JP2006245389A - リードフレームの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 リードフレームの製造に導電性金属ナノ材料を使用して省資源化を図ると共に製造過程のリードフレーム表面の酸化を防止してリードフレームと封止樹脂との間の密着性を向上させることが可能なリードフレームの製造方法を提供する。
【解決手段】 表面に下地めっき１１が施されたリードフレーム１０のインナーリード１２の所望の領域に導電性金属ナノ材料を塗布するナノ材料塗布工程と、塗布された導電性金属ナノ材料を焼結する焼結工程とを有し、ナノ材料塗布工程の前にリードフレーム１２の下地めっき１１の全面に焼結工程の焼結温度で消失する酸化防止膜１４を形成する酸化防止膜形成工程を設け、焼結工程の後に焼結時に下地めっき１１の表面に生成した酸化膜を除去する酸化膜除去工程を設けた。
【選択図】 図３

Description

本発明は、半導体パッケージを形成するリードフレームの製造方法に関する。

従来、半導体パッケージを形成するリードフレームには、鉄ニッケル合金並びに銅合金が用いられ、リードフレームの表面側の全面に銅めっき等の下地めっきが施された後、インナーリードの先端部にワイヤボンディングを行なうために銀や金等のめっきを施している。しかしながら、近年、環境や省資源の問題から、インナーリード先端部の表面側の必要箇所に限定してめっきを行なうようになっている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−２８２１０３号公報

しかしながら、めっきマスク等によるカバー部材を用いて、インナーリード先端部のめっき必要箇所にのみめっき液が接触するように調整しても、カバー部材ではインナーリード先端部の側面側及び裏面側へのめっき液の漏れを完全に防止することができない。
そこで、従来のめっき液を使用しためっき（ウェットめっき）法に替わり、インク状又はペースト状の導電性金属ナノ材料をインナーリード先端部の必要な領域に限定して塗布する方法が提案されている。しかし、この方法では、下地めっきと導電性金属ナノ材料を密着させるには一定の温度と時間をかけて焼結を行なわねばならず、焼結時の加熱によりリードフレームの表面側に形成した下地めっきの表面が酸化してしまい、後の樹脂封止工程においてリードフレームと封止樹脂との間の密着性が低下し、半導体装置としての品質を著しく低下させるという問題が生じている。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、半導体パッケージ用のリードフレームの製造に導電性金属ナノ材料を使用して省資源化を図ると共に、製造過程でのリードフレーム表面の酸化を防止し更には酸化膜を除去してリードフレームと封止樹脂との間の密着性を向上させることが可能なリードフレームの製造方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係るリードフレームの製造方法は、表面に下地めっきが施されたリードフレームのインナーリードの所望の領域に導電性金属ナノ材料を塗布するナノ材料塗布工程と、塗布された前記導電性金属ナノ材料を焼結する焼結工程とを有し、
前記ナノ材料塗布工程の前に前記リードフレームに施された下地めっきの全面に前記焼結工程の焼結温度で消失する酸化防止膜を形成する酸化防止膜形成工程を設け、前記焼結工程の後に焼結時に前記下地銅めっきの表面に生成した酸化膜を除去する酸化膜除去工程を設けた。

本発明に係るリードフレームの製造方法において、前記酸化防止膜は銀を含有していることが好ましい。また、本発明に係るリードフレームの製造方法において、前記酸化膜除去工程の後に前記リードフレームの全面に変色防止膜を形成する変色防止膜形成工程を設けるのがよい。

請求項１〜３記載のリードフレームの製造方法においては、導電性金属ナノ材料を塗布する前に、下地めっきが施されたリードフレームの表面側の全面に酸化防止膜を予め形成しておくことにより、焼結工程で加熱を受けても導電性金属ナノ材料の下層となる下地めっきの表面の酸化を防止して、酸化防止膜の消失後、導電性金属ナノ材料と下地めっきを直接接触させて焼結を行なうことができ、導電性金属ナノ材料の焼結被覆層と下地めっきとの間の密着性を確保することが可能になる。また、焼結工程で下地めっきの表面に生成した酸化膜を除去するので、樹脂で封止した際にリードフレームと封止樹脂との密着性を確保することが可能になる。更に、導電性金属ナノ材料を塗布することにより、インナーリードにおいてワイヤボンディングに必要な部分にのみ焼結被覆層を形成することができ、省資源化を図ることが可能になると共に、従来のめっき法と異なりリードフレームの洗浄工程及び洗浄時に発生する廃液の処理が不要となって、環境に対する負荷を低減することができる。

特に、請求項２記載のリードフレームの製造方法においては、酸化防止膜は銀を含有しているので、焼結過程で下地めっき上に銀を残留させることができ、銀を介して下地めっきと導電性金属ナノ材料の焼結被覆層とが接触することになり、下地めっきと焼結被覆層との間の密着性を向上させることが可能になる。

請求項３記載のリードフレームの製造方法においては、酸化膜除去工程の後にリードフレームの全面に変色防止膜を形成するので、焼結工程以降で熱履歴を経ても下地めっきの表面が酸化することがなく、リードフレームを樹脂で封止した際にリードフレームと封止樹脂との密着性を確保することが可能になる。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係るリードフレームの製造方法を適用して製造したリードフレームのインナーリード先端部の斜視図、図２は同リードフレームの製造方法の工程説明図、図３（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ同リードフレームの製造方法のナノ材料塗布工程、焼結工程、酸化膜除去工程、及び変色防止膜形成工程が完了した状態のインナーリード先端部の側断面図である。

図１に示すように、本発明の一実施の形態に係るリードフレームの製造方法を適用して製造した、例えば、銅製のリードフレーム１０では、その表面の全面に下地めっきの一例である銅めっき層１１が形成され、リードフレーム１０に形成されている各インナーリード１２の先端部の表面側の一部には、銅めっき層１１を介して導電性金属ナノ材料の一例である銀ナノペーストのスクリーン印刷層の焼結により形成された銀焼結被覆層１３が設けられている。

ここで、銀焼結被覆層１３の精度（例えば、形成位置、寸法、及び形状）の調整は、スクリーン印刷層が銀焼結被覆層１３に変化する際の寸法変化を考慮してスクリーン印刷層の位置、寸法、及び形状を決定することにより行ない、インナーリード１２の先端部の所望の領域に銀焼結被覆層１３を形成する。また、銀ナノペーストとは、粒径が０．０１μｍ以下の銀のナノ粒子が分散剤の働きで凝集せずに溶媒中に独立して分散している分散液で、スクリーン印刷が可能なように粘度や揺変性が調整されたものを指す。

このため、インナーリード１２の先端部の必要箇所にのみ銀めっきを行なう従来のめっき法と比較して、銀の使用量が低下して省資源化を図ることができると共に、機能上必要な箇所にのみ限定して銀焼結被覆層１３を形成することが可能になる。その結果、インナーリード１２の先端部にワイヤボンディングを行なう際の信頼性を確保することができる。更に、インナーリード１２の先端部でワイヤボンディングが行なわれない領域には銀焼結被覆層１３が形成されないため、インナーリード１２の表面において樹脂との密着性が良い銅めっき層１１の露出する割合が向上してリードフレーム１０を樹脂で確実に封止することができる。

次に、本発明の一実施の形態に係るリードフレームの製造方法について説明する。
図２に示すように、先ず、例えば、電解脱脂や酸洗浄を行なって、リードフレーム１０の表面に付着している汚れ、油脂等を除去して整面する（以上、整面工程）。次いで、リードフレーム１０の全面に下地めっきとして、一般的なシアン浴にて銅のストライクめっきを行ない銅めっき層１１を形成する。ここで、銅めっき層１１の厚みは、例えば、０．２〜０．５μｍ程度である（以上、下地銅めっき工程）。なお、リードフレーム表面に凹凸が存在して均一な下地めっきを行なうことが難しいような場合は、下地銅めっき工程の前に、リードフレーム表面の凹凸を、例えば、過酸化水素系化学研磨液等を使用して除去する化学研磨工程を入れてもよい。

リードフレームの表面に銅めっき層１１が形成された後、銅めっき層１１の表面側の全面に、例えば、ベンゾトリアゾール系化合物を主体とする酸化防止材を一様に塗布して酸化防止膜１４（図３参照）を形成する（以上、酸化防止膜形成工程）。次いで、酸化防止膜１４が形成されたリードフレーム１０を水洗し、例えば、絞りロール等で水分除去を行なった後、ドライヤーで乾燥させる（以上、第１の乾燥工程）。続いて、図３（Ａ）に示すように、スクリーン印刷により、インナーリード１２の表面側に形成されている酸化防止膜１４の所定位置に銀ナノペーストを塗布して印刷被覆層１５を形成する（以上、ナノ材料塗布工程）。

ここで、印刷被覆層１５では、次の焼結工程における加熱により、分散剤と溶媒の蒸発が起こり、印刷被覆層１５に収縮が発生する。また、焼結温度に到達すると、銀ナノ粒子間に焼結が生じて更に収縮する。このため、印刷被覆層１５の寸法（縦、横、及び厚み）は、印刷被覆層１５の収縮量を見込んで設定する必要がある。なお、印刷被覆層１５の収縮率は印刷被覆層１５の厚み、焼結温度、焼結時間等により変動するが、例えば、銀焼結被覆層１３として３μｍの厚さが必要な場合は、印刷被覆層１５の厚みは６μｍ程度とすればよい。

インナーリード１２に形成された酸化防止膜１４の所定位置への銀ナノペーストによる印刷被覆層１５の形成が終了すると、リードフレーム１０を熱処理装置に装入して焼結温度まで加熱して所定の焼結時間に渡って保持する。これによって、図３（Ｂ）に示すように、印刷被覆層１５は銀焼結被覆層１３に転換すると共に、転換した銀焼結被覆層１３は銅めっき層１１と強固に密着した状態になる（以上、焼結工程）。ここで、焼結温度及び焼結時間は印刷被覆層１５の厚みにより調整する必要があるが、例えば、焼結温度は１５０〜２３０℃程度、焼結時間は３０〜９０分である。

焼結工程において加熱が開始されると、印刷被覆層１５中の分散剤及び溶媒の蒸発が生じて印刷被覆層１５は徐々に収縮して行く。これによって、印刷被覆層１５に緻密化が生じると共に、酸化防止膜１４への密着性が向上する。更に温度が上昇して、２００℃以上になると酸化防止膜１４の分解が始まり、焼結温度に到達した時点では、酸化防止膜１４は完全に消失し印刷被覆層１５が形成されていた場所には、印刷被覆層１５から生じた銀ナノ粒子の緻密層が銅めっき層１１表面に密着した状態になっている。このため、銀ナノ粒子の緻密層が密着した銅めっき層１１の部分は加熱されても酸化されず、銀ナノ粒子の緻密層の焼結により形成される銀焼結被覆層１３と銅めっき層１１との間に強固な接合が生じる。一方、印刷被覆層１５が形成されていない酸化防止膜１４は、焼結温度に到達した時点で完全に消失して銅めっき層１１が露出状態になる。このため、焼結時間中に銅めっき層１１は徐々に酸化され、焼結が終了した時点では、銅めっき層１１の表面には酸化膜の一例である銅酸化層１６が形成されている。

続いて、焼結工程が終了したリードフレーム１０の表面を化学研磨する（以上、酸化膜除去工程）。これによって、銅めっき層１１の上に形成している銅酸化層１６が除去されて、図３（Ｃ）に示すように、リードフレーム１０の表面側では銅めっき層１１が再び露出した状態になる。なお、化学研磨を行なう代りに、例えば、硫酸等の酸を使用する酸洗浄や、リン酸等を電解液として使用する電解研磨を行なって、銅めっき層１１の上に形成された銅酸化層１６を除去することもできる。次いで、酸化膜除去工程を経たリードフレーム１０の全面に、図３（Ｄ）に示すように、例えば、酸化防止膜１４の形成に使用したのと同一の酸化防止材を用いて変色防止膜１７を形成する（以上、変色防止膜形成工程）。そして、変色防止膜１７が形成されたリードフレーム１０を水洗し、例えば、絞りロール等で水分除去を行なった後、ドライヤーで乾燥させる（以上、第２の乾燥工程）。これによって、次工程以降による熱履歴からリードフレーム１０に形成した銅めっき層１１の表面を保護することができる。

ここで、酸化防止膜１４の形成に使用したベンゾトリアゾール系化合物を主体とする酸化防止材に銀を含有させて使用してもよい。銀を含有する酸化防止材で形成した酸化防止膜では、焼結工程において酸化防止膜を完全に消失させた際に、銅めっき層１１の表面に銀の微粒子を残留させることができ、銀を含有する酸化防止膜の上に銀ナノペーストによる印刷被覆層１５を形成して焼結を行なうと、焼結温度に達した時点で、銀ナノ粒子の緻密層を銀の微粒子を介して銅めっき層１１に密着させることができる。このため、銀ナノ粒子の緻密層から焼結により銀焼結被覆層１３が形成される際に、銀焼結被覆層１３と銅めっき層１１との間に強固な接合が生じるのを促進することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能であり、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組み合わせて本発明のリードフレームの製造方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
例えば、下地めっきとして銅めっきを施したが、リードフレームの材質に応じて変更することができる。また、導電性金属ナノ材料として銀ナノペーストを使用したが、下地めっきの種類、ワイヤーボンディング材の種類に応じて、例えば、金ナノペースト、パラジウムナノペースト等に変更することができる。更に、ペースト状の導電性金属ナノ材料の代りにインク状の導電性金属ナノ材料を使用することもできる。インク状の導電性金属ナノ材料を使用する場合は、例えば、インクジェット印刷によりインナーリードの先端部の表面側の一部に導電性金属ナノ材料の印刷層を形成できる。
酸化防止膜の形成にベンゾトリアゾール系化合物を主体とする酸化防止材を使用したが、例えば、メルカプトンベンゾチアゾール系化合物等、一般的に酸化防止材として知られるものを使用することもできる。

本発明の一実施の形態に係るリードフレームの製造方法を適用して製造したリードフレームのインナーリード先端部の斜視図である。 同リードフレームの製造方法の工程説明図である。 （Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ同リードフレームの製造方法のナノ材料塗布工程、焼結工程、酸化膜除去工程、及び変色防止膜形成工程が完了した状態のインナーリード先端部の側断面図である。

符号の説明

１０：リードフレーム、１１：銅めっき層、１２：インナーリード、１３：銀焼結被覆層、１４：酸化防止膜、１５：印刷被覆層、１６：銅酸化層、１７：変色防止膜

Claims (3)

1. 表面に下地めっきが施されたリードフレームのインナーリードの所望の領域に導電性金属ナノ材料を塗布するナノ材料塗布工程と、塗布された前記導電性金属ナノ材料を焼結する焼結工程とを有し、
   前記ナノ材料塗布工程の前に前記リードフレームに施された下地めっきの全面に前記焼結工程の焼結温度で消失する酸化防止膜を形成する酸化防止膜形成工程を設け、前記焼結工程の後に焼結時に前記下地めっきの表面に生成した酸化膜を除去する酸化膜除去工程を設けたことを特徴とするリードフレームの製造方法。
2. 請求項１記載のリードフレームの製造方法において、前記酸化防止膜は銀を含有していることを特徴とするリードフレームの製造方法。
3. 請求項１及び２のいずれか１項に記載のリードフレームの製造方法において、前記酸化膜除去工程の後に前記リードフレームの全面に変色防止膜を形成する変色防止膜形成工程を設けることを特徴とするリードフレームの製造方法。

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