼ等
しい。さらに、幅Ｑは、リードフレーム４の幅Ｗにもほ
ぼ等しい。

つまり、リードフレームの幅Ｗは、従来のものよりも細
くなっており、メタライズ配線３の幅にほぼ等しいので
ある。このように、ＷとＵとがほぼ等しいから、この部
分での特性インピーダンスの変動が少なくなる。インピ
ーダンスが整合するので、ここで反射が殆ど生じない。

接続強度を増すため、リードフレームの先端は３面又は
４面に於て、ろう付けされる。

このためくしの歯状切込み８の内側壁１０の下方ζこは
、高さｋの側面メタライズ１３．１３が形成されている
。さら１こ内奥壁１１の下方にも、同じ高さＲの内奥メ
タライズ１４が形成されている。

メタライズ１３．１４の高さ又は、リードフレームの高
さＰにほぼ等しい。

すなわち、くシの歯状切込み８とメタライズ配ＩＬ’Ｊ
−トフレームの寸法の間に Ｕ≧Ｗ主Ｑ（２） 及び Ｒ≧Ｐ（３） という関係がある。

リードフレーム４を取付ける場合は、第２セラミツク板
２を第１セラミツク板１に積層し、銀ろうにより、リー
ドフレーム４の先端を、メタライズ配線３、側面メタラ
イズ１３，１３、内奥メタライズ１４の４面によって固
定する。

ろう付けされるのは、第２図に示すように４面になる。

場合によっては、内奥メタライズ１４を省くこともてき
る。この場合は３面ζこよる接着ということになる。

このような接合は、リードフレームが細くて、（Ｗ主Ｕ
）、メタライズ配線と同幅であるから、インピーダンス
不整合の問題を克服する事ができる０ また、細幅の面、Ｗ　、Ｕだけのろう付けでは、接続強
度がとても足りないが、この他に、２側面又は２側面と
端面でのろう付けを行なうから、３面又は４面の立体的
な接続構造となる。このため、接続強度の点でも十分で
ある。

第３図は、このようなリードフレーム接続構造をもつ集
積回路パッケージの一例を示す斜視図である。

第１セラミツク板１、第２セラミツク板２は、正方形の
セラミック板であって、中央に正方形の開口２１．２２
を有する。

第１セラミツク板１の上面はメタライズ配線面１９とな
っている。この面には、中央開口２１から、外縁に至る
、数多くのメタライズ配線３，３゜・・・・・・が形成
しである。信号用の配線もあれば、電源用の配線も含ま
れる。

第２セラミツク板２の外縁には、多数のくしの歯状切込
み８，８．・・・・・・が四辺に切り欠かれている。す
てに述べたように、この切込み８の幅Ｑは、メタライズ
配線の幅Ｕ１リードフレームの幅Ｗにほぼ等しい。

第２セラミツク板２を、このようにくしの歯状に加工し
た後、くシの歯状切込み８に、メタライズ加工を施す。

そして、側面メタライズ１３、内奥メタライズ１４を設
けている。

第２セラミツク板２を、第１セラミツク板１の上に積層
し焼成する。くしの歯状切込み８がメタライズ配線３の
外端と合致する。

そこで、リードフレーム４を、クシの歯状切込み８の空
間へ入れて銀ろうで接着する。

第１セラミツク板１の下にはさらに、盲板である底板１
５が積層されている。

底板１５と第１開口２１で囲まれるキャビティ５に、半
導体素子チップをチップボンドするのである。半導体素
子チップのポンディングパッドと、メタライズ配線３の
内端部とをワイヤによって接続する。

半導体素子チップの取付け、ワイヤボンディングなどが
終る吉、さらに、第２セラミツク板２の上に蓋板を載せ
て封止する。

力）作　用 セラミック板の上に形成されたメタライズ配線とリード
フレームの接合点に於て、接合点の機緘的強度は十分に
ある。リードフレーム先端の３面又は４面がメタライズ
面に固定されるからである。

また、メタライズ配線の幅Ｕは一定で、パッド部も幅Ｕ
より広くなるという事はない。Ｌ、Ｃを一定に保ち、イ
ンピーダンス不整合の難問を解決する事ができる。

（＋）実施例 従来例１．ｎ、Ｈの構造と、本願のリードフレーム取付
構造（皿とする）について、下のような寸法の試料を作
製し、引張り強度と反射波の強度とを測定した。

いずれも、比誘電率が９．１のＡ、Ｊ２０３基板の上に
、幅Ｕが０．１２ｍｍのタングステンＷメタライズを５
目の長さに形成した。全長５加というのは拡大部の長さ
も（１，Ｉ）含めたものである。

このＡＪｚ０３基板の裏面には全体にメタライズ層が形
成してあって、これをグランド面とする。グランド面と
メタライズ線の間に生ずるり、Ｃの値を調節し、特性イ
ンピーダンスを５００にしである。

試料１〜皿について条件を説明する。この内１〜■は第
７図〜第１２図によって示された従来例に対応している
。

試料Ｉ・・・・・・端部メタライズ線の幅を、０．７ｍ
の長さにわたって、０．５ｍｍに太くした。（つまり、
第７図で、Ｘ　＝　０．５酎、γ＝０．７　Ｍである。

） 幅０．４間、厚み０．１０關のコバールリードフレーム
を銀ろうによってパッ ド部に接合した。（従来例Ｉ） 試料■・・・・・端部のメタライズ線の幅を帆６ｒｒｒ
１ｎの長さにわたって、０．４５ｍｍに太くした。

さらに、側面に幅０．４５關、長さ０．５ｍｍのサイド
メタライズを設けた。（第９図でＸ”　０−４５　ｍｍ
　、　ｙ二０．６＋ｏ＋、ｕ＝０．４５泪、ｚ　＝　０
．５　ｍｍ　）幅０．４ｍｍ１厚みｏ、ｉ０瑞のコバー
ルリードフレームを銀ろうにより図のよ うに固定した。（従来例■） 試料■・・・・・・メタライズ配線の上下をＡＩ！２ｏ
３の基板ではさみ、端面に鉛直方向の０．５ｗＸ０．５
　ｒａｎのメタライズ面を形成した（第１１図でｘ　＝
　０．５　ｍｍ、　ｚ　＝　０．５　ｍｎ　）。

幅部４闘、厚み０．１０調のリードフ レームの先端帆３＋＋＋ｍを９０’折り曲げた形状のリ
ードフレームを銀ろうによっ てメタライズ面に＠着した。（従来例 ■） 試料皿・・・・・・基板の上に、もうひとつのｋ１２０
３を積層することとする。この板厚は、帆３０間（Ｇ）
である。切込みの幅Ｑ　＝０．１２門、奥行きＺ＝０．
７ｍである切込みを設けである。切込みをメタライズ線
に 一致させる。切込みの側面、地面には メタライズ面が形成しである。

幅部１２ｍｍ、厚み０．１０Ｗｍのコバールリードフレ
ームを、切込みへ銀ろうに よって接合した。第１図、第２図（こ示すとおりである
。（本発明） これら４つの試料について、リードフレームを９０’折
曲げた後の引張り強度と、反射電圧比を測定した。

反射電圧比の測定条件は次のよってある。

立上り時間５Ｑ　ｐｓｅｃ　１繰返し周波数５００　Ｍ
Ｈｚ　。

立下り時間５Ｑ　ｐｓｃｃ　、デユーティ比５０夕ざ、
振幅２５ＱｍＶのパルスを入力した。そして、反射波の
ピーク電圧を測定した。

そして、反射波電圧と入力電圧の比を求めて、ｃｌＢ表
示にした。

引張り強度、反射の実験は、Ｉ−皿のいずれについても
、各１０個のサンプルについて行ない、１０個について
平均したものである。

これらの実験結果を第１表に示す。

第１表　　リードフレーム取付構造の異なる試料１〜皿
の引張り強度、反射電圧測定結果 この結果から、本発明のリードフレーム取付構造に於て
は、入力信号の接続部に於（・する反射が殆どないとい
う事が分る。−３Ｑ　ｄＢより少いのであるから、殆ど
ないといってらよい。

従来、最も一般に使われていたＩの構造より、−１５ｄ
Ｂも小さいのである。つまり、入力信号はＩＪ　−１−
フレームからメタライズ配線へ無反射で入ってゆくこと
ができる。出力信号はメタライズ配線から、リードフレ
ームへ無反射で出力される。

このように、インピーダンス不整合の問題を克服でき、
しかも、引張り強度は従来のものと同等である。

（ン）効　果 この発明による、半導体素子用バッフｒ−ジに於けるリ
ードフレーム接続構造は、特性インピーダンス不整合の
問題を殆ど生じない。

このため、高速処理用の半導体素子又；は高周波領域で
動作する半導体素子のパッケージのリードフレーム接続
構造さして最適である。しかも、接続の機械的強度は従
来のものと変わらないから、従来の構造を直ちに置換す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のリードフレーム接続構造を説明するた
めのパッケージの一部拡大分解斜視図。 第２図は本発明のリードフレーム接続構造の透視斜視図
。 第３図は本発明のリードフレーム接続構造を有するセラ
ミックパッケージの一例を示す斜視図。 第４図は従来例にかかるプラスチック（ＤＩＰ）パッケ
ージの縦断面図。 第５図は従来例にかかるサーディツプ（ＣＥＲＤＩＩ’
）の縦断面図。 第６図は従来例にかかるセラミック多層パッケージ（Ｍ
　Ｌ　ＣＰ　）の縦断面図。 第７図はメタライズ配線とリードフレームの接続構造に
ついて従来例Ｉを示す斜視図。 第８図は同じ〈従来例Ｉの縦断面図。 第９図はメタライズ配線とリードフレームの接続＋ｎ造
について従来例■を示す斜視図。 第１０図は同じ〈従来例■の縦断面図。 第１１図はメタライズ配線とリードフレ・−ムの接続構
造について従来例ｍを示す斜視図。 第１２図は同じ〈従来例■を示す縦断面図。 １・・・・・・第１セラミツク板 ２・・・・・・第２セラミツク板 ３・・・・・・メタライズ配線 ４・・・・・・リードフレーム ５・・・・・・キャビティ ６・・・・・・サイドメタライズ ７・・・・・・パ　ッ　ド ８・・・・・・くしの歯状切込み １０・・・・・・内側壁 １１・・・・・・内　奥　壁 １３・・・・・・側面メタライズ １４・・・・・・内奥メタライズ 発　　明　　者　　　　　　　　白　　石　　順　　−
後　　藤　　智　　司 小笠伸夫

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 盲板である底板と、底板の上に積層され中央に開口を有
   し少なくとも１板には上面にメタライズ配線を有する複
   数枚のセラミック板と、各メタライズ配線の外縁端部に
   接続されたリードフレームとよりなり、中央の開口には
   半導体素子チップを収容するようにした半導体素子用パ
   ッケージに於て、メタライズ配線の線幅は外縁のリード
   フレーム接続端に至るまで同一とし、メタライズ配線の
   位置に合致し、内側面又は内側面と内奥面とにメタライ
   ズを形成したくしの歯状切込みを有するセラミック板が
   前記メタライズ配線を有するセラミック板に積層されて
   おり、メタライズ配線の線幅にほぼ等しい幅を有するリ
   ードフレームの先端を、前記くしの歯状切込みに於て、
   メタライズ配線と側面メタライズ、又はメタライズ配線
   、側面メタライズと内奥メタライズにろう付けした事を
   特徴とする半導体素子用パッケージのリードフレーム取
   付構造。