JP2009164232A - 半導体装置及びその製造方法並びにリードフレーム及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】少なくとも基板側実装面の端子面にコスト削減が可能なめっき材料を使用して厚めっきを可能とし、更に、実装側端子の側面も酸化防止用の膜を形成できる半導体装置及びその製造方法並びにリードフレーム及びその製造方法を提供する。
【解決手段】半導体素子１１と、その周囲にエリアアレイ状に配置された柱状端子１４と、半導体素子１１の電極パッド１５と柱状端子１４のワイヤボンディング部１２を電気的に連結するボンディングワイヤ１６とを有し、半導体素子１１、ボンディングワイヤ１６及び柱状端子１４の一部を樹脂封止し、封止樹脂１７の下端より各柱状端子１４の一部を突出させ、各柱状端子１４は表側と裏側からそれぞれハーフエッチングにより形成され、かつ各柱状端子１４の上面には金めっき２３がなされ、封止樹脂１７より突出する各柱状端子１４の下面には錫めっき２５又は錫を主体とする半田めっきがなされている。
【選択図】図１

Description

本発明はリードフレーム素材を直接エッチングしてエリアアレイ状の端子を形成する半導体装置及びその製造方法並びにリードフレーム及びその製造方法に関する。

リードフレーム素材を使用しこれをエッチング処理によってエリアアレイ状の端子を備えた半導体装置を実現するものとして、たとえば、特許文献１に記載の技術が知られている。この半導体装置の特徴は、エッチング用レジストとして金属めっき被膜を用いたところにある。また、端子表面に形成するめっき被膜の目的としては、下記の（１）、（２）が挙げられる。

（１）端子の上面（内側面）はＩＣ組立時のボンディングワイヤ接続用であり、端子の下面は基板実装時の半田接続用である。
（２）エッチング時にパターン（端子及びパッド）を形成するためのレジスト膜として作用する。
特に、上記（２）の理由から、めっき被膜にはエッチング液に耐性のある金属材料を選択する必要がある。

特開２００１−２４１３５号公報

しかしながら、特許文献１記載の半導体装置の製造においては、エッチング工程で使用するエッチング液に塩化第二鉄液を用いたエッチングを行っているが、塩化第二鉄は金属に対する腐食性が激しく、金（Ａｕ）以外の殆どの金属を溶解してしまうことから、特許文献１の半導体装置の製造においても、エッチング液に耐性のあるめっき被膜として高価な金めっきが採用されている。なお、この金めっきの下地めっきとしてはニッケル（Ｎｉ）めっきがなされている。

特に、ワイヤボンディング側（内装側）の接続を考えると、Ｎｉ下地のＡｕめっきが必要となり、現状では表裏同時にめっきを行っているので、必然的に外部接続端子側（実装側）もＡｕめっきとなって、結果的にはコスト高を招くという問題がある。ここで、コストダウンのために、Ａｕめっきを薄くしようとするとレジスト膜の剛性が不足し、その結果サイドエッチ（側面溶解）が進行し、エッチングファクター（エッチング深さ／サイドエッチ幅）が悪化する。
また、この特許文献１記載の技術においては、基板実装側の端子面には金めっきがなされているが、その側面はエッチングを行ったままでリードフレーム素材が露出しており、そのままでは時間の経過と共に表面が酸化される恐れがある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、少なくとも基板側実装面の端子面にコスト削減が可能なめっき材料を使用して厚めっきを可能とし、更に、実装側端子の側面も酸化防止用の膜を形成できる半導体装置及びその製造方法並びにリードフレーム及びその製造方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係る半導体装置の製造方法は、リードフレーム素材に対して、中央部の素子搭載領域を囲んで配置され上面がワイヤボンディング部となる柱状端子を形成する第１の回路パターンを表側に、下面が外部接続端子部となる前記柱状端子を含む第２の回路パターンを裏側にそれぞれレジスト膜によって形成する第１工程と、
前記第１、第２の回路パターンが表裏に形成された前記リードフレーム素材の表側に直接又は下地めっきを介して金めっきを、前記リードフレーム素材の裏側に直接又は下地めっきを介して錫めっき又は錫を主体とする半田めっきを形成する第２工程と、
前記リードフレーム素材をその表側から前記金めっきの層をレジスト膜として第１のエッチング液を用いてハーフエッチングする第３工程と、
前記第３工程でハーフエッチングした前記リードフレーム素材の表側の前記素子搭載領域に半導体素子を搭載してワイヤボンディングした後、樹脂封止する第４工程と、
樹脂封止された該半導体装置の中間製品を、前記錫めっき又は半田めっきした層をレジスト膜として、第２のエッチング液を用いてハーフエッチングし前記柱状端子を個々に分離する第５工程とを有する。

また、第２の発明に係る半導体装置の製造方法は、第１の発明に係る半導体装置の製造方法において、該半導体装置は前記リードフレーム素材に複数並べて配置され、最終工程で固片化される。

第３の発明に係る半導体装置の製造方法は、第１、第２の発明に係る半導体装置の製造方法において、前記第１のエッチング液は塩化第二鉄溶液であって、前記第２のエッチング液は前記リードフレーム素材（銅）は溶かすが錫は溶かさないアルカリエッチング液である。

そして、第４の発明に係る半導体装置の製造方法は、第１〜第３の発明に係る半導体装置の製造方法において、前記第２工程での前記錫めっき又は半田めっきは厚地めっきであって、前記第５工程の後、加熱リフロー処理を行って該厚地めっきを溶融させ、封止樹脂の下端から下方に突出している前記柱状端子の外周面を前記錫めっき又は半田めっきで覆う第６工程を有する。

第５の発明に係る半導体装置は、半導体素子と、該半導体素子の周囲にエリアアレイ状に配置され上面がワイヤボンディング部となり下面が外部接続端子部となる柱状端子と、前記半導体素子の電極パッドと前記各柱状端子のワイヤボンディング部を電気的に連結するボンディングワイヤとを有し、前記半導体素子、前記ボンディングワイヤ及び前記柱状端子の一部を樹脂封止し、該封止樹脂の下端より前記各柱状端子の一部を突出させた半導体装置において、前記各柱状端子は表側と裏側からそれぞれハーフエッチングにより形成され、かつ前記各柱状端子の上面には金めっきがなされ、前記封止樹脂より突出する前記各柱状端子の下面には錫めっき又は錫を主体とする半田めっきがなされている。

第６の発明に係るリードフレームは、素子搭載領域の周囲にエリアアレイ状に配置され、且つ、柱状に独立して突出し、上面には直接又は下地めっきを介して金めっきがなされたワイヤボンディング部が形成され、下面は無区画状に連続し、前記ワイヤボンディング部の直下の外部接続端子部となる部分に、直接又は下地めっきを介して錫めっき又は錫を主体とする半田めっきがなされているリードフレームであって、
前記素子搭載領域に半導体素子を搭載してワイヤボンディングした後樹脂封止し、前記錫めっき又は半田めっきした層をレジスト膜として、ハーフエッチングして前記外部接続端子部を個々に分離し、半導体装置とする。

第７の発明に係るリードフレームは、第６の発明に係るリードフレームにおいて、前記ハーフエッチングはリードフレーム素材は溶かすが錫は溶かさないアルカリエッチング液により行われる。

そして、第８の発明に係るリードフレームの製造方法は、リードフレーム素材に対して、中央部の素子搭載領域を囲んで配置され上面がワイヤボンディング部となる柱状端子を形成する第１の回路パターンを表側に、下面が外部接続端子部となる前記柱状端子を含む第２の回路パターンを裏側にそれぞれレジスト膜によって形成する第１工程と、
前記第１、第２の回路パターンが表裏に形成された前記リードフレーム素材の表側に直接又は下地めっきを介して金めっきを、前記リードフレーム素材の裏側に直接又は下地めっきを介して錫めっき又は錫を主体とする半田めっきを形成する第２工程と、
前記リードフレーム素材を表側から前記金めっきの層をレジスト膜としてハーフエッチングする第３工程とを有する。

第９の発明に係るリードフレームの製造方法は、第８の発明に係るリードフレームの製造方法において、前記ハーフエッチングは塩化第二鉄溶液により行われる。

本発明によって、以下に示すような作用効果を有する。
（１）基板実装側の端子、即ち、外部接続端子部への高価な金めっきを行う必要がないので、半導体装置のコスト低減を図ることができる。
（２）金めっきに代えて、安価な錫めっき又は錫を主体とする半田めっきを行うので、このめっき層の厚みを厚くすることが容易となり、これによって、レジスト膜として作用するこれらのめっきの裏側周囲のエッチングファクターが緩和され、その結果微細な柱状端子の形成も可能となる。
（３）半導体装置の裏側に露出する外部接続端子部に施す金属めっきに錫又は錫を主体とする半田材料を使用しているので、これを厚めっきして溶融させることにより、スタンドオフを形成する柱状端子の側面にこれらの金属材料が這い上がって柱状端子を保護して、柱状端子側面の酸化防止を図ることができる。

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。
図１は本発明の一実施の形態に係る半導体装置の断面図、図２は同半導体装置の底面図、図３（Ａ）〜（Ｋ）は同半導体装置の製造方法の説明図、図４（Ａ）、（Ｂ）は同半導体装置の製造過程を示す説明図、図５は本発明の他の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。

図１、図２に示すように、本発明の一実施の形態に係る半導体装置１０は、中央に配置された半導体素子１１と、半導体素子１１の周囲にエリアアレイ状に配置され上面がワイヤボンディング部１２となり下面が外部接続端子部１３となる柱状端子１４と、半導体素子１１の各電極パッド１５と対応する柱状端子１４のワイヤボンディング部１２とを電気的に連結するボンディングワイヤ１６と、裏面側にある各柱状端子１４の下面を露出させて半導体素子１１、ボンディングワイヤ１６、柱状端子１４の一部を覆う封止樹脂１７とを有している。以下、これらについて詳しく説明する。

この半導体装置１０においては、半導体素子１１の底部に放熱作用を有する素子搭載部１８が形成されている。この素子搭載部１８は、柱状端子１４と同一材料によって形成された、この実施の形態では銅（銅合金を含む）からなって、裏面には、ニッケルめっきからなる下地めっき１９を介して錫めっき２０がなされている。錫めっき２０を含めた素子搭載部１８の下方への突出高さは、柱状端子１４の下面に形成される外部接続端子１３と同一となっている。なお、半導体素子１１は素子搭載部１８に導電性接着剤２１を介して接合されている。

各柱状端子１４は、リードフレーム素材２８（図３参照）を表側と裏側からそれぞれのハーフエッチングによって形成され、上面には下地めっき２２を介して金めっき２３がなされ、下面には下地めっき２４を介して該下地めっき２４より厚地の錫めっき２５（又は錫を主体とする半田めっき）がなされている。なお、下地めっき２２、２４としてはニッケルめっきが使用されている。そして、柱状端子１４の下側の側面であって、封止樹脂１７から露出している部分には厚地の錫めっきがリフローによりその側面まで這い上がることで錫めっき被膜２６が形成されている（図４（Ｂ）参照）。また、素子搭載部１８の周囲の露出部分も錫めっき被膜２６によって覆われている。従って、封止樹脂１７から露出した部分、即ち、封止樹脂１７の下端から下方に突出した部分が錫めっき被膜２６によって覆われているので、その部分の耐蝕性を高めることができる。

続いて、図３（Ａ）〜（Ｋ）を参照しながら、本発明の一実施の形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。
図３（Ａ）に示すように、複数の半導体装置１０を並べて同時に製造できる広さで、厚みが例えば０．０２〜１．５ｍｍ程度の銅からなるリードフレーム素材２８を用意し、上面（表面）及び下面（裏面）にそれぞれ耐めっき用のレジスト膜２９、３０を形成し、第１、第２の回路パターン３１、３２を周知の露光処理及び現像を行って形成する。この第１の回路パターン３１は中央の素子搭載領域を囲んでエリアアレイ状に並べて配置されたワイヤボンディング部１２のパターンを有し、第２の回路パターン３２はエリアアレイ状に配置された外部接続端子部１３と中央の素子搭載部１８のパターンを有している。

そして、図３（Ｂ）に示すように、第１、第２の回路パターン３１、３２の開口部にニッケルめっきからなる下地めっき１９、２２、２４を行う。下地めっき１９、２２、２４の厚みは例えば１〜５μｍ程度であれば十分である。次に、図３（Ｃ）に示すように、第１の回路パターン３１の上をマスク３４で完全に覆い、第２の回路パターン３２の下地めっき１９、２４の上に錫めっき２０、２５を行う。この錫めっき２０、２５の厚みは、例えば、５〜４０μｍ（より好ましいは、１０〜２０μｍ）となって下地めっき１９、２４より厚地に形成されている。

また、図３（Ｄ）に示すように下側の第２の回路パターン３２の上を完全にマスク３５で覆って、第１の回路パターン３１上のマスク３４を除去した後、下地めっき２２の上に厚みが０．５〜
2μｍの金めっき２３を行う。次に、マスク３５を除去した後、図３（Ｅ）に示すようにレジスト膜２９、３０を全部除去する。これによって、表面に金めっき２３がなされたワイヤボンディング部１２、表面に錫めっき２０、２５がなされた素子搭載部１８と外部接続端子部１３が露出する。

この後、図３（Ｆ）に示すように、リードフレーム素材２８の裏面側をマスク３６を被せて完全に覆い、金めっき２３の層をレジスト膜として、リードフレーム素材２８の表面側をハーフエッチングする。この場合の第１のエッチング液としては、塩化第二鉄溶液を使用する。リードフレーム素材２８の表側に形成されている金めっき２３の層は塩化第二鉄では浸食されないが、リードフレーム素材２８は浸食されるので、時間の経過と共に、リードフレーム素材２８が露出している部分はその厚みが薄くなり、エッチングがリードフレーム素材２８の厚みの約半分を超えた位置でエッチングを停止するというハーフエッチングを行う。

このハーフエッチングによって、中央の素子搭載領域もハーフエッチングされてその厚みが薄くなって、素子搭載部１８が形成される。これによって、半導体装置１０を搭載するリードフレームが形成される。このリードフレームは下面に無区画状の外部接続端子部を有する。
この状態で、図３（Ｊ）に示すように、半導体素子１１を素子搭載部１８の中央に導電性接着剤２１を介して載せる。そして、半導体素子１１の電極パッド１５と各ワイヤボンディング部１２との間でワイヤボンディングを行った後全体を樹脂封止して中間製品を形成する。

そして、図３（Ｋ）に示すように、リードフレーム素材２８の裏面側のマスク３６を除去した後、錫めっき２０、２５の層をレジスト膜として第２のエッチング液で裏面側をハーフエッチングする。第２のエッチング液としては、銅は浸食するが、錫は浸食しないアルカリエッチング液の一例である塩化テトラミン銅（Ｃｕ（ＮＨ₃
）₄ Ｃｌ₂ ）の溶液を使用する。
この場合、錫めっき２５の層が厚地に形成されているので、錫めっき２５の層の剛性が高くエッチング液のめっき層下部の回り込みが減少し、サイドエッチングの量が減少する。従って、個々に分離された、より精密な柱状端子１４を形成できる。

この後、並べて製造された半導体装置１０の群をそのままリフロー炉に入れて加熱リフロー処理を行う。図４（Ａ）に示すように、錫めっき２５が溶ける温度に加熱すると、錫めっき２５の層を形成する金属が溶けて、柱状端子１４の下側の側面を這い上がって、図４（Ｂ）に示すように側面全体（外周面）を覆って、錫めっき被膜２６ができる。これによって柱状端子１４のリードフレーム素材２８が露出する部分が無くなり酸化防止を図ることができる。

なお、錫の場合は融点が２３２℃と高いので、錫を主成分とする半田めっき（例えば、Ｓｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ｐｂ、Ｓｎ−Ｃｕ−Ａｇ）を行うと融点が下がり、濡れ性も向上し這い上がり特性も向上する。なお、半田めっきの形成は電気めっき法（所謂合金めっき法）でもよいし、浸漬めっきでもよい。
以上の方法によって製造された半導体装置１０の群を縦横に切断して、固片化（ダイシング）を行い、個々の半導体装置１０が完成する。

図５には、本発明の他の実施の形態に係る半導体装置４０を示すが、半導体装置１０と異なる点は、素子搭載部１８の上面がワイヤボンディング部１２と同じ高さを有し、外部接続端子部１３の如く樹脂封止部より下面側に突出しておらず、更にはアレイ状に配置された柱状端子１４が半導体素子１１を中心に前後左右に４列ずつ設けられている点である。このように構成することによって、素子搭載部が突出しない分、基板への実装精度が向上すると共に、多ピンの半導体装置を提供できる。
なお、このような２列や４列の柱状端子の他、半導体素子の周囲に隙間を設けて１列、３列又は５列以上の柱状端子を有する半導体装置であっても本発明は適用される。

以上の半導体装置の製造方法に用いた第２のエッチング液の一例である濃度が１３０ｇ／リットルの塩化テトラミン銅（Ｃｕ（ＮＨ₃ ）₄
Ｃｌ₂ ）と塩化第二鉄の各種金属に対する腐食性（エッチング可能性）について実験した例を表１に示す。なお、表中の○は耐性が有るもの、×は耐性が無いものを示し、◎は○に比べて金属溶解耐性がより良好であることを示している。

この表１からも明らかなように、塩化テトラミン銅からなる第２のエッチング液は、錫及び錫合金（即ち、半田）に対しては浸食性を有さないし、ニッケルに対しても浸食性を有さない。従って、塩化第二鉄溶液からなる第１のエッチング液と異なり、下地ニッケルの層も浸食しないことになるので、その上に錫めっき又は半田めっきをした外部接続端子部の強度を増すことができると共に、このめっき層の剛性が増し、これによってエッチング液によって柱状端子の側面溶解を減らすことができる。
また、第１のエッチング液の代わりに第２のエッチング液を使用すると、金めっきの底部に形成されているニッケルめっきからなる下地めっきを浸食しないので、この下地めっきによって金めっきが補強され、金めっきの厚みを薄くすることもできる。

前記実施の形態においては、具体的数字を用いて説明したが、本発明はこの数字には限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で変更可能である。
また、前記実施の形態においては、第２のエッチング液として、塩化テトラミン銅（Ｃｕ（ＮＨ₃ ）₄ Ｃｌ₂
）の溶液を使用したが、錫、半田、ニッケルを浸食（溶解）しないで、銅等のリードフレーム素材を浸食（溶解）する液体であれば、他の溶液であっても本発明は適用される。
前記実施の形態では、リードフレーム素材の表側及び裏側の金めっき及び錫めっき（半田めっき）はそれぞれ下地めっきを介して行ったが、直接形成してもよい。

本発明の一実施の形態に係る半導体装置の断面図である。 同半導体装置の底面図である。 （Ａ）〜（Ｋ）は同半導体装置の製造方法の説明図である。 （Ａ）、（Ｂ）は同半導体装置の製造過程を示す説明図である。 本発明の他の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。

符号の説明

１０：半導体装置、１１：半導体素子、１２：ワイヤボンディング部、１３：外部接続端子部、１４：柱状端子、１５：電極パッド、１６：ボンディングワイヤ、１７：封止樹脂、１８：素子搭載部、１９：下地めっき、２０：錫めっき、２１：導電性接着剤、２２：下地めっき、２３：金めっき、２４：下地めっき、２５：錫めっき、２６：錫めっき被膜、２８：リードフレーム素材、２９、３０：レジスト膜、３１：第１の回路パターン、３２：第２の回路パターン、３４、３５：マスク、３６：マスク、４０：半導体装置

Claims (9)

1. リードフレーム素材に対して、中央部の素子搭載領域を囲んで配置され上面がワイヤボンディング部となる柱状端子を形成する第１の回路パターンを表側に、下面が外部接続端子部となる前記柱状端子を含む第２の回路パターンを裏側にそれぞれレジスト膜によって形成する第１工程と、
   前記第１、第２の回路パターンが表裏に形成された前記リードフレーム素材の表側に直接又は下地めっきを介して金めっきを、前記リードフレーム素材の裏側に直接又は下地めっきを介して錫めっき又は錫を主体とする半田めっきを形成する第２工程と、
   前記リードフレーム素材をその表側から前記金めっきの層をレジスト膜として第１のエッチング液を用いてハーフエッチングする第３工程と、
   前記第３工程でハーフエッチングした前記リードフレーム素材の表側の前記素子搭載領域に半導体素子を搭載してワイヤボンディングした後、樹脂封止する第４工程と、
   樹脂封止された該半導体装置の中間製品を、前記錫めっき又は半田めっきした層をレジスト膜として、第２のエッチング液を用いてハーフエッチングし前記柱状端子を個々に分離する第５工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 請求項１記載の半導体装置の製造方法において、該半導体装置は前記リードフレーム素材に複数並べて配置され、最終工程で固片化されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. 請求項１及び２のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、前記第１のエッチング液は塩化第二鉄溶液であって、前記第２のエッチング液は前記リードフレーム素材は溶かすが錫は溶かさないアルカリエッチング液であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、前記第２工程での前記錫めっき又は半田めっきは厚地めっきであって、前記第５工程の後、加熱リフロー処理を行って該厚地めっきを溶融させ、封止樹脂の下端から下方に突出している前記柱状端子の外周面を前記錫めっき又は半田めっきで覆う第６工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 半導体素子と、該半導体素子の周囲にエリアアレイ状に配置され上面がワイヤボンディング部となり下面が外部接続端子部となる柱状端子と、前記半導体素子の電極パッドと前記各柱状端子のワイヤボンディング部を電気的に連結するボンディングワイヤとを有し、前記半導体素子、前記ボンディングワイヤ及び前記柱状端子の一部を樹脂封止し、該封止樹脂の下端より前記各柱状端子の一部を突出させた半導体装置において、
   前記各柱状端子は表側と裏側からそれぞれハーフエッチングにより形成され、かつ前記各柱状端子の上面には金めっきがなされ、前記封止樹脂より突出する前記各柱状端子の下面には錫めっき又は錫を主体とする半田めっきがなされていることを特徴とする半導体装置。
6. 素子搭載領域の周囲にエリアアレイ状に配置され、且つ、柱状に独立して突出し、上面には直接又は下地めっきを介して金めっきがなされたワイヤボンディング部が形成され、下面は無区画状に連続し、前記ワイヤボンディング部の直下の外部接続端子部となる部分に、直接又は下地めっきを介して錫めっき又は錫を主体とする半田めっきがなされているリードフレームであって、
   前記素子搭載領域に半導体素子を搭載してワイヤボンディングした後樹脂封止し、前記錫めっき又は半田めっきした層をレジスト膜として、ハーフエッチングして前記外部接続端子部を個々に分離し、半導体装置とすることを特徴とするリードフレーム。
7. 請求項６記載のリードフレームにおいて、前記ハーフエッチングはリードフレーム素材は溶かすが錫は溶かさないアルカリエッチング液により行われることを特徴とするリードフレーム。
8. リードフレーム素材に対して、中央部の素子搭載領域を囲んで配置され上面がワイヤボンディング部となる柱状端子を形成する第１の回路パターンを表側に、下面が外部接続端子部となる前記柱状端子を含む第２の回路パターンを裏側にそれぞれレジスト膜によって形成する第１工程と、
   前記第１、第２の回路パターンが表裏に形成された前記リードフレーム素材の表側に直接又は下地めっきを介して金めっきを、前記リードフレーム素材の裏側に直接又は下地めっきを介して錫めっき又は錫を主体とする半田めっきを形成する第２工程と、
   前記リードフレーム素材を表側から前記金めっきの層をレジスト膜としてハーフエッチングする第３工程とを有することを特徴とするリードフレームの製造方法。
9. 請求項８記載のリードフレームの製造方法において、前記ハーフエッチングは塩化第二鉄溶液により行われ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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