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発明の名称 ICパッケージとその実装構造
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−53360
公開日 平成6年(1994)2月25日
出願番号 特願平4−205232
出願日 平成4年(1992)7月31日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】薄田 利幸
発明者 坂口 勝 / 芹沢 弘二
要約 目的
はんだブリッジ等の接続不良をなくし、接続信頼性と接続歩留まりの向上を実現した挟ピッチ・多ピンのICパッケージと、それを配線板に実装した実装構造体を得ること。

構成
ベアチップ状態のLSIチップ2の電極4をリードフレーム8のインナ部10に接続した状態でレジン14により樹脂封止する。樹脂封止に際しては、アウタリード16の表面を露出させると共に、この部分を主面に比較して低くして段差を設けてICパッケージ1を構成する。実装に際しては、ICパッケージ1を配線板18に固定し、アウタリード16と配線板18に設けられた接続用端子22とをワイヤボンディンクによって接続すると共に、少なくともアウターワイヤボンディング部24と露出した接続部とを樹脂コート26して実装構造とする。
特許請求の範囲
【請求項1】ベアチップ状態のICチップをリードフレームに搭載し、ICチップの電極と、リードフレームのインナ部とをワイヤボンディングで接続すると共に、前記ICチップと、ワイヤボンディング部と、その接続部を含むリードフレームのインナ部と、リードフレームのアウタ部の少なくとも一面とを樹脂封止し、前記リードフレームのアウタ部の表面を封止部外周に設けた段差部上に露出、配列せしめて成るICパッケージ。
【請求項2】リードフレームのインナ部とアウタ部とのピッチとリード幅とを、外周部に向かうにしたがいそれぞれ広くして成る請求項1記載のICパッケージ。
【請求項3】リードフレームのインナ部とアウタ部とのピッチとリード幅とを、それぞれ等しくして成る請求項1記載のICパッケージ。
【請求項4】ベアチップ状態のICチップをTABテープに搭載し、TABテープのインナーリードをICチップの電極に接続すると共に、前記ICチップと、インナーリードと、TABテープのアウタリードの少なくとも一面とを樹脂封止し、前記アウタリードの表面を封止部外周に設けた段差部上に露出、配列せしめて成る請求項1記載のICパッケージ。
【請求項5】上記段差部を、樹脂封止された主面に対して薄肉として構成して成る請求項1乃至4何れか記載のICパッケージ。
【請求項6】上記段差部を、樹脂封止された主面に対して薄肉とすると共に、前記段差部に隣接して厚肉部を封止部外周に設けて成る請求項1乃至4何れか記載のICパッケージ。
【請求項7】上記樹脂封止する代わりに、セラミックパッケージを用いて封止し、リードフレームのアウタ部、もしくはTABテープのアウタリード表面を封止部外周に設けた段差部上に露出、配列せしめて成る請求項1乃至6何れか記載のICパッケージ。
【請求項8】請求項1乃至7何れか記載のICパッケージを配線基板に搭載し、前記ICパッケージのリードフレームのアウタ部と、もしくはTABテープのアウタリードと配線基板の接続端子とをワイヤボンディングで接続すると共に、少なくとも前記ICパッケージのアウタ部もしくはアウタリード部と、アウタワイヤボンディング部及びその接続部を含む配線基板の接続端子までを樹脂で被覆して成るICパッケージの実装構造。
【請求項9】リードフレームのインナ部とアウタ部とのピッチ、もしくはTABテープのインナーリードとアウタリードとのピッチと配線基板の接続端子のピッチとを異ならしめて配設して成る請求項8記載のICパッケージの実装構造。
【請求項10】リードフレームのアウタ部もしくはTABテープのアウタリード及び配線基板の接続端子の何れか一方の接続部を千鳥配置として成る請求項8記載のICパッケージの実装構造。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置とその実装構造に係り、特に狭ピッチ・多ピン半導体装置に好適なICパッケ−ジ及びその実装構造に関する。
【0002】
【従来の技術】大型コンピューター、ワークステーション、パソコン、ワープロ等は今後、機器の高性能・多機能化、製品拡大がさらに進むことから、ここに使用される半導体装置の需要も加速度的に増大していくものと予想される。また、これらの機器の高性能化を図るために、LSIチップの高集積化が精力的に進められており、1個のLSIチップの入出力端子の数は増大する一方であるが、チップの外形寸法はほとんど大きくならないということから、端子間のピッチをどんどん狭くせざるを得ない状況にある。
【0003】これらの半導体装置は、そのほとんどがプリント配線板にはんだにて接続される実装方法で使用されている。すなわち、プリント配線板の接続パタ−ンに予めスクリーン印刷等によってはんだを供給しておき、その上に上記の半導体装置を位置合わせして配置し、接続部を加熱することによってはんだ接続を行なう方法である。なお、この種の技術に関連するものとしては、例えば雑誌「表面実装技術」創刊記念STM連続特集第3弾、第1頁〜第3頁、1991−12が挙げられる。
【0004】ところが上述のように、端子数の増大、端子ピッチの狭小化、特に従来行われていた端子数200、端子ピッチ0.65ミリメートルというような製品に代わり、端子数600〜1000、端子ピッチ0.3ミリメートル〜0.2ミリメートルの製品が使われるようになり、従来のはんだによる接続では、端子間のはんだブリッジによる回路ショート不良が多発するという大きな問題がある。また、多端子・狭ピッチ半導体装置の実装法として、LSIチップを直接配線基板に搭載するベアチップ実装法の開発が進められているが、この方法ではチップ単体でのエージング、特性検査が現状技術では困難なため実用化は難しい状況にある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消することにあり、第1の目的は、多端子、狭ピッチ半導体装置の実装を高歩留り、高信頼に行うためのICパッケージを、第2の目的はそれを配線基板に搭載したの実装構造を、それぞれ提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記第1の目的は、ベアチップ状態のICチップをリードフレームに搭載し、ICチップの電極と、リードフレームのインナ部とをワイヤボンディングで接続すると共にICチップ及び少なくともワイヤボンディングの接続部を含むリードフレームのインナ部までを樹脂封止し、リードフレームのアウタ部の表面を封止部外周に設けた段差部の樹脂上に露出、配列せしめたICパッケージからなる第1の発明により、達成される。また、上記第1の目的は、リードフレームの代わりにTABテープを用いインナーリードをICチップの電極に接続すると共にICチップ及び少なくともインナーリードまでを樹脂封止し、アウタリードの表面を封止部外周に設けた段差部の樹脂上に露出、配列せしめたICパッケージからなる第2の発明によっても、達成される。なお、上記何れの発明の場合にも、樹脂封止する代わりにセラミックパッケージを用いて封止することもでき、この場合もリードフレームのアウタ部、もしくはTABテープのアウタリード表面を封止部外周に設けた段差部上に露出、配列せしめれば良い。
【0007】上記第2の目的は、上記第1の発明にかかるICパッケージを配線基板に搭載し、前記ICパッケージのリードフレームのアウタ部と配線基板の接続端子とをワイヤボンディングで接続すると共に、少なくとも前記ICパッケージのアウタ部、アウタワイヤボンディング部及びその接続部を含む配線基板の接続端子までを樹脂で被覆して成る実装構造により、達成される。また、上記第2の目的は、上記第2の発明にかかるICパッケージを配線基板に搭載し、前記ICパッケージのアウタリードと配線基板の接続端子とをワイヤボンディングで接続すると共に、少なくとも前記ICパッケージのアウタリード、アウタワイヤボンディング部及びその接続部を含む配線基板の接続端子までを樹脂で被覆して成る実装構造にっても、達成される。
【0008】
【作用】ICパッケージの外部接続端子を構成するリードフレームのアウタ部もしくはTABテープのアウタリードは、樹脂封止部の外周に設けられた段差部上に表面を露出して配列されているが、この段差部は樹脂封止されたパッケージの主表面よりも肉薄となる。そこで封止部外周の強度を向上させるために段差部に隣接させて主表面と同程度の肉厚部を、この封止部外周の所定の位置、例えば各隅に設けることが望ましい。
【0009】このICパッケージを配線板に搭載接続した実装構造体は、パッケージの外部接続端子、アウタワイヤボンディング部及びその接続部を含む配線基板の接続端子までを樹脂で被覆しているが、この被覆層は、ワイヤボンディングによる接続部を外界から保護し実装構造体の信頼性を向上させるものである。
【0010】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面によって説明する。
〈実施例1〉(1)ICパッケージの構成例図1は、ICパッケージの構造を示した断面図、図2は図1の一部破断平面図である。図示するようにベアチップ状態のLSIチップ2の上面には電極4が形成されている。LSIチップ2の周囲には、チップ2に近い位置では電極4と相対する位置にあり、外周に向かうに従いピッチ及び幅を広くしたリードフレーム8が配置されている。電極4とリードフレーム8のインナ部10は、金線6によってワイヤボンディング接続されている。ICパッケージ1はアウタ部16の上面を一部露出した状態でその他はレジン14によって封止されている。図3はICパッケージ1の斜視図である。この図において、ICパッケージ1の隅部にはレジン14による肉圧部15を形成している。
【0011】このような構成において、まずICパッケージ1の構造について説明する。LSIチップ2の表面には外部との信号の授受を行うための電極4が形成されており、リードフレーム8のインナ部10とこの電極4を金線6によってワイヤボンディングしている。このワイヤボンディング技術は、従来から広く行われているものである。ワイヤボンディングを行った後、LSIチップ2とリードフレーム8のインナ部10を含むワイヤボンディング部をレジン14によってモールド封止する。
【0012】このモールド工程においては、図示されていないモールド用金型の上型の一部を下型よりキャビティ内部に張り出すことによって、図1及び図3に示すようにリードフレーム8のアウタ部16の下面はモールドレジン14と固着し、アウタ部16の上面は外部に露出した段差構造とし、さらに隅部に肉圧部15を有する構造とする。
【0013】なお、肉圧部15は補強用に設けたもので、図においてはICパッケージ1の隅部に示しているが、特に隅に限定するものではなく、リードフレーム8が配置される各辺の任意の位置であってよい。また、モールド工程直後は、リードフレーム8はICパッケージ1の外側に張り出した状態であるが、その後の工程においてリードフレーム8をICパッケージ1の端部で切断し、図1に示す形状に仕上げる。このことによって、従来狭ピッチ半導体装置のパッケージにおいて加工が困難とされていたリードフレームの各リード間をつないでいるタイバの切断(個々のリードを独立せさるために切り離す)を不要とすることができ、従来にない新しい構成のICパッケージの形成が可能となった。
【0014】また、LSIチップ2は完全に樹脂封止された状態で、アウタ部16からなる入出力ピンの一部のみ露出させており、半導体としての信頼性の保証は十分であり、かつ、エージング、特性検査が容易に行なえる構造である。
【0015】本構造において、リードフレーム8のアウタ部16の表面は、その後のワイヤボンディング性を考慮して銀めっき処理を施してあるが、金、パラジュム等ワイヤボンディングが出来るものであれば特に銀に限定されるものではない。また、モールド工程後のリードフレーム8のアウタ部16表面には、レジンが一部付着している場合があり、この付着レジンを除去する目的で酸素プラズマによるプラズマアッシャを行なっている。
【0016】(2)ICパッケージの実装構造例図4は、図1〜図3に示したICパッケージ1をプリント配線板18に実装したICパッケージの実装構造12の断面図、図5はその一部破断平面図である。これらの図において、ICパッケージ1はプリント配線板18の上面に接着材20によって接着固定されている。プリント配線板18の上面には予め接続端子22が形成されており、この接続端子22とICパッケージ1の外部接続リードとなるアウタ部16はアウタ用金線24によって接続されている。コーティングレジン26は、ICパッケージ1、接続端子22及びアウタ用金線24によって接続されたアウタワイヤボンディング部を含む実装部全体をコーティングしている。
【0017】この様な構成において、ICパッケージ1の具体的な実装方法について説明する。プリント配線板18は表面に従来から行われている方法にて接続端子22を形成したものである。このプリント配線板18の上面にエポキシ系の熱硬化性接着剤20を介してICパッケージ1を位置合わせし、接着固定する。この状態において、リードフレーム8のアウタ部16と接続端子22をアウタ用金線24によってワイヤボンディングする。ここで、接続端子22の表面は、ワイヤボンディング性を高めるために金めっきを施しているが、特に金めっきに限定するものではない。また、ワイヤボンディングに使用する線材は、銅線、金被覆銅線、絶縁被覆導線等電気的導通が可能であり、かつICパッケージ1の外部接続リードとなるアウタ部16と接続端子22を接続出来るものであれば特に金線に限定するものではない。
【0018】ワイヤボンディング後、ICパッケージ1、接続端子22及びアウタ用金線24によって接続されたアウタワイヤボンディング部を含む実装部全体にエポキシ系のコーティングレジン26を塗布し封止する。
【0019】図4の実装構造12において、プリント配線板18上に直接ICパッケージ1を固定しているため、接続端子22とアウタ部16の間に段差を生じているが、プリント配線板の一部をくり抜き、その個所にICパッケージ1を埋込み固定することにより、接続端子22をアウタ部16と同一の高さ平面にしてワイヤボンディングすることも可能である。
【0020】(3)リードフレーム8のリード形状及びプリント配線板18の接続端子22の形状変形例とそれらの接続例以下、図6〜図8の平面図により説明する。図6は、ICパッケージ1(半導体装置)内のリードフレームの形状について示した平面図で、半導体チップ2の表面には電極4が配置されており、半導体チップ2の周辺部にはリードフレーム8が配置されている。リードフレーム8はチップ2と接続されるインナ部10と外部のプリント配線板と接続されるアウタ部16に分けられる。この様な構成において、この例ではインナ部10とアウタ部16を同じパタ−ン幅及び同じピッチとするものである。このことにより、リードフレーム8の形状を単純にすることが出来るため、樹脂封止に際しては量産に適した金型を用いたリードフレームの形成において寸法精度の向上、製造歩留りの向上、金型及びリードフレームの製造コストの大幅な低減が可能となる。
【0021】図7は、プリント配線板18上の接続端子22の形状パターンを変形した例について示した平面図で、接続端子22を千鳥配置としたものである。このことにより、狭ピッチなリードフレーム8に対しプリント配線板側の接続パタ−ンを広く形成することが出来、プリント配線板のパターン設計、製造の簡易化、ワイヤボンディング時の位置合わせの余裕度の向上が図れる。また、この例では接続端子22をリードフレーム8のピッチに合わせて等ピッチに配置しているが、リードフレームと接続端子をワイヤボンディングで接続する本発明では、リードフレーム8のパターン配置に対し接続端子22の配置を任意に設定できることから、プリント配線板のパターン設計の自由度を大きくできるという利点がある。
【0022】図8は、接続端子22を信号用端子27、電源用端子28、グランド用端子29とし、電源用端子28、グランド用端子29を信号用端子27と異なる並びに配置したものである。すなわち、狭ピッチ・多ピン化の対象製品であるゲートアレイ等のLSIチップでは1チップに対し複数個の電源及びグランド端子を必要とするが、これら個々の端子間は同電位であることからプリント配線板側では共通のパターンでよいことになり、このためのパターン配置の一例を示したのが図8である。このようなパターン配置とすることにより、電源、グランドパターンの幅を広くすることが出来、電気特性の大幅な向上が図れる。また、信号パターン配置に十分な余裕をもたせることが出来、プリント配線板のパターン設計の自由度を大きくできるという利点がある。
【0023】なお、この例ではICパッケージ1として、樹脂封止(レジンモールド)の例を示したが、樹脂封止の代わりに周知のガラス封止、さらにはセラミックパッケージによる封止とすることもできることは云うまでもない。
【0024】〈実施例2〉図9は、第2の実施例となるICパッケージ1とその実装構造12を示す断面図である。この例では、実施例1のICパッケージのリードフレーム8の代わりにTABテープを使用してテープキャリアパッケ−ジとしたものである。同図においてLSIチップ2の表面にはバンプ30が形成されており、TABテープ32のインナリード34と接合され、TABテープ32のアウターリード36部にはフイルム38が張り合わされ、アウターリード36部の表面を除くこれらLSIチップ2及びTABテープ32の全面が図示されていない薄い樹脂層で被覆されたテープキャリアパッケ−ジ(以下TCPと略する)40を形成している。TCP40は、アウターリード36の上面を一部露出した状態で、その他はレジン14によって封止されてICパッケージ1を形成している。レジン14による樹脂封止は、実施例1と同様の金型を用いて成形される。成形後は余分なテープをパッケージの壁面で切断し切り離す。
【0025】プリント配線板18の上面には接続端子22が形成されており、ICパッケージ1はプリント配線板18の上面に接着材20によって接着固定されている。この接続端子22と前記アウターリード36はアウタ用金線24によって接続されている。コーティングレジン26はICパッケージ1、接続端子22及びアウタ用金線24によって接続されたアウタワイヤボンディング部を含む実装部全体をコーティングしている。
【0026】実施例2では上記で構造を説明したように、LSIチップ2をTABテープ32に接続してTCP40とし、このTCP40のアウターリード36表面を一部露出するようにして、レジンモールドしたICパッケージ1をプリント配線板18にワイヤボンディング接続し、ボンディングエリアを含む実装個所全体を樹脂26でコーティングしたものである。本実施例ではICパッケージ1の構成にTCPを用いていることから、リードフレームを使用した実施例1の構成よりも狭ピッチのインナリード及びアウターリードの形成が可能であり、さらに高密度実装を図ることが出来る。
【0027】なお、この例ではICパッケージ1を構成する際に、TCPを用いてアウターリード36部の表面を除くLSIチップ2及びTABテープ32の全面に薄い樹脂被覆層を形成してTCP40としたが、後の工程で樹脂封止することからこの段階での樹脂被覆は必ずしも必要でなく省略することができる。すなわち、実施例1のリードフレームの代わりにTABテープ32を用いてLSIチップ2のバンプ30をインナリード34と接合させ、これをアウターリード36部の表面を露出させて樹脂封止すれば良い。
【0028】〈実施例3〉次に第3の実施例について図10、図11の断面図を用いて説明する。本実施例は実施例2と同じようにTCPを用いた構成である。まず、図10においてLSIチップ2の表面にはバンプ30が形成されており、TABテープ32のインナリード34と接合されている。TABテープ32のアウターリード36部にはLSIチップ2が配置される位置の反対面にフイルム38が張り合わされている。ICパッケージ1は、アウターリード36の上面を一部露出した状態でその他はレジン14によって封止されている。
【0029】プリント配線板18の上面には接続端子22が形成されており、ICパッケージ1はプリント配線板18の上面に接着材20によってチップのインナリード部を下方にして接着固定されている。プリント配線板18の接続端子22と前記アウターリード36はアウタ用金線24によって接続されている。コーティングレジン26はICパッケージ1、接続端子22及びアウタ用金線24によって接続されたアウタワイヤボンディング部を含む実装部全体をコーティングしている。
【0030】図11は図10に示すTCPのフイルム38がチップが配置される位置と同一面に配置され、チップ2のインナリード部を上方にして接着固定されたもので、プリント配線板18との接続及びコーティングについては図10に示すものと同じである。
【0031】実施例3については、従来から用いられているTCPのアウターリード部のフイルムを直接プリント配線板表面に接着固定し、そのフイルム上のアウターリードとプリント配線板上の接続パターンをワイヤボンディングによって接続したものであるが実施例1及び実施例2と同じ効果が得られる。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように、本発明により、所期の目的を達成することができた。すなわち、半導体装置のアウターリードの一面を封止樹脂に固着し、他面を露出した構造とすることによって、タイバ切断加工が不要となり、より狭ピッチ・多ピンのICパッケージの形成が可能となった。また、ICパッケージのアウターリードとプリント配線板の接続端子をワイヤボンディングによって接続することにより、リードと端子を重ね合わせて位置合わせする必要がなく、位置合わせが非常に容易になると同時に、従来位置合わせのずれによって発生していた、隣接端子間のはんだブリッジによるショート不良及び絶縁不良を完全になくすることが出来、大幅な歩留り向上が可能となった。また、ICパッケージのアウターリードの配置に対し、プリント配線板の接続端子の配置を任意に設定できることから、プリント配線板のパターン設計の自由度が大きくなり、より高性能、高機能の製品設計が可能になる。




 

 


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