(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リードフレーム中心部の上下に異なる半導体チップを搭載するためのリードフレームであって、少なくとも、一方の半導体チップに対応するための該半導体チップに向かうインナーリード群と、別の半導体チップに対応するための該半導体チップに向かうインナーリード群と、前記いずれかのインナーリード群の端部に固定されて支持される有機絶縁樹脂シートからなる半導体チップ用アイランドと、を備え、前記有機絶縁樹脂シートが固定されるインナーリード群の先端部は、別のインナーリード群の先端部より中心に近く、且つ前記樹脂シートが収容されるように、ハーフエッチング加工されることで先端部以外より厚みが薄く、前記有機絶縁樹脂シートは前記ハーフエッチング部に固定されることを特徴とするマルチチップ用複合リードフレーム。
【請求項２】
請求項１に記載のマルチチップ用複合リードフレームを使用する半導体装置であって、半導体チップ用アイランドの一方の面に搭載された半導体チップは、一方のインナーリード群とワイヤボンディング接続され、他方の面に搭載された別の半導体チップも別のインナーリード群とワイヤボンディング接続され、その後所定のパッケージング加工が施されたことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１に記載のマルチチップ用複合リードフレームを使用する半導体装置であって、半導体チップ用アイランドの一方の面に搭載された半導体チップは、一方のインナーリード群とワイヤボンディング接続され、他方の面に搭載された別の半導体チップは別のインナーリード群とフリップチップ接続され、その後所定のパッケージング加工が施されたことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の半導体チップを搭載可能な複合リードフレームのインナーリード構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣやＬＳＩのようなシリコン半導体（以下、半導体チップもしくは単にチップと記す。）は、接続用の端子を半導体チップの上面や下面に１００〜１０００個備えるが、このピッチは一般的に非常に狭く（〜１００μｍ）プリント基板に直接搭載できない。そこで、図３に示すような半導体の端子ピッチを接続の容易なピッチ（〜１ｍｍ）にまで拡大する中間基板に搭載した上で、取り扱いが容易な形状に整えるパッケージング加工が行われる。このパッケージング工程は複数の工程を含むが半導体チップは、原則として1個が中間基板としてのリードフレーム１に搭載される。
【０００３】
リードフレーム１（以下、ＬＦとも記す。）は、アルミや鉄／ニッケル合金からなる一定の剛性を有する金属板をプレスもしくはエッチング加工して製造され、チップの端子数に相当する複数のリードと１個のアイランド４からなる。リードは、アイランド４に搭載される半導体チップの端子２と電気的に接続するインナーリード９と外部機器接続用の端子につながるアウターリード１０がある。インナーリード９とアウターリード１０は同じ金属配線であるが前者はアイランド４に向かってピッチが狭く、アウターリード１０はアイランド４からインナーリード９を放射状に外側に延ばしたものである。
【０００４】
一般的なＬＦでは、アイランド４に搭載する半導体チップ上の端子２とインナーリード９はＡｕ線３でワイヤーボンディング接続する。このほかＬＦには、リード類がふらつかずばらけないように一体に保つサポートフレーム８、吊りバー６やダムバー７と称されフレームが付属するが、リード同士が短絡しないようにパッケージング工程の適切な段階で切断される。
【０００５】
ＬＦ以外の中間基板には、銅箔付樹脂フィルムあるいは銅箔付プラスチック基板を用いて、銅箔をフォトリソ技術により、ピッチ拡張用に放射状に加工した配線基板がある。配線構成や使用法はＬＦと同じであるが、樹脂からなる支持体のおかげで金属部分の厚みを薄くできるので、エッチング加工でリードをパターニングする場合より微細加工ができるという利点がある。
【０００６】
多ピンの半導体チップを搭載するにはリードの数を増やす必要があるが、その際インナーリード９の線幅をより微細化する必要がある。エッチングで微細化するにはリードフレーム１を組成する金属の板厚をインナーリード間の隙間より薄くする必要がある。しかし薄くし過ぎるとインナーリードの自己支持性と、外部接続端子としてのアウターリードに必要な剛性が維持できなくなる。
【０００７】
そこで、インナーリード数を増やすために、リードフレーム１のアイランド４とこれに向かうインナーリード９部分を、フィルム上に金属配線を備え、微細加工が容易な配線基板に置換する技術が開発された（ＴＡＢ）。フィルム等樹脂基板上の銅箔は、ＬＦより板厚が薄いので微細加工が可能である。ＬＦのインナーリードはＴＡＢ等のアウターリードと接続される必要がるが、これはアウターリード部をインナーリードに重ねて接合することでなされる（特許文献１）。
【０００８】
同じ技術思想に属するものに、フィルム状のＴＡＢの代わりにプラスチック配線基板を
使用するものがある（特許文献２）。ＬＦ構造を基本に、その中心部をフィルムにするかより剛性のあるプラスチック板にするかの違いしかない。
これらはいずれも、リードフレームの内側のリード先端部と配線基板のアウターリードとが接続されて一体化しており、複合リードフレームと呼ばれる（特許文献２）。
【０００９】
リードフレーム１を拡張する別の方向は、複数の半導体チップを搭載できるマルチチップ対応のＬＦである。このようなマルチチップタイプは、新たな集積回路を開発する場合に、複数の集積回路チップをまとめて１チップ化するよりもＴＡＴ（Ｔｕｒｎ  Ａｒｏｕｎｄ  Ｔｉｍｅ）が短くてすむので開発投資を低減できる利点がある。既存の半導体チップやその組み立てライン及び試験工程を流用できるため、ハイブリッドＩＣよりもカスタムＩＣを作るのが容易であり、新しく開発するのはＬＦのみとなる（特許文献３）。
【００１０】
複合リードフレームのマルチチップ化として、中央の配線基板上に複数のチップを並べる形態と垂直方向に重ねる形態及びこれらの組み合わせがある。垂直方向についてはひとつのチップの背中に重ねる形態と、基板の表裏にＩＣチップを配置する形態及びこれらの組み合わせがある。チップの接続端子とＬＦと配線基板のリードとの接続は、通常はワイヤーボンディングで行われ、ＬＦと中心部の配線基板（ＴＡＢあるいはプラスチック基板）のリードとは重ね合わせて金属接合で接続される。
【００１１】
しかしながら、複合フレーム化自体が、１回のエッチングもしくはプレス加工で製造されるＬＦに、別のエッチング加工で製造したＴＡＢあるいはプラスチック配線板を付加するもので、ＬＦに比べて高価になるという問題がある。
特に、プラスチック基板あるいはＴＡＢテープ上のリード端子をリードフレーム側のリードに接合させる場合、電気抵抗を低くするために、前者のリード端子にはＡｕめっきを行い高温で接合することが必要である。この点から複合リードフレーム化は高価になる。
【００１２】
さらにまた、有機材料と金属との複合材であるプラスチック基板あるいはＴＡＢテープ基材は一般的に高温では基板の膨張があるので、できるだけ低温でＬＦと接合する必要がある。一方、金属接合の安定化には高温で短時間の接合が求められる。このように有機配線板上の金属端子と金属リードフレームでの相反する熱負荷の影響はトレードオフの関係がある。これに加え、両材料の熱膨張係数には大きな乖離があり、接合後に熱収縮差から引き剥がし応力が発生し、安定な金属接合を得るのが難しい問題がある。
【００１３】
複合リードフレームで複数のチップを搭載する場合、中央の配線基板の表裏に金属配線を形成し同時に裏面の配線を表面に導くスルーホール加工をする必要がある。Ａｕめっきしたプラスチック基板あるいはＴＡＢテープとＡｇめっきしたリードフレーム（ＬＦ）とを接合するには、リード同士の位置合わせ精度が求められ、作業性が低下する。これらはいずれもコストアップになるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特願平３−１５４８４８号公報
【特許文献２】特願平３−１７０２４２号公報
【特許文献３】特許第２５８２０１３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
そこで本発明は、リードフレーム中心部の上下に半導体チップを搭載するマルチチップ用複合リードフレーム構造において、金属基板と有機材料基板という異質な２種類の支持基板のリードを接合する際に予め必要となる事前処理や種々の不都合の排除を目的とした
もので、マルチチップ対応の新規な複合リードフレームの構造の提供することを目的とした。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、リードフレーム中心部の上下に異なる半導体チップを搭載するためのリードフレームであって、少なくとも、一方の半導体チップに対応するための該半導体チップに向かうインナーリード群と、別の半導体チップに対応するための該半導体チップに向かうインナーリード群と、前記いずれかのインナーリード群の端部に固定されて支持される有機絶縁樹脂シートからなる半導体チップ用アイランドと、を備え、前記有機絶縁樹脂シートが固定されるインナーリード群の先端部は、別のインナーリード群の先端部より中心に近く、且つ前記樹脂シートが収容されるように、ハーフエッチング加工されることで先端部以外より厚みが薄く、前記有機絶縁樹脂シートは前記ハーフエッチング部に固定されることを特徴とするマルチチップ用複合リードフレームとしたものである。
【００１８】
次に、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のマルチチップ用複合リードフレームを使用する半導体装置であって、半導体チップ用アイランドの一方の面に搭載された半導体チップは、一方のインナーリード群とワイヤボンディング接続され、他方の面に搭載された別の半導体チップも別のインナーリード群とワイヤボンディング接続され、その後所定のパッケージング加工が施されたことを特徴とする半導体装置としたものである。
【００１９】
次に、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のマルチチップ用複合リードフレーム
を使用する半導体装置であって、半導体チップ用アイランドの一方の面に搭載された半導体チップは、一方のインナーリード群とワイヤボンディング接続され、他方の面に搭載された別の半導体チップは別のインナーリード群とフリップチップ接続され、その後所定のパッケージング加工が施されたことを特徴とする半導体装置としたものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、リードフレームのインナーリードを２つの半導体チップに対応する２群に分けて長さを変えた構成とし、長さの長いほうのインナーリードに有機絶縁樹脂を固定した。リードフレームの中央部の平坦な有機絶縁樹脂をアイランドとして半導体チップ搭載面としたことにより、上下に複数の半導体チップを搭載することが可能になった。
尚、異なる半導体チップは、複数であることが肝要で、同じ半導体チップであっても構わない。
【００２１】
アイランドの表裏に半導体チップを搭載できるが、アイランドとしての基板は単に半導体チップを搭載するだけであって、従来の複合リードフレームと異なり配線加工やスルーホール導通を必要としない。したがって、配線端子自体が存在せずＡｕ,Ａｇ等の表面処理が不要である。当然、外側のリードフレームのリードと内側のアイランド基板のリードとの金属接合もなくアライメント工程も不要である。さらに、リード間の金属接合に必要な高温での接合処理もないために、異質な材料を高温で固定したことによる金属接合部の強度低下もない。
【００２２】
アイランドの下部の長さの長いインナーリードに有機絶縁樹脂が接着され固定され、その上表面に搭載される半導体チップの端子と短いインナーリードとは、ワイヤーボンディング接続されるが、裏面に搭載される半導体チップと有機絶縁樹脂に固定された長いイン
ナーリードとの接続については、ワイヤーボンディングかフリップチップ接続の選択が可能である。この選択は、裏面に搭載されるチップの大きさによるであろう。チップの下側にインナーリードが侵入するようなチップの大きさであればフリップチップ接続が好ましい。入り込まなければワイヤーボンディングが選択される。
したがって、半導体チップの端子接続方法に制限が少なく、半導体チップの選択範囲が広がり、高機能で多機能な半導体装置が容易に製造できる。
【００２３】
従来の複合リードフレームではリードフレームに別の配線基板を張り合わせるために基材の厚さは（リードフレーム＋配線基板）のトータル厚になってしまう。一方、ＬＦ基材のインナーリードの先端部にハーフエッチング部を設け、ハーフエッチング部上に有機絶縁樹脂を収容するように固定すればより薄い半導体装置とすることができる。
【００２４】
更には、複合化に使用するＴＡＢあるいはプラスチック基板は加工されたものを使用するので高価になるが、本発明になる複合リードフレームはインナーリード上に設ける絶縁樹脂シートは単に断裁するだけで配線等加工の必要が無いので安価な複合リードフレームを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明になるリードフレームの構造を説明する図面であって、（ａ）上面視、（ｂ）断面視の図である。
【図２】（ａ）〜（ｆ）本発明になる半導体装置の製造工程を説明する断面視の工程図である。
【図３】従来型のリードフレーム構造と半導体チップ搭載の様子を説明するか下面視の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明になるリードフレーム１は、図１（ａ）〜（ｂ）にその概略を示すように、一般のリードフレーム（図３）が備えるインナーリード９，アウターリード１０及びアイランド４から、アイランド４を取り去り、前記インナーリード９を２つの半導体チップに対応するように長さの異なる第一の群と第二の群に分け、第一の群に属するインナーリード１１をアイランドとなる絶縁性樹脂シート１４を下支えするように長さを長くし、第二の群１２を先端が絶縁性樹脂シート１４外に収まるように長さを相対的に短くし、金属製のアイランドの代わりに絶縁性樹脂シート１４を用いたものである。
【００２７】
さらに、第一群に属する絶縁性樹脂シート１４を下支えするインナーリードの先端については、ハーフエッチング加工することで厚みを薄くしたもので、ここに絶縁性樹脂シート１４が収まるように敷設すれば、例え半導体チップがその上に搭載されたとしても全体の厚みが厚くならない。
尚、図１（ａ）ではリードは細分化せずに一塊に記載したがリード配置他の詳細は図３と同様である。また、図１（ｂ）についてはリードが２段に描かれているが、第一群と第二群で長さが異なることを示すために２段にしたものであって実際は同一面内にあるものである。
【００２８】
第一群と第二群のインナーリード端部のまとまり方については、図１（ａ）に示す４角形状あるいは略４角形状のものに限られない。どのような形状であっても構わないが、ある種の中心対称性（回転対称性）があるのが好ましい。第一群と第二群と区分けがされているがリード自体は上述したように同一平面上にあるので、どのように第一群と第二群に分けるかについては搭載する半導体チップの端指数とそれらの配置態様で決めればよい。分けられたすべてのリード１１，１２を対応する半導体チップの端子と接続する必要があるわけでもない。
【００２９】
以下、図２と図１を使用して、ＬＦ中央の上下に半導体チップを備える複合リードフレーム及びこれをパッケージングした半導体装置について製造工程に即して本発明を説明する。絶縁樹脂シート１４上には、半導体チップを電気的に接続できる範囲で並置しても構わない。
【００３０】
（リードフレーム製造工程）
リードフレームは、枚葉状あるいは帯状の金属板に、リード及び所定のパターンからなる単位のリードフレームが縦横方向に多面付けで配列された状態で同時に加工されて形成されるが、簡単のため図２では単一のリードフレームについて記載してある。最終的に他面付けが個片に断裁される。
【００３１】
まず、鉄−ニッケル等の合金薄板又は銅−ニッケル−錫等の金属合金製の金属板の表面に、フォトレジストを塗布してフォトレジスト層を形成する。次いで、電気的接続エリアを末端に備えるアウターリードとインナーリード、これらリードとつながるサポートフレーム、吊りバーとタイバーとなる部分にレジストパターンを形成するために、所定のパターンを有する露光用フォトマスクを介してフォトレジスト層に紫外線を照射する。
【００３２】
次いで、フォトレジスト層に現像、必要に応じて硬膜処理を行う。これにより、インナーリード先端の絶縁性樹脂シートが載る部分以外のリード部分と吊りバーとタイバーとなる部分を残してフォトレジストが現像除去される。
【００３３】
同様に、金属板の裏面にもフォトレジストを塗布してフォトレジスト層を形成後、パターン露光、現像等という一連の処理を行う。パターン露光にあたっては、インナーリード全体と吊りバーとタイバーとなる部分を残してフォトレジストが現像除去され、レジストパターンが形成される。
【００３４】
次に、金属板の裏面にエッチング防止の耐腐食用の樹脂フィルムを貼着し、金属板１の表面側から表面のフォトレジスト非形成部を所定の深度（概ねＬＦ厚の１／２）まで塩化第二鉄等のエッチャントを用いてエッチング加工処理（ハーフエッチング処理）を行う。絶縁性樹脂シート１４が載るエリアもハーフエッチングされる。洗浄後、その表面に耐腐食用の樹脂フィルムを貼着する。
【００３５】
次に、金属板の裏面の耐腐食用の樹脂フィルムを剥がし、金属板の裏面側から、裏面のフォトレジスト非形成部を所定の深度（概ねＬＦ厚の１／２）まで塩化第二鉄等のエッチャントを用いてエッチング加工処理を行うと表面、裏面のレジストパターンが形成されていない金属部位に貫通部が形成される。これにより、図面上では詳細が描かれていないが第一群のインナーリード１１と第二群のインナーリード１２他を備えるリードフレーム１が形成される（図２（ｂ））。
【００３６】
インナーリード１１先端のハーフエッチングされた部分の裏面側はエッチングされないようにレジストで保護してあるので貫通せず、ハーフエッチング状態に留まる。尚、図２ではハーフエッチングについては省略してある。リードフレーム１を形成するエッチング加工は、表裏の面に各々１回ずつ行い、計２回行っているが、表裏から同時に１回のエッチングで金属板１にエッチング加工を行っても構わない。
【００３７】
（絶縁樹脂シートの貼付）
次に、第二のインナーリード群の開口部で第一のインナーリード群のハーフエッチ部に所定の大きさの絶縁樹脂シート１４を接着材で固定する（図２（ｃ））。図１（ｂ）に示したようにハーフエッチは必ずしも必要ないが、この場合その分だけ厚くなる。絶縁性樹脂
シート１４は、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂、あるいはＰＰＡや液晶ポリマーなど耐熱性のある熱可塑性樹脂をシート状にしたものが好ましい。
【００３８】
（半導体チップ搭載工程）
こうして得たリードフレーム１の絶縁性樹脂シート１４の上面に、例えば、接着剤により第一の半導体チップ１５を貼着（ダイボンド）する。その後ワイヤーボンダーにより、半導体チップの上面の端子と第二のインナーリードの上面の電気的接続エリアとをＡｕワイヤー１６をワイヤーボンディングすることで、半導体チップ１５とインナーリード１２とを接続する。こうして、リードフレーム１の上面に半導体チップ１５を搭載した。
【００３９】
次に、前記絶縁性樹脂シート１４の下面に、接着剤により第二の半導体チップ１７を貼着（ダイボンド）し、その後ワイヤーボンダーにより、半導体チップ１７の上面の端子と長い方のリード群の上面の電気的接続エリアとをＡｕワイヤー１６をワイヤーボンディングすることで、第二の半導体チップとインナーリードとを接続する。こうして、半導体発光装置用リードフレーム下面に第二の半導体チップを搭載し電気接続する。
第二のチップ１７についてはフリップチップ接続しても構わない。チップの裏面に搭載された半田ボールとＡｕめっきされたインナーリードとをアライメントしてからリフロー炉を通過させることで導通を採ることができる（図２（ｄ）右側の図）。
【００４０】
（めっき処理）
ワイヤーボンディングに先行してＬＦリード端の電気接続エリアの表面の酸化膜を除去して清浄な表面を形成した後、Ａｇめっき層を形成しておくのが好ましい。めっきは、銀めっきに変えて、金めっき、パラジウムめっきとしても構わない。また、銀めっき、金めっき、パラジウムめっきを行うのに先立ち、耐熱拡散性に優れたＮｉ（ニッケル）めっき等の下地めっきを行っても構わない。
【００４１】
（モールド成型工程）
次に、ＬＦに対し、金型を用いた樹脂モールド成型を行うことで、金属板及び半導体チップをモールド樹脂で所定形状に被覆する。モールド樹脂１８は、一般に極性基を持つため、これら極性基がＬＦ表面の酸化膜と結合して、ＬＦ金属とモールド樹脂との密着性が向上する効果がある。すなわち、モールド樹脂をＬＦに形成した酸化膜と接触させることで、モールド樹脂とＬＦ金属板の界面の密着性が優れたものになり、耐湿信頼性の高いリードフレーム１が得られる。
【００４２】
樹脂モールド成型で用いる金型は、リードフレーム１が収まり射出樹脂が所望の形状となる凹部を予め形成してある金型を用いる。金型は、一般に蓋となる板状の上金型と下金型とで１組の構成である。下金型には、溶融するモールド樹脂を注入する注入口と、リードフレーム１を装填可能な凹部を内部空間として形成しておく。
【００４３】
樹脂モールド成型は、先ず、下金型の凹部にリードフレーム１を装填し、次に、上金型で下金型上に蓋をして型締めする。次いで、注入口から、内部空間内に加熱溶融したモールド樹脂を注入して、装填されたリードフレーム１にモールド樹脂１８をモールド成型して樹脂が充填されたリードフレームを得る。ここで、モールド樹脂１８が金型に注入される際、リードフレーム１のうち、樹脂の注入口の近傍の１単位フレームから、注入口から離れた部位にある別の１単位フレームへと、順次に樹脂が流れていき、樹脂モールドされていく。冷却後金型からはずせばモールドされた半導体装置１９が得られる（図２（ｅ））。
【００４４】
また、樹脂モールドの際にリードフレーム１の表面と裏面にモールド樹脂１８が付着しないよう、下金型の凹部の深さ（内部空間の高さ）はリードフレーム１の厚みと略同一に
形成する。それにより、金型内にリードフレーム１を装填した際に、リードフレーム１の表面は上金型の面に密着させ、裏面は下金型の面に密着させる。
【００４５】
このモールド成型で用いるモールド樹脂は、耐熱性、耐光性、熱導電性を有することが望ましく、熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂を用いることができる。例えば、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、シルセシキオキサン系樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂、芳香族系ポリエステル樹脂（不飽和ポリエステル樹脂）、ポリアミド系樹脂（芳香族ポリアミド（ＰＰＡ））、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、液晶ポリマ（ＬＣＰ）、シクロオレフィン系樹脂などの有機高分子材料が望ましく、１種の樹脂又は、複数種の樹脂の混合樹脂を用いて構わない。
【００４６】
（金属めっき工程）
次に、図４（ｅ）のように、モールド樹脂１８から露出したアウターリードの表面に、耐熱拡散性に優れた光沢或いは半光沢のＮｉ（ニッケル）めっきあるいはＣｏ（コバルト）めっき等の硬質の下地めっき層１ｃを０．５〜８μｍの厚さに形成する。
【００４７】
特に、金属板の空隙をモールド樹脂で充填した後にモールド樹脂から露出したアウターリードの表面に金属めっき層を形成すると、リードの表面の一部にモールド樹脂が薄く残留していた場合、その部分には金属めっき層が形成されず、リード表面の残留汚染が容易に検出される。迅速に対応すれば結果として生産性に優れるという利点がある。
【００４８】
（個片への分割）
次に、他面付けされた半導体装置を個片に分割する。分割された個片が、個々の半導体装置になる。専用ソケットにアウターリードが容易に収容されるように先端部が折り曲げ加工したり、樹脂モールドをさらに専用のケースで被覆することも行われる。
このようにして所望のマルチチップ対応の半導体装置が得られる（図２（ｆ））。
【符号の説明】
【００４９】
１、リードフレーム（又はその基材）
２、接続端子
３、Ａｕ線（ＷＢ）
４、アイランド
５、タイバー
７、ダムバー
６、吊りバー
８、サポートフレーム
９、インナーリード
１０、アウターリード
１１、第一のインナーリード
１２．第二のインナーリード
１３、アウターリード（詳細省略）
１４、絶縁性樹脂シート
１５、第一の半導体チップ（上側）
１６、ワイヤーボンド
１７、第二の半導体チップ（下側）
１８、モールド樹脂
１９、半導体装置
【図１】
0005857556.tif 000002
【図２】
0005857556.tif 000003
【図３】
0005857556.tif 000004