(57)【要約】  パッケージ（１）に封入された半導体チップ（５）と、半導体チップを基板（３）とコンタクトをとらせるためにパッケージから突出している複数のリード（２）とを備え、リードには、それらの表面で、表面実装用に設けられた複数のパッドの一つの位置で、三次元コンタクトパターンが設けられている表面実装装置。
2007503714.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッケージに封入された半導体チップと、該半導体チップを基板とコンタクトをとらせるために前記パッケージから突出している複数のリードとを備え、該リードには、それらの表面で、表面実装用に設けられた複数のパッドの一つの位置で、三次元コンタクトパターンが設けられている表面実装装置。
【請求項２】
前記三次元コンタクトパターンには複数の凹部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の表面実装装置。
【請求項３】
前記三次元コンタクトパターンは溝又は孔の形態の複数の凹部を有することを特徴とする請求項１に記載の表面実装装置。
【請求項４】
前記三次元コンタクトパターンは複数の傾斜したフランクを有する複数の凹部を有することを特徴とする請求項１に記載の表面実装装置。
【請求項５】
前記三次元コンタクトパターンは深さ方向に相互間隔が小さくなる複数の傾斜したフランクを有する複数の凹部を有することを特徴とする請求項１に記載の表面実装装置。
【請求項６】
前記三次元コンタクトパターンは対象的な鋸歯状プロファイルを有する複数の凹部を有することを特徴とする請求項１に記載の表面実装装置。
【請求項７】
前記三次元コンタクトパターンは前記基板と対向する前記複数のリードの主面上に配されていることを特徴とする請求項１に記載の表面実装装置。
【請求項８】
前記三次元コンタクトパターンは前記複数のリードの複数フランク側部表面の一面上に配されていることを特徴とする請求項１に記載の表面実装装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パッケージに封入された半導体チップと、パッケージから突出して半導体チップを基板とコンタクトをとらせるリードを備えた表面実装装置に関する。本発明は、特に、平坦なパッキング表面実装装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
当技術分野の状況によれば、ディスクリート半導体装置と、慣例的にＳＭＤと略される表面実装装置の形態の集積回路とが、例えば、印刷回路ボード並びにセラミック基板等の基板の表面相互接続層に直接ハンダ付けされる。
【０００３】
半導体チップを無用な機械的並びに化学的影響から保護し、消散する熱を放出させ、分散させるために、半導体チップは、通常、合成樹脂、セラミック、又は、金属のパッケージに封入される。複数の突出するリードの形態の外部接続部のみがパッケージから導き出される。これらリードを介して、パッケージに封入された半導体チップが、その上に素子が挿入される印刷回路ボードと電気的、機械的に接続される。
【０００４】
そのようなパッケージを有する表面実装装置は、通常、半導体チップが、例えば、接着剤又はハンダにより、リードフレーム、即ち、上記リードを備えた支持体に接続されるようにして製造される。続いて、半導体チップのパッドが、金ワイヤにより、対応する金属リードフレーム表面に接続される。
【０００５】
その「ワイヤボンディング」の後、金ワイヤ及びリードフレームの近傍領域と共に半導体チップが、分離モールドコンパウンドを用いて、リードが横方向に突出する所謂「パッケージ」が形成されるようにして、封入される。
【０００６】
従来のパッケージの場合には、パッケージ内に埋め込まれていないリードの端部が支持表面に略平行に曲げられ、印刷回路ボード上でのアセンブリの間、リードの端部が印刷回路ボード上に平らに置かれ、そこにハンダ付けされる。
【０００７】
表面実装半導体素子のアセンブリに、特に、自動製造プロセスにおいて、通常、所謂、ＳＭハンダ方法（表面実装方法）が用いられる。
【０００８】
このアセンブリプロセスでは、最初、リードは仮に印刷回路ボード上のハンダ付けスポットに取り付けられ、その後、特別な完全自動のハンダ付けプロセスによりハンダ付けされる。ＳＭハンダプロセスは、凝縮ハンダ付け、赤外線ハンダ付け、ダブルウェーブ・ハンダ付け等を含む。
【０００９】
サイズが異なり、リード数も異なる、部分的に標準化された、非常に多くの異なるパッケージ構造がある。これらにより、印刷回路ボードの標準化された製造が行え、並びに、印刷回路ボード上に自動的に素子を挿入することが可能となる。
【００１０】
これらのパッケージは、さらに、チップパッドにより外部へ引き出された接続接リード配置により、その後の実装プロセスにおいてチップの取り扱いが改善されるという利点がある。
【００１１】
印刷回路ボードの標準化された製造が行え、並びに、印刷回路ボード上に自動的に素子を挿入することが可能となるように、必要なリード数に応じて、これらのパッケージは所定サイズの標準品に対応する。
【００１２】
これらのパッケージのサイズはドイツ並びに国際標準に規定されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
基板上にハンダ付けされたＳＭＤの信頼性は半導体素子の熱膨張係数が基板のそれとかなり違うと大きく影響を受ける。基板と素子の熱膨張での振る舞いが異なると、ハンダ付けされた接続部分に大きな剪断力が生じ、これにより、後段階で接続部分にクラックが生じることもある。
【００１４】
ガルウイング・パッケージの半導体素子では、これはそれ程大きな問題ではなく、というのは、リードが基板と素子との間で柔軟性のある中間部材として機能してストレスを和らげるからである。
【００１５】
しかし、これはフラット・パッキング表面実装装置では重大な問題である。
【００１６】
フラット・パッキング集積表面実装装置は非常にフラットな構造を有する集積回路であり、通常はセラミック材料のキャリアに、実際の機能要素（半導体チップ）以外に、印刷による導電トラックが設けられる。外部接続のために、パッケージからリードが真っ直ぐのばされ、又は若干曲げられ、そして、短い接続スタブとするために切断される。その結果、非常に背の低い電子素子が得られる。
【００１７】
フラット・パッキング設計においては、リードは一平面に配され、これはパッケージ側部により規定されるが、これは、アセンブリ後、印刷回路ボードと向かい合うか、又は、それと平行に延在する。
【００１８】
半導体チップとこのチップを収容する基板との間のコンタクトを良好にするためにこれらリードは慎重に設計される。
【００１９】
ＥＰ０，４６８，４２０は、先端がカールされて横方向に突出したリードを有する、フラット・パッキング設計の集積電子素子を開示している。
【００２０】
ＥＰ０，４６８，４２０に開示された集積電子素子では、リードの構造的設計において、ある状態のみにおけるハンダパッドの熱機械的ストレスに対処できるものである。
【００２１】
従って、本発明の目的は、半導体チップとリードとを備え、ハンダ付けされた接続部にクラックが生じないようにリードのパッドが特別に設計された表面実装装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明によれば、この目的は、パッケージに封入された半導体チップと、該半導体チップを基板とコンタクトをとらせるために前記パッケージから突出している複数のリードとを備え、該リードには、それらの表面で、表面実装用に設けられた複数のパッドの一つの位置で、三次元コンタクトパターンが設けられている表面実装装置により達成される。
【００２３】
これにより、パッドサイズが大きくなり、この表面変更により、リードのパッドとハンダとの間の付着力が高まるという効果が得られる。
【００２４】
本発明の実施形態によれば、前記三次元コンタクトパターンには複数の凹部が設けられる。
【００２５】
前記三次元コンタクトパターンが溝又は孔の形態の複数の凹部を有する実施形態が好ましい。
【００２６】
前記コンタクトパターンは複数の傾斜したフランクを有する複数の凹部を有してもよい。
【００２７】
本発明の特に好ましい実施形態によれば、前記コンタクトパターンは深さ方向に相互間隔が小さくなる複数の傾斜したフランクを有する複数の凹部を有する。
【００２８】
本発明のさらなる実施形態によれば、複数の傾斜したフランクを有する前記複数の凹部は対象的な鋸歯状プロファイルを有する。この実施形態は、特に、熱機械的に低ストレスのコンタクトの要求を満足する。リードとハンダとの接続部に加わる力が最適に分散される。
【００２９】
リードとハンダとの鋸歯状コンタクト表面により、リードと基板とが互いに動くことが無くなる。鋸歯状フランクの一つが常に熱機械的ストレスを吸収する。パッドにおける引っ張り及び剪断力が圧力に変換される。圧力がハンダ付けされた接続部分を疲労させることがないので、接続部分の寿命が大幅に延びる。
【００３０】
本発明の変形例によれば、前記三次元コンタクトパターンは前記基板と対向する前記複数のリードの主面上に配される。
【００３１】
本発明の他の変形例によれば、前記三次元コンタクトパターンは前記複数のリードの複数フランク横表面の一面上に配される。
【００３２】
この変形例によれば、横方向の鋸歯状的な動作により機械的接続が成され、そして、リードの平坦な主面で電気的接続が成される。
【００３３】
本発明のこれら並びに他のアスペクトが以下に記載される（各）実施形態により明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
本発明は、ＳＭＴ技術（表面実装技術）を用いて印刷回路ボード又はセラミック基板の表面に直接実装される表面実装パッケージ（ＳＭＰ）内の表面実装装置に関する。ＳＭＰは印刷回路ボードの片面又は両面、又は、通常、リードを有する素子と共に用いられてもよい。
【００３５】
本発明は、特に、Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋパッケージ及びＱｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋ（ＱＦＰ）パッケージによる表面実装装置に関する。これらは、二面（Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋ）又は四面すべて（ＱＦＰ））の上で外側に曲げられた１００を超えるリードを備える集積回路のための標準品ではない正方形又は長方形のプラスティックパッケージである。
【００３６】
表面実装装置はリードフレームのアイランド上に実装された半導体チップ、並びに、ボンディングワイヤを介してチップのボンディングパッドに接続されたリード、そして、チップ、アイランド、ボンディングワイヤ、及びリードの内部端子を封入するパッケージとを備える。
【００３７】
半導体チップ及びリードフレームの内部リードは完全にパッケージされる。電気的にコンタクト可能なリードの外部端子のみがパッケージから突出する。
【００３８】
パッケージは本質的に平坦である底部を有し、文言「底部」は、ここでは、基板上でのアセンブリ後、基板と向かい合うパッケージの表面と理解される。
【００３９】
例えば、ディスクリート及び集積された抵抗、キャパシタ、インダクタ、センサ、すべてのタイプのＩＣ、微小音響及び光学ＩＣ、そして、その他の機能素子等の大量生産されない素子が半導体チップ（機能素子）に用いられる。すべての分野における電子装置技術に応用される。
【００４０】
図１において、参照番号１はパッケージ本体、そして、参照番号２はリードを示し、リード２はパッケージ本体１の四つの周辺表面に配置され、そこから突出している。パッケージ本体１は合成樹脂材料をモールドして本質的に平坦になるように製造され、パッケージ本体の形状は、平面で見ると、正方形又は長方形である。半導体チップ５がアイランドに固定されている。
【００４１】
本発明では、リードは少なくとも一つのパッド上に三次元コンタクトパターンを有する。これら三次元コンタクトパターンが、ハンダにより、より大きなコンタクト領域に延び、そこに確実に固定される。
【００４２】
本発明の実施形態では、三次元コンタクトパターンは凹部を有する。そのようなコンタクトパターンは、例えば、リードのアンジュレーションにより、リードの断面を低減させずに得られる。
【００４３】
凹部が溝又は孔の形態をとる実施形態が好ましい。
【００４４】
コンタクトパターンは傾斜した側面を有する凹部を備えても良い。
【００４５】
特に好ましい実施形態では、コンタクトパターンが傾斜したフランクを有する凹部を備え、深さ方向にフランク間隔が小さくなる。
【００４６】
そのような凹部は、通常、ノッチと称される。
【００４７】
各ノッチは、例えば、二つの本質的に平坦な側面を有し、断面で見ると、例えば、略Ｕ又はＶ形状を成している。ノッチはリードの外部パッドに渡って垂直に延び、互いに反対側に向いている二つの端部で開放されている。
【００４８】
しかし、断面で見ると、ノッチは、代わりに、部分的に又は全体的に弧状で、例えば、全体的に又は略半円でもよい。文言「Ｕ形状」は多角形形状を含むものと理解される。
【００４９】
本発明の実施形態では、三次元コンタクトパターンは、各場合において、リード毎に一ノッチを備える。ある好ましい実施形態では、三次元コンタクトパターンは、各場合において、リード毎に二ノッチを備える。
【００５０】
三次元コンタクトパターンはリードの表面に直線的な構造を導入することにより形成されてもよい。特に好ましいのはチャネル又は欠刻の形態の凹部で、これらにより、所定の態様で、比較的大きな表面を形成することができる。これらチャネル又は欠刻は互いに平行に延びてもよい。
【００５１】
コンタクトパターンは、また、フランク表面の断面が串状のトランスバースリブ形態であってもよい。
【００５２】
リードの長軸に対し、角度が０乃至９０度の範囲になるようにノッチが配されてもよい。０度ではノッチはリードの長軸に平行に延びる。約９０度の範囲の値が好ましい。交差角度が例えば４５度に選ばれると、力の移動が好ましいものとなる。
【００５３】
本発明のさらなる実施形態では、対象的な鋸歯状プロファイルとするために、凹部が傾斜したフランクを有するような態様とされる。
【００５４】
ハンダ付けされた接続部の引き抜きに対する抵抗を高めるために、ノッチに鋸歯状プロファイルを与えると効果的である。事実、鋸歯状プロファイルが与えられた部分がさらに増加し、その結果、ハンダコンパウンドに固定されやすさが最適化される。
【００５５】
本発明の変形例では、基板と対向する主表面においてリードがコンタクトパターンを有する。
【００５６】
図３に見られるように、例えば、鋸歯状プロファイルの三次元コンタクトパターンが、代わりに又は追加的に、リードのフランク側部表面の少なくとも一つに設けられてもよい。
【００５７】
この場合、鋸歯状フランクが設けられたリードの一部分が、これらリードの突出部がハンダ付けされた接続部におけるリードを繋ぎ止めるように、ハンダと協働する。
【００５８】
パッケージのサイズ、半導体素子の能力（電流密度、周波数）、そして、パッケージ内での空間的配置によってコンタクトパターンの凹部の位置並びにサイズが変わる。固定されたリードがハンダ付けされた接続部で剥離されないようにコンタクトパターンの位置が選択されるべきである。
【００５９】
これ以後、本発明の表面実装装置の製造について例を挙げて明らかにする。
【００６０】
最初に、多くの半導体チップのための、多くのアイランドと対応リードとを有するリードフレームが製造される。
【００６１】
半導体素子製造のために機能する金属製リードフレームが、ストライプ状に相互接続され、後段階で除去される多くの導電トラック（リード）と、半導体チップを固定させるためのキャリア（アイランド）とを有する。
【００６２】
ストリップ状の金属製フォイルの開始部材から、二段階エッチングプロセスによりリードフレームが製造されてもよい。第一段階では、片側又は両側エッチングプロセスが行われ、金属ストリップの厚み全体に渡ってエッチングが行われる。その結果、アイランド、リード、そして、相互接続ストライプの所望基礎形状が得られる。
【００６３】
第二段階では、リードのための所望三次元コンタクトパターンを形成するために、表面的には片側のみでエッチングが行われる。
【００６４】
各種エッチングプロセスが知られており（乾式、湿式、等方性、異方性、プラズマ、化学的等）、これらはすべて特徴的パターンを生成するのに適している。
【００６５】
代わりに、ストリップ状の金属製フォイルから開始部材を打ちぬくことにより、既知の通例の態様でリードフレームが製造されてもよい。続いて、上記のように、リード、そして、場合によっては、アイランドのコンタクトパターンの細部がエッチングプロセスにより形成される。
【００６６】
さらに、機械的又は化学的手段により三次元コンタクトパターンを提供又は除去する様々な他の方法がある。特に考慮すべき機械的表面処理はサンドブラストである。サンドブラストは簡単に用いることができる方法で満足のいく効果が得られる。表面が十分に広げられ、さらに、クランプ効果が現れる。
【００６７】
パターンニングもレーザを用いて効果的に行われる。その効力により、機械的負荷に起因するリードフレームへのダメージが取り除かれ、パターンニング処理に続く清浄化後処理が不要となる。
【００６８】
第二の処理工程では、押圧ツールによりリードフレームが曲げられる。この曲げ処理では、リードが二度曲げられ、図１に見られるような、典型的な形状の平坦なパッキングパッケージが得られる。
【００６９】
次の工程で、ハンダ付け又は接着によりチップがリードフレームのアイランドに取り付けられる。
【００７０】
次に、ボンディングワイヤによりリードの内部パッドにチップのボンディングパッドが電気的に接続される。
【００７１】
続いて、インジェクションモールディング又はモールディング処理により、ボンドされた半導体チップがパッケージされる。
【００７２】
このパッケージ処理は、例えば、次のようにして行われる。トランスファモールディングとして知られるインジェクションモールディング処理により、ボンドされた半導体チップがインジェクションモールド内に導入され、インジェクションモールディングコンパウンドにより覆われる。パッケージから突出する素子のリードは内部部分を有し、これは、インジェクションモールディングにより、封入される間に、形状を固定するように、パッケージ内に埋め込まれる。
【００７３】
モールド又はインジェクションモールドされたコンパウンドが硬化した後、リードの外部部分が打ちぬきされ、クリップされ、そして、清浄化される。
【００７４】
この製造プロセスの変形例では、半導体チップ封入後にリードのノッチをインプリントすることにより、三次元コンタクトパターンが発生される。
【００７５】
このようにして製造された表面実装装置は平坦な底部を有する。リードの外部パッドがパッケージの底部表面と同平面に延在する。
【００７６】
表面実装装置のプロセスには如何なる既知のＳＭＤ技術が用いられてもよい。これらの装置のリードは、ハンダ付け、場合によっては、ボンディング又は接着により、硬質の又は柔軟な基板に恒久的に固定される。
【００７７】
ハンダ付け処理には、リフロー法（リフローハンダ付け）、又は、例えば、錫漕を用いたウェーブソルダリング等の他の既知の方法が用いられてもよい。
【００７８】
挿入処理では、印刷回路ボードのハンダコートされたパッド上にリードが配されるように、表面実装装置が印刷回路ボード上に設けられる。三次元コンタクトパターンを有し、支持表面に平行に延在するパッドが、印刷回路ボードのハンダコートされたパッドの直接向かい合う。次に、既知の態様で、ハンダが溶融しているリフローハンダ炉内に印刷回路ボードが供給され、三次元コンタクトパターンを有するリードのパッドが印刷回路ボードのパッドにハンダ付けされる。図２に見られるように、ハンダと向かい合うリード２のパッドが、形状を固定するように、ハンダ４に接続される。これにより、そうでなければ不可能な、温度干渉状況下での半導体素子と基板（印刷回路ボード）３との間の機械的並びに電気的接続耐久性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明による表面実装装置の第一実施形態の断面図である。
【図２】本発明による表面実装装置の第一実施形態の側面図である。
【図３】本発明による表面実装装置の第二実施形態の概略平面図である。
【符号の説明】
【００８０】
１  パッケージ
２  リード
３  基板、印刷回路ボード
４  ハンダ
５  半導体チップ
６  アイランド
【図１】
2007503714.tif 000003
【図２】
2007503714.tif 000004
【図３】
2007503714.tif 000005
【国際調査報告】
2007503714.tif 000006
2007503714.tif 000007
2007503714.tif 000008