JP3475310B2 - リードフレーム、リードフレーム部材および半導体装置 - Google Patents

リードフレーム、リードフレーム部材および半導体装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は,リードフレームをコア
材として回路を形成した面実装型の樹脂封止型半導体装
置に関し、特に、BGA(Ball Grid Arr
ay)タイプの半導体装置およびそれに用いられるリー
ドフレーム部材に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体装置は、電子機器の高性能
化と軽薄短小化の傾向(時流)からLSIのASICに
代表されるように、ますます高集積化、高機能化になっ
ている。高集積化、高機能化された半導体装置において
は、信号の高速処理のためには、パッケージ内のインダ
クタンスが無視できない状況になってきて、パッケージ
内のインダクタンスを低減するために、電源、グランド
の接続端子数を多くし、実質的なインダクタンスを下げ
るようにして、対応してきた。この為、半導体装置の高
集積化、高機能化は外部端子(ピン)の総数の増加とな
り、ますます多端子(ピン)化が求められるようになっ
てきた。多端子(ピン)IC、特にゲートアレイやスタ
ンダードセルに代表されるASICあるいは、マイコ
ン、DSP(Digital Signal Proc
essor)等の半導体装置化には、リードフレームを
用いたものとしては、QFP(Quad Flat P
ackage)等の表面実装型パッケージが用いられて
おり、QFPでは300ピンクラスのものまでが実用化
に至ってきている。QFPは、図6(a)に示す単層リ
ードフレーム610を用いたもので、図6(b)に示す
ように、ダイパッド611上に半導体素子621を搭載
し、金めっき等の処理がされたインナーリード先端部6
12Aと半導体素子621の端子622(電極パッド)
とをワイヤ623にて結線した後に、樹脂624で封止
し、ダムバー部をカットし、アウターリード613部を
ガルウイング状に折り曲げて作製されている。このよう
なQFPは、パッケージの4方向へ外部回路と電気的に
接続するためのアウターリードを設けた構造となり、多
端子(ピン)化に対応できるものとして開発されてき
た。ここで用いられる単層リードフレーム610は、通
常、コバール、42合金(42%Ni−鉄)、銅系合金
等の導電性に優れ、且つ強度が大きい金属板をフオトリ
ソグラフイー技術を用いたエッチング加工方法やスタン
ピング法等により、図6(a)に示すような形状に加工
して作製されていた。
【0003】しかしながら、近年の半導体素子の信号処
理の高速化及び高性能(機能)化は、更に多くの端子を
必要としている。これに対し、QFPでは、外部端子ピ
ッチを狭めることにより、更なる多端子化に対応できる
が、外部端子を狭ピッチ化した場合、外部端子自体の幅
も狭める必要があり、外部端子強度が低下させることと
なる。その結果、端子成形(ガルウイング化)の位置精
度あるいは平坦精度等において問題を生じてしまう。ま
た、QFPでは、アウターリードのピッチが、0.4m
m、0.3mmと更にピッチが狭くなるにつれ、これら
狭ピッチの実装工程が難しくなってきて、高度なボード
実装技術を実現せねばならない等の障害(問題)をかか
えている。
【0004】これら従来のQFPパッケージがかかえる
実装効率、実装性の問題を回避するために、半田ボール
をパッケージの外部端子に置き換えた面実装型パッケー
ジであるBGA(Ball Grid Array)と
呼ばれるプラスチックパッケージ半導体装置が開発され
てきた。BGAは、外部端子を裏面にマトリクス状(ア
レイ状)に配置した半田ボールとした表面実装型半導体
装置(プラスチックパッケージ)の総称である。通常、
このBGAは、入出力端子を増やすために、両面配線基
板の片面に半導体素子を搭載し、もう一方の面に球状の
半田を取付けた外部端子用電極を設け、スルーホールを
通じて半導体素子と外部端子用電極との導通をとってい
た。球状の半田をアレイ状に並べることにより、端子ピ
ッチの間隔を従来のリードフレームを用いた半導体装置
より広くすることができ、この結果、半導体装置の実装
工程を難しくせず、入出力端子の増加に対応できた。B
GAは、一般に図7に示すような構造である。図7
(b)は図7(a)の裏面(基板)側からみた図で図7
(c)はスルーホール750部を示したものである。こ
のBGAはBTレジン(ビスマレイミド系樹脂)を代表
とする耐熱性有する平板(樹脂板)の基材702の片面
に半導体素子701を搭載するダイパッド705と半導
体素子701からボンディングワイヤ708により電気
的に接続されるボンディングパッド710をもち、もう
一方の面に、外部回路と半導体装置との電気的、物理的
接続を行う格子状あるいは千鳥状に配置された半田ボー
ルにより形成した外部接続端子706をもち、外部接続
端子706とボンディングパッド710の間を配線70
4とスルーホール750、配線704Aにより電気的に
接続している構造である。この様な耐熱樹脂基材を用い
て構成される、従来型のBGAは、比較的コストも安
く、多端子実装に対応した半導体装置を実現できるもの
である。 このBGAの場合、半導体素子701で生じ
た熱は、半導体素子701、配線704、スルーホール
750、配線704A、外部接続端子706を経由して
外部の配線回路へと伝達される。また、図7(c)に示
すように基板の中央部ダイバッド705領域のBTレジ
ンに貫通孔を設け、貫通孔内部に無電解メッキ電解メッ
キ718を施した熱伝導ビア751を設け搭載するプリ
ント基板にダイレクトに熱を逃がすことで、熱放散性を
向上させている。
【0005】BGAの内部構造は様々で、上記図7に示
す構造のものの他に、リードフレームをコア材として回
路を形成したものも、近年、種々提案されている。これ
らのリードフレームを使用するBGAパッケージは、図
4に示すようなリードフレーム部材を用いたもので、図
5に示すような構造をとっており、半導体素子端子から
取り出された信号を伝達する為の第一のリード(第一の
配線)402、第一のリード(第一の配線)に一体的に
連結した半田ボールを搭載するためのリードランド部
(リードの外部端子部)403、リードランド部(リー
ドの外部端子部)403と一体的に連結し外周に向かう
第二のリード(第二の配線)404が形成されている。
図4に示すリードフレーム部材の第二のリード(第二の
配線)404は、半導体装置を形成する際に必要な長さ
よりも長く外周側に延びてダムバー405に一体的に連
結しているが、これはメッキ工程時に電気的導通をとる
為のものであったり、物理的な強度を確保するためのも
のであり、半導体素子を搭載し、半導体素子の電極パッ
ド部と第一のリード(第一の配線)の半導体素子側先端
部との電気的結線をし、全体を樹脂モールドした後に
は、図5に示すように、パッケージの外周に沿って切断
される。したがって、実装完了後も、該半田ボール搭載
のためのリードランド部(リードフレームの外部端子
部)403からパッケージ外周まで、機能的に本来必要
のない第二のリード(第二の配線)404が残されてい
ることとなる。このパッケージ内に残された第二のリー
ド(第二の配線)404は、半導体素子とも電気的に接
続された状態である為、例えばロジック回路において
は、クロック周波数が低周波数領域にある場合には、信
号になんら影響を与えないが、高周波数領域でにある場
合には、信号の反射、帯域阻止、電磁放射、電磁吸収、
導体損失等の影響を与え、半導体装置全体の正常な動作
を妨げる。即ち、このような構造のBGAパッケージに
おいては、パッケージ内の不必要な第二のリード(第二
配線)が搭載される半導体素子の最高動作周波数を制限
する一因となっていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このように、上記リー
ドフレームをコア材として回路を形成したBGAにおい
ては、メッキ工程時に電気的導通をとるためや、物理的
な強度を確保するために必要とされた第二のリード(第
二配線)が、そのままパッケージ内に残り、搭載される
半導体素子の最高動作周波数を制限する一因となり問題
となっていた。本発明は、この問題を解決するためのも
のである。詳しくは、従来のリードフレームをコア材と
して回路を形成したBGAにおいて、必要とされていた
第二のリード(第二配線)を無くした構造で、且つ、メ
ッキ工程時に電気的導通をとれ、物理的な強度を確保す
ることができるリードフレームをコア材として回路を形
成したBGAタイプの樹脂封止型半導体装置を提供しよ
うとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明のリードフレーム
は、リードフレームをコア材として回路を形成したBG
A(Ball Grid Array)タイプの半導体
装置に用いられるリードフレームで、半導体素子の端子
と電気的接続を行うためのリードと、該リードとその一
端で一体的に連結して外部と電気的接続を行うための外
部端子を備え、且つ、該外部端子がリード形成面に沿い
二次元的に配列されているリードフレームであって、前
記リードは、半導体素子の端子と電気的接続を行う領域
より半導体素子側に延設され、外部端子側でない先端部
において一体的に連結した連結部を設け、該連結部は吊
りリードを介してダムバーに支持され、更に、該ダムバ
ーはフレーム部へ固定されており、且つ、前記外部端子
は、前記半導体素子の端子と電気的接続を行うためのリ
ードと連結されているのみで、ダムバーと分離されてい
ることを特徴とするものである。そして、上記リードフ
レームは、半導体素子を搭載するダイパッド部を有し、
且つ、連結部がダイパッドないしダイパッドと一体的に
形成されたものであることを特徴とするものである。本
発明のリードフレーム部材は、リードフレームをコア材
として回路を形成したBGA(Ball Grid A
rray)タイプの半導体装置に用いられるリードフレ
ーム部材で、半導体素子の端子と電気的接続を行うため
のリードと、該リードとその一端で一体的に連結して外
部と電気的接続を行うための外部端子を備え、且つ、該
外部端子がリード形成面に沿い二次元的に配列されてい
るリードフレーム部材であって、上記のいずれか1に記
載の本発明のリードフレームを用い、その連結部が切断
され、インナーリードの先端部は、絶縁性樹脂層により
一体的に固定されたもので、且つ、前記外部端子は、前
記半導体素子の端子と電気的接続を行うためのリードと
連結されているのみで、ダムバーとは分離されているこ
とを特徴とするものである。本発明の半導体装置は、上
記リードフレーム部材を用いたことを特徴とするもので
ある。
【0008】
【作用】本発明のリードフレームは、上記のような構成
にすることにより、図5に示すようなリードフレームを
コア材として回路を形成したBGAタイプの樹封型半導
体装置において、従来必要とされていたリードフレーム
の外部端子部とダムバーとを連結する第二のリード(第
二配線)を無くした構造のものを作製するためのリード
フレーム部材の提供を可能とするものであり、且つ、メ
ッキ工程時に電気的導通をとれ、物理的な強度を確保す
ることができるリードフレームを提供することを可能と
している。また、本発明のリードフレーム部材は、外部
端子部が半導体素子の端子と電気的接続を行うためのリ
ードと連結されているのみで、ダムバーとは分離されて
いることにより、即ち、図5に示すBGAタイプの樹封
型半導体装置において、従来必要とされていた、外部端
子とフレーム(枠)部とを連結する第二リード(第二配
線)404を無くしたことにより、これを用いBGAタ
イプの樹封型半導体装置を作製した際、パッケージ内
に、不必要な外部端子とフレーム(枠)部とを連結する
第二のリード(第二配線)が残ることはなく、従来のB
GAタイプの樹封型半導体装置ように、不必要なパッケ
ージ内に残された第二のリード(第二の配線)により半
導体素子の動作周波数が制限されることもなくなる。本
発明の半導体装置は、本発明のリードフレーム部材を用
いることにより、結局、より動作周波数の制限が広い半
導体装置の提供を可能としている。
【0009】
【実施例】本発明のリードフレーム部材の実施例を図1
に基づいて説明する。図1(a)は、本実施例のリード
フレーム部材の概略構成を示したものであり、便宜上リ
ードフレームと絶縁性樹脂層とを切り離した展開図で図
示しており、且つ、分かり易くするために、配線の数、
外部端子の数も少なく示してあるもので、図1(b)
は、図1(a)に示す実施例のリードフレーム部材の一
部拡大図で配線の数、外部端子の数やその形状を略正確
に示したものである。図1中、100はリードフレーム
部材、110はリードフレーム部、111はダイパッ
ド、112はインナーリード先端部、113はインナリ
ード、114は外部端子部、115はダムバー、116
は吊りバー、117は吊りリード、118はフレーム
(枠)部、120は絶縁性樹脂(層)、121は開口部
である。本実施例のリードフレーム部材100において
は、外部端子部114はインナーリード113と連結さ
れているのみで、ダムバー115とは連結しておらず、
フレーム部118とは分離されている。そして、インナ
ーリード先端部112は、絶縁性樹脂(層)120によ
り、ダイパッド111とともに固定され、インナーリー
ド先端部112とダイパッド111とが、ともに吊りリ
ード117によりダムバー115に固定さており、且
つ、ダムバー115は吊りバー116によりフレーム部
118へ固定されている。
【0010】本実施例のリードフレーム部材の製造方法
は、後述する図2(a)に示す実施例のリードフレーム
200を用い、以下のようにして行った。先ず、図2
(a)に示す実施例のリードフレーム200に対して、
インナーリード先端部112とダイパッド111、吊り
リード117を含む領域を覆い、且つ、本来不要である
インナーリード先端部112からダイパッドへと延びた
連結用リード112A部の領域に相当する開口部121
を設けた一体形状の絶縁性樹脂(層)120を圧着し
た。次いで、この状態で、インナーリード先端部112
へのワイヤボンデイングのための金(銀)めっきを行っ
た後、絶縁性樹脂(層)120の開口部121のインナ
ーリード先端部112に延設された連結用リード112
Aをプレスにより切断除去し、図1(b)に示すリード
フレーム部材を得た。また、図2(b)に示すリードフ
レーム200Aを用いた場合も、同様に、所定形状の絶
縁性樹脂(層)をリードフレーム200Aに圧着し、ワ
イヤボンデイングのための金(銀)メッキを行った後に
プレスによるインナーリード先端部112Aの先端に延
設された連結部201Aを含む不要部分の切断除去を行
い図1(b)に示すリードフレーム部材100を得る。
【0011】本発明のリードフレームの実施例を図2に
基づいて説明する。図2(a)は、本発明のリードフレ
ームの実施例の要部を示した平面図で、全体の略4分の
1を示したものである。前記実施例のリードフレーム部
材の作製に用いられたもので、図1(b)に相当する領
域を示している。本実施例のリードフレーム200は、
上記実施例のリードフレーム部材の作製に用いられたも
のであり、0.15mm厚の42合金(ニッケル42%
−鉄合金)からなり、通常のエッチング加工により作製
されたものである。リードフレーム200においては、
ダイパッド111とインナーリード先端部112とはイ
ンナーリード先端部112から延設した連結用リード1
12Aを介して一体的に形成されており、ダイパッド1
11は吊りリード117によりダムバー115に固定さ
れ、且つダムバー115が吊りバー116によりフレー
ム118に固定されている。これにより、結局、インリ
ーリード先端部112が、ダイパッド111、吊りリー
ド117、ダムバー115、吊りバー116を介して、
固定されている。
【0012】図2(b)は、上記図2(a)に示す実施
例のリードフレームの変形例であるリードフレームの要
部を示した平面図で、全体の略4分の1を示したもので
ある。変形例のリードフレーム200Aの場合は、イン
ナーリード先端部112は連結部201Aを介してダイ
パッド111を固定するための吊りリード117と一体
的に連結されているもので、吊りリード117がダムバ
ー115に連結し、且つダムバー115が吊りバー11
6を介してフレーム部118に連結していることによ
り、結局、インリーリード先端部112が、連結部20
1、吊りリード117、ダムバー115、吊りバー11
6を介して、固定されている。本変形例のリードフレー
ム200Aを用いて、図1(b)に示すリードフレーム
部材100を作製する際、プレスの切断に関しては、切
断面積が実施例リードフレームに比べ少なく有利である
が、インナーリード113の固定の安定性の面からは、
図2(a)に示す実施例リードフレームに比べ劣る。
【0013】次いで、本発明の半導体装置の実施例を図
3(a)および図3(b)に挙げて説明する。本実施例
の半導体装置は前記実施例のリードフレーム部材を用い
たもので、図5に示す従来のBGAタイプの樹脂封止型
半導体装置のように、半導体素子の動作周波数の制限す
る一因となる不要なリード(配線)を外部端子に連結し
て設けていない。図3中、300、300Aは半導体装
置、301、301Aは半導体素子、301a、301
Aaは電極パッド(端子)、310、310Aはワイ
ヤ、311、311Aは半田、320、320Aは封止
樹脂、340は絶縁性フィルムである。また、前述のよ
うに、110はリードフレーム部、111はダイパッ
ド、113はインナーリード、114は外部端子部であ
る。図3(a)は、リードフレーム部材310の片面を
絶縁性のフィルム340を用い、他面側を封止樹脂32
0により封止した半導体装置であり、図3(b)は、リ
ードフレーム部材の両面を封止樹脂320Aにより封止
した半導体装置である。図3(a)および図3(b)に
示す半導体装置300、300Aは、それぞれ半導体素
子の電極パッド301、ワイヤ310、インナーリード
113、外部端子部306、半田311を介して、ない
し電極パッド301A、ワイヤ310A、インナーリー
ド113、外部端子部114、半田311Aを介して、
半導体素子と外部回路が電気的に接続するものである。
図3に示す半導体装置300、300Aは、それぞれ外
部端子部306、306Aが二次元的に配列され、これ
に連結して設けられた半田311、311A部が二次元
的に配列された外部回路との接続部を形成しており、B
GAタイプの樹脂封止型の半導体装置である。上記半導
体装置300、300Aは、いずれも図1に示す上記実
施例のリードフレーム部材100を使用したものであ
り、使用するリードフレーム部材100には、外部端子
部114とダムバー115とが一体的に連結したもので
ないため、樹脂封止後にダムバーをプレスによる切り離
す必要がなく、図5に示す従来のBGAタイプの樹脂封
止型半導体装置のようにプレスによる第二のリード(第
二配線部)の切断除去を行わない。樹脂封止後には吊り
リード117(4本)のみを除去すれば良いので、樹脂
封止後にプレスにより大きな力が加わることもなく、品
質面でも安定したものとなる。図1(a)に示すように
リードフレーム部材100の外部端子部114は、イン
ナーリードに連結するのみで、図4に示す従来のリード
フレーム部材のように、不要な第二のリード(図4中の
404)を持たないため、これによる半導体素子の動作
周波数への影響をなくしている。
【0014】
【発明の効果】本発明のリードフレーム部材は、上記の
ように、図5に示す従来の半導体装置において必要とさ
れていた第二のリード(第二配線)を無くした構造の、
リードフレーム部材をコア材として回路を形成したBG
Aタイプの樹脂封止型半導体装置の作製を可能とするも
のである。その結果、図5に示す従来のBGAタイプの
樹脂封止型半導体装置の場合に問題となっていた、第二
のリード(第二配線)の動作周波数への影響をなくし、
動作周波数の制限が少ない本発明の半導体装置の提供を
可能としている。本発明の半導体装置は、本発明のリー
ドフレーム部材を用いたもので、動作周波数への制限を
少なくできるとともに、その作製において、図5に示す
従来のBGAタイプの樹脂封止型半導体装置の作製にお
いて、樹脂封止後の第二のリード(第二配線)切断除去
のためのプレス切断を必要としないため、プレスによる
影響がきわめて少なく、品質的にも信頼性のある半導体
装置の提供を可能とするものである。本発明のリードフ
レームは、本発明のリードフレーム部材を作製するため
のリードフレームであって、半導体素子の端子と電気的
接続を行うインナーリード先端部において一体的に連結
した連結部を設け、且つ、該連結部が吊りリードにより
フレーム(枠)部へ固定されていることにより物理的強
度を大きくとれ、エッチング加工等金属の加工により作
製する際に、インナーリードのよれの発生も起こること
がなく、安定した品質の生産を可能としている。また、
メッキ工程時にも図2に示す吊りリード117を介して
インナーリード先端部やダイパッド部に電気的導通をと
れるものとしている。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明リードフレーム部材の実施例の概略図
【図2】本発明リードフレームの実施例の概略図
【図3】本発明半導体装置の実施例の概略図
【図4】従来のBGAタイプの樹脂封止型半導体装置用
リードフレーム部材の概略図
【図5】従来のBGAタイプの樹脂封止型半導体装置
【図6】単層リードフレームとそれを用いた半導体装置
の図
【図7】従来のBGAタイプ半導体装置を説明するため
の図
【符号の説明】
100 リードフレー
ム部材 110 リードフレー
ム部 111 ダイパッド 112 インナーリー
ド先端部 112A 連結用リード 113 インナーリー
ド 114 外部端子部 115 ダムバー 116 吊りバー 117 吊りリード 118 フレーム部 120 絶縁性樹脂層 121 開口部 200、200A リードフレー
ム 201 連結部 300、300A 半導体装置 301、301A 半導体素子 301a、301Aa 電極パッド
(端子) 310、310A ワイヤ 311、311A 半田 320、320A 封止樹脂 330、330A 絶縁性樹脂層 340 絶縁性フィル
ム 400 リードフレー
ム部材 401 ダイパッド 402 第一のリード
(第一配線部) 403 連結部 404 第二のリード
(第二配線部) 405 ダムバー 406 吊りバー 430 絶縁性フィル
ム 500、500A 半導体装置 501、501A 半導体素子 501a、501Aa 電極パッド
(端子) 510、510A ワイヤ 511、511A 半田 520、520A 封止樹脂 540 絶縁性フィル
ム 610 (単層)リード
フレーム 611 ダイパッド 612 インナーリー
ド 612A インナーリー
ド先端部 613 アウターリー
ド 614 ダムバー 615 フレーム
(枠)部 620 半導体装置 621 半導体素子 622 電極パッド
(端子) 623 ワイヤ 624 封止樹脂 701 半導体素子 702 基材 703 モールドレジ
ン(封止用樹脂) 704、704A 配線 705 ダイパッド 706A 外部接続端子 708 ボンデイング
ワイヤ 710 配線 718 めっき部 750 スルーホール 751 熱伝導ビア

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リードフレームをコア材として回路を形
    成したBGA(Ball Grid Array)タイ
    プの半導体装置に用いられるリードフレームで、半導体
    素子の端子と電気的接続を行うためのリードと、該リー
    ドとその一端で一体的に連結して外部と電気的接続を行
    うための外部端子を備え、且つ、該外部端子がリード形
    成面に沿い二次元的に配列されているリードフレームで
    あって、前記リードは、半導体素子の端子と電気的接続
    を行う領域より半導体素子側に延設され、外部端子側で
    ない先端部において一体的に連結した連結部を設け、
    連結部は吊りリードを介してダムバーに支持され、更
    に、該ダムバーはフレーム部へ固定されており、且つ、
    前記外部端子は、前記半導体素子の端子と電気的接続を
    行うためのリードと連結されているのみで、ダムバー
    分離されていることを特徴とするリードフレーム。
  2. 【請求項2】 請求項1におけるリードフレームは、半
    導体素子を搭載するダイパッド部を有し、且つ、連結部
    がダイパッドないしダイパッドと一体的に形成されたも
    のであることを特徴とするリードフレーム。
  3. 【請求項3】 リードフレームをコア材として回路を形
    成したBGA(Ball Grid Array)タイ
    プの半導体装置に用いられるリードフレーム部材で、
    導体素子の端子と電気的接続を行うためのリードと、該
    リードとその一端で一体的に連結して外部と電気的接続
    を行うための外部端子を備え、且つ、該外部端子がリー
    ド形成面に沿い二次元的に配列されているリードフレー
    ム部材であって、請求項1ないし2のいずれか1に記載
    のリードフレームを用い、その連結部が切断され、イン
    ナーリードの先端部は、絶縁性樹脂層により一体的に固
    定されたもので、且つ、前記外部端子は、前記半導体素
    子の端子と電気的接続を行うためのリードと連結されて
    いるのみで、ダムバーとは分離されていることを特徴と
    するリードフレーム部材。
  4. 【請求項4】 請求項3に記載のリードフレーム部材を
    用いたことを特徴とする半導体装置。
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