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発明の名称 半導体装置
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6−260582
公開日 平成6年(1994)9月16日
出願番号 特願平5−47933
出願日 平成5年(1993)3月9日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】鵜沼 辰之
発明者 北野 誠 / 熊沢 鉄雄 / 長島 英明 / 米田 奈柄
要約 目的
微細化したリード及びパッケージの隅部に配置されたリードのはんだ接合部の信頼性を向上させる。

構成
半導体パッケージ2の側面に設けられたリード1−1〜1−4に対して、基板とのはんだ接合部分1aの幅を、それ以外の部分1aの幅より広く形成する。このような形状にリードを構成すると、はんだ接合される部分の面積が大きくなるので、リードの根元に変位が生じても、この変位は曲げ剛性が小さい部分1aで吸収され、はんだ接合部に生じるひずみは小さくなる。その結果、はんだ接合部の信頼性を向上させることができる。なお、リードをこのような形状にすることは、全てのリードに対してではなく、隅部に配置されたリード1−1のみに対して行ってもよい。
特許請求の範囲
【請求項1】 半導体チップと、該半導体チップに電気的に接続された複数のリードと、前記半導体チップを封止するとともに前記リードを部分的に封止する封止体とを備え、前記封止体より外部に突き出した前記リードの一部分が略L字形に折り曲げられたガルウィング形の半導体装置において、前記複数のリードのうち少なくとも前記封止体の隅部に配置されたリードは、基板との接合部分の幅がそれ以外の部分の幅よりも広く形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項2】 請求項1に記載の半導体装置において、前記接合部分の幅が広く形成されている箇所は、接合面の全面であることを特徴とする半導体装置。
【請求項3】 請求項1に記載の半導体装置において、前記接合部分の幅が広く形成されている箇所は、接合面のうち前記封止体側であることを特徴とする半導体装置。
【請求項4】 請求項1に記載の半導体装置において、前記接合部分の幅が広く形成されている箇所は、接合面のうち前記封止体と反対側であることを特徴とする半導体装置。
【請求項5】 半導体チップと、該半導体チップに電気的に接続された複数のリードと、前記半導体チップを封止するとともに前記リードを部分的に封止する封止体とを備え、前記封止体より外部に突き出した前記リードの一部分が略L字形に折り曲げられたガルウィング形の半導体装置において、前記リードは、基板との接合部分の幅がそれ以外の部分の幅よりも広く形成されている箇所が、接合面のうち前記封止体側にあるリードと、前記封止体と反対側にあるリードとからなり、両リードが交互に配置されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項6】 半導体チップと、該半導体チップに電気的に接続された複数のリードと、前記半導体チップを封止するとともに前記リードを部分的に封止する封止体とを備え、前記封止体より外部に突き出した前記リードの一部分が略L字形に折り曲げられたガルウィング形の半導体装置において、前記複数のリードのうち少なくとも前記封止体の隅部に配置されたリードは、基板との接合部分以外ではその幅が基板との接合部分の幅よりも狭く形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項7】 半導体チップと、該半導体チップに電気的に接続された複数のリードと、前記半導体チップを封止するとともに前記リードを部分的に封止する封止体とを備えた半導体装置において、前記リードのうち前記封止体の隅部に配置されたリードを、前記半導体チップから電気的に絶縁したことを特徴とする半導体装置。
【請求項8】 請求項7に記載の半導体装置において、電気的に絶縁した前記リードの幅を、他のリードの幅よりも広くしたことを特徴とする半導体装置。
【請求項9】 請求項7に記載の半導体装置において、電気的に絶縁した前記リードとこれに隣接するリードとのピッチを、他のリードのピッチよりも大きくしたことを特徴とする半導体装置。
【請求項10】 半導体チップと、該半導体チップに電気的に接続された複数のリードと、前記半導体チップを封止するとともに前記リードを部分的に封止する封止体とを備えた半導体装置において、前記リードのうち前記封止体の隅部に配置されたリードを、これに隣接するリードと電気的に短絡したことを特徴とする半導体装置。
【請求項11】 請求項10に記載の半導体装置において、封止体の隅部に配置された前記リードの幅を、他のリードの幅よりも広くしたことを特徴とする半導体装置。
【請求項12】 半導体チップと、該半導体チップに電気的に接続された複数のリードと、前記半導体チップを封止するとともに前記リードを部分的に封止する封止体とを備えた半導体装置において、前記封止体の隅部に配置されたリードとこれに隣接するリードとのピッチを、他のリードのピッチより大きくしたことを特徴とする半導体装置。
【請求項13】 請求項1〜12のいずれかに記載の半導体装置を実装した電子装置。
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に係り、特にリードのはんだ接合部の信頼性を向上させた半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置におけるリードのはんだ接合部の信頼性を向上させる従来技術としては、特開昭59−108334号公報、特開昭63−255950号公報、特開平1−140647号公報および特開平3−157961号公報に開示されているように、はんだ接合部の空間を確保して、この空間内に充分な量のはんだを充填させるようにすることが提案されている。
【0003】さらに、特開昭59−36952号公報には、はんだのぬれ性を良くすることにより信頼性を向上させることが、また、特開昭63−181363号公報および特開昭64−19756号公報には、はんだのぬれ性を制御することにより信頼性を向上させることがそれぞれ提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】近年需要が拡大している表面実装型半導体装置は、リードを基板に直接はんだ付けする構造となっている。ところが、一般に半導体装置のパッケージと基板の線膨張係数が異なるため、繰返しの温度変化に対してはんだ接合部に繰返しの熱ひずみが加わる。このため、はんだ接合部が熱疲労破壊することがあり、信頼性の面で問題となっている。
【0005】さらに、このような半導体装置を用いた電子装置の製造時や使用時に、基板に曲げ変形が生じ、このためにはんだ接合部が破壊することもある。特に最近は、高密度実装のために、はんだ接合部が微細化しており、はんだ接合部の信頼性がますます厳しくなっている。
【0006】一つの半導体装置には、複数のリードが設けられているが、はんだ接合部の信頼性が最も厳しくなるのは、ほとんどの場合半導体装置の隅部に配置されたリードのはんだ接合部である。これには2つの理由があり、4方向にリードが配置されたQFPパッケージ(クアッドフラットパッケージ)を例にそれを説明する。
【0007】まず、第1の理由を説明する。基板に実装されたQFPパッケージの平面図を図11に示す。パッケージ2の側面に設けられたリード1−1〜1−44(図ではリードの全てに符号を記してないが、符号は左周りに1−1〜1−44の順となっている)は、はんだ6により基板8に設けられた配線板7に接合されている。
【0008】この基板8に温度変化を与えると、パッケージ2と基板8の線膨張係数が異なるので、リード1−1〜1−44の根元は、基板8に対して図に示すx,y方向に変位する。このとき、変形の中心は、パッケージ2の中心に一致するので、パッケージ2の中心線上のリード1−6,1−17,1−28,1−39はxあるいはyの一方向のみに変位する。これに対し、パッケージの隅部に配置されたリード1−1,1−11,1−12,1−22,1−23,1−33,1−34,1−44は、x,y両方向にほぼ同じ量だけ変位する。このため、隅部に近いリードの方がはんだ接合部に発生するひずみが大きくなり、信頼性が厳しくなる。基板の曲げ変形により生じるはんだ接合部のひずみについても同様である。
【0009】次に、第2の理由を説明する。表面実装型半導体装置のリードは、非常に微細化しており、実装時に加わるわずかな外力によってもパッケージの平面内で曲がりが生じることがある。この時、確率的に最も外力が加わりやすいのは、図12に示すように、パッケージ2の隅部に位置するリード(例えばリード1−1)であり、このリードの内側のリード(例えばリード1−2)は、外側のリード1−1にガードされるので、曲がりが生じにくい。このような曲がりが生じたリードをはんだ付けすると、リードと基板の配線板がずれているので、はんだ接合面積が小さくなり、破壊が生じやすくなる。
【0010】半導体装置のリードのはんだ接合部の信頼性を向上させるようにした、前述の従来技術のうち、はんだ接合部の空間を確保してその空間内にはんだを充填する方法はリードの形状が複雑になるため、微細化したリードに適用することが困難である。さらに、はんだのぬれ性向上あるいはぬれ性制御により信頼性を向上させる方法もリードの形状が複雑になり、効果を保証するのが困難であるといった欠点がある。また、従来技術ではいずれのものも、リードの微細化やパッケージの隅部に配置されたリードに対する配慮がなされていなかった。
【0011】本発明の目的は、微細化したリード及びパッケージの隅部に配置されたリードのはんだ接合部の信頼性を向上させることができる半導体装置を提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明は、半導体チップと、該半導体チップに電気的に接続された複数のリードと、前記半導体チップを封止するとともに前記リードを部分的に封止する封止体とを備え、前記封止体より外部に突き出した前記リードの一部分が略L字形に折り曲げられたガルウィング形の半導体装置において、前記複数のリードのうち少なくとも前記封止体の隅部に配置されたリードは、基板との接合部分の幅がそれ以外の部分の幅よりも広く形成されているか、または、基板との接合部分以外ではその幅が基板との接合部分の幅よりも狭く形成されていることを特徴とするものである。
【0013】さらに、本発明は、前述と同様な構成のガルウィング形の半導体装置において、前記リードは、基板との接合部分の幅がそれ以外の部分の幅よりも広く形成されている箇所が、接合面のうち前記封止体側にあるリードと、前記封止体と反対側にあるリードとからなり、両リードが交互に配置されていることを特徴とするものである。
【0014】また、本発明は、半導体チップと、該半導体チップに電気的に接続された複数のリードと、前記半導体チップを封止するとともに前記リードを部分的に封止する封止体とを備えた半導体装置において、前記リードのうち前記封止体の隅部に配置されたリードを、前記半導体チップから電気的に絶縁したことを特徴とするものである。
【0015】さらに、本発明は、前述と同様な構成の半導体装置において、前記リードのうち前記封止体の隅部に配置されたリードを、これに隣接するリードと電気的に短絡したことを特徴とするものである。
【0016】さらに、本発明は、前述と同様な構成の半導体装置において、前記封止体の隅部に配置されたリードとこれに隣接するリードとのピッチを、他のリードのピッチより大きくしたことを特徴とするものである。
【0017】また、本発明は、上記構成の半導体装置のいずれかを電子装置に実装したものである。
【0018】
【作用】まず、本発明ではリードは図2のような形状のものを用いる。図2に示したリードは、はんだ接合される範囲(図においてL3と示した領域)のリード幅b2が、ほかの範囲(L1、L2と示した領域)のリード幅b1よりも広くなっている。このような形状にリードを形成すると、はんだ接合部分1bの面積を大きくすることができ、リードの根元Aに変位が生じても、この変位は曲げ剛性が小さい部分1aで吸収されるので、はんだ接合部の変形は小さくて済む。その結果、はんだ接合部に生じるひずみが小さくなり、はんだ接合の信頼性を向上させることができる。
【0019】なお、接合部分の幅を広くする箇所は、図2のように接合面全面にしなくてもよく、接合面のうち封止体側に設けたリードとしたり、封止体と反対側に設けたリードとしたり、あるいはそのようなリードを交互に配置しても、上記と同様の効果を得ることができる。
【0020】また、封止体の隅部に配置されたリードを電気的に絶縁すると、例え隅部に配置されたリードのはんだ接合部が破壊しても、このリードは電気信号の伝達に用いられていないので、半導体装置としての機能が損なわれることがない。
【0021】また、封止体の隅部に配置されたリードを、これに隣接するリードと電気的に短絡させた構成とした場合も、隅部に配置されたリードのはんだ接合部が破壊したときに、隣接するリードで電気信号の伝達を行うことができ、半導体装置としての機能が損なわれることがない。
【0022】さらに、封止体の隅部に配置されたリードとこれに隣接するリードとのピッチを他のリードのピッチより大きくすると、隅部に配置されたリードに対する基板の配線板の幅を広くすることができるため、リード曲がりによりリードと配線板との間にずれが生じても、はんだ接合面積は小さくならず、このリードの接続信頼性を確保することができる。
【0023】
【実施例】以下に、本発明の実施例を図面を用いて説明する。図1は本発明の第1実施例による半導体装置の斜視図である。本発明の特徴を明確にするため、図ではパッケージの隅部付近のみを拡大して示している。図に示すように、半導体パッケージ2の側面に設けられたリード1−1〜1−4の全てに対して、はんだ接合部分1bの幅が他の部分1aの幅よりも広く形成されており、その詳細は図2に示したとおりである。このようにリード1−1〜1−4を形成することにより、はんだ接合部分1bのみの面積を大きくし、しかも外力が加わった場合の変位を他の部分1aで吸収することができるので、はんだ接合部1bの信頼性を向上させることができる。
【0024】図3は本発明の第2実施例による半導体装置の斜視図である。本実施例は、隅部に配置されたリード1−1のみに図2の形状のリードを適用した例である。この場合は、特に隅部のリードの接続信頼性だけが問題となる場合に有効である。
【0025】図4は本発明の第3実施例による半導体装置の斜視図である。本実施例では、はんだ接合部分のうち一部分1b’の幅を他の部分1aの幅よりも広く形成したものである。このようにすることでも、第1実施例と同様の効果をあげることができる。そして、本実施例では、幅広の部分が短いので、はんだのブリッジによるリード同士の短絡が生じにくいという効果もある。
【0026】図5は本発明の第4実施例による半導体装置の斜視図である。本実施例も、はんだ接合部分の一部分1b”の幅を他の部分1aの幅よりも広くしたものであるが、その位置は第3実施例とは逆に、パッケージ(封止体)2に近い部分になっている。このようにすることで、第3実施例と同様の効果をあげることができる。
【0027】図6は本発明の第5実施例による半導体装置の斜視図である。本実施例も、はんだ接合部分の一部分の幅を他の部分の幅よりも広くしたものであるが、幅を広くした位置がパッケージ2側にあるリード(図5に示したリードと同じ)1−1,1−3と、パッケージ2と反対側であるリード先端部にあるリード(図4に示したリード)1−2,1−4とが交互に配置されている。このような構成にすることでも、第1実施例と同様の効果をあげることができ、さらに、リードのピッチを微細化することが可能となる。
【0028】図7は本発明の第6実施例による半導体装置の平面図である。この図では、パッケージの隅部付近のみを示し、パッケージ内部の構造を説明するため、パッケージ上部の封止体を取り除いてある。本実施例では、パッケージ2の側辺に配置されたリードが金属ワイヤ5を介してタブ4に搭載されたチップ3の電極3aに電気的に接続されている。しかし、隅部に配置されたリード1−1および1−44は、チップ3及び他のリードから電気的に絶縁されている。
【0029】このように半導体装置を構成することにより、たとえパッケージの隅部に配置されたリード1−1もしくは1−44のはんだ接合部が破壊しても、このリードは電気信号の伝達に用いられていないので、半導体装置の機能は損なわれることがない。したがって、半導体装置全体から見たリードの接続信頼性は向上することになる。なお、この図だけで本実施例を説明すると、隅部に配置されたリード1−1および1−44は全く無駄のように見られるが、これらのリードは実装前にその内側のリード曲がりに対するガードの役割を果たすので、無駄にはならない。
【0030】図8は本発明の第7実施例による半導体装置の平面図である。本実施例では、隅部に配置されたリード1−1および1−44が、それらに隣接するリード1−2および1−43と一体になっており、電気的に短絡している。このようにすることで、たとえパッケージの隅部に配置されたリード1−1もしくは1−44のはんだ接合部が破壊しても、これらのリードは単独では電気信号の伝達に用いられていないので、半導体装置の機能は損なわれることがない。
【0031】図9は本発明の第8実施例による半導体装置の平面図である。本実施例では、隅部に配置されたリード1−1および1−44と、それらに隣接するリード1−2および1−43とのピッチが、他のリードのピッチよりも広くなっている。このようにすることで、図に破線で示した基板の配線板7−1、7−2の幅を広くすることができる。このため、リード曲がりによるリードと基板の配線板がずれが生じても、このリードの接続信頼性は確保される。
【0032】なお、図7において、隅部に配置されたリード1−1および1−44の幅を、他のリードの幅よりも広くしたり、さらに、リード1−1および1−44とこれに隣接するリードとのピッチを、他のリードのピッチよりも大きくしたりすることができる。また図8においても、隅部に配置されたリード1−1および1−44の幅を、他のリードの幅よりも広くすることができる。
【0033】次に、本発明の効果を解析により検証した結果を図10を用いて説明する。この解析は、日本機械学会論文集(A編)56巻525号1140ページ〜1147ページに記載の手法により行ったものである。解析モデルとして、図2に示したリードを用いた。寸法は、L1=0.5mm、L2=1.5mm、L3=0.5mm、b1=0.2mm、t=0.15mmであり、30mmのパッケージの隅部に配置されたリードの解析を行った。パッケージと基板との線膨張係数の差は、10×10~6/℃とし、−50℃から150℃の温度変化を与えた。
【0034】はんだ接合部のリード幅b2とはんだに発生するひずみとの関係を図10に示す。リード幅が0.2mmの場合がリード幅が一様の場合である。図より、リード幅が広くなるにしたがってはんだのひずみは小さくなることがわかる。リード幅が0.4mmの場合は、はんだのひずみは0.2mmの場合に比べて約1/2に低減している。はんだの熱疲労寿命は、発生ひずみのほぼ2乗に逆比例するので、この場合の接続部の寿命は約4倍になり信頼性が大幅に向上する。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、リードのはんだ接合部に発生するひずみを小さくできるので、はんだ接合部の接続信頼性を向上させることができる。
【0036】また、信頼性が最も問題となる、隅部に配置されたリードのはんだ接合部に対する配慮がなされているので、半導体装置の接続信頼性を一層向上させることが可能となる。




 

 


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