JP2006108279A - リードフレームとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リードフレームと封止樹脂とを強固に密着させ、リードフレームと封止樹脂との間に隙間が生じないようにしたリードフレームとその製造方法を提供する。
【解決手段】ダイパッド部２とリード３，３とを備えたリードフレーム１において、ダイパッド２の平坦面７とその端面８、リードの平坦面７とその端面８とが連続した面で構成され、リードフレーム表面７，８が算術平均粗さＲａで３０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の範囲の平滑面に形成され、かつリードフレーム表面の平滑面に表面改質層６が形成されている。これにより、リードフレームと封止樹脂との界面の耐湿性、密着性及び気密性を向上する。
【選択図】図１

Description

本発明はリードフレームとその製造方法に関するものであり、特にリードフレームと封止樹脂との気密性の改良に関する。

従来のリードフレームとその製造方法としては、慣用技術であるエッチング技術により、リードフレームの断面形状を丸みを帯びた形状とし、封止樹脂との密着性の改善、応力の均等化を図っているものがあった（例えば、特許文献１参照）。さらに、粗面化めっき技術により、リードフレーム表面を粗面化して封止樹脂とのアンカー効果（機械的結合）により密着性を改善しているものがあった（例えば、特許文献２参照）。

図３は、特許文献１に記載された従来のリードフレームを示す断面図である。図３において、１０１はリードフレームであり、１０２は半導体素子などを搭載するダイパッド部であり、１０３は外部回路などとの接続に用いられるリードである。ダイパッド部１０２とリード１０３とは枠材（図示せず）で連結しリードフレーム１０１を構成する。ダイパッド部１０２とリード１０３の断面形状を丸みを帯びた形状とすることによりダイパッド部１０２とリード１０３に加わる応力を低減することで封止樹脂（図示せず）とリードフレーム１０１との密着性を改善し耐湿性、密着性などの信頼性の向上を図っていた。

図４Ａは、特許文献２に記載された従来のリードフレームを示す断面図である。図４Ｂは図４ＡのＺ部分の拡大断面図である。図３と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。１０４はリードフレーム１０１表面を粗面化することを目的とした部分電解めっき技術を用い選択的に形成された粗面化めっき層である。これは少なくとも封止樹脂（図示せず）と接する表面に凹凸の激しい粗面化めっき層１０４を形成し、ワイヤーボンディングなどに必要な部分に接続用めっき１０５を形成することで封止樹脂（図示せず）とリードフレーム１０１との密着性を改善し耐湿性、密着性などの信頼性の向上を図っていた。
特開平１０−２７０６２２号公報 特開２００２−２９９５３８号公報

しかし、前記従来の構成では、いずれもリードフレーム１０１と封止樹脂（図示せず）との密着性を改善し耐湿性、密着性などの信頼性の向上に一定の効果を有していたが、鉄や銅などの金属からなるリードフレーム１０１と封止樹脂（図示せず）と熱膨張率が異なり、リードフレーム１０１と封止樹脂（図示せず）との間に微少な隙間が発生し、耐湿性に劣るという問題を有していた。

本発明は、前記従来の問題を解決するもので、リードフレームと封止樹脂とを強固に密着させ、リードフレームと封止樹脂との間に隙間が生じないようにしたリードフレームとその製造方法を提供する。

本発明のリードフレームは、ダイパッド部およびリードの何れかの一方または両方を備えたリードフレームにおいて、ダイパッドの平坦面とその端面、リードの平坦面とその端面とが連続した面で構成され、リードフレーム表面が算術平均粗さＲａで３０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の範囲の平滑面に形成され、かつリードフレーム表面の平滑面にアルカリ金属を含む水酸基を含有する皮膜からなる表面改質層が形成されていることを特徴とする。

本発明のリードフレームの製造方法は、ダイパッド部とリードとを備えたリードフレームの製造方法において、リードフレームの平坦面から端面にかけて連続した面を形成する連続面形成工程と、リードフレーム表面を算術平均粗さＲａで３０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の範囲に平滑処理する平滑処理工程と、リードフレーム表面に平滑面にアルカリ金属を含む水酸基を含有する皮膜からなる表面改質層を形成する表面改質層形成工程を含むことを特徴とする。

本発明の別のリードフレームの製造方法は、ダイパッド部とリードとを備えたリードフレームの製造方法において、リードフレームの平坦面から端面にかけて連続した面を形成すると同時にリードフレーム表面を算術平均粗さＲａで３０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の範囲に平滑処理する連続面形成平滑処理工程と、リードフレーム表面にアルカリ金属を含む水酸基を含有する皮膜からなる表面改質層を形成する表面改質層形成工程とを含むことを特徴とする。

本発明のリードフレームによれば、リードフレームと封止樹脂との界面が強固な化学結合により、耐湿性、密着性及び気密性を向上できる。さらに、その製造方法によれば、レジスト塗布やレジスト剥離などレジストを用いて選択的にエッチングを行う際の煩雑な工程を採用することなくリードフレームに発生した、ダレ、剪断面、破断面、バリの除去と同時に平坦部から端面にかけて連続した面を構成するとともにリードフレームの表面粗さをＲａ３０ｎｍ以上５０ｎｍ以下に備えたリードフレームを形成することができる。

本発明のリードフレーム表面は算術平均粗さＲａで３０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の範囲の平滑面に形成され、かつ前記リードフレーム表面の平滑面に表面改質層が形成されている。前記の平滑面と表面改質層との相乗作用により、前記リードフレーム表面と封止樹脂との界面を強固な化学結合により、耐湿性、密着性及び気密性を向上できる。算術平均粗さＲａで３０ｎｍ未満では、耐湿性、密着性及び気密性は低下する傾向となる。またＲａが５０ｎｍを超えると、耐湿性、密着性及び気密性は低下する傾向となる。

前記リードフレーム表面の平滑面の上に形成された表面改質層が、水酸基（−ＯＨ）を含有する皮膜層であることが好ましい。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１Ａは、本発明の実施の形態１におけるリードフレームの断面図である。図１Ｂは図１ＡのＸ部分の拡大断面図である。図１において、リードフレーム１は銅や銅合金からなる薄板材をプレス加工又はエッチング加工したリードフレームであり、半導体素子（図示せず）を搭載するダイパッド部２と、半導体素子（図示せず）と外部回路（図示せず）とを導通接続するリード３とを備えている。リードフレーム１表面の少なくとも封止樹脂（図示せず）と接する部分にアルカリ金属化合物を含む水溶液に浸漬、あるいは溶液の塗布などの方法により皮膜を作成する。このとき用いる水溶液としては水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）や水酸化カリウム（ＫＯＨ）や水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）などのアルカリ金属を含む水溶液やＮａＢｒやＫＢｒなどハロゲン化アルカリ塩などを含有する水溶液が好適である。また、皮膜は１００ｎｍ〜５００ｎｍの膜厚で均一に形成することが望ましい。

リードフレーム１は平坦面７から端面８にかけて連続した面で構成されており、その表面の表面粗さがＲａ（算術平均粗さ）３０ｎｍ以上５０ｎｍ以下に形成されている。例えば、アルカリ金属化合物を含有する表面改質剤（水溶液）に浸漬や塗布することにより表面改質層６を形成した場合、リードフレーム１表面の銅金属と表面改質剤成分との化学結合により気密性が著しく向上する。例えば、（表１）に従来技術を用いたリードフレームとしてＲａ（算術平均粗さ）１００ｎｍと２００ｎｍと本実施形態によるリードフレームとしてＲａ（算術平均粗さ）３０ｎｍと５０ｎｍとの試験結果（各１００個）を示す。試験方法はＰＣＴ（飽和加圧蒸気試験）試験条件：１２１℃、２ａｔｍ、１〜２４時間飽和水蒸気での高温条件下に曝した後、ＭＩＬ−ＳＴＤ−２０２Ｅ ＭＥＴＨＯＤ１１２Ｂ ＳＥＡＬ 試験条件Ｄに準じた気密性確認試験である。（表１）の通り、従来技術によるリードフレームに比べ、本実施形態によるリードフレームは、平滑面であるにもかかわらず、耐湿性、密着性及び気密性が顕著に向上することが確認できた。

本実施形態によれば、リードフレーム１の平坦面７から端面８にかけて連続した面で構成することにより、リードフレーム１に加わる応力を低減することで封止樹脂（図示せず）との密着性を改善し耐湿性、密着性などの信頼性の向上することができる。さらに、表面改質層６を形成する前処理でリードフレーム１の表面粗さＲａを３０ｎｍ以上５０ｎｍ以下に形成することにより、表面改質剤が均一に被膜され、リードフレーム１と封止樹脂（図示せず。）との密着性を強くすることができる。

（実施の形態２）
図２Ａ−Ｃは、本発明の実施の形態２のリードフレームの製造方法の工程フローに沿った断面図である。図２Ｄは図２ＣのＹ部分の拡大断面図である。図２において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い説明を省略する。

図２において、薄板材をプレス加工によりリードフレーム１を形成する（図２Ａ）。プレス加工されたリードフレーム１には、ダレ、剪断面、破断面、バリが発生しており平滑な表面状態とは言い難い。

リードフレーム１を水酸化ナトリウムを１０質量％〜２０質量％含んだ脱脂液に常温で３０秒〜６０秒間浸漬し、リードフレーム１に付着した余分な油成分を除去した後、硝酸１０質量％〜３０質量％からなる研磨液に浸漬する（図２Ｂ）。このとき、リードフレーム１に発生した、ダレ、剪断面、破断面、バリの除去と同時に平坦部７から端面８にかけて連続した面を構成するとともにリードフレーム１の表面粗さをＲａ３０ｎｍ以上５０ｎｍ以下に形成する。これによれば、レジスト塗布やレジスト剥離などレジストを用いて選択的にエッチングを行う際の煩雑な工程を省略することができる。

リードフレーム１の表面に表面改質層６として実施の形態１と同一のシランカップリング剤の表面改質剤からなる表面改質層６を形成する（図２Ｃ）。これによれば、後工程（説明省略）で行われる樹脂封止工程での封止樹脂（図示せず）とリードフレーム１との密着性を改善することができる。これは、従来行われていた機械的結合とは異なり、リードフレーム１と表面改質層６及び表面改質層６と封止樹脂（図示せず）との間に化学結合を形成することで、リードフレーム１と封止樹脂（図示せず）との密着性と気密性を大きく向上することができる。

図２Ｄは、リードフレーム１の平坦部７から端面８にかけての連続した面と、表面改質層６を途切れることなく均一に形成した状態を示す。これは、リードフレーム１表面の表面粗さをＲａ３０ｎｍ以上５０ｎｍ以下に平滑に形成したことで表面改質層６を均一且つ平滑に形成することを可能とするものであり、表面改質層６表面を平滑にすることで封止樹脂（図示せず）とのリードフレーム１表面における化学結合を強固なものとすることができる。

なお、本実施の形態では、銅又は銅合金のリードフレームを用いて説明したが、これに限ることは無い。

本発明は、リードフレームと封止樹脂との密着性及び気密性を必要とするリードフレームに適用したが、その他にも、銅やアルミニウムなどの金属と樹脂との密着性改善の用途に適用できる。

Ａは本発明の実施の形態１におけるリードフレームの断面図、ＢはＡのＸ部分の拡大断面図 Ａ−Ｃは本発明の実施の形態２におけるリードフレームの製造方法の工程フローに沿った断面図、ＤはＣのＹ部分の拡大断面図 従来の特許文献１のリードフレームの断面図 Ａは従来の特許文献２のリードフレームの断面図、ＢはＡのＺ部分の拡大断面図

符号の説明

１，１０１ リードフレーム
２，１０２ ダイパッド部
３，１０３ リード
６ 表面改質層
７ 平坦面
８ 端面
１０４ 粗面化めっき層
１０５ 接続用めっき

Claims (4)

1. ダイパッド部およびリードの何れかの一方または両方を備えたリードフレームにおいて、
   前記ダイパッドの平坦面とその端面、前記リードの平坦面とその端面とが連続した面で構成され、
   前記リードフレーム表面が平滑面に形成され、かつ前記リードフレーム表面の平滑面にアルカリ金属を含む水酸基を含有する皮膜からなる表面改質層が形成されていることを特徴とするリードフレーム。
2. 前記リードフレーム表面の平滑面が算術平均粗さＲａで３０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の範囲の平滑面に形成されたことを請求項１記載のリードフレーム。
3. ダイパッド部とリードとを備えたリードフレームの製造方法において、
   前記リードフレームの平坦面から端面にかけて連続した面を形成する連続面形成工程と、
   前記リードフレーム表面を算術平均粗さＲａで３０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の範囲に平滑処理する平滑処理工程と、
   前記リードフレーム表面に平滑面にアルカリ金属を含む水酸基を含有する皮膜からなる表面改質層を形成する表面改質層形成工程を含むことを特徴とするリードフレームの製造方法。
4. ダイパッド部とリードとを備えたリードフレームの製造方法において、
   前記リードフレームの平坦面から端面にかけて連続した面を形成すると同時に前記リードフレーム表面を算術平均粗さＲａで３０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の範囲に平滑処理する連続面形成平滑処理工程と、
   前記リードフレーム表面にアルカリ金属を含む水酸基を含有する皮膜からなる表面改質層を形成する表面改質層形成工程とを含むことを特徴とするリードフレームの製造方法。

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