JP2008270512A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｐｄ−ＰＰＦ（Ｐｒｅ Ｐｌａｔｅｄ Ｆｌａｍｅ）を用いた樹脂封止型の半導体装置において、インナーリードの表面にＰｄが析出したとしても、インナーリードとモールド樹脂との密着力を確保する。
【解決手段】Ｃｕよりなる母材４０ａの表面上にＮｉメッキ層４０ｂ、Ｐｄメッキ層４０ｃ、Ａｕメッキ層４０ｄが順次積層されてなるリードフレーム４０と、半導体素子３０との間でワイヤボンディングを行った後、リードフレーム４０のうちインナーリード４１を、ワイヤボンディング時にインナーリード４１に加わる温度よりも高い温度で加熱処理することにより、インナーリード４１における最表面をオージェ電子分光法によって表面分析したときの当該最表面に存在するＣｕの量を、当該最表面に存在するＰｄの量の４０％以上とし、しかる後、モールド樹脂６０による封止を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、Ｃｕよりなる母材上にＮｉ、Ｐｄ、Ａｕメッキを積層してなるＰｄ−ＰＰＦ（Ｐｒｅ Ｐｌａｔｅｄ Ｆｌａｍｅ）を用いた樹脂封止型の半導体装置およびその製造方法に関する。

従来より、この種の半導体装置は、リードフレームとしてのＰｄ−ＰＰＦと半導体素子とをボンディングワイヤにより電気的に接続した後、リードフレーム、ボンディングワイヤおよび半導体素子をモールド樹脂によって封止してなるものである。

そして、リードフレームとしてＰｄ−ＰＰＦを用いているため、リードフレームのうちモールド樹脂で封止される部位であるインナーリードは、Ｃｕよりなる母材の表面上に、当該母材側からＮｉメッキよりなるＮｉ層、ＰｄメッキよりなるＰｄメッキ層、ＡｕよりなるＡｕメッキ層が順次積層されたものとして構成されている。

ここで、Ｐｄ−ＰＰＦは、モールド樹脂と接触するメッキ最表面の金属成分として、フレーム製造時にはＡｕが覆っているが、ダイマウントやワイヤボンディング等の熱履歴に曝されることにより下地のＰｄなどの浮き出しが原因で、モールド樹脂との密着強度が低下する現象がある。

この下地金属の表面拡散を抑制するため、Ｐｄ−ＰＰＦにおいては、高価な金属であるＡｕを厚く形成することが必要となってくる。しかし、通常は、コストを考慮して表面のＡｕメッキ層をさほど厚く形成することはできないため、上記の熱履歴を経ることにより、インナーリードの最表面にＰｄが拡散してくる。

これにより、たとえばワイヤボンディング時の加熱温度によっても、Ｐｄがインナーリードの最表面に拡散し、Ｐｄ−ＰＰＦとモールド樹脂との密着力が低下してくるという傾向が生じる。つまり、現状のワイヤボンディング条件を経たＰｄ−ＰＰＦとモールド樹脂との密着力が低下した状態において、モールド樹脂による成形が行われることになり、その密着力がばらつくことになる。

このＰｄ−ＰＰＦとモールド樹脂との密着性を向上させるために、従来では、特許文献１に記載されているように、インナーリードの表面に浮き出たＰｄを酸化させてモールド樹脂との密着性を確保するリードフレームの製造方法が提案されている。
特開平１０−１６３３９７号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の方法によれば、予めリードフレームのインナーリード上にＰｄ酸化膜を形成するため、ワイヤボンディング時には、当該Ｐｄ酸化膜の上にＡｕやＡｌといった電極を形成することとなる。そのため、このＰｄ酸化膜が当該電極形成の障害となり、ボンディング強度が初期に比べて低下してしまう問題がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、Ｐｄ−ＰＰＦを用いた樹脂封止型の半導体装置において、インナーリードの表面にＰｄが析出したとしても、インナーリードとモールド樹脂との密着力を確保できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明者は、Ｐｄ−ＰＰＦを構成するＡｕ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｎｉといった各金属とエポキシ樹脂よりなるモールド樹脂との密着力を調査した。その結果、ＡｕとＣｕとは同等の強度を示したのに対して、Ｐｄとの密着力は３割程度低下することがわかった（後述の図５参照）。

また、Ｐｄ−ＰＰＦをワイヤボンディング時の加熱温度を超える温度、例えば２７５℃にて熱処理することにより、母材であるＣｕがＮｉメッキ層、Ｐｄメッキ層、Ａｕメッキ層を通して最表面に浮き出してくる現象を見出した。

さらに、インナーリードにおける最表面に存在するＣｕおよびＰｄの量をオージェ電子分光法による表面分析によって求め、Ｃｕの量と上記密着力との関係を調査した。その結果、インナーリードの最表面において、Ｃｕの量がＰｄの量の４０％以上であれば、モールド樹脂の剥離防止の可能な密着力が実現されうることを見出した（後述の図３、図４、図６）参照）。

本発明は、上記したような検討の結果、実験的に見出されたものであり、インナーリード（４１）における最表面をオージェ電子分光法によって表面分析したときの当該最表面に存在するＣｕの量が、当該最表面に存在するＰｄの量の４０％以上となっていることを第１の特徴とする。

このように、オージェ電子分光法によって表面分析したときの原子比で比較して、インナーリード（４１）の最表面に存在するＣｕの量を当該最表面に存在するＰｄの量の４０％以上とすれば、インナーリード（４１）上にＰｄが析出したとしても、インナーリード（４１）とモールド樹脂（６０）との密着力を確保することができる。

ここで、インナーリード（４１）を構成するメッキ層であるＮｉメッキ層（４０ｂ）、Ｐｄメッキ層（４０ｃ）、Ａｕメッキ層（４０ｄ）のそれぞれの膜厚は、０．３μｍ〜２．３μｍ、０．００５μｍ〜０．０５μｍ、０．００３μｍ〜０．０２μｍであるものにできる。本発明は、このような一般的なＰｄ−ＰＰＦに対して効果が確認されている。また、モールド樹脂（６０）はエポキシ樹脂よりなるものにできる。

また、上記したように、Ｐｄ−ＰＰＦを、ワイヤボンディング時の加熱温度を超える温度にて熱処理することにより、インナーリード（４１）の最表面にＣｕを析出させ、当該最表面におけるＣｕの量をＰｄの量の４０％以上にすることができる。

しかし、Ｐｄ−ＰＰＦの最表面にＣｕ酸化膜が存在すると、ワイヤボンディング性が低下し、最悪の場合、ボンディングができなくなる可能性がある。そこで、本発明者は、この課題に対して、ワイヤボンディング後に上記加熱処理を実施することとした。この点を考慮して、本発明者は、次のような半導体装置の製造方法を創出した。

すなわち、本発明は、リードフレーム（４０）と半導体素子（３０）との間でワイヤボンディングを行った後、リードフレーム（４０）のうちインナーリード（４１）を、ワイヤボンディング時にインナーリード（４１）に加わる温度よりも高い温度で加熱処理することにより、インナーリード（４１）における最表面をオージェ電子分光法によって表面分析したときの当該最表面に存在するＣｕの量を、当該最表面に存在するＰｄの量の４０％以上とし、しかる後、モールド樹脂（６０）による封止を行うことを、第２の特徴とする。

それによれば、ワイヤボンディング性を低下させることなく上記第１の特徴を有する半導体装置を製造することができる。ここで、インナーリード（４１）を加熱処理する工程の温度は、２７５℃以上であることが好ましく、より好ましくは２９５℃以上である。

また、Ｐｄ−ＰＰＦにおいて、インナーリード（４１）以外のアイランド（１０）に半導体素子（３０）が搭載される場合、この半導体素子（３０）とインナーリード（４１）とをボンディングワイヤ（５０）により接続した状態で、上記記加熱処理を行う。この場合、アイランド（１０）に搭載されている半導体素子（３０）も同時に加熱されることになり、半導体素子（３０）側のボンディング強度の劣化が考えられる。

そこで、この場合には、半導体素子（３０）を搭載するアイランド（１０）については実質的に非加熱とし、半導体素子（３０）および半導体素子（３０）におけるボンディング部の温度上昇を防止することが望ましい。この点を考慮すれば、インナーリード（４１）を加熱処理する工程は、アイランド（１０）は当該加熱処理の温度よりも低い温度とした状態でインナーリード（４１）の加熱を行うことが好ましい。

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、以下の各図相互において、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。

図１（ａ）は、本発明の実施形態に係る樹脂封止型半導体装置１００の概略断面構成を示す図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）中のモールド樹脂６０の内部におけるリードフレーム４０すなわちインナーリード４１の拡大概略断面図である。

図１に示されるように、半導体装置１００においては、アイランド１０に、導電性接着剤やはんだなどのダイマウント材２０を介して、半導体素子としての半導体チップ３０が搭載されている。そして、この半導体チップ３０とリードフレーム４０とがボンディングワイヤ５０を介して結線され電気的に接続されている。

ここで、半導体チップ３０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、ボンディングワイヤ５０は、ワイヤボンディングにより形成された金（Ａｕ）やアルミニウム（Ａｌ）などからなるワイヤである。

これら半導体チップ３０、ボンディングワイヤ５０、およびリードフレーム４０におけるインナーリード４１はモールド樹脂６０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。つまり、インナーリード４１は、リードフレーム１０のうちモールド樹脂６０で被覆されている部位である。

このモールド樹脂６０は、通常のＰｄ−ＰＰＦ用に用いられる一般的なエポキシ樹脂よりなるもので、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。そして、このモールド樹脂６０が、半導体装置の本体すなわちパッケージボディを構成している。

ここでは、モールド樹脂６０は、インナーリード４１の最表面を構成するＡｕメッキ層４０ｄとの密着性を向上させるため、例えば硫黄成分を含有したエポキシ系の樹脂を採用している。しかし、Ａｕメッキ層４０ｄとの密着力が維持できれば、モールド樹脂６０としては、その他の材料を用いてもよい。

ここで、リードフレーム４０のうちアウターリード４２は、モールド樹脂６０から突出している。このアウターリード４２は、図１に示されるように、モールド樹脂６０側の根元部と先端部との中間部にて曲げられた形状となっている。

本実施形態では、アウターリード４２は当該中間部にて２箇所曲げられた曲がり形状を有している。そして、このアウターリード４２を介して、本半導体装置１００は、図示しない基板（たとえばプリント基板など）に対して、はんだなどにより接続されるようになっている。

ここで、本実施形態のリードフレーム４０の表面付近の構成は、図１（ｂ）に示される。図１（ｂ）に示されるように、本実施形態のリードフレーム４０は、たとえばＣｕよりなるリードフレーム材料を母材４０ａとしている。ここで、母材４０ａがＣｕよりなるとは、銅のみに限るものではなく、銅合金も含むものである。

そして、この母材４０ａの表面に、Ｎｉ（ニッケル）メッキよりなるＮｉメッキ層４０ｂ、Ｐｄ（パラジウム）メッキよりなるＰｄメッキ層４０ｃ、ＡｕメッキよりなるＡｕメッキ層４０ｄが、それぞれ順次形成されたものである。なお、ここでは、リードフレーム４０において、インナーリード４１とアウターリード４２は同じ構成となっている。

たとえば、本例のリードフレーム４０では、母材４０ａは銅よりなる板材であり、その板厚は０．１２５ｍｍ〜０．２５ｍｍ程度、幅は０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ程度とすることができる。また、メッキ層４０ｂ〜４０ｅは、リードフレームの素材板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、Ｎｉメッキ層４０ｂ、Ｐｄメッキ層４０ｃ、Ａｕメッキ層４０ｄの各厚さは、一般的なＰｄ−ＰＰＦと同様であり、それぞれ、Ｎｉメッキ層４０ｂが０．３μｍ〜２．３μｍ、Ｐｄメッキ層４０ｃが０．００５μｍ〜０．０５μｍ、Ａｕメッキ層４０ｄが０．００３μｍ〜０．０２μｍである。

また、本例においては、リードフレーム４０の表面のメッキ層が粗化されたものとしている。つまり、最表面であるＡｕメッキ層４０ｄの表面粗度が母材４０ａの表面粗度よりも大きいものとなっている。

このようなＰｄ−ＰＰＦにおける粗化されたメッキ層の形成は公知であり、たとえば、Ｎｉメッキ層４０ｂを粗化することにより実現できる。この場合、たとえば、Ｎｉメッキ層４０ｂの厚さは０．６μｍ〜１．４μｍ程度であり、比表面積値として１．０５〜１．２５程度となる。ここで、比表面積は、単位面積あたりの凹凸を含めた表面積値を示しており、原子間力顕微鏡（Ｎｏｎｏｐｉｃｓ２０００：ＳＩＩナノテクノロジー社製）を用いて測定した値を用いた。

また、本実施形態のリードフレーム４０における各メッキ層４０ｂ〜４０ｄは、一般的なメッキ方法により形成できるものであり、電気メッキまたは無電解メッキのいずれの方法で形成してもよい。また、粗化されたＮｉメッキ層４０ｂとしては、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ことなどにより形成できる。

そして、本実施形態においては、このようなリードフレーム４０のうちインナーリード４１における最表面をオージェ電子分光法によって表面分析したとき、当該最表面に存在するＣｕの量が当該最表面に存在するＰｄの量の４０％以上となっている。

つまり、本実施形態では、インナーリード４１におけるＡｕメッキ層４０ｄの表面をオージェ電子分光法によって表面分析し、この分析によって当該最表面に存在するＣｕの量およびＰｄの量を求めたとき、当該Ｃｕの量が当該Ｐｄの量の４０％以上となっている。このことについての詳細は、後述する。

次に、本実施形態の樹脂封止型半導体装置１００の製造方法について、説明する。まず、リードフレーム４０の母材４０ａ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、メッキ処理を行い、上記したメッキ層４０ｂ〜４０ｄを形成する。

なお、本実施形態では、上記アイランド１０は、リードフレーム４０に一体に連結されたものであって最終的にはカット工程で分断されるものであり、このリードフレーム４０のメッキ工程によって、アイランド１０の表面も、インナーリード４１と同様のメッキ構成となっている。

次に、リードフレーム４０のアイランド１０上に半導体チップ３０を搭載するため、アイランド１０上にＡｇペーストなどのダイマウント材２０を塗布した後、半導体チップ３０をマウントする（ダイマウント工程）。その後、ダイマウント材２０を１８０℃程度のオーブン中にて硬化させる。

次に、リードフレーム４０と、アイランド１０に搭載された半導体チップ３０との間でワイヤボンディングを行い、ボンディングワイヤ５０によって互いを電気的に接続する（ワイヤボンディング工程）。このワイヤボンディングは、一般的な方法により行うものであり、リードフレーム４０の温度は２３０℃〜２５０℃程度である。

次に、リードフレーム４０のうちインナーリード４１を、ワイヤボンディング時にインナーリード４１に加わる温度（たとえば２３０℃〜２５０℃）よりも高い温度で加熱処理する。具体的には２７５℃以上の温度、好ましくは２９５℃以上の温度とする。たとえば２９５℃±５℃にて１時間の熱処理を施す。

それにより、インナーリード４１における最表面をオージェ電子分光法によって表面分析したときの当該最表面に存在するＣｕの量を、当該最表面に存在するＰｄの量の４０％以上とすることが可能となる。

図２は、このインナーリード４１を加熱処理する工程における具体的な加熱方法を示す図である。なお、本工程は、この図２の方法に限定されるものではない。ここでは、リードフレーム４０のうちインナーリード４１のみに接触してインナーリード４１の温度を調整する第１の温度調整器２００と、アイランド１０のみに接触してアイランド１０の温度を調整する第２の温度調整器２１０とを使用する。

これら温度調整器２００、２１０は、たとえば通電式のヒータなどを採用できる。この加熱処理工程では、半導体チップ３０とインナーリード４１とをボンディングワイヤ５０により接続した状態で、インナーリード４１の加熱を行う。このとき、アイランド１０は、当該加熱処理の温度よりも低い温度とした状態とする。

具体的には、第１の温度調整器２００は加熱の状態、第２の温度調整器２１０は非加熱の状態とし、第１の温度調整器２００の温度を２９５℃程度、第２の温度調整器２１０の温度をたとえば２３０℃以下とした状態で、インナーリード４１の加熱処理を行う。これにより、インナーリード４１の温度を２９５℃程度に保つことができ、さらにアイランド１０上の半導体チップ３０の温度を２３０℃程度以下に抑える。

それにより、アイランド１０上の各部、たとえば半導体チップ３０の熱による劣化などを防止できる。さらに、本加熱工程の加熱ゾーンはインナーリード４１のみであることから、アウターリード４２のはんだ付け処理を施す部分については、加熱による下地の浮き出しが無く、良好なはんだ付け性を確保できる。

こうして、インナーリード４１の加熱処理を行った後、これら半導体チップ３０、ボンディングワイヤ５０およびリードフレーム４０をモールド樹脂６０で封止する。その後、ダイシングやアウターリード４２の成形などを行うことにより、本実施形態の半導体装置１００ができあがる。

なお、上記図２に示される加熱方法を用いた場合、インナーリード４１およびアイランド１０についてそれぞれ別個に温度調整が可能であるため、当該図２に示される状態で、上記ダイマウント工程および上記ワイヤボンディング工程を行うこともできる。

たとえば、上記第２の温度調整器２１０によりアイランド１０を１８０℃に維持した状態でダイマウントを行ったり、上記第１および第２の温度調整器２００、２１０により、インナーリード４１およびアイランド１０上の半導体チップ３０を２３０℃程度に維持した状態で、ワイヤボンディングを行うようにしてもよい。

ところで、本実施形態では、上述したように、インナーリード４１の最表面においてオージェ電子分光法によるＣｕの量がＰｄの量の４０％以上となっているが、これにより、インナーリード４１上にＰｄが析出したとしても、インナーリード４１とモールド樹脂６０との密着力を確保している。このことは、本発明者が行った実験検討の結果、得られたものであり、その具体的な検討例について、次に述べることとする。

図３は、Ｐｄ−ＰＰＦとしての本実施形態のリードフレーム４０を加熱したとき、その加熱温度（フレーム加熱温度、単位：℃）と、リードフレーム４０の最表面におけるＰｄおよびＣｕの量との関係を調査した結果を示す図である。

ここで、ＰｄおよびＣｕの量は、一般的なオージェ電子分光法によって、加熱処理後のリードフレーム４０の最表面を測定して求めた存在比率であり、リードフレーム４０の最表面すなわちＡｕメッキ層４０ｄの表面に存在するＡｕ、Ｐｄ、Ｃｕの存在量の合計を１００％として表したものである。なお、このオージェ電子分光法による測定は、一般に行われているものであり、分光スペクトルから検出された原子について、その量を求めるものである。

図３に示されるように、Ｐｄ−ＰＰＦとしてのリードフレーム４０を熱処理することにより、下地のＰｄやＣｕが最表面に析出してくる。そして、この加熱温度を高くするに従い、その析出量も増加することがわかる。

ここで、加熱温度を上記製造方法におけるワイヤボンディング工程に相当する２３０〜２５０℃としたとき、リードフレーム４０の最表面では、Ａｕの他に下地のＰｄが表面に拡散してきている。このことは、電子顕微鏡による観察からも確認される。

ただし、この温度では、表面にＰｄは拡散してきているものの、図３に示されるように、多くはＡｕで覆われていることもあり、酸化物層を介在してワイヤボンディングする等といったワイヤボンド強度を劣化させる要因は少ない。そのため、上記製造方法では、ワイヤボンディング性は良好な状態を保つことができる。

また、図３に示されるように、加熱温度を、上記製造方法においてインナーリード４１を加熱処理する２７５℃としたとき、Ｃｕの量は１６％、Ｐｄの量は４０％であり、Ｃｕの量はＰｄの量の２／５、すなわち４０％となる。そして、２７５℃以上では、さらにＣｕの量は多くなり、Ｐｄの量の４０％以上になっていく。

ここで、図４は、図３における加熱温度に対するインナーリード４１とモールド樹脂６０との密着強度の関係を、調査した結果を示す図である。密着強度は、加熱後のリードフレーム４０とモールド樹脂６０との室温におけるせん断強度、具体的にはプリンカップ強度（単位：ＭＰａ）で測定した。

図４に示されるように、２５０℃程度の加熱温度では、背景技術の欄に示したように、Ｐｄの析出によりモールド樹脂６０との密着強度が低下している。しかし、２７５℃以上の加熱温度ならば、当該密着強度は再び向上している。

具体的に、上記製造方法におけるインナーリード４１の加熱処理については、モールド樹脂６０との密着強度の要求値にもよるが、２７５℃以上の熱処理を施せばよい。図４に示されるように、２７５℃の温度では、リードフレーム製造初期のモールド樹脂６０との密着性に対して、９割程度の強度を回復させることが可能である。

さらに、図４の結果に基くと、２９５以上の温度においては、モールド樹脂６０との密着強度がリードフレーム製造初期の強度とほぼ同等となることから、上記製造方法におけるインナーリード４１の加熱処理は、２９５℃以上の温度で行うことが望ましい。ただし、ボンディングワイヤ５０などの他の部品の耐熱温度を越えないようにすることは、もちろん必要である。

これら図３および図４に示される結果から、インナーリード４１の最表面においてオージェ電子分光法によるＣｕの量がＰｄの量の４０％以上とすれば、従来よりも密着強度が向上し、十分な強度を確保できることがわかった。

また、図５は、Ｐｄ−ＰＰＦを構成するＡｕ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｎｉといった各金属およびＡｇと、エポキシ樹脂よりなるモールド樹脂との接着力を調査した結果を示す図である。この調査は、Ｃｕよりなる板の上に、上記各金属のメッキを形成し、その上にモールド樹脂を接着したサンプルによるものであり、この接着力は上記図４のせん断強度と同様のものである。

この図５に示されるように、モールド樹脂と金属メッキとの密着強度として、ＡｕとＣｕとはほぼ同等の密着強度を示すのに対して、Ｐｄとの密着強度はおおよそ７割程度にまで低下することがわかった。

このことから、本実施形態において、Ｃｕの量をＰｄの量の４０％以上とすることで十分な密着強度を実現できることについては、以下のようなメカニズムが推定される。すなわち、加熱によるＰｄの表面拡散により密着強度がいったん低下し、その後のさらなる高温加熱により下地のＣｕが、Ｎｉ粒界を通じて表面に拡散し、存在比率としてモールド樹脂との密着力の高いＡｕとＣｕが多くなり、再びモールド樹脂との密着力が向上する傾向になったのではないかと考えられる。

また、リードフレーム４０において、Ｎｉメッキ層４０ｂが厚い場合には、上記Ｃｕの量がＰｄの量の４０％以上になる温度領域が、高温側にシフトすることになる。しかしながら実際には、Ｎｉメッキ層４０ｂの厚さが２．３μｍを超えるような場合には、後工程のリード成形時に曲げ部のクラックが発生し、リードフレームとしての機能を低下させてしまう。

そのため、Ｎｉメッキ層４０ｂの厚さは２．３μｍ以下とするが、ここまでの厚さならば、実質的に上記した２７５℃以上の温度範囲で、上記Ｃｕの量をＰｄの量の４０％以上とすることができる。

ただし、リード曲げを行わないＱＦＮパッケージなどのリードフレームの場合には、Ｎｉメッキ層４０ｂの厚さを２．３μｍよりも厚くしてもよい。その場合には、材料特性が著しく変動しない温度範囲にて、上記インナーリード４１の加熱処理を行ってもよい。

また、Ｎｉメッキ層４０ｂが薄い場合には、上記Ｃｕの量がＰｄの量の４０％以上になる温度領域が、低温側にシフトすることになる。しかしながら実際には、Ｎｉメッキ層４０ｂの厚さが０．３μｍ以下の場合には、通常のＡｕワイヤボンディング条件である２００〜２５０℃の加熱にて、下地のＰｄが最表面に拡散してしまい、ワイヤボンド強度が低下してしまう。

そのため、Ｎｉメッキ層４０ｂの厚さの下限値は０．３μｍとなる。そして、この厚さが０．３μｍ以上ならば、実質的に上記した２７５℃以上の温度範囲で、上記Ｃｕの量をＰｄの量の４０％以上とすることができる。

また、上記インナーリード４１の加熱処理の時間については、３００℃以下での処理の場合、５分程度の加熱では効果が得られにくいことが本発明者の検討によりわかっており、１時間程度の加熱時間を施すことで、十分な効果を発揮できる。さらに、３００℃を超えるような温度での処理の場合には、拡散速度が速くなることから、５〜１０分程度の熱処理時間でも効果が得られることを確認している。

また、上記製造方法において、エポキシ樹脂よりなるモールド樹脂６０で封止する工程は、１７５±５℃程度の成形温度で実施し、その後、モールド樹脂６０を完全に硬化させるためにキュアを施すのが、通常である。この封止工程においては、ワイヤボンディング工程よりも低温であることから、リードフレーム４０の表面状態は変化しない。

このように、本実施形態によれば、インナーリード４１の最表面において上記Ｃｕの量をＰｄの量の４０％以上とすることにより、インナーリード４１上にＰｄが析出したとしても、インナーリード４１とモールド樹脂６０との密着力を確保することができる。

図６は、本実施形態の樹脂密着力の向上の効果の一具体例を示す図である。図６は、本実施形態の半導体装置１００と、比較例として上記製造方法においてインナーリード４１の加熱処理を行わずに製造した従来の半導体装置とについて、吸湿リフロー試験を行ったときの調査結果を示している。

この吸湿リフロー試験は、本実施形態および比較例の半導体装置のそれぞれ１２０台について、３０℃、７０ＲＨ％の雰囲気に２週間（３３６時間）連続して放置した後に、２５０℃ではんだリフローを施したものである。

図６の縦軸は、剥離発生率（単位：％）であり、実施形態および比較例のそれぞれについて、１２０台中に、モールド樹脂６０の剥離が発生した台数の比率を表したものである。なお、この剥離評価は超音波探傷法にて実施した。

図６に示されるように、従来の半導体装置では、インナーリード４１とモールド樹脂６０との間に剥離が生じているのに対して、本実施形態では上記剥離は見られなかった。このように、インナーリード４１の最表面において、上記Ｃｕの量がＰｄの量の４０％以上であれば、モールド樹脂６０の剥離の防止可能な密着力が実現される。

また、上記した本実施形態の製造方法では、インナーリード４１を加熱処理する工程をワイヤボンディングの後に行っている。この加熱処理をワイヤボンディングよりも前に施すと、上述したようにリードフレーム４０の最表面に表面拡散したＣｕの酸化物が形成され、例えばＡｕ線をリードフレーム４０上にボンディングする際、ＡｕとＡｕの間にＣｕ酸化膜が介在することになる。

そして、冷熱サイクルが加わることにより、上記Ｃｕの酸化物が劣化し、リードフレーム４０上のボンディング強度が低下、最悪の場合には断線することになる。その点、本実施形態の製造方法によれば、そのような問題を回避することができ、ボンディング強度を維持しつつ、モールド樹脂６０との密着強度も向上させることができる。

また、上記したインナーリード４１の加熱処理によるモールド樹脂６０との密着強度の向上効果は、この種のＰｄ−ＰＰＦにおいて採用される粗化状態に関わらず、発揮されることを確認している。つまり、本実施形態のＰｄ−ＰＰＦとしてのリードフレーム４０は、上記した比表面積１．０５〜１．２５程度のものでなくてもよく、それ以外の比表面積のものや粗化されていないものであってもよい。

具体的に、Ｃｕよりなる母材４０ａ上に、膜厚０．３μｍ〜２．３μｍのＮｉメッキ層４０ｂ、膜厚０．００５μｍ〜０．０５μｍのＰｄメッキ層４０ｃ、膜厚０．００３μｍ〜０．０２μｍのＡｕメッキ層４０ｄを形成してなるリードフレーム４０において、最表面の粗化状態を変えたものについて、上記効果を調べた。

ここで、ダイマウント時のリードフレーム４０にかかる温度は１８０℃、同ワイヤボンディング時の加熱温度は２００〜２５０℃であり、その後に上記インナーリード４１の加熱処理を、ワイヤボンディング時の加熱温度を超える温度（たとえば、２９０℃程度の温度）にて行った。

そして、上記粗化状態にかかわらず、最表面の上記Ｃｕの量がＰｄの量の４０％以上になれば、上記図３や上記図４に示したのと同様に、モールド樹脂６０との密着力が回復する傾向が見られた。

具体的に、リードフレーム４０の最表面が、粗化されずに平らな面である場合においては、上記密着強度が、初期ではおおよそ７〜８ＭＰａであったのに対して、ワイヤボンディングによる熱履歴を施した場合には５〜６ＭＰａに低下し、ワイヤボンディング後に上記インナーリードの加熱処理を施すことで、７〜８ＭＰａまでに向上（回復）した。

また、リードフレーム４０の最表面が粗化されている場合においては、たとえば比表面積が１．１〜１．３程度の場合は、ワイヤボンディングによる熱履歴を施した場合には、密着強度は８〜９ＭＰａであったのに対して、ワイヤボンディング後に上記インナーリードの加熱処理を施すことで、密着強度は１０〜１２ＭＰａに向上（回復）した。

さらに、比表面積が１．４〜１．５の場合には、リードフレーム４０の表面の凹凸が激しくなり、表面状態の影響を受け難いため、本製造方法の加熱処理による表面状態の変化は、比表面積１．１〜１．３のリードフレームに比べて顕著に表われないが、それでもワイヤボンディングによる熱履歴を施した場合には、おおよそ１５〜１８ＭＰａの接着強度であったのに対して、上記インナーリードの加熱処理を施すことで、１７〜２０ＭＰａに向上する傾向が見られた。

（他の実施形態）
なお、上記実施形態におけるインナーリード４１の加熱処理は、その目的が、モールド樹脂６０の内部のインナーリード４１の樹脂密着性を向上させることであるため、局所的に加熱する方法として、例えばレーザ加熱のような方法を用いてもよい。また、リードフレーム１０は、Ｐｄ−ＰＰＦであって上記したＣｕの量を考慮した表面構成を持つものであればよく、上記実施形態に限定されるものではない。

また、上記実施形態では、リードフレーム４０において、インナーリード４１とアウターリード４２は同じ構成となっているが、インナーリード４１のみが上記したメッキおよび表面の構成であるものであってもよい。そして、アウターリード４２は必要に応じて、インナーリード４１とは異なるメッキ構成、表面状態であってもよい。

つまり、上記実施形態にかかる構造および製造方法は、モールド樹脂６０の内部のインナーリード４１に関するものであり、モールド樹脂６０の外側すなわちアウターリード４２に関する特性については、特に限定するものではない。たとえば、プリント基板実装時の位置決めのための検査として、アウターリード４２を光干渉法で位置を検出する場合に、これに対応できるように、表面光沢を得るための比表面積の限定（たとえば１．２３以下）を設けたリードフレームであってもよい。

さらには、インナーリードのみを粗化して樹脂密着強度を向上させ、かつ、アウターリードを上記位置決め検査性向上のために非粗化状態とする部分粗化リードフレームなどであってもよい。さらに、上記構成および製造方法は、表面実装用の半導体パッケージのみでなく、一般的なセンサー部品などのリードフレームとモールド樹脂を密着させる部品にも適用が可能である。

（ａ）は、本発明の実施形態に係る樹脂封止型半導体装置の概略断面図であり、（ｂ）は（ａ）中のインナーリードの拡大図である。 インナーリードを加熱処理する具体的な加熱方法を示す図である。 リードフレームの加熱温度とリードフレームの最表面におけるＰｄおよびＣｕの量との関係を示す図である。 上記図３における加熱温度に対するインナーリードとモールド樹脂との密着強度の関係を示す図である。 Ｐｄ−ＰＰＦを構成する各金属およびＡｇについてモールド樹脂との接着力を示す図である。 樹脂密着力の向上効果の一具体例を示す図である。

符号の説明

１０…アイランド、３０…半導体素子としての半導体チップ、
４０…リードフレーム、４０ａ…リードフレームの母材、
４０ｂ…Ｎｉメッキ層、４０ｃ…Ｐｄメッキ層、４０ｄ…Ａｕメッキ層、
４１…インナーリード、４２…アウターリード、５０…ボンディングワイヤ。

Claims (7)

1. 半導体素子（３０）と、ボンディングワイヤ（５０）を介して前記半導体素子（３０）に電気的に接続されたリードフレーム（４０）と、前記半導体素子（３０）、前記ボンディングワイヤ（５０）および前記リードフレーム（４０）を封止するモールド樹脂（６０）とを備え、
   前記リードフレーム（４０）における前記モールド樹脂（６０）で封止されている部位であるインナーリード（４１）は、Ｃｕよりなる母材（４０ａ）の表面上に、当該母材（４０ａ）側からＮｉメッキよりなるＮｉメッキ層（４０ｂ）、ＰｄメッキよりなるＰｄメッキ層（４０ｃ）、ＡｕよりなるＡｕメッキ層（４０ｄ）が、順次積層されてなるものである半導体装置において、
   前記インナーリード（４１）における最表面をオージェ電子分光法によって表面分析したときの当該最表面に存在するＣｕの量が、当該最表面に存在するＰｄの量の４０％以上となっていることを特徴とする半導体装置。
2. 前記Ｎｉメッキ層（４０ｂ）、前記Ｐｄメッキ層（４０ｃ）、前記Ａｕメッキ層（４０ｄ）のそれぞれの膜厚は、０．３μｍ〜２．３μｍ、０．００５μｍ〜０．０５μｍ、０．００３μｍ〜０．０２μｍであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記モールド樹脂（６０）はエポキシ樹脂よりなることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
4. モールド樹脂（６０）で封止される部位であるインナーリード（４１）がＣｕよりなる母材（４０ａ）の表面上に、当該母材（４０ａ）側からＮｉメッキよりなるＮｉメッキ層（４０ｂ）、ＰｄメッキよりなるＰｄメッキ層（４０ｃ）、ＡｕよりなるＡｕメッキ層（４０ｄ）が、順次積層されてなるものとして構成されているリードフレーム（４０）と、半導体素子（３０）とを、ボンディングワイヤ（５０）により電気的に接続し、
   前記リードフレーム（４０）、前記ボンディングワイヤ（５０）および前記半導体素子（３０）を前記モールド樹脂（６０）によって封止してなる半導体装置の製造方法において、
   前記リードフレーム（４０）と前記半導体素子（３０）との間でワイヤボンディングを行って前記ボンディングワイヤ（５０）による接続を行った後、
   前記リードフレーム（４０）のうち前記インナーリード（４１）を、前記ワイヤボンディング時に前記インナーリード（４１）に加わる温度よりも高い温度で加熱処理することにより、前記インナーリード（４１）における最表面をオージェ電子分光法によって表面分析したときの当該最表面に存在するＣｕの量を、当該最表面に存在するＰｄの量の４０％以上とし、
   しかる後、前記モールド樹脂（６０）による封止を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 前記インナーリード（４１）を加熱処理する工程の温度は、２７５℃以上であることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記インナーリード（４１）を加熱処理する工程の温度は、２９５℃以上であることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記インナーリード（４１）を加熱処理する工程では、前記リードフレーム（４０）のアイランド（１０）に前記半導体素子（３０）を搭載し、この半導体素子（３０）と前記インナーリード（４１）とを前記ボンディングワイヤ（５０）により接続した状態で、前記加熱処理を行うものであり、
   当該加熱処理は、前記アイランド（１０）は当該加熱処理の温度よりも低い温度とした状態で前記インナーリード（４１）の加熱を行うことを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。

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