JP2007088211A - リードフレーム及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リードフレームと、半導体装置の樹脂封止用樹脂との密着性が悪くならず、半導体装置の信頼性を維持させ、リードフレームにブラストなどの粗面化処理を行った３層のリードフレームの表面では粗面化処理効果が薄れずに、密着性の改善した、ワイヤーボンディング性もある、且つ鉛フリーハンダを用いた実装可能なリードフレーム及びその製造方法を提供することである。
【解決手段】金属板表面上にニッケル被膜を有し、ニッケル被膜表面上にパラジウム被膜、その表面上に金被膜をその順序に設けられてなる層構成を含むリードフレームは、ニッケル被膜の層厚が均一でなく、且つパラジウム被膜、金被膜の各々の層厚が均一に形成されている鉛フリーハンダ用のリードフレームであって、その不均一の層厚のニッケル被膜は、ニッケル被膜面にウェットブラストを行い、粗面化することで封止樹脂との密着強度を向上させたリードフレーム。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉛フリーハンダ用のリードフレーム及びその製造方法に関する。

近年、地球環境の保護のために鉛フリーの要求が高まってきた。このため、半導体パッケージに使用されるリードフレームも実装時の鉛フリーハンダを使用するために実装温度が著しく高くなり耐熱性の向上が求められるようになった。これにより近年、ハンダめっきを行ってきたリードフレームは、リードフレーム全面にニッケル、パラジウム、金めっきを施し、ワイヤーボンディング性も実装性も兼ね備えたリードフレームが使用されるようになってきている。

従来のリードフレームは、その金属板表面上に、ニッケル、パラジウム、金の３層めっきを施す層構成である。半導体装置の実装時、前記３層のリードフレームと、半導体装置の樹脂封止用樹脂との密着性が悪く、半導体装置の品質の信頼性を低下させる原因となっている。

特許文献１のように、リードフレーム形状に形成した金属板表面にブラストなどの粗面化処理を行った後に、該表面に３層めっきを行うと、前記３層の被膜が粗面化した金属板の凸凹を平均化し、すなわち、３層のリードフレームの表面では平均化され、粗面化処理効果が薄れ密着性の改善にならない状態である。ブラストの圧力を上げて、表面粗度を最初から高い状態としても、めっきにより粗さが相殺されて、やはり樹脂密着性が改善されなかった。さらに、金属板にブラストすることにより、リードフレームの形状が崩れる問題も発生した。また、パラジウムめっきと金めっきは、金属が薄くて柔らかいためにめっき後に粗面化処理することは困難である。

リードフレームの形状について説明する。リードフレームは、半導体装置を搭載するダイパッド部と、その周囲にインナーリード部と、その外周部のアウターリード部とにより形成され、インナーリード部の先端領域（以下ワイヤーボンディング部と記す）と半導体装置の端子とがボンディングワイヤにより結線され、ダイパッド部とインナーリード部が封止材により実装される。特許文献２のように、ワイヤーボンディング部とアウターリード部の平均粗さを変更することは、非常に工程が複雑で最近の半導体装置の小型化により、精度が必要なことから困難となってきている。

エッチング法によって形成したリードフレームは、リードフレームの断面形状の問題から樹脂封止の樹脂が、リードフレームの断面から漏れだし易く、例えば漏れ出すと、樹脂バリが発生し、取りにくいという問題もあった。

以下に公知文献を記す。
特開平１０−７０２２６号公報 特開平５−３１５５１１号公報

本発明の課題は、リードフレームと、半導体装置の樹脂封止用樹脂との密着性が悪くならず、半導体装置の信頼性を維持させ、リードフレームにブラストなどの粗面化処理を行
った３層のリードフレームの表面では粗面化処理効果が薄れずに、密着性が改善した、ワイヤーボンディング性もある、且つ鉛フリーハンダを用いた実装可能なリードフレームを提供することである。

本発明の請求項１に係る発明は、金属板表面上にニッケル被膜を有し、ニッケル被膜表面上にパラジウム被膜、その表面上に金被膜をその順序に設けられてなる層構成を含むリードフレームにおいて、ニッケル被膜の層厚が均一でなく、且つパラジウム被膜、金被膜の各々の膜厚が均一に形成されていることを特徴とするリードフレームである。

本発明の請求項２に係る発明は、前記ニッケル被膜の表面が、粗面化されており、ニッケル被膜の表面粗さが、０．４〜２．０μｍに形成されていることを特徴とする請求項１記載のリードフレームである。

本発明の請求項３に係る発明は、リードフレームの製造方法において、少なくとも以下の工程を含む構成であることを特徴とするリードフレームの製造方法である。
（ａ）金属板をリードフレーム形状にパターン形成する工程。
（ｂ）前記リードフレーム形状の金属板表面上にニッケルめっきを施し、ニッケル被膜を形成する工程。
（ｃ）前記ニッケル被膜表面を粗面化する工程。
（ｄ）前記粗面化したニッケル被膜表面上にパラジウムめっきを施し、パラジウム被膜を形成する工程。
（ｅ）前記パラジウム被膜表面上に金めっきを施し、金被膜を形成する工程。

本発明の請求項４に係る発明は、前記（ｃ）ニッケル被膜表面を粗面化する工程が、ウエットブラスト法を用いた方法によりニッケル被膜表面を粗面化することを特徴とする請求項３記載のリードフレームの製造方法である。

本発明の請求項５に係る発明は、前記（ｃ）ニッケル被膜表面を粗面化する工程が、ニッケル被膜表面の表面粗さ（Ｒｚ）を０．４〜２．０μｍに粗面化することを特徴とする請求項３、又は４記載のリードフレームの製造方法である。

請求項１では、本発明のリードフレームは、全面に、ニッケルめっきの処理の後に、ウェットブラストによりニッケル面を表面粗さ（Ｒｚ）が０．４〜２．０μｍの範囲内の最適な粗さに粗面化し、その後パラジウムめっき、さらに金めっきを施し、パラジウム被膜と金被膜は、粗面化した面が平滑にならないように十分に薄い膜厚にすることにより、リードフレームの表面にニッケル面粗さを発現させた。

請求項２では、ニッケルめっき後、該表面を粗面化により、リードフレームの露出面、例えば粗面化ニッケル被膜面では、パラジウム被膜と金被膜が被覆されることにより、特に、リードフレーム側面が滑らかになり、突出した形状を改善し、樹脂封止後の樹脂バリを取りやすくする。

請求項４では、粗面化の方法には、水と空気と研磨材を同時に吹きかけるウェットブラストを使用することで、研磨材がリードフレームのリードの間に残ることがない、すなわち異物混入がない。

本発明によって、耐熱性が高く封止樹脂との密着性を向上させたリードフレームを提供することができ、エッチングのリードフレームで問題となっていた、樹脂バリの除去を容
易にすることができた。

本発明によって、ニッケル被膜の表面上にブラストすることにより、その平均粗さが変化せず、樹脂密着性を向上する、及びリードフレームの形状が崩れない効果がある。

本発明によって、金、Ｐｄ被膜が表面上に露出することにより、金、Ｐｄ被膜面は、ワイヤーボンディング性を維持できる効果がある。

本発明によって、ニッケル被膜の表面上にウエットブラスト法を用いることにより、研磨剤がリード間に残らない平均粗さが変化せず樹脂密着性が向上する効果がある。

本発明のリードフレームは、鉛フリーに対応したリードフレームを提供し、地球環境に優しい部材であり、鉛フリーの促進につながるものである。

本発明のリードフレームの構造を図１により説明する。

図１（ａ）〜（ｂ）は、本発明のリードフレーム側断面図である。図１（ａ）は、全体図であり、半導体装置を搭載するダイパッド部２と、その周囲にインナーリード部３と、その外周部のアウターリード部４とにより形成され、インナーリード部の先端領域（以下ワイヤーボンディング部５と記す）と半導体装置５０の端子とがボンディングワイヤ５１により結線され、ダイパッド部とインナーリード部が封止材（以下封止樹脂６０と記す）により実装される。リードフレームは、中央部に金属板（リードフレーム１）があり、金属板表面上にニッケル被膜１０で被覆し、該粗面化後のニッケル被膜１０ａの表面上にパラジウム被膜２０で被覆、その表面上に金被膜３０で被覆した層構成の鉛フリーハンダ用のリードフレーム１００である。

図１（ｂ）は、部分拡大図である。図１（ｂ）に示すように、ニッケル被膜の層厚が均一でなく、すなわち、極微小領域毎にそのニッケル被膜の層厚が異なるように表面処理され、ニッケル被膜表面が凹凸状に形成されている。凹凸状ニッケル被膜１０ａ表面上には、各々の層厚が均一に形成されたパラジウム被膜２０及び金被膜３０を被覆したリードフレームである。均一な層厚に形成されたパラジウム被膜及び金被膜は、極微小領域毎に層厚が均一に形成され、その層厚は、ニッケル被膜表面の凹凸を平滑にならないように十分な薄い被膜とすることが重要である。図１（ｂ）上では、ニッケル被膜１０ａの凹凸段差（Ａ）が金被膜３０の凹凸段差（Ｂ）として発現することが重要となる。パラジウム被膜及び金被膜の層厚が厚くする場合では、凹凸の段差を大きく、薄い場合は、凹凸の段差を小さくと、適宜最適化し、ニッケル被膜表面の凹凸をリードフレーム表面に発現するものである。

図２は、本発明のリードフレームの製造方法を説明する側断面図である。

本発明のリードフレームの製造方法を説明する。最初は、銅材の金属板をエッチングによってリードフレーム形状（図２（ａ）参照）に形成する。その工程は、銅板上にフォトレジスト（例えば、ドライフィルムレジスト）をラミネートし、リードフレームパターンの形成されたガラスマスクをフォトリソグラフィ工程（露光＆現像）でレジストに転写し、塩化第２鉄液を用いたエッチングで余分な金属部を除去してリードフレーム形状１を形成している。

次いで、リードフレーム１を形成した後、ニッケル１０を電解めっき法によって０．５〜１．０μｍの厚みで形成する（図２（ｂ）参照）。

次いで、ニッケルを形成した後、ウェットブラストによりニッケル１０の表面を全面粗面化する。ニッケルの粗度は、Ｒｚ：０．４〜２．０μｍになるように処理する。ウェットブラストに用いる研磨材は、アルミナで４〜８μｍの粒径のものを使用し、ブラストの圧力は、０．１〜０．３ＭＰａで処理する。

次いで、ブラスト処理後に、粗面化したニッケル１０ａ上にパラジウムめっき膜２０を電解めっき法で０．０１〜０．１μｍの厚みで形成する（図２（ｄ）参照）。次いで、パラジウムめっきを施した後にさらに金めっき膜３０を０．００１〜０．０１μｍの厚みで形成する（図２（ｅ）参照）。

以上の工程で、本発明のリードフレーム１００が形成できる。本発明のリードフレームは、ワイヤーボンディング性も従来と同等でさらに封止樹脂との密着性が向上したリードフレームを提供することができる。なお、本発明では、金属板の材料としては、銅系の材料が好適である。

本発明の実施例として、試験例１〜試験例７を実施した。以下、説明する。

〈試験例１〉
以下、試験例１について図２を用いて詳細に説明する。

銅板に古河電工製のＥＦＴＥＣ−６４Ｔ０．１５μｍ厚を使用し、アルカリ脱脂を行い、水洗後に１０％塩酸溶液で酸洗、水洗乾燥後、日立化成工業製のドライフィルムレジスト／ＲＹ−３３１５をラミネートした。ラミネート温度は、１１０℃，圧力は、０．３ＭＰａで貼付け処理を行った。次いで、リードフレームパターンのガラスマスクをレジスト付き銅板上に載せ、オーク製作所製造の露光機で６０ｍＪ／ｃｍ²の露光量で紫外線を照射し、ガラスマスクのパターンを転写した。次いで、露光後に、１％炭酸ナトリウム溶液で現像し、銅板上にレジストパターンを形成した後、この銅板の基板を塩化第２鉄液のエッチング液でレジストのない部分の銅板を除去した。エッチングの条件は、塩化第２鉄液の比重を１．４５、液温度を６５℃、液圧を０．２５ＭＰａでスプレーエッチングした。以上の工程で、銅のリードフレーム１を形成した。

次いで、エッチング後のリードフレームに、スルファミン酸浴による電解ニッケルめっきによって０．８μｍ厚のニッケル膜１０を形成した。

次いで、ニッケルめっき膜（ニッケル被膜）を形成したリードフレームの両面から、ウェットブラスト装置（マコー株式会社製）によって粗面化処理を行った。ウェットブラストの加工は、研磨材に粒径０．４〜０．８μｍのアルミナを用いて、圧力を０．２５ＭＰａ、ノズル速度を４０ｍｍ／ｓｅｃで処理した。この処理によって、ニッケルの表面粗度は、Ｒｚで１．５２μｍ程度に粗面化することができた。

次いで、粗面化されたニッケル膜１０ａ上に、電解パラジウムめっきによって０．０５μｍのパラジウム被膜２０を形成した。パラジウムめっき後、すぐに水洗し連続して、電解金めっきを行い、０．００５μｍの金被膜３０を形成し、試験例１のリードフレームを形成した。

次いで、試験例１のリードフレームの評価試験をした。試験例１のリードフレームに半導体装置５０を実装し、ワイヤーボンディング５１を行った。次いで、リードフレーム及び半導体装置５０を封止樹脂６０により封止形成した。（図２（ｆ）参照）。

〈試験例２〉
試験例１と同じ工程を用いて、ニッケルめっき膜（ニッケル被膜）を形成した。次いで、ニッケルめっき膜（ニッケル被膜）を形成したリードフレームの両面から、ウェットブラスト装置（マコー株式会社製）によって粗面化処理を行った。ウェットブラストの加工は、研磨材に粒径０．４〜０．８μｍのアルミナを用いて、圧力は０．２０ＭＰａ、ノズル速度を４０ｍｍ／ｓｅｃで処理した。この処理によって、ニッケルの表面粗度は、Ｒｚで１．２４μｍ程度に粗面化することができた。

以下試験例１と同じ工程を用いて、試験例２のリードフレームを形成した。次いで、試験例２のリードフレームの評価試験をした。

〈試験例３〉
試験例１と同じ工程を用いて、ニッケルめっき膜（ニッケル被膜）を形成した。次いで、ニッケルめっき膜（ニッケル被膜）を形成したリードフレームの両面から、ウェットブラスト装置（マコー株式会社製）によって粗面化処理を行った。ウェットブラストの加工は、研磨材に粒径０．４〜０．８μｍのアルミナを用いて、圧力は０．１５ＭＰａ、ノズル速度を４０ｍｍ／ｓｅｃで処理した。この処理によって、ニッケルの表面粗度は、Ｒｚで０．８０μｍ程度に粗面化することができた。

以下試験例１と同じ工程を用いて、試験例３のリードフレームを形成した。次いで、試験例３のリードフレームの評価試験をした。

〈試験例４〉
試験例１と同じ工程を用いて、ニッケルめっき膜（ニッケル被膜）を形成した。次いで、ニッケルめっき膜（ニッケル被膜）を形成したリードフレームの両面から、ウェットブラスト装置（マコー株式会社製）によって粗面化処理を行った。ウェットブラストの加工は、研磨材に粒径０．４〜０．８μｍのアルミナを用いて、圧力は０．１０ＭＰａ、ノズル速度を４０ｍｍ／ｓｅｃで処理した。この処理によって、ニッケルの表面粗度は、Ｒｚで０．６０μｍ程度に粗面化することができた。

以下試験例１と同じ工程を用いて、試験例４のリードフレームを形成した。次いで、試験例４のリードフレームの評価試験をした。

〈試験例５〉
試験例１と同じ工程を用いて、ニッケルめっき膜（ニッケル被膜）を形成した。次いで、ニッケルめっき膜（ニッケル被膜）を形成したリードフレームの両面には、粗面化処理をしなかった。この未処理のニッケルの表面粗度は、Ｒｚで０．２９μｍ程度である。

以下試験例１と同じ工程を用いて、試験例５のリードフレームを形成した。次いで、試験例５のリードフレームの評価試験をした。

以下に、比較例をとして、試験例６を実行した。

〈試験例６〉
以下、試験例６（比較例）について図３を用いて詳細に説明する。

実施例１と同様に、リードフレーム１を形成した後、ウェットブラスト装置によって粗面化処理を行った。ウェットブラストの加工は、研磨材に粒径０．４〜０．８μｍのアルミナを用いて、圧力を０．４ＭＰａ、ノズル速度を３０ｍｍ／ｓｅｃで処理した。このリ
ードフレーム面の処理によって、銅のリードフレームの表面粗度は、Ｒｚで１．０μｍ程度に粗面化することができた。同時に、リードの側面の突起は図３（ｂ）のように削り取られて平坦化したことを確認した（図３（ｂ）参照）。

次いで、粗面化後のリードフレーム１ａに、スルファミン酸浴による電解ニッケルめっきによって０．８μｍ厚のニッケル膜１０を形成した。

次いで、ニッケル被膜を形成したリードフレームの両面から、ウェットブラスト装置によってニッケル被膜面の粗面化処理を行った。ウェットブラストの加工は、研磨材に粒径０．４〜０．８μｍのアルミナを用いて、圧力０．２ＭＰａ、ノズル速度４０ｍｍ／ｓｅｃで処理した。この処理によって、ニッケルの表面粗度は、Ｒｚで０．４μｍ程度に粗面化することを確認した。

次いで、粗面化されたニッケル膜１０ａ上に、電解パラジウムめっきによって０．０５μｍのパラジウム被膜２０を形成した。次いで、パラジウムめっき後、すぐに水洗し連続して、電解金めっきを行い、０．００５μｍの金被膜３０を形成した。試験例６のリードフレーム１００を形成した（図３（ｃ）参照）。

次いで、試験例６のリードフレームの評価試験をした。次いで、試験例６のリードフレームの評価試験をした。（図３（ｅ）参照）。

〈試験例７〉
比較例として、試験例１と同じ工程を用いて、ニッケルめっき膜（ニッケル被膜）を形成した。次いで、ニッケルめっき膜（ニッケル被膜）を形成したリードフレームの両面には、粗面化処理をしなかった。この未処理のニッケルの表面粗度は、Ｒｚで０．２９μｍ程度である。

以下試験例１と同じ工程を用いて、リードフレームを形成した。次いで、０．００５μｍの金被膜３０を形成したリードフレームの両面から、ウェットブラスト装置（マコー株式会社製）によって粗面化処理を行った。ウェットブラストの加工は、研磨材に粒径０．４〜０．８μｍのアルミナを用いて、圧力は０．１０ＭＰａ、ノズル速度を４０ｍｍ／ｓｅｃで処理した。この処理によって、試験例７のリードフレームを形成した。次いで、試験例７のリードフレームの評価試験をした。

従来と同様にワイヤーボンディングのピール強度判定を行った。

以上試験例１〜７の製造方法及び製造条件の変更等を表１に示す。

なお、製造条件は、ウェットブラスト加工を省くで、層別した。

製造方法は、２種類であり、試験例１〜５及び７と、試験例６である。ウェットブラスト加工は、試験例１〜４は、ニッケル被膜面で、試験例５は未処理で、試験例７は金被膜面であり、試験例６は金属板及びニッケル被膜面に処理した。又、製造条件の変更は、試験例１〜５で、その変更は、ウェットブラスト加工圧で、０．２５ＭＰａ〜０ＭＰａである。

評価結果は、下記の表２に示す。

なお、試験例７は、表面粗さ測定せず。

評価結果では、試験例２〜３は、最も優れた品質評価となり、ボンディングが可能であり、ボンディング強度は５以上であり、ボンディング性を低下させることがないことが確認された。鉛フリーハンダの実装温度での耐熱評価でも問題発生はなかった。リードの引き抜きテストを行ってみたが、粗面化してないフレームよりも強度が強く、リード切れが発生する状況である。本発明のリードフレームにより、ニッケル、パラジウム、金めっきを施したリードフレームでも封止樹脂との密着を問題のないレベルに改善することができた。次のレベルは、試験例１及び２であり、従来品質より、若干レベルアップされた。

試験例５及び６では、表面粗化度が足りないため、封止樹脂との密着性が不十分である。また、試験例７は、ボンディング強度不足等、信頼性においてワイヤーボンディング性を低下させる問題が確認された。

本発明リードフレームの構造を説明する側断面図で、（ａ）は、全体図であり、（ｂ）は、部分拡大図である。 本発明をリードフレームの製造方法を示す側断面工程図である。 本発明をリードフレームの製造方法を示す側断面工程図である。

符号の説明

１…エッチング後のリードフレーム
１ａ…粗面化後の（エッチング後の）リードフレーム
２…ダイパッド部
３…インナーリード部
４…アウターリード部
５…ワイヤーボンディング部
１０…ニッケル膜
１０ａ…粗面化後のニッケル膜
２０…パラジウム膜（パラジウム被膜）
３０…金めっき膜（金被膜）
５０…半導体装置
５１…ワイヤーボンディング
６０…封止樹脂
１００…リードフレーム

Claims (5)

1. 金属板表面上にニッケル被膜を有し、ニッケル被膜表面上にパラジウム被膜、その表面上に金被膜をその順序に設けられてなる層構成を含むリードフレームにおいて、
   ニッケル被膜の層厚が均一でなく、且つパラジウム被膜、金被膜の各々の膜厚が均一に形成されていることを特徴とするリードフレーム。
2. 前記ニッケル被膜の表面が、粗面化されており、ニッケル被膜の表面粗さが、０．４〜２．０μｍに形成されていることを特徴とする請求項１記載のリードフレーム。
3. リードフレームの製造方法において、少なくとも以下の工程を含む構成であることを特徴とする特徴とするリードフレームの製造方法。
   （ａ）金属板をリードフレーム形状にパターン形成する工程。
   （ｂ）前記リードフレーム形状の金属板表面上にニッケルめっきを施し、ニッケル被膜を形成する工程。
   （ｃ）前記ニッケル被膜表面を粗面化する工程。
   （ｄ）前記粗面化したニッケル被膜表面上にパラジウムめっきを施し、パラジウム被膜を形成する工程。
   （ｅ）前記パラジウム被膜表面上に金めっきを施し、金被膜を形成する工程。
4. 前記（ｃ）ニッケル被膜表面を粗面化する工程が、ウエットブラスト法を用いた方法によりニッケル被膜表面を粗面化することを特徴とする請求項３記載のリードフレームの製造方法。
5. 前記（ｃ）ニッケル被膜表面を粗面化する工程が、ニッケル被膜表面の表面粗さ（Ｒｚ）を０．４〜２．０μｍに粗面化することを特徴とする請求項３、又は４記載のリードフレームの製造方法。

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