JP2007258205A - 電子装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リードフレームに電子素子を搭載したものをモールド樹脂により封止し、インナーリードと電子素子とを導電性接合部材やボンディングワイヤにて接合するとともに、アウターリードを外部の配線部材に溶接するようにした電子装置において、樹脂密着性、ワイヤボンディング性および導電性接合部材の接続信頼性を確保する。
【解決手段】前記リードフレーム２０は、Ｃｕ系金属材料を母材２０ａとして母材２０ａの表面に順次、Ｎｉ−Ｐメッキ膜２０ｂ、母材２０ａ表面よりも粗化された粗化Ｎｉメッキ膜２０ｃが形成されたものであり、リードフレーム２０の表面は、比表面積が１．２〜１．８かつ表面粗さＲａが５０ｎｍ〜１５０ｎｍである。
【選択図】図１

Description

本発明は、リードフレームに電子素子を搭載したものをモールド樹脂により封止してなるとともに、はんだや導電性接着剤などの介在物を用いることなく、溶接、圧着、かしめなどにより、アウターリードを外部の配線部材に直接接触した状態で接合してなる電子装置およびその製造方法に関する。

この種の電子装置として、本出願人は、先に特願２００４-２３０８６７号に記載の電子装置を提案している（たとえば、特許文献１参照）。

このものは、リードフレームのインナーリードに、はんだもしくは導電性接着剤よりなる導電性接合部材を介して電子素子を接合し、電子素子とインナーリードとをボンディングワイヤにて接続し、これらインナーリード、電子素子およびボンディングワイヤをモールド樹脂にて封止してなるものである。

さらに、このものにおいては、リードフレームのうちモールド樹脂から突出するアウターリードを、外部の配線部材と溶接により接合している。そして、この溶接性および樹脂密着性を確保するために、リードフレームを、母材であるＣｕ系金属材料の表面に順次、比較的融点が低く溶接によって溶融しやすいＮｉ−Ｐメッキ膜、母材表面よりも粗化された粗化Ｎｉ膜が形成された構成、すなわち、Ｃｕ／Ｎｉ−Ｐ／粗化Ｎｉ積層構成としている。

上記した従来の電子装置においては、アウターリードと外部の配線部材とを、溶接という手法、すなわち両者が直接接触した状態で接合される手法を用いており、上記したＣｕ／Ｎｉ−Ｐ／粗化Ｎｉ積層構成のリードフレームを用いることで、モールド樹脂との密着性および溶接性を確保している。

ところで、この種の電子装置では、リードフレームに対して電子素子がはんだや導電性接着剤といった導電性接合部材により接合され、また、電子素子とインナーリードとがボンディングワイヤにより接続されている。

上記した本出願人の先願における電子装置では、リードフレームにおいて溶接性や樹脂密着性は考慮されているが、ワイヤボンディング性や導電性接合部材の接続性については、考慮されておらず、これらの特性の確保が必要となっている。また、本発明者の検討によれば、樹脂密着性については、上記先願のリードフレーム構成では、不十分であることもわかった。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、Ｃｕ／Ｎｉ−Ｐ／粗化Ｎｉ積層構成のリードフレームを用い、このリードフレームに電子素子を搭載したものをモールド樹脂により封止し、インナーリードと電子素子とを導電性接合部材やボンディングワイヤにて接合するとともに、アウターリードを外部の配線部材に直接接触した状態で接合するようにした電子装置において、樹脂密着性、ワイヤボンディング性および導電性接合部材の接続信頼性を確保することを目的とする。

本発明は、Ｃｕ／Ｎｉ−Ｐ／粗化Ｎｉ積層構成のリードフレームにおいて、比表面積および表面粗さＲａを変えて検討を行った結果、実験的に見出されたものである。ここで、比表面積は、上記した先願に記載されているように原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によって求められるものであり、表面粗さＲａは、ＪＩＳ（日本工業規格）による算術平均粗さＲａである。

本発明者の実験検討によれば、Ｃｕ／Ｎｉ−Ｐ／粗化Ｎｉ積層構成のリードフレームにおいて、比表面積が１．２よりも小さい場合および表面粗さＲａが５０ｎｍよりも小さい場合には、モールド樹脂や導電性接着剤の密着性が小さく、実用レベルでは不十分である。つまり、この場合には、樹脂密着性および導電性接合部材の接続性に問題が生じることがわかった。

また、比表面積が１．８よりも大きい場合および表面粗さＲａが１５０ｎｍよりも大きい場合には、ワイヤボンディング性すなわちリードフレームとボンディングワイヤとの接合信頼性が小さく、実用レベルでは不十分であることがわかった。

また、比表面積が１．８よりも大きい場合および表面粗さＲａが１５０ｎｍよりも大きい場合には、はんだ濡れ性が大きすぎたり、導電性接着剤の樹脂成分が濡れ広がりすぎる、すなわちブリードアウトが発生したりする。つまり、この場合には、ワイヤボンディング性および導電性接合部材の接続性に問題が生じることもわかった。

さらに、この比表面積が１．８よりも大きい場合および表面粗さＲａが１５０ｎｍよりも大きい場合には、モールド樹脂の密着性が大きすぎることから、樹脂成形後のランナーの除去が困難になることもわかった。

本発明は、上記した本発明者の行った検討に基づいて実験的に見出されたものであり、Ｃｕ／Ｎｉ−Ｐ／粗化Ｎｉ積層構成のリードフレーム（２０）において、比表面積を１．２〜１．８とし、且つ、表面粗さＲａを５０ｎｍ〜１５０ｎｍとしたことを特徴としている。

このような比表面積および表面粗さＲａの範囲を有するリードフレーム（２０）とすることにより、樹脂密着性、ワイヤボンディング性および導電性接合部材の接続性を確保することができる。

ここで、リードフレーム（２０）において、Ｃｕ系金属材料よりなる母材（２０ａ）と粗化Ｎｉメッキ膜（２０ｃ）との間に位置するＮｉ−Ｐメッキ膜（２０ｂ）の厚さを２μｍ〜５μｍとすることが好ましい。

Ｎｉ−Ｐ膜メッキ（２０ｂ）の厚さが２μｍよりも小さいと、導電性接合部材として、はんだ（３０）を用いた場合、カーケンダルボイドが発生しやすい。また、５μｍよりも大きいと、アウターリード（２２）と外部の配線部材（２００）とを溶接するときに、このＮｉ−Ｐメッキ膜（２０ｂ）が相互拡散を阻害しやすくなる。

また、Ｎｉ−Ｐメッキ膜（２０ｂ）の膜厚をＡ、粗化Ｎｉメッキ膜（２０ｃ）の膜厚をＢとしたとき、これら膜厚の比Ｂ／Ａを１以下とすれば、アウターリード（２２）と外部の配線部材（２００）とを溶接するときに、これら両者の相互拡散が、Ｎｉ−Ｐメッキ膜（２０ｂ）に比べて融点の高い粗化Ｎｉメッキ膜（２０ｃ）によって阻害されることが抑制されるため、適切な溶接が行いやすくなる。

また、インナーリード（２１）の表面に溝（２３）を設け、この溝（２３）の内面も粗化Ｎｉメッキ膜（２０ｃ）により粗化されたものとすれば、樹脂密着性をより高めることができる。

また、電子素子（１０〜１２）を、インナーリード（２１）に対して、Ｐｂフリーはんだ（３０）により接合されたＩＣ素子（１０）と、導電性接着剤（３１）により接着された制御素子（１１）および受動素子（１２）と、により構成するとともに、ＩＣ素子（１０）とインナーリード（２１）とをアルミワイヤ（４０）で接続し、制御素子（１１）とインナーリード（２１）とを金ワイヤ（４１）で接続したものにできる。これを本欄にて、第１の素子構成ということにする。

そして、この場合、リードフレーム（２０）を、粗化Ｎｉメッキ膜（２０ｃ）の表面がＰｄ膜（２０ｄ）にて被覆されたものにすれば、導電性接着剤（３１）とリードフレーム（２０）との接続において、リードフレーム（２０）における粗化Ｎｉメッキ膜（２０ｃ）の表面がＰｄ膜（２０ｄ）にて被覆されているため、当該粗化Ｎｉメッキ膜（２０ｃ）の酸化が防止される。

さらに、この場合、受動素子（１２）を、インナーリード（２０）のうちボンディングワイヤ（４０、４１）が接続される面とは反対側の面に接着すれば、インナーリード（２１）において、受動素子（１２）を接続する導電性接着剤（３１）が、ボンディングワイヤ（４０、４１）が接続される部位にまで広がってワイヤボンディング性を阻害するということを、回避できる。

また、電子素子（１０）を、インナーリード（２１）にＰｂフリーはんだ（３０）によりはんだ付けされたＩＣ素子（１０）より構成するとともに、ＩＣ素子（１０）とインナーリード（２１）とをアルミワイヤ（４０）で接続したものにできる。これを本欄にて、第２の素子構成ということにする。

また、電子素子（１１、１２）を、インナーリード（２１）に導電性接着剤（３１）により接着された制御素子（１１）および受動素子（１２）により構成するとともに、制御素子（１１）とインナーリード（２１）とをボンディングワイヤ（４０、４１）で接続したものにできる。これを本欄にて、第３の素子構成ということにする。

この場合も、リードフレーム（２０）を、粗化Ｎｉメッキ膜（２０ｃ）の表面がＰｄ膜（２０ｄ）にて被覆されたものにすれば、上記第１の素子構成の場合と同様に、導電性接着剤（３１）とリードフレーム（２０）との接続において、粗化Ｎｉメッキ膜（２０ｃ）の酸化が防止される。

さらに、この場合にも、受動素子（１２）を、インナーリード（２０）のうちボンディングワイヤ（４０、４１）が接続される面とは反対側の面に接着すれば、上記第１の素子構成の場合と同様に、導電性接着剤（３１）の広がりによるワイヤボンディング性の阻害が回避される。

また、上記した第１〜第３の素子構成を有する電子装置を製造する場合においては、リードフレーム（２０）に対してアルミワイヤ（４０）をボンディングするにあたって、リードフレーム（２０）におけるボンディングされる部位の表面を、粗化Ｎｉメッキ膜（２０ｃ）の表面よりも平坦となるように平坦化した後、当該平坦化された表面にアルミワイヤ（４０）によるワイヤボンディングを行うようにすれば、金ワイヤ（４１）に比べて接合性に劣るアルミワイヤ（４０）を、リードフレーム（２０）に対してより適切にボンディングすることができる。

また、上記した第１および第２の素子構成を有する電子装置を製造する場合において、電子素子（１０）であるＩＣ素子（１０）のはんだ付け工程を、還元雰囲気のもと無フラックスのＰｂフリーはんだ材料を用いて行うようにすれば、Ｃｕ／Ｎｉ−Ｐ／粗化Ｎｉ積層構成のリードフレーム（２０）に対して、より適切なはんだ付けを行うことが可能となる。

また、電子素子（１０〜１２）として、インナーリード（２１）に対してボンディングワイヤ（４０、４１）にて接続される第１の素子（１０、１１）と、インナーリード（２１）のうちボンディングワイヤ（４０、４１）が接続される面に導電性接着剤（３１）を介して接着されボンディングワイヤ（４０、４１）とは接続されない第２の素子（１２）とを用いた場合、インナーリード（２１）に対して導電性接着剤（３１）を介して第２の素子（１２）を接着する前に、ボンディングワイヤ（４０、４１）の接続を行うようにできる。

それによれば、インナーリード（２１）において、受動素子（１２）を接続する導電性接着剤（３１）が、ボンディングワイヤ（４０、４１）が接続される部位にまで広がったとしても、すでにボンディングワイヤ（４０、４１）が接続された後であるため、ワイヤボンディング性は確保される。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
図１において、（ａ）は本発明の第１実施形態に係る電子装置１００の概略断面構成を示す図であり、（ｂ）は（ａ）中のリードフレーム２０の断面構成を拡大して示す図である。本電子装置１００は、たとえば自動車に搭載され高温環境下でも使用可能な半導体装置などに好適なものである。

図１（ａ）に示されるように、本電子装置１００は、大きくは、リードフレーム２０と、リードフレーム２０のインナーリード２１に、はんだ３０もしくは導電性接着剤３１よりなる導電性接合部材を介して接合された電子素子１０、１１、１２と、インナーリード２１と電子素子１０、１１とを接続するボンディングワイヤ４０、４１と、インナーリード２１、電子素子１０〜１２およびボンディングワイヤ４０、４１を封止するモールド樹脂５０とを備えて構成されている。

そして、図１（ａ）に示されるように、この電子装置１００においては、リードフレーム２０のうちモールド樹脂５０から突出するアウターリード２２は、外部の配線部材２００と直接接触した状態で溶接部２１０にて溶接されている。この溶接の形態としては、抵抗溶接、レーザ溶接などが挙げられる。

本実施形態では、電子素子１０〜１２は、ＩＣ素子１０と、制御素子１１と、受動素子１２より構成されている。ここで、ＩＣ素子１０はパワー素子などの能動素子であり、制御素子１１はＩＣチップなどであり、これらは、シリコン半導体基板に周知の半導体製造技術を用いてトランジスタ素子などを形成してなるものである。また、受動素子１２は、コンデンサや抵抗などの一般的な受動素子を採用できる。

そして、図１に示されるように、ＩＣ素子１０は、インナーリード２１に導電性接合部材としてのＰｂフリーはんだ３０によりはんだ付けされている。また、このＩＣ素子１０とは、独立したもう一つのインナーリード２１すなわちアウターリード２２と一体のインナーリード２１には、制御素子１１、受動素子１２が、それぞれ導電性接合部材としての導電性接着剤３１により接着されている。

本例では、図１に示されるように、制御素子１１および受動素子１２は、共通のインナーリード２１における同一面上に搭載されている。なお、Ｐｂフリーはんだ３０は、鉛を含まないＳｎ−Ａｇなどのはんだ材料であり、また、導電性接着剤３１は銀ペーストなどであり、それぞれ、この種の電子装置の分野において適用される一般的なものを採用することができる。

また、制御素子１１および受動素子１２が搭載されているインナーリード２１とＩＣ素子１０とは、ボンディングワイヤとしてのアルミよりなるアルミワイヤ４０により結線され、電気的に接続されている。

さらに、制御素子１１と当該制御素子１１を搭載するインナーリード２１とはボンディングワイヤとしての金よりなる金ワイヤ４１により結線され、電気的に接続されている。これらアルミワイヤ４０および金ワイヤ４１は、たとえば、一般的なアルミや金を用いたワイヤボンディング法により形成される。

そして、これら電子素子１０〜１２、ボンディングワイヤ４０、４１、およびリードフレーム２０におけるインナーリード２１はモールド樹脂５０により包み込まれるようにモールドされ封止されている。

このモールド樹脂５０は、通常の樹脂封止型半導体装置に用いられるエポキシ系樹脂などのモールド材料を採用して、金型を用いたトランスファーモールド法などにより形成されるものである。

ここで、リードフレーム２０のうちアウターリード２２は、モールド樹脂５０から突出し、上述したように、外部の配線部材２００と溶接され、電気的・機械的に接合されるようになっている。

具体的に、本実施形態の外部の配線部材２００は、その表面が溶接の熱で溶融しやすいものを材料として構成されており、たとえば、ＳＰＣＣ（一般冷延鋼板）に無電解Ｎｉ−Ｐメッキが施されたものを採用できる。

ここで、本実施形態では、図１（ｂ）に示されるように、リードフレーム２０の全体すなわちリードフレーム２０におけるインナーリード２１およびアウターリード２２は、Ｃｕ系金属材料よりなる母材２０ａの表面に順次にＮｉ−Ｐメッキ膜２０ｂ、粗化Ｎｉメッキ膜２０ｃ、Ｐｄ膜２０ｄ、Ａｕ膜２０ｅが設けられてなる。

母材２０ａを構成するＣｕ系金属材料としては、Ｃｕ単独でもよいし、Ｃｕ合金でもよい。母材２０ａ上の膜２０ｂ〜２０ｅは、リードフレーム２０の母材２０ａをエッチングやスタンピングなどで、リードフレーム形状にパターニングした後、メッキ処理することで形成されるものである。

また、リードフレーム２０において、粗化Ｎｉメッキ膜２０ｃの表面は、母材２０ａの表面よりも粗化された形状となっている。それにより、リードフレーム２０の最表面は、このＮｉメッキ膜２０ｃの粗化形状を承継した粗化形状となっている。

本実施形態では、このリードフレーム２０の表面の粗化レベルを、比表面積が１．２以上１．８以下であって且つ表面粗さＲａが５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であるものとしている。

ここで、比表面積は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で測定した値であり、単位面積の表面をスキャンして単位面積で割った値である。また、表面粗さＲａは、ＪＩＳ（日本工業規格）による算術平均粗さＲａである。

このような比表面積および表面粗さＲａは、上述したように、Ｃｕ／Ｎｉ−Ｐ／粗化Ｎｉ積層構成のリードフレーム２０における樹脂密着性、ワイヤボンディング性および導電性接合部材３０、３１の接続性について、本発明者が行った実験結果に基づいて求められた範囲である。具体的には、これらの特性について剥離強度などを調査することにより検討を行った。

比表面積が１．２未満の場合または表面粗さＲａが５０ｎｍ未満の場合、リードフレーム２０の表面のアンカー効果が低下し、モールド樹脂５０との密着性および導電性接着剤３１との接合性が低下し、信頼性を満足しない。

また、比表面積が１．８よりも大きい場合または表面粗さＲａが１５０ｎｍよりも大きい場合、リードフレーム２０の表面形態において、アンカー効果が大きくなるとともに、毛細管力が大きくなる。

そのため、導電性接着剤３１のブリードアウトが、インナーリード２１上のワイヤボンディング領域まで広がってワイヤボンディング性を阻害したり、Ｐｂフリーはんだ３０の濡れ過剰による指定領域以外へのはんだの広がりが生じたり、ワイヤボンディング領域の平坦性の不足によるワイヤ接合性の不良が生じる。また、この場合、モールド樹脂５０の密着力の過剰によって、樹脂成形後のランナー除去性が低下する。

また、リードフレーム２０において、母材２０ａの上に形成されたＮｉ−Ｐメッキ膜２０ｂは、無電解メッキ法により形成されたものである。このＮｉ−Ｐメッキ膜２０ｂは、一般的な無電解Ｎｉ−Ｐメッキ浴、メッキ条件でメッキすればよい。

具体的に、メッキ浴には、通常、次亜リン酸ナトリウム（ＮａＨ₂ＰＯ₂）が還元剤として入っており、その中のＰがＮｉメッキ膜中に７〜１３％含有される。このことにより純Ｎｉ（１４５０℃）に比べて融点（たとえば、８００℃程度）が下がる。

本実施形態では、Ｎｉ−Ｐメッキ膜２０ｂの厚さを２μｍ以上５μｍ以下としている。まず、Ｎｉ−Ｐメッキ膜２０ｂの厚さを２μｍ以上としたのは、２μｍ未満であると、Ｐｂフリーはんだ３０によるＩＣ素子１０のはんだ付けにおいて、カーケンダルボイドが発生することによる。

カーケンダルボイドは、はんだ付け時のはんだ喰われ、および、自動車環境特有の高温環境によるはんだ・Ｎｉ間の拡散により、製造時および経時的にＮｉメッキ膜の厚さが減少することにより、発生する。そして、このカーケンダルボイドによる信頼性低下が問題となる。

また、自動車環境では、塩水等の腐食性の環境にさらされるが、その場合、粗化Ｎｉメッキ膜２０ｃは、粗化されているために、このような耐腐食環境に対する耐性が低い。そのため、被覆性の良いＮｉ−Ｐメッキ膜２０ｂが必要となり、このことからも２μｍ以上の厚さが必要となる。

また、このＮｉ−Ｐメッキ膜２０ｂの厚さが５μｍよりも厚いと、アウターリード２２を外部の配線部材２００と溶接する際に、これら溶接される両部材２２、２００同士の相互拡散の阻害要因となる。また、５μｍよりも厚い場合、アウターリード２２を溶接する前に曲げ加工を加えたとき、Ｎｉ−Ｐメッキ膜２０ｂに割れが発生する。

また、Ｎｉ−Ｐメッキ膜２０ｂの上に設けられる粗化Ｎｉメッキ膜２０ｃは、電気メッキ法もしくは無電解メッキ法によって形成される。この粗化Ｎｉメッキ膜２０ｃの形成においては、リードフレーム２０の形状やメッキ設備、ライン構成等の事情により電気メッキ法、無電解メッキ法を選択すればよい。

この粗化メッキ膜２０ｃの粗化方法は公知である。たとえば、メッキ成膜時にメッキ条件や薬液成分を調整するなどにより粗化を行ってもよいし、メッキ前のリード母材またはメッキ後にサンドブラスト等による機械的粗化または薬品による化学的粗化により行ってもよい。

本実施形態では、この粗化Ｎｉメッキ膜２０ｃの厚さを０．５μｍ以上２．０μｍ以下としている。粗化メッキ膜２０ｃの表面形態がリードフレーム２０の表面形態を形成するが、粗化メッキ膜２０ｃの厚さが０．５μｍ未満であると、上記したリードフレーム２０の比表面積が大きくなりすぎてしまう。また、２．０μｍよりも大きいと、上記比表面積が小さくなりすぎてしまう。

さらに、本実施形態では、Ｎｉ−Ｐメッキ膜２０ｂの膜厚をＡ、粗化Ｎｉメッキ膜２０ｃの膜厚をＢとしたとき、前者の膜厚Ａに対する後者の膜厚Ｂの比Ｂ／Ａを１以下としている。つまり、本実施形態では、Ｎｉ−Ｐメッキ膜２０ｂを粗化Ｎｉメッキ膜２０ｃよりも厚くしている。

Ｎｉ−Ｐの融点は約８００℃、Ｎｉの融点は１４５０℃であるため、もし、粗化Ｎｉメッキ膜２０ｃの方が厚すぎると、アウターリード２２と外部の配線部材２００との溶接時において、この粗化Ｎｉメッキ膜２０ｃがバリアとなって、溶接される両部材２２、２００の相互拡散を阻害する。

そのため、溶接条件等の制約が大きくなるが、本実施形態では、粗化Ｎｉメッキ膜２０ｃをＮｉ−Ｐメッキ膜２０ｂよりも薄くすることで、そのような問題を極力回避するようにしている。

また、この粗化Ｎｉメッキ膜２０ｃの上に設けられるＰｄ膜２０ｄ、Ａｕ膜２０ｅは、電気メッキ法もしくは無電解メッキ法またはメッキ以外のスパッタ、蒸着などによって形成される。その膜厚は共に、たとえば０．００２μｍ〜０．０２μｍ程度である。

また、本実施形態では、図１（ａ）に示されるように、インナーリード２１の表面には、当該表面より凹んだ溝２３が設けられている。この溝２３は、母材２０ａにプレス加工などを施すことにより容易に形成することができる。

図２は、この溝２３の拡大断面図である。図２に示されるように、溝２３の内面は、粗化Ｎｉメッキ膜２０ｃにより粗化されたものとなっている。溝２３の内部も粗化することにより、アンカー効果を高めることができ、樹脂密着性をより高め、信頼性を向上させることができる。

このような本実施形態の電子装置１００は、リードフレーム２０に、各導電性接合部材３０、３１を用いて上記各電子素子１０〜１２を搭載し、ワイヤボンディングを行って各部をボンディングワイヤ４０、４１にて結線した後、モールド樹脂５０で封止することにより製造される。

ここで、本実施形態では、上記製造方法において、電子素子１０のはんだ付け工程すなわちＩＣ素子１０のＰｂフリーはんだ３０によるはんだ付けは、還元雰囲気のもと無フラックスのＰｂフリーはんだ材料を用いて行う。たとえば、当該はんだ付けは、水素雰囲気中でフラックスを含まないはんだ箔やはんだワイヤなどを用いて行う。

Ｃｕ／Ｎｉ−Ｐ／粗化Ｎｉ積層構成を採用している本実施形態のリードフレーム２０では、粗化された表面の毛細管力が大きいため、はんだ濡れ性が高くなる。ここで、フラックスを含有するはんだ材料を用いると、そのフラックスの濡れ性も高くなることから、リードフレーム２０の表面にフラックスが残渣として残りやすくなり、絶縁信頼性などに問題が生じる。

その点、はんだ箔やはんだワイヤなどの無フラックスのＰｂフリーはんだ材料を用いれば、そのような問題を回避できる。また、フラックスは、はんだ濡れ性や酸化防止の役割を果たすが、粗化されたリードフレーム２０の表面においては、はんだ濡れ性が高いため無フラックスでも問題はなく、また、水素などの還元雰囲気ではんだ付けを行うことで、リードフレーム２０表面の酸化防止は可能である。

また、本実施形態では、上記製造方法において、リードフレーム２０に対してアルミワイヤ４０をボンディングするにあたって、リードフレーム２０におけるボンディングされる部位の表面を、粗化Ｎｉメッキ膜２０ｃの表面よりも平坦となるように平坦化した後、アルミワイヤ４０によるワイヤボンディングを行う。

具体的には、アルミワイヤ４０のボンディングを行う際に、粗化されたリードフレーム２０の表面の比表面積から求まる荷重および超音波パワーにて、ワイヤ４０による摩擦を行うことにより、ボンディングを行う箇所の粗化面を削って平坦化し、その後、通常の荷重および超音波パワーにてボンディングを行うというように、２段階の条件でワイヤボンディングを行う。

この２段階のボンディング条件は、前者の段階を第１工程、後者の段階を第２工程として、図３に示される。図３（ａ）は、ボンディング時間と荷重との関係を示す図、図３（ｂ）は、ボンディング時間と超音波パワーとの関係を示す図である。

図３に示されるように、第１工程では、ボンディングツールに保持されたアルミワイヤ４０を、リードフレーム２０のボンディング領域に当て、第２工程よりも小さな荷重および超音波パワーにて擦る。こうしてボンディング領域を平坦化した後、第２工程では、荷重および超音波パワーを大きくし、ボンディングツールに保持されたアルミワイヤ４０をボンディング領域に当ててボンディングを行う。

具体的には、φ３００μｍの太線のアルミワイヤ４０において、リードフレーム２０の比表面積が１．５の場合、第１工程の条件として、荷重：１６０ｇ±１５ｇ、超音波パワー：０．７Ｐ±０．１Ｐ、とする。

また、第２工程では、荷重および超音波パワーは、従来のボンディング方法と同じく、ワイヤの線径や要求するつぶれ幅等の条件により決定する。なお、第１工程の荷重についても、アルミワイヤ４０の線径やボンディングツール形状等が異なれば、これらの条件により異なることはいうまでもない。

また、このようにボンディング前に平坦化処理を行う方法としては、アルミワイヤ４０のボンディングを行う前に、ボンディングツール等を用いてボンディング領域の表面を摩擦したり、ボンディングツールを用いてボンディング領域の粗化面を押しつぶす等の方法を用いてもよい。

さらに、その他の平坦化の方法として、リードフレーム２０にメッキを行うときに、部分的なマスキングを施すなど方法で、アルミワイヤ４０がボンディングされる箇所の粗化を無くしてもよい。

たとえば、その方法としては、Ｎｉ−Ｐメッキ膜２０ｂを母材２０ａの全面に施した後、ボンディング領域となる部位に対して部分的なマスキングを行い、その後、粗化Ｎｉメッキ膜２０ｃ、Ｐｄ膜２０ｄ、Ａｕ膜２０ｅを形成すればよい。

このように、アルミワイヤ４０のボンディング前の平坦化処理を行うことにより、金ワイヤ４１に比べて接合性に劣るアルミワイヤ４０を、より適切に、リードフレーム２０に対してボンディングすることができる。

また、本実施形態では、電子素子１０〜１２として、インナーリード２１に対してボンディングワイヤ４０、４１にて接続される第１の素子としてのＩＣ素子１０および制御素子１１と、インナーリード２１のうちボンディングワイヤ４０、４１が接続される面に導電性接着剤３１を介して接着されるがボンディングワイヤ４０、４１とは接続されない第２の素子としての受動素子１２とが用いられている。

そこで、本実施形態では、上記製造方法において、インナーリード２１に対して導電性接着剤３１を介して第２の素子としての受動素子１２を接着する前に、ボンディングワイヤ４０、４１の接続を行うようにしてもよい。

本実施形態では、導電性接着剤３１から出るブリードアウトが、粗化されたリードフレーム２０の表面の毛細管力により広がりやすくなっている。このブリードアウトがワイヤボンディングを行う領域にまで広がると、その後に、ワイヤボンディングを行う場合、ワイヤ接合性を確保できなくなる。

これに対して、受動素子１２を接合する領域とワイヤボンディング領域との間隔を広げることも考えられるが、電子装置の体格が大きくなってしまう。そこで、受動素子１２を導電性接着剤３１にて接着する前に、ＩＣ素子１０および制御素子１１とインナーリード２１とのワイヤボンド接続を行えば、そのような問題を回避できる。

以上のように、本実施形態の電子装置１００によれば、Ｃｕ／Ｎｉ−Ｐ／粗化Ｎｉ積層構成のリードフレーム２０において、比表面積を１．２〜１．８とし、且つ、表面粗さＲａを５０ｎｍ〜１５０ｎｍとすることにより、樹脂密着性、ワイヤボンディング性および導電性接合部材の接続性を確保することができる。

また、本実施形態では、リードフレーム２０における粗化Ｎｉメッキ膜２０ｃの表面がＰｄ膜２０ｄにて被覆されており、粗化Ｎｉメッキ膜２０ｃの酸化が防止されるため、導電性接着剤３１を介した制御素子１１および受動素子１２の搭載において、導電性接着剤３１とリードフレーム２０との接続性をより向上させることができる。

なお、ＩＣ素子１０の搭載、すなわち、Ｐｂフリーはんだ３０とリードフレーム２０との接続においては、はんだ付けは還元雰囲気で行われるので、リードフレーム２０における粗化Ｎｉメッキ膜２０ｃの表面がＰｄ膜２０ｄにて被覆されていなくても、その酸化は起こりにくい。

また、上記図示例においては、リードフレーム２０のメッキ膜は、Ｎｉ−Ｐメッキ／粗化Ｎｉメッキ／Ｐｄ／Ａｕの４層構造となるが、場合によっては最表層のＡｕメッキ膜２０ｅの無い３層構造（Ｎｉ−Ｐメッキ／粗化Ｎｉメッキ／Ｐｄ）であってもよい。

（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係る電子装置の要部を示す概略断面図である。本実施形態の電子装置において、この図４に示されない部分は、上記第１実施形態と同様の構成である。

上記第１実施形態では、上記図１に示したように、制御素子１１および受動素子１２は、共通のインナーリード２１における同一面上に搭載されていた。つまり、受動素子１２は、インナーリード２０のうちボンディングワイヤ４０、４１が接続される面に搭載されていた。

それに対して、本実施形態では、図４に示されるように、ワイヤボンディングされない受動素子１２を、制御素子１１とは反対側の面すなわち、インナーリード２０のうちボンディングワイヤ４０、４１が接続される面とは反対側の面に接着している。

それによれば、インナーリード２０において、ワイヤボンディング領域と導電性接着剤３１からのブリードアウトの距離を確保することができ、受動素子１２の接着の前後によらず、ワイヤボンディングを行うことができる。

本実施形態では、受動素子１２の導電性接着剤３１による接着の前にワイヤボンディングを行う必要はなくなるが、それ以外の作用効果については、上記第１実施形態と同様である。

（第３実施形態）
図５は、本発明の第３実施形態に係る電子装置２００の概略断面構成を示す図である。本実施形態の電子装置２００は、図５に示されるように、電子素子を、インナーリード２１にＰｂフリーはんだ３０によりはんだ付けされたＩＣ素子１０より構成している。

そして、上記第１実施形態とは異なり、ＩＣ素子１０が搭載されているインナーリード２１とは別のもう一つのインナーリード２１には、電子素子は搭載されておらず、このもう一つのインナーリード２１とＩＣ素子１０とを、アルミワイヤ４０により結線し電気的に接続している。

ここで、本実施形態においても、リードフレーム２０の構成、具体的には、上記比表面積、表面粗さＲａ、各メッキ膜２０ｂ、２０ｃの膜厚については、上記第１実施形態と同様のものにできる。それにより、本電子装置２００によっても、樹脂密着性、ワイヤボンディング性および導電性接合部材の接続性を確保することができる。

なお、本実施形態の製造方法においても、上記第１実施形態に示したような還元雰囲気・無フラックスのはんだ付け、アルミワイヤ４０のボンディング前の平坦化処理といった各手法を採用することができる。

また、本実施形態においても、リードフレーム２０のメッキ膜としては、Ｎｉ−Ｐメッキ／粗化Ｎｉメッキ／Ｐｄ／Ａｕの４層構造以外にも、場合によってはＮｉ−Ｐメッキ／粗化Ｎｉメッキ／Ｐｄの３層構造であってもよい。

さらに、本実施形態では、インナーリード２１に対して導電性接着剤３１による接合がなされないため、リードフレーム２０のメッキ膜としては、Ｐｄ膜２０ｄ、Ａｕ膜２０ｅの無い２層構造（Ｎｉ−Ｐメッキ／粗化Ｎｉメッキ）であってもよい。

（第４実施形態）
図６は、本発明の第４実施形態に係る電子装置３００の概略断面構成を示す図である。本実施形態では、電子素子１１、１２を、アウターリード２２と一体のインナーリード２１に対して、導電性接着剤３１により接着された制御素子１１および受動素子１２により構成している。

ここで、上記第１実施形態と同様に、制御素子１１は、インナーリード２１に対してボンディングワイヤ４０、４１にて接続される第１の素子として構成されている。そして、、制御素子１１とインナーリード２１とはアルミワイヤ４０および金ワイヤ４１により結線され電気的に接続されている。

また、受動素子１２は、インナーリード２１のうちボンディングワイヤ４０、４１が接続される面に導電性接着剤３１を介して接着されるがボンディングワイヤ４０、４１とは接続されない第２の素子として構成されている。

ここで、本実施形態においても、リードフレーム２０の構成、具体的には、上記比表面積、表面粗さＲａ、各メッキ膜２０ｂ、２０ｃの膜厚については、上記第１実施形態と同様のものにできる。それにより、本電子装置３００によっても、樹脂密着性、ワイヤボンディング性および導電性接合部材の接続性を確保することができる。

また、本実施形態によっても、リードフレーム２０における粗化Ｎｉメッキ膜２０ｃの表面がＰｄ膜２０ｄにて被覆されており、粗化Ｎｉメッキ膜２０ｃの酸化が防止されるため、制御素子１１および受動素子１２の搭載において、導電性接着剤３１とリードフレーム２０との接続性をより向上させることができる。

なお、本実施形態の製造方法においても、上記第１実施形態に示したような還元雰囲気・無フラックスのはんだ付け、アルミワイヤ４０のボンディング前の平坦化処理、受動素子１２の導電性接着剤３１による接着前のワイヤボンディングといった各手法を採用することができる。

また、本実施形態においても、リードフレーム２０のメッキ膜としては、Ｎｉ−Ｐメッキ／粗化Ｎｉメッキ／Ｐｄ／Ａｕの４層構造以外にも、場合によってはＮｉ−Ｐメッキ／粗化Ｎｉメッキ／Ｐｄの３層構造であってもよい。

さらに、本実施形態においても、上記第２実施形態に示したように、ワイヤボンディングされない受動素子１２を、制御素子１１とは反対側の面すなわち、インナーリード２０のうちボンディングワイヤ４０、４１が接続される面とは反対側の面に接着してもよく、その効果も同様である。

（他の実施形態）
なお、上記各図に示した電子装置は、一実施形態を示すものであり、リードフレームのインナーリードに、はんだもしくは導電性接着剤よりなる導電性接合部材を介して電子素子を接合し、これらをモールド樹脂で封止するという樹脂封止型の電子装置であれば、モールド樹脂内の各部構成は、上記各図に限定されるものではない。

たとえば、上記した各図において、モールド樹脂５０内に設けられる電子素子としては、図中の電子素子１０〜１２以外の他の電子素子が設けられていてもよい。また、インナーリードの形状や数などについても適宜設計変更可能である。

また、このような樹脂封止型の電子装置において、リードフレームが、上記した範囲の比表面積および表面粗さＲａを持つＣｕ／Ｎｉ−Ｐ／粗化Ｎｉ積層構成のものであるならば、アウターリードと外部の配線部材との接合は、上記した溶接以外でも、圧着、かしめなどでもよい。

つまり、アウターリードと外部の配線部材との接合は、はんだや導電性接着剤などの介在物を介することなく、アウターリードが外部の配線部材と直接接触した状態で行われるものであればよい。また、アウターリードの形状についても、上記した各図に示されるような曲げ形状に限定されるものではなく、それ以外の曲げ形状あるいはストレートな形状であってもよい。

（ａ）は本発明の第１実施形態に係る電子装置の概略断面図であり、（ｂ）は（ａ）中のリードフレームの拡大断面図である。 図１（ａ）中のインナーリードの溝の拡大断面図である。 第１実施形態に係るワイヤボンディングのボンディング条件を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る電子装置の要部を示す概略断面図である。 本発明の第３実施形態に係る電子装置の概略断面図である。 本発明の第４実施形態に係る電子装置の概略断面図である。

符号の説明

１０…電子素子であり第１の素子としてのＩＣ素子、
１１…電子素子であり第１の素子としての制御素子、
１２…電子素子であり第２の素子としての受動素子、２０…リードフレーム、
２０ａ…母材、２０ｂ…Ｎｉ−Ｐメッキ膜、２０ｃ…粗化Ｎｉメッキ膜、
２０ｄ…Ｐｄ膜、２１…インナーリード、２２…アウターリード、２３…溝、
３０…導電性接合部材としてのＰｂフリーはんだ、
３１…導電性接合部材としての導電性接着剤、４０…アルミワイヤ、
４１…金ワイヤ、５０…モールド樹脂、２００…外部の配線部材。

Claims (12)

1. リードフレーム（２０）と、
   前記リードフレーム（２０）のインナーリード（２１）に、はんだもしくは導電性接着剤よりなる導電性接合部材（３０、３１）を介して接合された電子素子（１０〜１２）と、
   前記インナーリード（２１）と前記電子素子（１０〜１２）とを接続するボンディングワイヤ（４０、４１）と、
   前記インナーリード（２１）、前記電子素子（１０〜１２）および前記ボンディングワイヤ（４０、４１）を封止するモールド樹脂（５０）とを備え、
   前記リードフレーム（２０）のうち前記モールド樹脂（５０）から突出するアウターリード（２２）は、外部の配線部材（２００）と直接接触した状態で接合されるものであり、
   前記リードフレーム（２０）は、Ｃｕ系金属材料を母材（２０ａ）として当該母材（２０ａ）の表面に順次、Ｎｉ−Ｐメッキ膜（２０ｂ）、前記母材（２０ａ）表面よりも粗化された粗化Ｎｉメッキ膜（２０ｃ）が形成されたものよりなる電子装置において、
   前記リードフレーム（２０）の表面は、比表面積が１．２〜１．８かつ表面粗さＲａが５０ｎｍ〜１５０ｎｍであることを特徴とする電子装置。
2. 前記Ｎｉ−Ｐメッキ膜（２０ｂ）の厚さは２μｍ〜５μｍである請求項１に記載の電子装置。
3. 前記Ｎｉ−Ｐメッキ膜（２０ｂ）の膜厚をＡ、前記粗化Ｎｉメッキ膜（２０ｃ）の膜厚をＢとしたとき、これらの比Ｂ／Ａが１以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の電子装置。
4. 前記インナーリード（２１）の表面には、溝（２３）が設けられており、この溝（２３）の内面は、前記粗化Ｎｉメッキ膜（２０ｃ）により粗化されたものとなっていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の電子装置。
5. 前記電子素子（１０〜１２）は、前記インナーリード（２１）に前記導電性接合部材としてのＰｂフリーはんだ（３０）によりはんだ付けされたＩＣ素子（１０）と、前記インナーリード（２１）に前記導電性接合部材としての導電性接着剤（３１）により接着された制御素子（１１）および受動素子（１２）と、により構成され、
   前記ＩＣ素子（１０）と前記インナーリード（２１）とは前記ボンディングワイヤとしてのアルミよりなるアルミワイヤ（４０）で接続され、
   前記制御素子（１１）と前記インナーリード（２１）とは前記ボンディングワイヤとしての金よりなる金ワイヤ（４１）で接続されており、
   前記リードフレーム（２０）は、前記粗化Ｎｉメッキ膜（２０ｃ）の表面をＰｄ膜（２０ｄ）にて被覆したものであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の電子装置。
6. 前記受動素子（１２）は、前記インナーリード（２０）のうち前記ボンディングワイヤ（４０、４１）が接続される面とは反対側の面に接着されていることを特徴とする請求項５に記載の電子装置。
7. 前記電子素子（１０）は、前記インナーリード（２１）に前記導電性接合部材としてのＰｂフリーはんだ（３０）によりはんだ付けされたＩＣ素子（１０）より構成され、
   前記ＩＣ素子（１０）と前記インナーリード（２１）とは前記ボンディングワイヤとしてのアルミよりなるアルミワイヤ（４０）で接続されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の電子装置。
8. 前記電子素子（１１、１２）は、前記インナーリード（２１）に前記導電性接合部材としての導電性接着剤（３１）により接着された制御素子（１１）および受動素子（１２）により構成され、
   前記制御素子（１１）と前記インナーリード（２１）とは前記ボンディングワイヤ（４０、４１）で接続されており、
   前記リードフレーム（２０）は、前記粗化Ｎｉメッキ膜（２０ｃ）の表面をＰｄ膜（２０ｄ）にて被覆したものであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の電子装置。
9. 前記受動素子（１２）は、前記インナーリード（２１）のうち前記ボンディングワイヤ（４０、４１）が接続される面とは反対側の面に接着されていることを特徴とする請求項８に記載の電子装置。
10. 請求項５ないし９のいずれか１つに記載の電子装置の製造方法であって、
    前記リードフレーム（２０）に対して前記ボンディングワイヤとしてアルミよりなるアルミワイヤ（４０）をボンディングするにあたって、前記リードフレーム（２０）におけるボンディングされる部位の表面を、前記粗化Ｎｉメッキ膜（２０ｃ）の表面よりも平坦となるように平坦化した後、前記アルミワイヤ（４０）によるワイヤボンディングを行うことを特徴とする電子装置の製造方法。
11. 請求項５ないし７のいずれか１つに記載の電子装置の製造方法であって、
    前記ＩＣ素子（１０）のはんだ付け工程は、還元雰囲気のもと無フラックスのＰｂフリーはんだ材料を用いて行うことを特徴とする電子装置の製造方法。
12. 請求項１ないし４のいずれか１つに記載の電子装置の製造方法であって、
    前記電子素子（１０〜１２）として、前記インナーリード（２１）に対して前記ボンディングワイヤ（４０、４１）にて接続される第１の素子（１０、１１）と、前記インナーリード（２１）のうち前記ボンディングワイヤ（４０、４１）が接続される面に前記導電性接合部材としての導電性接着剤（３１）を介して接着され前記ボンディングワイヤ（４０、４１）とは接続されない第２の素子（１２）とを用い、
    前記インナーリード（２１）に対して前記導電性接着剤（３１）を介して前記第２の素子（１２）を接着する前に、前記ボンディングワイヤ（４０、４１）の接続を行うことを特徴とする電子装置の製造方法。

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