JPH0290663A - リードフレーム - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置に使用されるリードフレームに関し
、特に半導体素子が搭載されるアイランド部の構造に関
する。

〔従来の技術〕

第４図はリード部分およびアイランド部分を同一材料に
よって一体的に成形した従来のリードフレームを示す。

半導体素子（ＩＣ１ＴＲ）などが搭載されるアイランド
部２が吊りリード７によって外枠部１に取りつけられて
いる。アイランド部２の周囲には半導体素子の電極とボ
ンディングワイヤによって接続される複数のインナーリ
ード３が放射状に設けられており、各インナーリード３
にはアウターリード４が連設されている。このようなア
イランド部２、インナーリード３、アウターリード４に
よって一組のリードフレームが構成され、このリードフ
レームが外枠部１の長手方向に多数形成される０図中、
８は半導体素子の搭載やワイヤボンディングの際の位置
決め基準となるパイロット孔である。このようなリード
フレームはプレス成形、エツチング処理などの加工特性
や、量産性に優れているが、パワーＩＣなどの高出力半
導体素子用として要求される熱放射性が十分でなく、そ
のような用途には第５図に示すリードフレームが使用さ
れる。

第５図のリードフレームはアイランド部分のフレーム材
ｌＯと、リード部分のフレーム材１１の２部材からなり
、これらのフレーム材１０．１１を組み付けるものであ
る。アイランド部分のフレーム材１０は外枠部１にアイ
ランド部２が連設されると共に、アイランド部２には接
続用リード５が連設されて構成される。一方、リード部
分のフレーム材１１はインナーリード３およびアウター
リード４が外枠部８に連設されると共に、接続用リード
５に対応する接続用リード６が設けられて構成される。

そして、これらのフレーム材１０．１１は各接続用リー
ド５．６に形成されたパイロット孔５ａ、６ａによって
相対的な位置決めが行われた後、バイ゛ロット孔５ａ、
　６ａをアーク溶接などによってスポット溶接すること
で一体化される。このように別個のフレーム材の場合に
は、アイランド部分のフレーム材１０を熱放散性が良好
な材質（例えば厚さ０．５〜１．２　ｔｍｎの銅系金属
）で成形することができ、パワーＩＣなどの半導体素子
への適用が可能となる。一方、リード部分のフレーム材
１１としてはワイヤボンディングのための金メツキや銀
メツキなどメツキ性に優れた材料、短絡防止のための高
強度材料、封止レジンとの密着性が良好な材料など適宜
、選定することにより適用性の大きなリードフレームと
することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、第５図に示すリードフレームでは、アイランド
部が熱放散性に優れた銅あるいは銅合金が使用されてい
るため、その熱膨張係数が大きく、環境温度の変動のス
トレスによって半導体素子との素子離れを起こし易く、
また、板厚によって重量が大きくなるため半導体装置の
重量増大の原因となっている。また、銅系金属は耐熱性
および強度が小さいため、スポット溶接などの熱で容易
に軟化して変形する。このため、信輔性の向上に限界を
生じている。

そこで本発明は、前述した欠点を改良して信鎖性の高い
リードフレームを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、半導体素子が搭載されるアイランド部全体を
銅／インバー／銅の３Ｎクラッド材により成形したもの
である。また、本発明はアイランド部上に銅／インバー
／銅からなる３層のクラッド材を積層したものである。

半導体素子を搭載するアイランド部は封止レジンによっ
て封止されるところから、その熱膨張係数を半導体素子
および封止レジンの熱膨張係数との関係で最適な値とす
る必要がある。ｗ４／インバー／銅からなる３Ｎのクラ
ッド材は、銅とインバーの体積比を変化させることによ
り、その熱膨張係数を４Ｘ１０−’〜１４Ｘ１０−’／
”Ｃの広い範囲で調整することができる。例えば、銅／
インバー／銅の体積比を１：１：１とした場合、熱膨張
係数は約１０Ｘ１０−’／”Ｃとなる。因みに銅合金の
それは１７×１０−　ｈ〜２０Ｘ１０−”／”Ｃであり
、３層クラッド材はこの約２分の１に調整することがで
きる。

一方、半導体素子がシリコン系の場合には、熱膨張係数
は３．５　Ｘ　１０−’　〜４．　ＯＸ　１０−’／”
Ｃであり、封止レジンがエポキシ樹脂の場合には２０Ｘ
１０−’／’Ｃである。従って、３Ｎクラッド材の熱膨
張係数は半導体素子および封止レジンの熱膨張係数の中
間値となっており、これらとの熱膨張係数との整合性が
図られる。従って、熱膨張に起因する応力が半導体素子
、封止レジン、クラッド材の相互間で小さいものとなる
。また、インバー両面に設けられる銅は熱伝導性が良好
であり、その熱放散力も大きく、パワーＩＣ搭載に最適
なものとなる。

かかるクラッド材を、アイランド部全体に使用しても良
く、あるいは、その主要部に使用しても良い。前者の場
合は、アイランド部のフレーム材をクラッド材で所定形
状に成形し、別途、成形されたリード部分のフレーム材
と組み付けることによって作製することができる。また
、後者の場合は、一体成形のリードフレームを作成し、
クラッド材をアイランド部上に積層しても良い。この場
合は金属ペーストなどによってクラッド材をアイランド
部上面に接着することで作製することができる。

〔実施例〕

第１図および第２図は本発明の一実施例を示し、第１図
はアイランド部分のフレーム材２０であり、第２図はリ
ード部分のフレーム材３０である。これらフレーム材２
０．３０は別個に成形され、その後に組み付けられて一
体化される。アイランド部分のフレーム材２０は銅／イ
ンバー／Ｉｉｌの３層のクラッド材をプレス打ち抜きす
ることによって成形される。このフレーム材２０は外枠
部２１に連設された吊りリード２３によってアイランド
部２２が両側から支持された形状に成形されており、ア
イランド部２２の対応する外枠部２１には位置決め基準
となるパイロット孔２４が形成されている。リード部分
のフレーム材３０（第２図）は複数のインナーリード３
１とアウターリード３２が連設状態で外枠３３に連設さ
れている。このフレーム材３０は通常のリードフレーム
と同様な材料（例えば、無酸素銅（Ｏｘｇｅｎ　Ｆｒｅ
ｅ　Ｃｏｐｐｅｒ））などによって一体的に成形される
。ここでインナーリード３１はアイランド部２２となる
位置の周囲に放射状に位置するように形成され、また、
アイランド部２２の組み付は予定部位に対応した外枠部
３３にはパイロット孔３４が形成されている。

このようなフレーム材２０および３０の組み付けは、パ
イロット孔２４および３４によって位置合わせを行いフ
レーム材３０上にフレーム材２０を当接し、アーク溶接
などによりパイロット孔２４および３４をスポット溶接
することで行うことができる。かかる組み付けは自動送
り機構を有する溶接機において、フレーム材を等ピッチ
で送り込んで連続溶接することで行われる。組み付は後
においては、アイランド部２２全体が銅／インバー／＃
Ｒの３層クラッド材によって構成されるため半導体素子
、封止レジンとの熱膨張係数の整合が図られ、また熱放
散性が向上したリードフレームとなる。

第３図は本発明の別の実施例を示している。

この実施例は銅／インバー／＃Ｒのクラッド材４０がア
イランド部４１と別体となっており、リードフレーム成
形後にアイランド部４１上に積層されるものである。リ
ードフレームは吊りリード４２によってアイランド部４
１が両側から外枠部４３に支持されると共に、アイラン
ド部４１の周囲にはアウターリード４５が連設されたイ
ンナーリード４４が複数配設されて構成される。このリ
ードフレームは無酸素銅などのプレス加工によって一体
的に成形されるが、アイランド部４１は他の部分よりも
幾分、肉薄に成形されている。クラッド材４０は銅／イ
ンバー／銅の３層構造をなして、このアイランド部４１
に積層される。積層は金ペースト、銀ペーストなどの金
属ペーストを介して接着することにより行うことができ
る。このような構造では、高価なりラッド材４０を節約
することができるメリットがある。

次に、具体的実施例および比較例に基づいて本発明を説
明する。

実施例　ｌ ５ｎ０．１２％含有の無酸素銅によって厚さ０．２５ｍ
ｍのリード用フレーム材３０を第２図のようにプレス成
形した。一方、ｗ４／インバー／銅の体積比がにｌ：１
のクラッド材を用いて、厚さ０．２５ｍｍのアイランド
用フレーム材２０を第１図のようにプレス成形した。そ
して、これらのフレーム材をパイロット孔２４．３４を
基準にして位置決めし、スポット溶接で一体化してリー
ドフレームを作製した。その後、アイランド部２２上に
半導体素子をマウントし、素子の電極とインナーリード
３１とをワイヤボンディングした後、封止レジンで封止
して半導体装置を作製した。

実施例２ ＳｎＯ，１２％含有の無酸素銅を用いて、第３図に示す
リードフレームを厚さ０．１６ｍｍで成形した。この場
合、アイランド部４１のみ、厚さを０．１５ｍｍとした
。一方、銅／インバー／銅の体積比が１：１：１のクラ
ッド材４ｏを厚さ０．１５ｍｍ。

縦、横寸法を９＋＋ｍ、３ａａ＊にして成形した。これ
をチップマウンタを使用し銀ペーストによってアイラン
ド部４１上に接着した。その後、実施例１と同様な手順
で半導体装置を作製した。

比較例　ｌ 実施例１に等しいリードフレームを厚さ０．２５ｍｍの
インバーによって成形した後、半導体装置を作製した。

のこインバーの熱膨張係数は２．　ＯＸｌ０−’／’Ｃ
であった。

比較例２ 銅／インバー（体積比１：１）の積層材を使用して、実
施例１に等しいリードフレーム（厚さ０．２５ｍｍ）を
成形した後、銅面に半導体素子を搭載した半導体装置を
作製した。この積層材の熱膨張係数は８ＸＩＯ−’／’
Ｃであった。

比較例３ 第３図に示すリードフレームをＳｎ０．１２％含有無酸
素銅で成形し、そのアイランド部４１上に厚さ０．１５
ｍｍのインバー板を搭載して半導体装置を作製した。

比較例４ 比較例３のインバー板に替えて、体積比１：ｌの銅／イ
ンバー積層板をアイランド部４１にマウントし、その銅
面に半導体素子をマウントして半導体装置を作製した。

比較５ 第３図に示すリードフレームのアイランド部４１上に半
導体素子を直接、マウントして半導体装置を作製した。

以上の実施測高および比較別品を温度サイクル試験およ
びＰＣＴ試験に供した。温度サイクル試験は供試品を１
５０℃の高温下に６０分、−５０℃の低温下に６０分お
よび２５°Ｃの常温下に６０分放置することを１サイク
ルとし、パンケージにクラックが発生したサイクル数を
表わす。ＰＣＴ試験は１２１″Ｃｌ２ａ　ｔ＋ｓの水蒸
気山中に放置し、透過水分によって電気短絡が生じるま
での限界時間を表わす。結果を第１表に示す。

第１表 第１表において、ＰＣＴ試験では実施例、比較例とも差
が見られないが、これはリードフレーム基材としてＳｎ
含有無酸素銅を使用したためと思われる。温度サイクル
試験では比較例のサイクル数が低下し、特にインバー単
体の場合（比較例１および３）の低下が著しい。これは
インバーの熱膨張係数が封止レジンのそれと大きく異な
っているため、クランクを生じ易いものと思われる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、銅／インバー／銅からな
る３層のクラッド材によってアイランド部を構成し、そ
こに半導体素子をマウントしたため、その熱膨張係数を
半導体素子および封止レジンと整合させることができ、
熱膨張率の差に起因する応力が小さくなるため素子層れ
やクランクを生じることがない。

また、熱放散性も良好であり、信頼性の高い半導体装置
とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は３Ｎクラッド材により成形されたアイランド部
分のフレーム材を示す平面図、第２図はそのフレーム材
が組み付けらるリード部分のフレーム材を示す平面図、
第３図は３層クラッド材がアイランド部に積層されたリ
ードフレームを示す平面図、第４図は一体成形の従来の
リードフレームを示す平面図、第５図は組み付は一体化
される従来のリードフレームを示す平面図。 符号の説明 １−・−・−外枠部 ２−−−−−・−アイランド部 ３−−−−−−−インナーリード ４　・・・−・・アウターリード ５．６・−・・−接続用リード ７−・−−−一　吊りリード ８−・−−−−−パイロット孔 １０−・−アイランド部分のフレーム材１１−−−−−
一・　リード部分のフレーム材２０−−−−−−−アイ
ランド部分のフレーム材２１−−−−−−・外枠部 ２２−・・・アイランド部 ２３−・−・吊りリード ２４−・−・−・・パイロット孔 ３０−・−・−リード部分のフレーム材３１−・・−・
−・インナーリード ３２・−・−・・−アウターリード ３３−・・−外枠部 ３４−・−・・・・・パイロット孔 ４０　・−・ ４１　・−・＝ ４２−・・−・・・ ４３−・・・− ４４・−一一一 ４５−・−−一一一 ３層クランド材 アイランド部 吊りリード 外枠部 インナーリード アウタリード

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体素子が搭載されるアイランド部が銅／イン
   バー／銅からなる３層のクラッド材によって成形されて
   いることを特徴とするリードフレーム。
2. （２）半導体素子が搭載されるアイランド部上に、銅／
   インバー／銅からなる３層のクラッド材が取り付けられ
   ていることを特徴とするリードフレーム。