JP2004281510A

JP2004281510A - 樹脂封止型電子装置

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Publication number: JP2004281510A
Application number: JP2003067929A
Authority: JP
Inventors: Hisanori Takenaka; 久宜竹中; Takeshi Ishikawa; 岳史石川; Takashi Nagasaka; 崇長坂
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-03-13
Filing date: 2003-03-13
Publication date: 2004-10-07
Anticipated expiration: 2023-03-13
Also published as: JP4045985B2

Abstract

【課題】半導体チップとリードフレームとをボンディングワイヤにて結線し、これらを樹脂にて包み込むように封止してなる樹脂封止型電子装置において、リフロー時におけるインナーリードの先端部での樹脂の剥離を防止する。
【解決手段】樹脂封止型電子装置としてのＱＦＰ（クワッドフラットパッケージ）１００は、半導体チップ１０と、半導体チップ１０を包み込むように封止する樹脂部材２０と、樹脂部材２０の外部から内部へ入り込んで延びるリードフレーム３０と、樹脂部材２０の内部にて半導体チップ１０とリードフレーム３０のインナーリード３１とを結線するボンディングワイヤ４０とを備えており、インナーリード３１においては、ワイヤ４０と接続される部位の最表面に、ワイヤ４０との接合性を確保するためのメッキ層５０が形成されるとともに、メッキ層５０よりも先端部側の部位の最表面にはメッキ層５０が形成されていない。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品とリードフレームとをボンディングワイヤにて結線し、これらを樹脂部材によって包み込むように封止してなる樹脂封止型電子装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、この種の樹脂封止型電子装置を表面実装用パッケージとして用い、これを基板上にはんだを介してリフロー実装することは、低コストで実装できるため、非常に広く行われている。しかしながら、この実装方法は、はんだのリフロー時に高温となるためパッケージに対して非常に熱ストレスが大きく、信頼性に影響を与える場合があった。
【０００３】
特に最近では、さらに高温のリフロー温度を要する鉛フリーはんだ、すなわちＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだ等のより融点の高いはんだによる表面実装が始まり、熱ストレスがさらに大きくなる傾向にある。
【０００４】
この熱ストレスによる劣化は、リードフレームと樹脂部材とが熱応力や水蒸気圧により剥離して発生する。ここで、水蒸気圧とは、吸湿した樹脂部材中の水分がリフロー時の高温により蒸発するときの圧力である。
【０００５】
このようなリードフレームと樹脂部材との剥離を抑制するために、従来では、リードフレームの吊りリードに樹脂部材との密着性を阻害する被膜を設けることにより、当該被膜部分にて積極的に剥離を生じさせ、樹脂部材中の水分を水蒸気として排出するようにした手法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００６】
また、リードフレームの一面を無機物の薄膜にて被覆することにより、この薄膜部分と樹脂部材との密着性を強固なものとし、リードフレームと樹脂部材との剥離を抑制するようにした手法が提案されている（特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特許第２８４５６００号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開平６−１３５１６号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した各手法では、リードフレームと樹脂部材との剥離は抑制できるものの、その剥離を抑制するために、上記被膜や薄膜をリードフレームに別途形成する必要がある。そのため、製造に手間がかかる等、コストの増大につながる。
【００１０】
このようなリードフレームと樹脂部材の剥離の問題について、本発明者等は検討を行った。この検討について、図５にしたがって説明する。図５は、従来の典型的な樹脂封止型電子装置としての樹脂モールドＱＦＰ（クワッドフラットパッケージ）の透視図である。
【００１１】
このＱＦＰは、電子部品としての半導体チップ１０と、半導体チップ１０を包み込むように封止する樹脂部材２０と、樹脂部材２０の外部から内部へ入り込んで延びるリードフレーム３０と、樹脂部材２０の内部にて半導体チップ１０とリードフレーム３０のインナーリード３１とを結線し電気的に接続するボンディングワイヤ４０とを備える。なお、図５中、樹脂部材２０はその外形を二点鎖線にて示している。
【００１２】
また、インナーリード３１におけるボンディングワイヤ４０の接続部すなわちインナーリード３１の先端部の表面には、図５中にて点ハッチングとして示すように、ボンディングワイヤ３１との接合性を確保するためのメッキ層５０が形成されている。このメッキ層５０は、通常、例えばＡｇメッキ等の貴金属メッキよりなるものである。
【００１３】
このようなＱＦＰを基板上にリフロー実装することによって、図６に示すように、インナーリード３１と樹脂部材２０との間が剥離した。この剥離部Ｋ１は、図６中の斜線ハッチングで示す。このように、リードフレーム３０と樹脂部材２０との剥離は、リフロー時に応力が集中するインナーリード３１の先端部から発生することを確認した。
【００１４】
そこで、リードフレームと樹脂部材との剥離を抑制するには、このインナーリード３１の先端部での樹脂の剥離を抑制する必要があるが、上述したように、インナーリード３１の先端部の表面には、ボンディングワイヤ４０の接合性を確保するためのメッキ層５０が形成されている。
【００１５】
このメッキ層５０は、上述したように貴金属からなるが、一般に貴金属に対して樹脂の密着力は小さい。そのため、リフロー時にインナーリード３１の先端部に応力が集中すると、当該先端部から容易に樹脂が剥離する。そして、ある程度の大きさの剥離が発生すると、この剥離がワイヤボンド部まで進行するため、信頼性を低下させることになる。
【００１６】
本発明は上記問題に鑑み、電子部品とリードフレームとをボンディングワイヤにて結線し、これらを樹脂部材にて包み込むように封止してなる樹脂封止型電子装置において、リフロー時におけるインナーリードの先端部での樹脂の剥離を防止することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、電子部品（１０）と、電子部品を包み込むように封止する樹脂部材（２０）と、樹脂部材の外部から内部へ入り込んで延びるリードフレーム（３０）と、樹脂部材の内部にて電子部品とリードフレーム（３０）のインナーリード（３１）とを結線し電気的に接続するボンディングワイヤ（４０）とを備える樹脂封止型電子装置において、インナーリード（３１）においては、ボンディングワイヤ（４０）と接続される部位の最表面に、ボンディングワイヤ（４０）との接合性を確保するためのメッキ層（５０）が形成されるとともに、メッキ層（５０）よりもインナーリード（３１）の先端部側の部位の最表面には、メッキ層（５０）が形成されていないことを特徴とする。
【００１８】
それによれば、インナーリード（３１）の最表面において、実質的にボンディングワイヤ（４０）との接続部のみにメッキ層（５０）が存在した形となる。そして、インナーリード（３１）において当該メッキ層（５０）よりも先端部側の部位（５１）の最表面には、樹脂との密着性の劣るメッキ層（５０）が存在しない。
【００１９】
そのため、インナーリード（３１）とボンディングワイヤ（４０）との接合性を確保できるとともに、ボンディングワイヤ（４０）の接続部よりも先端部側のインナーリード（３１）の部分では、リードフレーム（３０）と樹脂部材（２０）との密着性を確保することができる。よって、本発明の樹脂封止型電子装置によれば、リフロー時におけるインナーリードの先端部での樹脂の剥離を防止することができる。
【００２０】
請求項２に記載の発明では、メッキ層（５０）は貴金属メッキよりなることを特徴とする。請求項１に記載の樹脂封止型電子装置におけるメッキ層（５０）は貴金属メッキより構成できる。
【００２１】
請求項３に記載の発明では、貴金属メッキはＡｇメッキであることを特徴とする。請求項２に記載の樹脂封止型電子装置における貴金属メッキとしてはＡｇメッキを採用できる。
【００２２】
請求項４に記載の発明では、樹脂部材（２０）はエポキシ系樹脂よりなることを特徴とする。請求項１〜請求項３に記載の樹脂封止型電子装置における樹脂部材（２０）としてはエポキシ系樹脂よりなるものを採用できる。
【００２３】
請求項５に記載の発明では、リードフレーム（３０）はＣｕ合金もしくはＮｉを含む合金よりなることを特徴とする。請求項１〜請求項４に記載の樹脂封止型電子装置におけるリードフレーム（３０）としては、Ｃｕ合金もしくはＮｉを含む合金よりなるものを採用できる。
【００２４】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図１は本発明の実施形態に係る樹脂封止型電子装置としての樹脂モールドＱＦＰ１００の樹脂部材２０を透過してみた概略平面構成を示す図である。なお、図１中、樹脂部材２０は二点鎖線にて示してあり、また、メッキ層５０の表面には、識別のため便宜上、ハッチングが施してある。
【００２６】
このＱＦＰ１００は、電子部品としての半導体チップ１０と、半導体チップ１０電子部品を包み込むように封止する樹脂部材２０と、樹脂部材２０の外部から内部へ入り込んで延びるリードフレーム３０と、樹脂部材２０の内部にて半導体チップ１０とリードフレーム３０のインナーリード３１とを結線し電気的に接続するボンディングワイヤ４０とを備える。
【００２７】
半導体チップ１０は、ＩＣチップを構成する通常の半導体チップとすることができ、リードフレーム３０のアイランド３０ａに接着剤等を介して搭載されている。樹脂部材２０は、例えば耐リフロー性の良いフィラー量の多い熱膨張係数の小さいものであり、エポキシ系樹脂等にガラスフィラーを含有させたモールド樹脂を用いることができる。
【００２８】
個々のリードフレーム３０は、Ｃｕ合金もしくはＮｉを含む合金等を用いた細長板状のものにできる。このようなリードフレーム３０の素材としては、Ｃｕや４２アロイ等、さらにはＣｕを基材としてその表面にＮｉメッキを施したものを用いることができる。なお、これら樹脂部材２０およびリードフレーム３０の素材は、互いの密着性に優れたものとして樹脂封止型電子装置に通常使用されるものである。
【００２９】
そして、リードフレーム３０のうち樹脂部材２０に埋設された部分がインナーリード３１であり、樹脂部材２０から突出している部分がアウターリード３２である。図示しないが、ＱＦＰ１００は、このアウターリード３２においてはんだを介して基板上にリフロー実装される。
【００３０】
ボンディングワイヤ４０は、金やアルミ等のワイヤボンディングにより形成されたものである。このようなＱＦＰ１００においては、半導体チップ１０と外部との信号のやりとりはリードフレーム３０、ボンディングワイヤ４０を介して行われる。そして、樹脂部材２０によって半導体チップ１０や電気接続部の保護がなされている。
【００３１】
ここにおいて、インナーリード３１においては、ボンディングワイヤ４０と接続される部位の最表面に、ボンディングワイヤ４０との接合性を確保するためのメッキ層５０が形成されている。このメッキ層５０としては、通常の樹脂封止型電子装置においてワイヤボンド接合性を確保するのに好適なＡｇメッキ等の貴金属メッキ等を採用することができる。
【００３２】
それとともに、メッキ層５０よりもインナーリード３１の先端部側の部位の最表面には、メッキ層５０が形成されていない。図１には、この先端部側におけるメッキ層５０が形成されていない領域は、非メッキ形成部５１として示されている。
【００３３】
それによれば、インナーリード３１の最表面において、実質的にボンディングワイヤ４０との接続部のみにメッキ層５０が存在した形となる。そのため、インナーリード３１においてメッキ層５０よりも先端部側の部位すなわち非メッキ形成部５１の最表面は、樹脂部材２０との密着性の劣るメッキ層５０が存在しない。そして、非メッキ形成部５１の最表面は、樹脂との密着性に優れたリードフレーム３０の素材により構成されることになる。
【００３４】
つまり、本実施形態では、インナーリード３１には、ボンディングワイヤ４０と接続される第１の領域とこの第１の領域からインナーリード３１の先端部までの第２の領域（つまり非メッキ形成部５１）とが形成され、第１の領域にはワイヤボンド接合性を確保するためのメッキ層５０が形成され、第２の領域にはメッキ層５０が形成されないことにより、第２の領域の方が第１の領域よりも樹脂部材２０との密着性に優れたものとなっている。
【００３５】
そのため、インナーリード３１とボンディングワイヤ４０との接合性を確保できるとともに、ボンディングワイヤ４０の接続部よりも先端部側のインナーリード３１の部分では、リードフレーム３０と樹脂部材２０との密着性を確保することができる。
【００３６】
よって、本実施形態によれば、このＱＦＰ１００をアウターリード３２を介して図示しない基板等にはんだを用いてリフロー実装するにあたって、そのリフロー時におけるインナーリード３１の先端部での樹脂の剥離を防止することができる。
【００３７】
ここで、メッキ層５０の形成方法は、マスキングによって選択的に電気メッキや無電解メッキ等のメッキを行う通常のメッキ方法により、リードフレーム３０の表面に選択的に形成することが可能である。マスクとしては、通常行われる部分メッキと同様にゴム等のマスクを利用することができ、また、高精度な形成が必要な場合には、レジストを用いてマスキングを行ってもよい。
【００３８】
そして、このようなメッキ層５０が形成されたリードフレーム３０に対しては、半導体チップ１０を搭載し、ワイヤボンディングを行って、リードフレーム３０と半導体チップ１０とをボンディングワイヤ４０にて結線する。その後、このものを成形型に投入し、樹脂部材２０による封止を行う。このようにして、上記図１に示すＱＦＰ１００ができあがる。
【００３９】
以下、本実施形態の種々の変形例を示しておく。まず、メッキ層５０の形成方法については、上記したマスクを用いた選択メッキの他に、次に述べるような方法を用いてもよい。
【００４０】
Ａｇ等の貴金属粉末を含むペーストを用い、このペーストをインクジェット方式にて、リードフレーム３０の必要な部分のみに塗布し、その後焼き付け等を行ってメッキ層５０を形成する方法。または、リードフレーム３０をメッキ液中に浸漬しておき、そこへレーザを照射し、このレーザによる描画を行って必要な部分のみに表面処理を行い、メッキ層５０を析出あるいは溶着させる方法。
【００４１】
また、メッキ層５０のパターンは、上記図１に示すような平面矩形のパターン以外にも、例えば図２（ａ）、（ｂ）に示すような平面円形のパターンであってもよい。このような円形状のメッキ層５０とすることにより、メッキ層５０にかかる応力を分散することが可能になり、好ましい。
【００４２】
また、一つのリードフレーム３０（インナーリード３１）に複数本のボンディングワイヤ４０を結線する場合がある。そのような場合において、上記図２に示した円形状のメッキ層５０を用いたとき、ボンディングに要するメッキ層５０の面積が不十分となることがある。
【００４３】
このような問題の発生を防止するためには、特に、図２（ｂ）に示すように、結線されるボンディングワイヤの本数分に対応して、円形状のメッキ層５０を複数個（図示例では２個）設けるようにすればよい。
【００４４】
このように、小面積のメッキ層５０を複数個設けることによって、単一の大面積のメッキ層５０を設ける場合に比べて、メッキ層５０の存在しない部分の面積を多くとることができ、リードフレームと樹脂との密着力の向上が図れる。また、メッキ層５０の応力の緩和も期待できる。
【００４５】
また、本実施形態に係る樹脂封止型電子装置においては、図３に示すように、半導体チップ１０とリードフレーム３０（つまりインナーリード３１）とが重なり合って配置されているタイプ、いわゆるチップオンリード（ＬＯＣ）型のものを用いてもよい。
【００４６】
このＬＯＣ型の構成では、半導体チップ１０に重なっているインナーリード３１は、半導体チップ１０に対して図示しないポリイミド等よりなる両面粘着テープ等を用いて固定されている。
【００４７】
そして、この場合、メッキ層５０は、インナーリード３１の先端側を避けるとともに、さらに、半導体チップ１０の端部１１に位置するインナーリード３１の部分の最表面も避けた形で形成されている。それにより、半導体チップ１０の端部１１に加わる応力によるリードフレーム３０と樹脂との剥離を避けるようにしている。
【００４８】
また、本実施形態では、インナーリード３１におけるボンディングワイヤ４０と接続される部位および当該部位よりも先端部の形状を図４（ａ）、（ｂ）に示すように変形させ、樹脂部材２０に対するアンカー効果を高めた形状としてもよい。
【００４９】
図４（ａ）に示す形状例では、インナーリード３１において樹脂との密着性が比較的弱いメッキ層５０が形成されている部位を、他の部位よりも出っ張った形状を有する出っ張り部３１ａとして樹脂との密着面積を大きくすることにより、アンカー効果を大きくしている。
【００５０】
また、図４（ｂ）に示す形状例では、インナーリード３１におけるメッキ層５０の形成部よりも先端部側すなわち非メッキ形成部５１に貫通穴３１ｂを形成している。この場合、当該貫通穴３１ｂに樹脂部材２０が充填され、貫通穴３１ｂにおいて樹脂部材２０がインナーリード３１とかみ合った形となることで、アンカー効果を大きくしている。
【００５１】
これら図４に示すような形状とすれば、もし、インナーリード３１の先端部で樹脂の剥離が生じても、図４（ａ）では出っ張り部３１ａ、図４（ｂ）では貫通穴３１ｂといった樹脂部材２０との密着性に優れた部位にて、当該剥離の進行の停止が可能である。つまり、さらなる剥離防止の効果が得られることになる。
【００５２】
また、本実施形態では、インナーリード３１においては、ボンディングワイヤ４０と接続される部位の最表面にメッキ層５０が形成されるとともに、それよりも先端部側の非メッキ形成部５１の最表面は、Ｃｕ合金等のリードフレーム３０の素材により構成されている。
【００５３】
これに対して、非メッキ形成部５１の最表面に、例えば、メッキ層５０よりも樹脂部材２０との密着性に優れた部材をコーティングしても同様の効果が得られる。例えば、ポリイミドやポリアミド等の樹脂を印刷法等によりコーティングすればよい。
【００５４】
なお、この場合、インナーリード３１におけるメッキ層５０の形成部からそれよりも先端部側の最表面にわたって、いったんメッキ層５０を形成した後、非メッキ形成部５１となる部位のみに、上記したポリイミドやポリアミド等の樹脂を選択的にコーティングするようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る樹脂封止型電子装置としての樹脂モールドＱＦＰ（クワッドフラットパッケージ）の樹脂部材を透過してみた概略平面図である。
【図２】平面円形のメッキ層をインナーリードの表面に形成した例を示す図である。
【図３】チップオンリード（ＬＯＣ）型を用いた場合においてインナーリードへメッキ層を形成した例を示す平面図である。
【図４】インナーリードについて樹脂部材に対するアンカー効果を高めた形状を適用した例を示す図である。
【図５】従来の典型的な樹脂封止型電子装置としての樹脂モールドＱＦＰの透視図である。
【図６】図５においてインナーリード先端部にて樹脂部材が剥離したときの様子を示す図である。
【符号の説明】
１０…電子部品としての半導体チップ、２０…樹脂部材、
３０…リードフレーム、３１…リードフレームのインナーリード、
４０…ボンディングワイヤ、５０…メッキ層。

Claims

電子部品（１０）と、
前記電子部品を包み込むように封止する樹脂部材（２０）と、
前記樹脂部材の外部から内部へ入り込んで延びるリードフレーム（３０）と、
前記樹脂部材の内部にて前記電子部品と前記リードフレーム（３０）のインナーリード（３１）とを結線し電気的に接続するボンディングワイヤ（４０）とを備える樹脂封止型電子装置において、
前記インナーリード（３１）においては、前記ボンディングワイヤ（４０）と接続される部位の最表面に、前記ボンディングワイヤ（４０）との接合性を確保するためのメッキ層（５０）が形成されるとともに、前記メッキ層（５０）よりも前記インナーリード（３１）の先端部側の部位の最表面には、前記メッキ層（５０）が形成されていないことを特徴とする樹脂封止型電子装置。
前記メッキ層（５０）は貴金属メッキよりなることを特徴とする請求項１に記載の樹脂封止型電子装置。
前記貴金属メッキはＡｇメッキであることを特徴とする請求項２に記載の樹脂封止型電子装置。
前記樹脂部材（２０）はエポキシ系樹脂よりなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の樹脂封止型電子装置。
前記リードフレーム（３０）はＣｕ合金もしくはＮｉを含む合金よりなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の樹脂封止型電子装置。