JP2002076229A - 銀めっきを含む半導体のリードフレームおよびその製造方法 - Google Patents

銀めっきを含む半導体のリードフレームおよびその製造方法

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lead
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ピー、テランプ ジョン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 成形用化合物に対する良好な付着性と、事前
めっきされた無鉛はんだの利点と、を併せ有する、低コ
ストで信頼性のある銀めっき層を含むリードフレームを
提供する。 【解決手段】 集積回路チップに用いられるリードフレ
ーム７０１は、ベース金属を完全に被覆するニッケルの
めっき層７０７を有する前記ベース金属７０６と、他の
部品への取付けを意図されているリードフレームの領域
を選択的に被覆する、ニッケル層上の無鉛はんだ７０９
のめっき層と、ボンディングワイヤの取付けを意図され
ているリードフレームの領域を選択的に被覆する、ニッ
ケル層上のパラジウムのめっき層７０８と、前記パラジ
ウム層およびはんだ層の双方上の銀のめっき層７２０で
あって、前記はんだ上の前記銀が加熱時に前記はんだ内
へ完全に溶解するよう意図されている、前記銀のめっき
層と、を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的には半導体
デバイスおよび半導体プロセスの分野に関し、特に集積
回路デバイスのリードフレームの材料および製造に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイスのリードフレームは、半
導体デバイスと、同時に半導体デバイスの動作と、のい
くつかの要求を満たすように発明された（米国特許第
３，７１６，７６４号および第４，０３４，０２７
号）。まず第１に、リードフレームは、通常は集積回路
（ＩＣ）チップである半導体チップを、しっかりと配置
するための安定した支持パッドを提供する。パッドを含
むリードフレームは、導電性材料から作られているの
で、それらのパッドは、必要な時には、その半導体デバ
イスを含む回路網が必要とする任意の電位、殊に接地電
位にバイアスされうる。
【０００３】第２に、リードフレームは、さまざまな電
気導体をチップの直ぐそばに置くための複数の導電性セ
グメントを提供する。それらのセグメントの（「内側
の」）先端と、ＩＣ表面上の導電性パッドと、の間に残
っている間隙は、ＩＣ接点パッドと、リードフレームセ
グメントと、に個々にボンディングされる細い金属ワイ
ヤにより一般にブリッジされる。明らかに、ワイヤボン
ディングの技術は、信頼性のある溶接が（内側の）セグ
メント先端に形成されうることを意味している。
【０００４】第３に、ＩＣチップから遠い方のリードセ
グメントの端部（「外側の」先端）は、例えば、プリン
ト回路板を組立てるために、「他部分」すなわち「外
界」に電気的かつ機械的に接続される必要がある。電子
的応用の圧倒的大部分においては、この取付けははんだ
付けにより行われる。明らかに、はんだ付けの技術は、
それらの（外側の）セグメント先端において、信頼性の
あるぬれおよびはんだ接触が行われうることを意味す
る。
【０００５】金属の薄い（約１２０ないし２５０μｍ）
シートから、単一片のリードフレームを製造することは
通常行われてきた。製造が容易である理由で、通常選択
される原金属は、銅、銅合金、鉄ニッケル合金（例え
ば、いわゆる「合金４２」）、およびアンバーである。
リードフレームの所望の形状は、原シートからエッチン
グまたはスタンピングされる。このようにして、リード
フレームの個々のセグメントは、細い金属ストリップの
形式をとり、その特定の幾何学的形状は設計により決定
される。多くの目的のために、代表的なセグメントの長
さは、その幅よりもかなり長い。
【０００６】１９９５年６月１４日に発行された欧州特
許第０３３５６０８Ｂ１号（アボット（Ａｂｂｏｔ
ｔ）、「腐食の少ないリードフレーム（Leadframe with
ReducedCorrosion）」）においては、パラジウムめっ
きされたリードフレームが導入されており、これはベー
ス金属のイオンが腐食生成物を形成する頂面への、ベー
ス金属イオンの移動を強制的に助長する、ガルバニ電位
により腐食を受けない。上記特許は、（ベース金属上
の）ニッケル、パラジウム／ニッケル合金、ニッケル、
および（最外部の）パラジウムからなる、層のシーケン
スを説明している。この技術は、半導体産業において、
広く受入れられた。
【０００７】リードフレーム上における組立ての後、多
くのＩＣは、成形プロセスにおいて通常はプラスチック
材料によりカプセル化される。通常はエポキシを基材と
する熱硬化化合物である成形用化合物は、それがカプセ
ル化するリードフレームおよびデバイス部分に対する良
好な付着性を有する。リードフレームの最外部層として
上述したパラジウムは、成形用化合物に対する優れた付
着性を示す。
【０００８】ニッケル／パラジウムめっきされたリード
フレームが用いられている理由は、それらのリードフレ
ームが、主として成形後のはんだめっきが無くされた結
果、所有の総コストが低いためである。しかし、ある顧
客、例えば、自動車の製造業者および電話の中央交換局
は、一般に、バーンイン、加速試験、または環境条件の
ために、はんだめっきした外部リードを必要とする。残
念ながら、完全にニッケル／パラジウムめっきされたリ
ードフレームは、成形の後のはんだめっきを排除する。
そのわけは、はんだ内のスズがパラジウムと反応して、
はんだ付け不可能なスズ−パラジウム金属間化合物を形
成するからである。
【０００９】もしはんだ浸漬が成形の後に用いられれ
ば、パラジウムがはんだ内へ溶解し、その場合ニッケル
がはんだ付け可能となる。しかし、はんだ浸漬は、微細
なピッチのリードフレームを有するデバイスに対して
は、はんだブリッジングのために実際的ではない。
【００１０】パラジウムの価格は、この１０年の間に、
金の価格の約１／３から、金の価格の約２倍まで高騰し
た。半導体の製造におけるコスト削減の圧力は、用いら
れるパラジウム層の厚さを、以前の厚さの約１／３まで
減少させる努力を開始させた。この厚さにおいては、パ
ラジウムは下にあるニッケルの酸化を阻止せず、これは
その半導体付けの可能性を禁止する。
【００１１】本発明に関連する、１９９９年６月８日付
出願の米国特許出願第６０／１３８，０７０号（アボッ
ト（Abbott）、「はんだめっきされた半導体デバイスに
おけるパラジウムスポットリードフレームおよび製造方
法（Palladium-Spot Leadframes for Solder Plated Se
miconductor Devices and Method of Fabricatio
n）」、ＴＩ−２８７８４）においては、減少した厚さ
のパラジウム層のための製造プロセスが、（成形後のめ
っきはんだ層のためのプロセスと組合わされて）説明さ
れている。しかし、リードフレームのはんだは、なお鉛
を含有し、一方半導体産業の最近の傾向は、環境の関係
により強制されて、無鉛はんだを目指している。
【００１２】本発明に関連する、２０００年６月２７日
付出願の米国特許出願第６０／２１４，３１４号（アボ
ット（Ａｂｂｏｔｔ）、「無鉛はんだおよび最少パラジ
ウムによりめっきされた半導体リードフレーム（Semico
nductor Leadframes Platedwith Lead-free Solder and
Minimum Palladium）」、ＴＩ−２９８７８）において
は、選択的にめっきされた無鉛はんだ層が、（選択的な
薄いパラジウム層のためのプロセスと組合わされて）説
明されている。しかし、多くの応用において、はんだ付
け温度は、好ましくは２成分無鉛合金の融解温度よりも
低くする。さらに、極めて薄いパラジウム層に対し、信
頼性のあるワイヤボンドスティッチを形成することには
問題がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】従って、成形用化合物
に対する良好なボンディング性、付着能力の利点と、事
前めっきされた無鉛はんだの応用の利点と、を組合わせ
て有する、リードフレームの低コストで信頼性のある大
量生産方法への差し迫った要求が生じている。パラジウ
ム層の厚さは、最小であるべきである。リードフレーム
と、その製造方法とは、異なる系統の半導体製品および
広範に変化する設計および組立てに対し、十分に適用さ
れる柔軟性を有すべきであり、かつ、歩留りおよびデバ
イスの信頼性の改善の目的を達成すべきである。好まし
くは、これらの革新は、すでに据え付けられている設備
基盤を用いて達成され、新しい製造装置への投資の必要
がないようにすべきである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、半導体
集積回路（ＩＣ）のリードフレームにおいて、ベース金
属を完全に被覆するニッケルのめっき層を有する前記ベ
ース金属は、他の部品への取付けを意図されているリー
ドフレームの領域を選択的に被覆する、ニッケル層上の
無鉛はんだのめっき層と、ボンディングワイヤの取付け
を意図されているリードフレームの領域を選択的に被覆
する、ニッケル層上のパラジウムのめっき層と、前記パ
ラジウム層およびはんだ層の双方上の銀のめっき層であ
って十分に薄いために、前記はんだ上の前記銀の部分が
加熱時に前記はんだ内へ完全に溶解するようになってい
る、前記銀のめっき層と、を有する。
【００１５】本発明は、高密度ＩＣ、殊に多数の入出力
またはコンタクトパッドを有するＩＣに関し、また、プ
リント回路板の組立てにおいて表面取付けを必要とす
る、パッケージ内のデバイスにも関する。これらのＩＣ
は、標準的な線形および論理製品、ディジタル信号プロ
セッサ、マイクロプロセッサ、ディジタルおよびアナロ
グデバイス、および大領域チップおよび小領域チップ双
方のカテゴリのような、半導体デバイスの多くの系統に
おいて見出されうる。本発明は、かなりのコスト削減を
実現し、また半導体パッケージ、殊にプラスチック成形
パッケージの、環境保護および組立ての柔軟性を、従来
の銅を機材とするはんだめっきリードフレームに比し、
向上させる。
【００１６】本発明の特徴は、ワイヤボンディングを意
図された局部領域内のパラジウム層を維持しつつ、低い
リフロー温度の事前めっき無鉛はんだにより、パッケー
ジリードをはんだ付けすることを可能にし、上記局部領
域内においては、パラジウムの極度の薄さにもかかわら
ず優れたボンディング性が保持される。これらの目的
は、リードフレーム上に十分に薄い銀の最外部層を堆積
し、はんだ上のその部分が加熱時に完全にはんだ内へ溶
解されるようにすることにより達成される。
【００１７】本発明のもう１つの特徴は、無鉛はんだの
リフロー温度が半導体の組立て温度よりも高い時に、無
鉛はんだが、スズに富んだはんだペーストまたははんだ
波内へ溶解するように、また、無鉛はんだがパッケージ
の外側にスズまたは銀のウィスカを形成しないように、
無鉛はんだを配設することである。
【００１８】本発明のもう１つの特徴は、すでに据え付
けられている製造設備基盤を用いることにより、設備の
変更および新しい資本投下の代償のない、低コストの製
造方法により、これらの目的を達成することである。本
発明のもう１つの特徴は、銀に対する優れたボンディン
グ性により、確立されたワイヤボンディングプロセスを
変更することなく継続しうるように、また、優れたはん
だ付け性により、確立されたボード取付けプロセスを変
更することなく継続しうるように、リードフレームを製
造することである。
【００１９】本発明のもう１つの特徴は、スポット境界
にゆるい許容範囲を与える、パラジウムのスポットめっ
きを導入し、それによりリードフレームの製造を簡単化
し、また製造コストを削減することである。これらの特
徴は、大量生産に適する堆積およびマスキング方法に関
する本発明の教示により実現された。リードフレームの
製法のさまざまな改変が、成功裏に用いられた。
【００２０】本発明の実施例においては、ニッケルのめ
っき層が、リードフレームのベース材を完全に被覆す
る。部品取付けを意図されたリードフレームの領域を選
択的に被覆するように、無鉛はんだのめっき層が、その
ニッケル層上へめっきされる。次に、ボンディングワイ
ヤの取付けを意図されたリードフレームの領域を選択的
に被覆するように、パラジウムの層が前記ニッケル層上
へめっきされる。最後に、全リードフレーム上へ銀の最
外部層がフラッドめっきされる。その銀層の厚さは、は
んだ層上の銀層の部分が、チップの取付けおよび硬化、
ワイヤボンディング、および成形および硬化、のプロセ
スにおける温度および時間の経過中に、はんだ内へ溶解
するような厚さにされる。
【００２１】本発明により製造されたリードフレーム
は、パッケージのリードセグメントの曲げに基づく表面
取付け技術において成功裏に用いられうる。本発明によ
り与えられる技術的利点および本発明の特徴は、添付図
面および添付の特許請求の範囲に記載されている新しい
特徴と共に考察する時、本発明の実施例の以下の説明か
ら明らかとなろう。
【００２２】
【発明の実施の形態】本発明は、２０００年６月２７日
付出願の米国特許出願第６０／２１４，３１４号（アボ
ット（Abbott）、「無鉛はんだおよび最少パラジウムに
よりめっきされた半導体リードフレーム（Semiconducto
r Leadframes Plated with Lead-freeSolder and Minim
um Palladium）」、ＴＩ−２９８７８）および１９９９
年６月８日付出願の第６０／１３８，０７０号（アボッ
ト、「はんだめっきされた半導体デバイスにおけるパラ
ジウムスポットリードフレームおよび製造方法（Pallad
ium-Spot Leadframes for Solder Plated Semiconducto
r Devices and Methodof Fabrication）」、ＴＩ−２８
７８４）に関連している。
【００２３】本発明は、ワイヤボンディングによる相互
接続を含めての、リードフレーム上における半導体ＩＣ
の組立て、およびそれらの最終的なカプセル化と、さま
ざまな金属の堆積層を用いる、それらのリードフレーム
の順次的構成と、無鉛はんだを用いる、デバイスの基板
への信頼性のある取付けの、環境にやさしいプロセス
と、に関する。
【００２４】本発明は、リードフレームの機能を最大化
しつつ、リードフレームのコストを削減する。本発明
は、以下の設計特徴を示す、半導体技術において用いら
れる任意のリードフレームおよび任意の基板に最も良く
適用される。通常、ＩＣチップを支持するためのチップ
取付けパッドは、リードセグメントにより取り巻かれ、
それぞれのリードセグメントは、チップパッドに近い第
１端部と、チップパッドから遠い第２端部とを有する。
従って、本発明は、ＰＤＩＰ、ＳＯＩＣ、ＱＦＰ、ＳＳ
ＯＰ、ＴＱＦＰ、ＴＳＳＯＰ、およびＴＶＳＯＰのよう
な、半導体パッケージタイプに適用される。
【００２５】ここで定義されるリードフレームの原材料
は、「ベース金属」と呼ばれ、金属のタイプを表してい
る。従って、「ベース金属」という用語は、（「貴金
属」と反対の）電気化学的意味のもの、または構造的意
味のもの、と解釈してはならない。リードフレームのベ
ース金属は、一般に銅、または銅合金である。他の選択
としては、黄銅、アルミニウム、鉄ニッケル合金（「合
金４２」）、およびアンバーが含まれる。
【００２６】リードフレームセグメントは、半導体組立
てにおける、以下の５つの要求を満たさなければならな
い。 １）リードフレームは、他の部品へのはんだ付けのため
の、チップ取付けパッドから遠いセグメント端部（「外
側セグメント」）を含まなければならない。 ２）リードフレームは、ワイヤ相互接続に対するボンデ
ィング取付けのための、チップ取付けパッドに近いセグ
メント端部（「内側セグメント」）を含まなければなら
ない。 ３）リードフレームは、外側セグメントを形成して曲げ
るための延性を有する外側セグメントを含まなければな
らない。 ４）リードフレーム表面は、成形用化合物に対する付着
性を有さなければならない。 ５）リードフレームセグメントは、腐食され難いもので
なければならない。
【００２７】本発明の教示によれば、要求１）は、リー
ドフレームのベース金属を完全に被覆するニッケルの層
を堆積し、部品取付けを意図されているリードフレーム
領域上のみのニッケル層上へはんだの層を選択的に事前
めっきすることにより満たされる。はんだ付け性は、銀
の層をはんだ上に堆積し、銀の厚さを、デバイスがある
期間の間上昇した温度でのプロセスを受ける時に、その
銀がはんだ内へ完全に溶解するような厚さにすることに
より向上せしめられる。完全な銀の溶解は、遊離銀がデ
ンドライトを形成することを回避させる。それはさら
に、銀のない２成分合金に比し低いリフロー温度を有す
る、３成分合金のはんだを実現する。
【００２８】本発明は、概略的に上述したように、ま
ず、リードフレームのベース金属を完全に被覆するニッ
ケル層をめっきし、次に、ボンディングワイヤの取付け
（およびチップの取付け）が意図されているリードフレ
ームの領域を選択的に被覆するように、そのニッケル層
上へパラジウムの薄い層をめっきし、最後に、その薄い
パラジウム上に銀層をめっきすることにより要求２）を
満たす。パラジウムは、信頼性のあるボンディングワイ
ヤの取付け（スティッチボンディング、ボールボンディ
ング、またはウェッジボンディング）のためには薄い層
で十分である。そのわけは、銀がワイヤボンディングの
ための優れた特性を有することは公知であるからであ
る。
【００２９】本発明は、要求１）を満たすために用いら
れるニッケル層の厚さおよび構造の選択により、要求
３）を満たす。ニッケル層の厚さおよび堆積方法は、ニ
ッケル層が延性を保証して、外側リードセグメントの曲
げおよび成形を可能にするように選択されなければなら
ない。
【００３０】本発明は、要求２）を満たすために用いら
れる貴金属の選択により、要求４）を満たす。実際的な
選択は、熱硬化性成形用化合物および他のカプセル化材
料に対する優れた付着性を有する銀であり、別のオプシ
ョンとしては金の薄い層がある。本発明は、銅ベース上
に堆積される層、すなわちニッケルおよびはんだ、のシ
ーケンスにより、要求５）を満たす。
【００３１】図１は、全体を１００で指示したリードフ
レーム部分の簡単化された概略断面図であり、チップ取
付けパッド１０１と、複数のリードセグメント１０２と
を示している。リードフレームは、めっき層１０４によ
り完全に被覆されたベース金属１０３で作られている。
ベース金属は通常、銅、または銅合金であるが、アルミ
ニウム、黄銅、鉄ニッケル合金、またはアンバーであっ
てもよい。銅、または銅合金のベースシート１０３は、
１００μｍから３００μｍまでの範囲内の好ましい厚さ
を有する。この厚さの範囲内における延性は、セグメン
トの曲げおよび成形の操作において必要とされる５％な
いし１５％の伸びを与える。このリードフレームは、原
金属シートからスタンピング、またはエッチングされ
る。めっきニッケル層は、０．５μｍから３．０μｍま
での範囲内の好ましい厚さを有する。
【００３２】めっきプロセスにおいて、スタンピングま
たはエッチングされたリードフレームは、まず２０℃な
いし９０℃のアルカリ性事前洗浄液内に、数秒から３分
の間浸漬される。アルカリ性浸漬洗浄およびアルカリ性
電気洗浄の双方が用いられる。それにより、油、グリー
ス、土、汚物、および他の汚染が除去される。
【００３３】すすぎの後、リードフレームは次に、室温
の酸性活性化浴内に数秒から５分の間浸漬される。この
浴は、好ましくは約３０ないし６０ｇ／ｌの濃度の、硫
酸、塩酸、の溶液、または他の酸の溶液から成る。この
溶液は、酸化銅を除去し、金属ニッケルの堆積を受入れ
うる活性化状態にある酸化金属銅表面を残す。
【００３４】次に、リードフレームは第１ニッケルめっ
き溶液内に浸漬され、約０．０２μｍから０．１３μｍ
までの範囲内の厚さのニッケルストライクの堆積を、銅
のベース材上に受ける。この第１ニッケル層は、銅のベ
ース金属を完全に包囲し、従って、銅および銅化合物が
後の主ニッケル浴を受けないようにする。
【００３５】次に、リードフレームは第２ニッケルめっ
き溶液内に浸漬され、約０．４５μｍから２．０μｍま
での範囲内の厚さの追加のニッケル層の堆積を、第１ニ
ッケル層上に受ける。層１０４の合計の厚さは、約０．
５μｍから３．０μｍまでの範囲内にある。このニッケ
ル層は、リードフレームセグメントの曲げおよび成形プ
ロセスにおいて延性を示さなければならない。さらに、
ニッケル表面は、はんだ付けプロセスにおいて、はんだ
合金または導電性接着剤が成功裏に用いられうるよう
に、ぬれ性をもたなければならない。
【００３６】図２において、はんだ層２０６は、リード
フレームベース材１０３上のニッケルのフラッドめっき
層１０４上に選択的にめっきされる。このはんだ層は、
約０．７μｍから９μｍまでの範囲内の厚さを有する。
この範囲が示しているように、そのはんだ層は、従来の
はんだの厚さの範囲に比し、比較的に薄くてもよい。こ
の理由は、以下に述べる追加の銀層による。はんだがめ
っきされた部分は、ボード取付け、または他の部品取付
けを意図されているリードフレームの領域、特にリード
セグメントの、チップ取付けパッドから遠い第２端部、
を被覆する。はんだめっき部分の境界は、図２に２０６
ａで示されている。本発明の利点は、境界２０６ａがゆ
るい許容範囲を有しうることである。
【００３７】本発明にとっては、以下のことが重要であ
る。 * はんだは無鉛はんだである。 * はんだは、事前めっき層として堆積される。すなわ
ち、チップ組立ての開始以前にリードフレームに対し適
用される。 * はんだは、ワイヤボンディングおよびパッケージ成
形を含めての、ＩＣ組立て温度より高いリフロー温度を
有しうる（それは、銀の添加により低下せしめられう
る。以下を参照。）。 * はんだは、デバイスボード取付け中に、はんだフラ
ックスまたははんだ波内へ溶解しうる。 * はんだは、スズウィスカの成長を回避する。
【００３８】電子産業は、数年にわたり、はんだ内の通
例の鉛の代わりとなるものを探索しつつあった。この探
索の状態に関する最近の概観は、例えば、表面取付け技
術（Surface Mount Technology）、２０００年、第１４
巻、第２号、第７３ないし８０頁に所載の、製造科学の
ナショナルセンター（National Center for Manufactur
ing Science）著「ＮＣＭＳリードフリーはんだプロジ
ェクト（NCMS Lead-free Solder Project）」、および
表面取付け技術、２０００年、第１４巻、第３号、第５
５ないし６０頁に所載の、Ｊ．Ｓ，ワング（Ｊ．Ｓ．Ｈ
ｗａｎｇ）、Ｚ．グオ（Ｚ．Ｇｕｏ）、およびＨ．ケニ
ッヒスマン（H.Koenigsmann）著「高強度および高耐疲
労無鉛はんだ（High-strength and High-fatigue-resis
tant Lead-free Solder）」に与えられている。
【００３９】さまざまな２成分および３成分合金が議論
されてきた。例えば、１９９９年１１月１６日公告の米
国特許第５，９８５，２１２号（ワング（Ｈｗａｎｇ）
外，「高強度無鉛はんだ材料（High-strength Lead-fre
e Solder Materials）」）は、少なくとも７５重量％の
スズ、約０．０１重量％と９．５重量％との間のＣｕ、
約０．０１重量％と５．０重量％との間のガリウム、お
よび約＞０％と６％との間のインジウム、を推奨してい
る。
【００４０】本発明の意向のためには、はんだ層は、ス
ズと、スズ／銅、スズ／インジウム、スズ／銀、スズ／
ビスマスを含む２成分スズ合金と、（ガリウムをも含有
する）３成分合金と、導電性付着性化合物と、から成る
グループから選択された材料を含みうる。好ましい、め
っきが容易なはんだ合金は、２成分のスズおよび銅の合
金である。スズおよび銀の合金は、もう１つの好ましい
はんだである。組成は、リフロー温度を、デバイスによ
り変化するさまざまな組立てステップ（チップ取付け、
ワイヤボンディング、成形、硬化）において見られる温
度より高くするために、最適化されるべきである。例え
ば、もし２７０℃が目標ならば、スズ／銅合金において
は２．５重量％の銅が適切である。もし３００℃が目標
ならば、５．０重量％の銅が適切である。スズ／銅、ま
たはスズ／銀合金は、融解する必要はないが、むしろは
んだペーストまたははんだ波内へ溶解して、下部のニッ
ケルの良好なぬれ性を提供する必要がある。以下に論じ
られるように、はんだのリフロー温度は、銀の添加によ
り低下させることができ、その場合、はんだは、はんだ
付けメディア内へ溶解することなく従来の意味において
リフローしうる。
【００４１】本発明の重要な特徴は、はんだ層を受ける
よう意図されているリードフレームの部分のみを露出さ
せておく、安価な一時的マスキングステップを用い、は
んだ合金層を選択的に堆積することである。図３には、
そのようなマスキングの範囲の例が示されており、図３
は、代表的な半導体カッドフラットパックデバイスのた
めの、連続ストリップからの単一リードフレームユニッ
トを示している。リードフレームユニットの一時的にマ
スクされた部分は、斜線を施されており、露出された部
分は斜線を施されていない。露出された部分は、複数の
リードセグメント３３の、チップ取付けパッド３５から
遠い第２端部３４を含む。
【００４２】ここで定義されたように、それぞれのリー
ドセグメント３３は、チップ取付けパッド３５に近い第
１端部３２と、チップ取付けパッド３５から遠い第２端
部３４とを有する。図３の例においては、リードフレー
ムユニットは、８４個のリードセグメント３３を有す
る。そのわけは、それがプラスチックの８４リードカッ
ドフラットパックチップキャリアとして設計されている
からである。
【００４３】さらに、リードフレームの一時的にマスク
された部分は、キャリアレール３０と、外側リードフレ
ーム３１と、キャリアレール３０からチップ取付けパッ
ド３５へ向かって伸びる複数の支持部材３６の部分と、
ダムバー３７と、を含む。図３の例においては、デバイ
スは４つの支持部材３６を有する。
【００４４】溶液から連続ストリップ上へ金属を選択的
に堆積させるためには、いくつかの方法がある。リード
フレームの大量生産のためには、連続ストリップめっ
き、またはリールからリールへのめっきが有利であり、
通常行われている。リードセグメントの第２端部上への
はんだめっきの境界において受入れられるゆるい許容範
囲に基づき、本発明における好ましい堆積方法は、いわ
ゆる「ホイールシステム」である。そのプロセスステッ
プは、以下の通りである。 ** ホイールシステム * 溶液を材料へ流すための開口を有する大きい直径の
ホイール上へ材料を移動させる。 * 開口はめっきの場所を定める。インデックスピン
が、リードフレーム内の（図３に３８で示されている）
パイロット孔に係合する。 * ホイール上に材料を、材料の裏面にマスクを、保持
するためにバッキングベルトを用いる。 * ホイールの内側にアノードを定置する。
【００４５】利点： 高速で、材料が選択的めっきのた
めに停止しない。タイミング問題がない。ポンプ、整流
器、および駆動システムが、連続的にオンになってい
る。システムが機械的に複雑でないので、低コストであ
る。欠点 ： ルーズなめっき境界、不正確なスポット位置、
および電位のブリードアウトが、本発明においては重要
視されていない。
【００４６】もっと正確だが、もっと高コストで低速な
選択的めっき技術は、ステップおよび反復プロセス（st
ep-and-repeat process）である。
【００４７】** ステップおよび反復 * リードフレーム材料を、選択的めっきヘッドにおい
て停止させる。 * 材料上にゴムマスクシステムをクランプする。 * めっき液を材料に射出する。 * 電流を供給する。 * 電流を遮断する。 * 液を遮断する。 * ヘッドを開く。 * 材料を移動させる。利点 ： めっきスポットが、優れたエッジ精度を有し極
めてシャープである。インデックス孔、ピン、および帰
還視覚システムと共に用いる時、スポット位置選定能力
が極めて良好になる。欠点 ： 低速である。選択的めっき中には、材料を停止
させなければならない。設備の購入および保守が高価に
なる。タイミング問題がある。移動部分が多い。
【００４８】図４のリードフレームの概略的断面図は、
チップパッド４０１と、チップパッド近くの、セグメン
ト４０２の第１端部４０４と、の領域上にめっきされた
薄いパラジウム層４０５を示している。堆積層４０５
は、約５ｎｍから２５０ｎｍまでの範囲内の厚さの、電
気めっきされたパラジウム層を含む。パラジウムは高価
であるため、より薄い層が好ましい。優れたボンディン
グ性は、銀層の追加により保証される（以下を参照）。
貴金属のもう１つの選択は、ロジウムである。複数のリ
ードセグメントの領域部分４０３は、意図されたワイヤ
ボンディングの技術的要求により決定される。図４の概
略的な例においては、層４０５は境界４０５ａで終わっ
ている。本発明の利点は、境界４０５ａがゆるい許容範
囲を有しうることである。
【００４９】本発明の重要な特徴は、図２および図３に
おいて説明したはんだめっきプロセスと同様に、安価な
マスキングステップを用いることにより、リードフレー
ム上に選択的にパラジウム層を堆積することである。パ
ラジウム堆積の選択的特性は、一時的マスキングステッ
プにより実現され、このステップは、パラジウム層を受
けるように意図されているリードフレーム部分のみを露
出したままにしておく。図５には、そのようなマスキン
グの範囲の例が示されており、図５は、図３と同様の代
表的な半導体カッドフラットパックデバイスのための、
連続ストリップからの単一リードフレームユニットを示
している。リードフレームユニットの一時的にマスクさ
れた部分は、斜線を施されており、露出された部分は斜
線を施されていない。露出された部分は、複数のリード
フレームリード５３の第１端部５２と、チップパッド５
５と、チップパッドの支持部材の部分５６と、を含む。
これらの第１端部は、チップパッド５５の近くに位置す
る。図５において、第１端部５２はチップパッド５５の
周を取り巻いているが、パッドからはギャップにより分
離されており、このギャップはボンディングワイヤによ
りブリッジされる。
【００５０】パラジウムを堆積する方法は、上述のはん
だを堆積する方法と同様である。多くの実際的な場合、
「ホイールシステム法」は、望ましい低コストの特徴を
備えつつ、満足すべき精度を実現する。図６のリードフ
レームの概略断面図は、図１、図２、および図４の断面
図に類似している。図６は、露出したリードフレーム領
域をカプセル化する、フラッドめっきされた銀層６０１
の追加を示す。銀層６０１は、約２０ｎｍから２５００
ｎｍまでの範囲内の厚さを有し、好ましい厚さの範囲
は、約１２００ｎｍから１５００ｎｍまでである。銀層
部分６０１ａは、はんだ層２０６上に堆積されている。
本発明にとって本質的なことは、さまざまな組立てプロ
セスにおいて上昇した温度に長い時間の間さらされた
時、銀層部分６０１ａが完全にはんだ層２０６内へ溶解
しうるよう十分に薄いことである。これらのプロセス
は、チップの取付け、取付け材料の硬化、ワイヤボンデ
ィング、成形、成形材料の硬化、を含む。例えば、ワイ
ヤボンディング中には、温度は数分間２５０℃の高さに
達しうる。成形用化合物の硬化中には、６時間の間１７
５℃に保たれうる。はんだ層内への溶解の後には、デン
ドライトを成長させる遊離銀は残っていない。
【００５１】図７には、完成された成形パッケージの、
形成された外側リードの例が示されている。図７の概略
断面図には、本発明の、銅または銅合金のリードフレー
ム７０１が、全体を７００で指示されている半導体パッ
ケージのアセンブリ内に用いられているように示されて
いる。リードフレーム７０１はチップ取付けパッド７０
２を有し、その上にはＩＣチップ７０３が、接着材７０
４（通常は、重合を受けなければならないエポキシまた
はポリイミド）を用いて取付けられている。リードフレ
ーム７０１は、さらに複数のリードセグメント７０５を
有する。これらのリードセグメントは、チップ取付けパ
ッド７０２に近い第１端部７０５ａと、チップ取付けパ
ッド７０２から遠い第２端部７０５ｂと、を有する。
【００５２】図７に概略的に示されているように、リー
ドフレーム７０１は、銅または銅合金から作られたベー
ス７０６を含む。この銅の表面上には、図１、図２、図
４、および図６において詳述した層のシーケンスが存在
する。この銅に最も近いのは、ニッケルの第１層７０７
である。この層に続くのは、パラジウムのスポットめっ
き層７０８と、はんだのスポットめっき層７０９と、で
ある。最外部にあるのは、フラッドめっき銀層７２０で
ある。この複合はんだ層は、基板またはボード上へのデ
バイス７００の表面取付けのプロセスにおいて、バルク
はんだ７１０のメニスカス内へ組込まれる。
【００５３】図７において、ボンディングワイヤ７１１
は、リードフレームセグメント７０５の第１端部７０５
ａのパラジウムおよび銀表面７０８に溶接されたスティ
ッチ７１２を有する。これらのボンディングワイヤは、
金、銅、アルミニウム、およびこれらの合金から成るグ
ループから選択される。これらの金属のいずれも、本発
明の層のあるリードフレームに対する信頼性のある溶接
を与える。
【００５４】図７に示されているように、セグメント７
０５の第２端部７０５ｂは、銅のベースおよびめっきさ
れたニッケル層の延性により、曲げおよび成形に適して
いる。一般に、本発明のスズ／銅合金によりめっきされ
た銅リードは、改善された延性により、伝統的な鉛／ス
ズ合金によりめっきされたリードよりも優れたトリム／
成形性能を有する。この展延可能な特性を用いると、セ
グメント７０５は、表面取付け、または半導体デバイス
のボード取付けの任意の他の技術、のために要求される
任意の形状に形成されうる。セグメントの曲げは、第２
セグメント端部７０５ｂの腐食保護を低下させない。例
えば、図７は、セグメント７０５のいわゆる「鴎翼形
状」を示している。この形状は、図７に示されているよ
うに、いわゆる「小形輪郭」構成のＩＣパッケージのた
めに広く用いられている。
【００５５】本発明の溶解される銀層の追加を有する、
はんだがスポットめっきされた銅のリードフレームは、
ボード、または形成されたリードフレームセグメントの
他の部分への、容易で信頼性のあるはんだ付けを提供す
る。図７においては、はんだ付け材７１０は、はんだペ
ーストまたははんだ波を含む。上述において指摘したよ
うに、このペーストは、（図７に破線で示されている）
溶解した銀を含むめっきされたスズ／銅層を溶解させる
ことができ、銅リードフレームのめっきされたニッケル
表面に良好なぬれ特性を与える。
【００５６】図７において、成形用化合物７１３は、取
付けられたチップ７０３と、ボンディングワイヤ７１１
と、リードセグメント７０５の第１端部７０５ｓと、を
カプセル化する。それらのセグメントの第２の遠端部７
０５ｂは、成形パッケージ内に含まれず、それらは、は
んだ付けのために露出したままにして置かれる。一般
に、カプセル化材料７１３は、リードフレーム表面への
付着に適する、エポキシを基材とする成形用化合物から
成るグループから選択される。最外部の銀めっきにおい
ては、成形用化合物に対する良好な付着特性を実現で
き、パッケージの層間剥離、湿気の侵入、および腐食が
阻止される。
【００５７】腐食に関しては、銅のクリープ腐食が、露
出した表面の貴金属性の関数であることを指摘しておく
べきである。本発明においては、リードフレームの表面
は、ニッケル、酸化ニッケル、スズ／銅およびそれの上
の銀を有する。これは、純粋なパラジウムを有する表面
に比して、銅のクリープ腐食を阻止し、従って混合流動
ガス腐食テストにおけるパフォーマンスは、より良いも
のとなる。
【００５８】他の実施例 本発明を実施例に関して説明してきたが、この説明は、
限定的な意味のものと解釈されるべきではない。実施例
のさまざまな改変および組合せ、および本発明の他の実
施例は、この説明を参照する時、当業者にとって明らか
となろう。例としては、半導体チップの材料は、シリコ
ン、シリコンゲルマニウム、ヒ化ガリウム、または製造
において用いられる任意の他の半導体材料を含みうる。
もう１つの例としては、はんだ層の、またパラジウム層
の、被覆領域および製造方法は、特定のリードフレーム
または基板の要求に適するように改変されうる。
【００５９】もう１つの例としては、銀めっき層の厚さ
は、最適のはんだ付けおよびワイヤボンディングの結果
を得るために、デバイス組立てのプロセスステップにお
いて用いられる温度および時間に適合するように調整さ
れうる。もう１つの例としては、銀層は、フラッドめっ
きプロセスによってではなく、図３および図５において
説明したものと同様のマスクを用いることにより堆積
し、それにより成形パッケージのすぐ外側の近くの、外
側リードセグメント上に堆積されないようにすることが
できる。従って、添付の特許請求の範囲は、いずれのそ
のような改変または実施例をも含むように意図されてい
る。
【００６０】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 （１）集積回路チップの組立てにおいて用いられるリー
ドフレームにおいて、該リードフレームが、付着層を有
するベース金属構造であって、前記付着層が前記ベース
金属を被覆するニッケルを含む前記ベース金属構造と、
取付け部分として適する前記リードフレームの領域を選
択的に被覆する、前記ニッケル層上の無鉛はんだの付着
層と、ボンディングワイヤの取付けに適する前記リード
フレームの領域を選択的に被覆する、前記ニッケル層上
のパラジウムを含む付着層と、前記はんだ層およびパラ
ジウム層上の銀の付着層であって、該銀が加熱時に前記
はんだ内へ完全に溶解するように十分に薄い、前記銀の
付着層と、を含む、前記リードフレーム。
【００６１】（２）前記ベース金属が、銅、銅合金、黄
銅、アルミニウム、鉄ニッケル合金、またはアンバーで
ある、第１項に記載のリードフレーム。 （３）前記ベース金属が、約１００μｍと２５０μｍと
の間の厚さを有する、第２項に記載のリードフレーム。
【００６２】（４）前記ニッケル層が、約０．５μｍか
ら３．０μｍまでの範囲内の厚さを有する、第１項に記
載のリードフレーム。 （５）前記はんだ層が、スズと、スズ／銅、スズ／イン
ジウム、スズ／銀、およびスズ／ビスマスを含むスズ合
金と、から選択された合金から成るグループから選択さ
れた合金、および導電性付着性化合物を含む、第１項に
記載のリードフレーム。
【００６３】（６）前記はんだ合金が、ワイヤボンディ
ング温度および成形温度と矛盾しないリフロー温度を有
する、第５項に記載のリードフレーム。 （７）前記はんだ層が、約０．７μｍから９．０μｍま
での範囲内の厚さを有する、第５項に記載のリードフレ
ーム。
【００６４】（８）前記パラジウム層が、約５ｎｍから
２５０ｎｍまでの範囲内の厚さを有する、第１項に記載
のリードフレーム。 （９）前記パラジウム層が、ゆるい許容範囲の境界を有
する選択領域を被覆する、第８項に記載のリードフレー
ム。
【００６５】（１０）前記銀層が、約２０ｎｍから２５
００ｎｍまでの範囲内の厚さを有する、第１項に記載の
リードフレーム。 （１１）前記銀層が、約１２００ｎｍから１５００ｎｍ
までの好ましい厚さを有する、第１０項に記載のリード
フレーム。 （１２）前記加熱が、チップ取付け、ワイヤボンディン
グ、およびデバイスカプセル化のプロセスにおいて用い
られる温度および時間を有する、第１項に記載のリード
フレーム。
【００６６】（１３）集積回路チップに用いられるリー
ドフレームにおいて、該リードフレームが、ベース金属
を完全に被覆するニッケルのめっき層を有する前記ベー
ス金属の構造と、部品取付けに適する前記リードフレー
ムの領域を選択的に被覆する、前記ニッケル層上の無鉛
はんだのめっき層と、ボンディングワイヤの取付けに適
する前記リードフレームの領域を選択的に被覆する、前
記ニッケル層上のパラジウムのめっき層と、前記はんだ
層およびパラジウム層上の銀のめっき層であって、該銀
が加熱時に前記はんだ内へ完全に溶解するように十分に
薄い、前記銀のめっき層と、を含む、前記リードフレー
ム。
【００６７】（１４）集積回路チップに用いられるリー
ドフレームにおいて、該リードフレームが、ベース金属
を完全に被覆するニッケルのめっき層を有する前記ベー
ス金属の構造と、部品取付けに適する前記リードフレー
ムの領域を選択的に被覆する、前記ニッケル層上のスズ
／銅はんだのめっき層と、ボンディングワイヤの取付け
に適する前記リードフレームの領域を選択的に被覆す
る、前記ニッケル層上のパラジウムのめっき層と、前記
はんだ層および前記パラジウム層上の銀のめっき層と、
を含み、前記はんだが半導体組立て温度より高いリフロ
ー温度を有し、それにより前記はんだと、前記はんだを
被覆している前記銀とが、融解することなくはんだ付け
メディア内へ溶解されうる、前記リードフレーム。
【００６８】（１５）前記スズ／銅はんだが、約２％と
１５％との間の銅を含む、第１４項に記載のリードフレ
ーム。 （１６）前記はんだ付けメディアが、はんだペーストお
よびはんだ波を含む、第１４項に記載のリードフレー
ム。
【００６９】（１７）集積回路チップおよび複数のリー
ドセグメントのためのチップ取付けパッドを含むリード
フレームであって、それぞれのリードセグメントが、前
記取付けパッドに近い第１端部と、前記取付けパッドか
ら遠い第２端部と、を有する前記リードフレームを含む
半導体デバイスにおいて、前記リードフレームがニッケ
ルの表面層を有し、前記リードフレームがさらに前記ニ
ッケル層上に、前記リードセグメントの前記第１端部を
ボンディングワイヤの取付けに適する厚さで選択的に被
覆するパラジウムの層を有し、前記リードフレームがさ
らに前記ニッケル層上に、前記リードセグメントの前記
第２端部を部品取付けに適する厚さで選択的に被覆する
無鉛はんだの層を有し、前記リードフレームがさらに前
記パラジウム層およびはんだ層上に銀の層を有し、前記
はんだ上の前記銀の部分が前記はんだ内へ溶解され、前
記半導体デバイスがさらに、前記取付けパッドに取付け
られた集積回路チップと、前記チップと、前記リードセ
グメントの前記第１端部と、を相互接続するボンディン
グワイヤと、前記チップと、前記ボンディングワイヤ
と、前記リードセグメントの前記第１端部と、を包囲
し、一方前記リードセグメントの前記第２端部を露出し
たままにしておく、カプセル化材料と、を含む、前記半
導体デバイス。
【００７０】（１８）前記ボンディングワイヤが、金、
銅、アルミニウム、およびそれらの合金から成るグルー
プから選択される、第１７項に記載のデバイス。 （１９）前記リードセグメントの前記第１端部に対する
前記ボンディングワイヤの接点が、ボールボンディン
グ、スティッチボンディング、またはウェッジボンディ
ングにより行われた溶接を含む、第１７項に記載のデバ
イス。
【００７１】（２０）前記カプセル化材料が、前記リー
ドフレームに対する付着に適する、エポキシを基材とす
る成形用化合物から成るグループから選択される、第１
７項に記載のデバイス。 （２１）前記第２端部を曲げられたリードセグメントを
さらに含み、それにより前記セグメントがはんだ付けに
適する形状を得ている、第１７項に記載のデバイス。
【００７２】（２２）チップ取付けパッドおよび複数の
リードセグメントを含むリードフレーム構造を製造する
方法であって、それぞれのリードセグメントが、前記取
付けパッドに近い第１端部と、前記取付けパッドから遠
い第２端部と、を有し、前記方法が、シート状原ベース
金属から前記構造を形成するステップと、前記リードフ
レーム上へニッケルの層をめっきするステップと、前記
チップパッドおよび前記第１セグメント端部を選択的に
マスクし、それにより前記第２端部を露出したままにし
ておくステップと、無鉛はんだの層を、前記露出したセ
グメント端部上の前記ニッケル層上へ、部品取付けに適
する厚さでめっきするステップと、前記第２セグメント
端部を選択的にマスクし、それにより前記チップパッド
および前記第１セグメント端部を露出したままにしてお
くステップと、パラジウムの層を、前記露出したチップ
パッドおよびセグメント端部上の前記ニッケル層上へ、
ボンディングワイヤ取付けに適する厚さでめっきするス
テップと、銀の層を、前記リードフレーム上へ、加熱時
に前記はんだ内へ完全に溶解するのに適する厚さでめっ
きするステップと、を含む、前記方法。
【００７３】（２３）前記プロセスステップが時間遅延
なくシーケンスをなして実行され、さらに中間の洗浄ス
テップを含む、第２２項に記載の方法。 （２４）集積回路チップに用いられるリードフレーム７
０１は、ベース金属を完全に被覆するニッケルのめっき
層７０７を有する前記ベース金属７０６と、他の部品へ
の取付けを意図されているリードフレームの領域を選択
的に被覆する、ニッケル層上の無鉛はんだ７０９のめっ
き層と、ボンディングワイヤの取付けを意図されている
リードフレームの領域を選択的に被覆する、ニッケル層
上のパラジウムのめっき層７０８と、前記パラジウム層
およびはんだ層の双方上の銀のめっき層７２０であっ
て、前記はんだ上の前記銀が加熱時に前記はんだ内へ完
全に溶解するよう意図されている、前記銀のめっき層
と、を含む。
【図面の簡単な説明】
【図１】ベース金属および第１めっき層を有するリード
フレームの、簡単化された概略断面図である。
【図２】本発明による無鉛はんだのめっきステップ後の
リードフレームの、簡単化された概略断面図である。
【図３】半導体デバイスに用いるリードフレームユニッ
トの例の簡単化された平面図であり、本発明による無鉛
はんだめっきの作製方法に必要なマスキングを示してい
る。
【図４】本発明によるワイヤボンディングの改善のため
のめっきステップ後のリードフレームの、簡単化された
概略断面図である。
【図５】半導体デバイスに用いるリードフレームユニッ
トの例の簡単化された平面図であり、本発明によるワイ
ヤボンディングの改善のためのめっき作製方法に必要な
マスキングを示している。
【図６】本発明による銀層堆積のためのめっきステップ
後のリードフレームの、簡単化された概略断面図であ
る。
【図７】基板上に無鉛はんだで組立てられた本発明によ
るリードフレームを有するパッケージされた半導体デバ
イスの、簡単化された概略断面図である。
【符号の説明】
７０１ リードフレーム ７０２ チップ取付けパッド ７０５ リードセグメント ７０５ａ リードセグメント第１端部 ７０５ｂ リードセグメント第２端部 ７０６ 銅ベース ７０７ ニッケルめっき層 ７０８ パラジウムめっき層 ７０９ はんだめっき層 ７１１ ボンディングワイヤ ７２０ 銀めっき層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K024 AA03 AA10 AA12 AA21 AB03 BA09 BB13 DB01 4K044 AA06 AB10 BA06 BA08 BA10 BB04 CA18 CA62 5F067 AB03 DC02 DC06 DC11 DC12 DC17 DC19 DC20 EA02 EA04

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 集積回路チップの組立てにおいて用いら
    れるリードフレームにおいて、該リードフレームが、 付着層を有するベース金属構造であって、前記付着層が
    前記ベース金属を被覆するニッケルを含む前記ベース金
    属構造と、 取付け部分として適する前記リードフレームの領域を選
    択的に被覆する、前記ニッケル層上の無鉛はんだの付着
    層と、 ボンディングワイヤの取付けに適する前記リードフレー
    ムの領域を選択的に被覆する、前記ニッケル層上のパラ
    ジウムを含む付着層と、 前記はんだ層およびパラジウム層上の銀の付着層であっ
    て、該銀が加熱時に前記はんだ内へ完全に溶解するよう
    に十分に薄い、前記銀の付着層と、を含む、前記リード
    フレーム。
  2. 【請求項２】 チップ取付けパッドおよび複数のリード
    セグメントを含みそれぞれのリードセグメントは、前記
    取付けパッドに近い第１端部と、前記取付けパッドから
    遠い第２端部と、を有するリードフレーム構造を製造す
    る方法であって、該方法は、 シート状原ベース金属から前記構造を形成するステップ
    と、 前記リードフレーム上へニッケルの層をめっきするステ
    ップと、 前記チップパッドおよび前記第１セグメント端部を選択
    的にマスクし、それにより前記第２端部を露出したまま
    にしておくステップと、 無鉛はんだの層を、前記露出したセグメント端部上の前
    記ニッケル層上へ、部品取付けに適する厚さでめっきす
    るステップと、 前記第２セグメント端部を選択的にマスクし、それによ
    り前記チップパッドおよび前記第１セグメント端部を露
    出したままにしておくステップと、 パラジウムの層を、前記露出したチップパッドおよびセ
    グメント端部上の前記ニッケル層上へ、ボンディングワ
    イヤ取付けに適する厚さでめっきするステップと、 銀の層を、前記リードフレーム上へ、加熱時に前記はん
    だ内へ完全に溶解するのに適する厚さでめっきするステ
    ップと、を含む、前記方法。
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