JP2010073830A - リードフレーム及びリードフレームの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体素子搭載用リードフレームにおいて、インナーリードのボンディングワイヤとの接合部のみに貴金属めっきによる貴金属被膜を形成した安価なリードフレームとその製造方法を提供する。
【解決手段】ボンディングワイヤとの接合部を備えるインナーリードを有する半導体装置製造用リードフレームであって、前記インナーリードの先端にボンディングワイヤとの接合部を有し、前記接合部がボンディングワイヤ側に向かって凸形状に突出し、且つ前記接合部表面のみに貴金属被膜が設けられていることを特徴とするリードフレーム。
【選択図】図５

Description

本発明は、半導体装置製造に使用されるリードフレームに関し、より具体的には、インナーリード先端部のインナーリードとボンディングワイヤとの接合部にのみ貴金属被膜が施されたリードフレームに関する。

半導体装置製造用部材の一つにリードフレームがある。このリードフレームは、半導体チップを搭載する部分であるアイランド、その周囲に配されたインナーリード、タイバー、アウターリード、及びこれらを保持するフレームから構成されている。
そして、これを用いて半導体装置を製造するには、リードフレームのアイランドに半導体素子を搭載し、半導体素子表面の電極とインナーリード先端部とをワイヤボンディングし、その後樹脂封止し、タイバーおよびフレームを切断し、アウターリードに外装めっきを施して得て半導体装置を得ている。

このようなリードフレームのインナーリード先端部のボンディングエリアには、ボンディングワイヤとインナーリードとの接続信頼性を向上させるために、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄなどの貴金属被膜がめっき法により施される。
この貴金属被膜の形成に用いられる貴金属めっきは、例えば特許文献１に開示される、押さえ金具、押さえゴム、ラバープレート、上プレ−ト、めっき液噴揚用スリット板及びめっき液噴揚セルとによって構成されるリードフレーム等の垂直上向噴流による部分めっき装置を用いて行なわれる。

ところで、近時の半導体装置の小型化、高集積化、低価格化の要求は厳しくなる一方であり、これに対応するためにリードフレームにおいても多ピン化、狭ピッチ化が求められ、実現化されてきている。

こうして実現された多ピン化、狭ピッチ化されたリードフレームのインナーリード部では、インナーリード相互の間隔が狭いばかりでなく、通常インナーリード、そのものの長さも短くなってきている。従って、部分めっき装置等を用いてインナーリード先端部に貴金属めっきを施すと、インナーリードの側面ばかりでなく、インナーリードとタイバーとの接続部近辺にまでめっき被膜が形成されることがある。

このようなタイバー近傍まで貴金属めっき被膜を有するリードフレームを用いて半導体装置を作成した場合、作成された半導体装置では、タイバー付近で封止樹脂とリードフレームとの密着性が悪化し、クラックが入ったり、水分が浸入したりして得た半導体装置の信頼性、耐久性が悪化したりする。
又、貴金属めっきが、Ａｇめっきの場合、Ａｇ被膜部は加熱酸化しにくくリードフレーム母材と比較し樹脂封止材との接着性が悪く、この接着性の悪さが半導体装置の信頼性悪化に拍車をかけるとされており、この点からもインナーリードのボンディングワイヤとの接合部のみに貴金属被膜を形成したものが望まれる。

インナーリードのボンディングワイヤとの接合部のみに貴金属被膜が形成されたリードフレームを得るためには、例えば、部分めっき装置で、インナーリードのボンディングワイヤとの接合部のみに開口部を有するめっき用マスクを用いて、この接合部にめっき液を吹き当てて、接合部のみに貴金属めっきを施す方法を用いることが考えられる。
この場合、めっき用マスクは、ゴム等の弾性体にレーザーで穴開け加工して作製する、或いは、所望のめっきパターンを有する金型に液状樹脂を注入し硬化させて作成することになる。

しかしながら、用いるレーザーの光径や金型製作に使用する工具およびマスクを保持する治具を加工する切削工具等の加工精度を考慮すると、これらを用いて直径０．２ｍｍ以下のめっき開口部を精度良く配置された貴金属めっき用マスクを作成することは困難であり、そのめっき位置精度も一般的には±０．１ｍｍ程度で、インナーリードのボンディングワイヤとの接合部のみに貴金属めっきを施すことは困難である。

インナーリードのボンディングワイヤとの接合部のみに貴金属めっきを施す方法とし、特許文献２にリードフレームの全面にフォトレジスト層を形成し、めっきを施す部分のみを露出させるように露光し、現像して接合部のみが開口した貴金属めっき用マスクを作成し、これを用いて露出部だけに貴金属めっきを施す方法が開示されている。

この方法は、リード側面に起きるめっき漏れによる各種不具合を解消しようとしたものではあるが、これに従えば、確かにインナーリードのボンディングワイヤとの接合部のみに貴金属めっきを施すことが可能となる。
しかしながら、加工方法そのものは高コストであり、安価なリードフレームという要求を満たすことはできていない。
特開平０５−０９３２９３号公報 特開平０７−３０２８７２号公報

本発明は上記状況に鑑みて成されたものであり、半導体素子搭載用リードフレームにおいて、インナーリードのボンディングワイヤとの接合部のみに貴金属被膜を形成した安価なリードフレームとその製造方法の提供を目的とする。

このような課題を解決する本発明の第一の発明は、ボンディングワイヤとの接合部を備えるインナーリードを有する半導体装置製造用リードフレームであって、そのインナーリードの先端にボンディングワイヤ側に向かって凸形状に突出し、且つ前記接合部表面のみに貴金属被膜が施されているボンディングワイヤとの接合部を備えていることを特徴とするもので、更に、その接合部の表面形状は円形、楕円形、長円径、多角形の群から選ばれる少なくとも一つであり、又その接合部の高さは、１０μｍ以上であることを特徴とするものである。

本発明の第二の発明は、第一の発明のリードフレームに関する製造方法であり、少なくとも次の（１）から（３）の工程を含むリードフレームの製造方法である。
（１）インナーリードの先端部に、インナーリードとボンディングワイヤとの接合部がボンディングワイヤ側に向かって凸形状に設けられるリードフレームの作製工程。
（２）（１）で作製されたリードフレームを所望形状の開口部を有するめっきマスクの上に、マスクの開口部に作製したリードフレームの接合部が露出するように搭載し、リードフレームの背面にめっき裏押さえマスクを配置してリードフレームを固定し、貴金属めっき液を開口部に露出しているインナーリードに吹き当てて接合部表面を含むインナーリードの表面に貴金属被膜を施す工程。
（３）剥離マスクの開口部にインナーリードの接合部の背面が露出するように剥離マスク上にリードフレームを搭載し、このリードフレームの接合部側の面を裏押さえマスクにて押さえてリードフレームを固定し、剥離液を剥離マスクの開口部に露出しているインナーリードに吹き当てて、接合部表面に存在する貴金属被膜以外の貴金属被膜を除去する工程。

更に、（１）の工程である、インナーリードの先端部に、インナーリードとボンディングワイヤとの接合部がワイヤボンディング側に向かって凸形状に設けられるリードフレームの作製工程において、プレス金型を用いた方法、エッチング方法を用いた方法、エッチング方法とプレス金型とを組み合わせた方法のいずれかの方法が用いられ、その接合部の凸形状の表面形状が円形、楕円形、長円径、多角形の群から選ばれの少なくとも一つであり、その高さが１０μｍ以上とするものである。

本発明によれば、そのインナーリード先端のインナーリードとボンディングワイヤとの接合部が凸形状に、ワイヤボンディング側に向かって突出しており、かつ凸形状部表面のみに貴金属被膜が形成されている半導体装置製造用リードフレームを、従来の安価なめっき用マスクを用いた部分めっき装置を流用して製造できる。
更に本発明のリードフレームは、貴金属被膜がインナーリードとボンディングワイヤとの接合部のみに施されているため、この貴金属被膜がＡｇ被膜の場合でも、合計Ａｇ被膜面積は問題となるほど大きくならず、封止樹脂との接着性の悪さが問題となることはない。従って、半導体装置の信頼性に悪影響を及ぼすこともなく、工業上顕著な効果を奏するものである。

本発明のリードフレームは、半導体装置製造用リードフレームであり、そのインナーリードの先端部に、インナーリードとボンディングワイヤとの接合部が凸形状に、ワイヤボンディング側に向かって突出しており、かつ凸形状部表面のみに貴金属被膜が貴金属めっきによって形成されているリードフレームである。
従って、リード側面やタイバー近傍に貴金属被膜は存在せず、半導体装置の信頼性や耐久性を損なう恐れはなく、加えて貴金属被膜が形成される範囲は必要最小限に抑えられているため、用いる貴金属が、例えば、Ａｇのように封止樹脂との接着性がリードフレーム材より悪いものであっても、この接着性の悪さにより製造した半導体装置の信頼性が損なわれることはない。

本発明では、貴金属被膜を設ける前の凸形状部の接合部表面とタイバー表面やアウターリード表面とは同一表面を構成するようにすることが、樹脂封止の際の樹脂漏れを防止しつつ半導体装置を組み立て可能とするためにも望ましい。
更に、接合部の形態は、ボンディングワイヤとの接合に要する面積さえ確保できていれば良く、この接合部を突出側上部から俯瞰した形状は特に限定されないが、例えば、円形、楕円形、長円径、多角形の群から選ばれる少なくとも一つとすることが望ましい。又、インナーリードの配置によっては、複数の形状を必要に応じて混合して用いても良い。

一方、この接合部の高さは、その周囲との高低差が少なくとも１０μｍ以上とすることが望ましい。これは、接合部とその周囲に貴金属被膜を形成した後、周囲の（接合部表面の）貴金属被膜を剥離する際、剥離液の循環を良好にするためである。更に、この高低差は、ボンディングワイヤを接合したり、樹脂封止したりする際に支障のでない範囲内で大きくすることができるが、好ましくは凸状部周辺のインナーリードの厚さが４５μｍ以上残るようにすることが望ましい。

本発明のリードフレームのリードフレーム材は、その材質としてＣｕ、Ｃｕ合金、Ｎｉ、及び４２合金を始めとする各種金属、合金材を使用する。

次に、本発明のリードフレームの作製方法を説明する。
先ず、リードフレーム材の条材にプレス加工、エッチング加工、或いはそれらを組み合わせて施し、インナーリードの先端に凸形状の接合部を有する所望形状のリードフレームを作製する。このリードフレームの作製方法は、既に公知となっている各種の方法を適用すればよい。

例えば、リードフレームを送り金型を用いて作成する際には、一端作成したリードフレームのインナーリード先端部を、プレス金型を用いてコイニング加工すれば良い。あるいは、リードフレーム作成用送り金型の最後部にコイニング用の金型を組み込んでおいても良い。なお、コイニング加工の場合、凸形状部が形成されるようにその周囲を押し潰しても良く、凸形状部が形成されるように背面より押し出しても良い。
又、リードフレームをエッチング法で作成する場合には、ハーフエッチングにより凸形状部を設けても良く、所望形状のリードフレームを得た後、インナーリード先端部を、プレス金型を用いてコイニング加工して凸形状部を設けても良い。

以下、本発明の実施例ではインナーリードの先端部をコイニング加工して得た凸形状の接合部を有するリードフレームを用いて説明する。
図１にインナーリードの先端部を示す。（ａ）は部分平面図、（ｂ）は部分側面図で、１がインナーリード先端部、２がコイニング部、３が凸形状接合部である。

インナーリード先端部への貴金属被膜の形成は、貴金属めっきを用いて行い、図２に示すように、めっきマスク４の開口部４ａにインナーリード先端部１の凸形状接合部３が露出するように配置し、インナーリード先端部１の背面よりめっき裏押さえマスク５を当て、貴金属めっき液６ａをインナーリード先端部１に吹き当てて貴金属めっきによる貴金属被膜を形成する。
この場合、インナーリード先端部１の背面よりめっき裏押さえマスク５を当てるのは、貴金属めっき液６ａがめっき不要部分に入り込むことを可能な限り防止すると共に、貴金属めっき液６ａが吹き当てられた際にインナーリード先端部１が振動して厚みの不均一な貴金属めっき被膜が形成されるのを防止するためである。

図３に貴金属被膜が施された状態のインナーリード先端部を示す。図３において、７が貴金属被膜である。図３から判るように貴金属被膜７は、インナーリード先端部１のコイニング部２と凸形状接合部３の表面ばかりでなく、これらの側面にも形成される。

次に、図４に示すように剥離マスク８の開口部８ａにコイニング部の背面９が露出するようにインナーリード先端部１を剥離マスク８に配置し、裏押さえマスク１０でインナーリード先端部１を押さえる。これにより、コイニングされていない表面１１と凸形状接合部３の表面とが裏押さえマスク１０に密接される。この状態でめっき剥離液６ｂをインナーリード先端部１に吹き当てることで、凸形状接合部３の表面を除く貴金属被膜７を除去する。

図５は貴金属被膜を剥離したインナーリード先端部を示すもので、ボンディングワイヤが接続される凸形状接合部３の表面のみに貴金属被膜７が残存している。

このように本発明では、リードフレームのインナーリード先端部に、ボンディングワイヤと接合するための凸形状接合部を、加工精度の良い金型を用いたプレス加工、又は加工精度の良いハーフエッチング加工を用いて形成し、凸形状接合部の表面を含め、その周囲まで貴金属めっきによる貴金属被膜を施し、その後インナーリード先端部の表面を裏押さえマスクでマスキングし凸形状接合部の表面以外の貴金属被膜を剥離することで、精度の高い貴金属被膜が得られるものである。
尚、めっきマスクを始めとする各種マスクは、従来から用いられている天然ゴムや合成ゴム等の弾性体を用いることが望ましい。

以下実施例を用いて詳細に説明するが、本発明はこの例に限られるものではない。
８ｐｉｎ−ＳＳＯＰ向リードフレーム用プレス金型を使用し、最終段のコイニング部用金型を本発明の形状に潰し加工できる金型に差し替え、インナーリード先端部に、接合部高さを変えた凸形状接合部を有する８ｐｉｎＳＳＯＰ用リードフレーム（ＳＳＯＰ：ｓｈｒｉｎｋ Ｓｍａｌｌ Ｏｕｔｌｉｎｅ Ｐａｃｋａｇｅ，材質：Ｃｕ合金Ｃ１９４材）を作製した。
尚、インナーリードの厚みは、１５０μｍである。

次に、図２の方法を用いて、リードフレームのインナーリード先端部を部分めっき装置に載置し、表１の条件でＣｕストライクめっきを施し、その上に表２に示す条件で、厚み４μｍのＡｇ被膜をインナーリードの先端部に設けた。

次いで、図４のように部分めっき装置にインナーリード先端部を載置し、表３の条件で凸形状接合部の表面以外のＡｇ被膜を剥離し、各実施例、比較例のリードフレームを作製した。

（実施例１）
凸形状接合部の高さは１５μｍであり、作製したリードフレームのインナーリード先端部を顕微鏡観察した結果、凸形状接合部の表面のみにＡｇ被膜が存在していた。
このリードフレームにダミーの半導体素子を搭載し、ワイヤボンディングし、樹脂封止した試験用半導体装置を２５個作成した。全部の試験用半導体装置について導通テストを行い異常がないことを確認した後、ＭＳＬレベル１条件に従いこれらを温度８５℃、湿度８５％の雰囲気中に１６８時間放置後２６０℃に加熱し、半導体装置に異常が見られるかどうかの試験を行ったが、いずれも異常は見られなかった。

（実施例２）
凸形状接合部の高さが３０μｍである以外は、実施例１と同様の方法でＡｇめっきを行い、実施例１と同じく、凸形状接合部の表面のみにＡｇ被膜が存在し、試験用半導体装置による試験においても異状は見られなかった。

（実施例３）
凸形状接合部の高さが４５μｍである以外は、実施例１と同様の方法でＡｇめっきを行い、実施例１と同じく、凸形状接合部の表面のみにＡｇ被膜が存在し、試験用半導体装置による試験においても異状は見られなかった。

（比較例１）
凸形状接合部の高さを８μｍとした以外は実施例１と同様にしてリードフレームを製造した。得られたリードフレームではインナーリード先端部のコイニング部のＡｇ被膜が十分には除去されていなかった。
このリードフレームを用いて試験用半導体装置を２５個作製し、全部の試験用半導体装置について導通テストを行い異常がないことを確認した後、ＭＳＬレベル１条件に従いこれらを温度８５℃、湿度８５％の雰囲気中に１６８時間放置後２６０℃に加熱し、半導体装置に異常が見られるかどうかの試験を行った。その結果、２５個中２個に亀裂が入っているのが観察された。

そこで、亀裂の入ったものと入らなかったものとを分解して比較したところ、亀裂の入ったものはコイニング部に残留するＡｇ被膜の割合が高いもので、亀裂が入っていた。

（比較例２）
凸形状接合部の高さを１０５μｍとした以外は、実施例１と同様にしてリードフレームを製造し、得られたリードフレームのインナーリード先端部では、凸形状接合部の表面のみにしかＡｇ被膜は残っていなかった。
このリードフレームを用いて試験用半導体装置を２５個作製し、全部の試験用半導体装置について導通テストを行ったところ、３個について異常があった。

そこで、これを分解してみたところ、ボンディングワイヤと凸形状接合部との接合不良や、樹脂封止時のワイヤー流れによる不良であった。

コイニング加工して凸形状部を設けたインナーリード先端部を示す図で、（ａ）は部分平面図、（ｂ）部分側面図である。 インナーリード先端部へ貴金属被膜を設ける際のインナーリード先端部の保持状態を概念的に示した図である。 図２の状態で貴金属めっきした後のインナーリード先端部を示す図で、（ａ）は部分平面図、（ｂ）部分側面図である。 インナーリード先端部の貴金属被膜を除去する際のインナーリード先端部の保持状態を概念的に示した図である。 貴金属被膜を除去した実施例のインナーリード先端部を示した図で、凸形状接合部の表面のみにＡｇ被膜が設けられ、（ａ）は部分平面図、（ｂ）部分側面図である。

符号の説明

１ インナーリード先端部
２ コイニング部
３ 凸形状接合部
４ めっきマスク
４ａ めっきマスク開口部
５ めっき裏押さえマスク
６ａ 貴金属めっき液
６ｂ 剥離液
７ 貴金属被膜
８ 剥離マスク
８ａ 剥離マスク開口部
９ コイニング部の背面
１０ 裏押さえマスク
１１ コイニングされていない表面

Claims (7)

1. ボンディングワイヤとの接合部を備えるインナーリードを有する半導体装置製造用リードフレームであって、
   前記インナーリードの先端にボンディングワイヤとの接合部を有し、前記接合部がボンディングワイヤ側に向かって凸形状に突出し、且つ前記接合部表面のみに貴金属被膜が設けられていることを特徴とするリードフレーム。
2. 前記接合部の表面形状が円形、楕円形、長円径、多角形の群から選ばれる少なくとも一つである請求項１記載のリードフレーム。
3. 前記接合部の高さが、１０μｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２記載のリードフレーム。
4. 少なくとも下記工程を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のリードフレームの製造方法である。
   （１）インナーリードの先端部に、インナーリードとボンディングワイヤとの接合部がボンディングワイヤ側に向かって凸形状に設けられるリードフレームの作製工程、
   （２）前記リードフレームを所望形状の開口部を有するめっきマスクの上に、マスクの開口部に得られた前期リードフレームの前記接合部が露出するように搭載し、前記リードフレームの背面にめっき裏押さえマスクを配置して前記リードフレームを固定し、貴金属めっき液を開口部に露出している前記インナーリードに吹き当てて前記接合部表面を含む前記インナーリードの表面に貴金属被膜を施す工程、
   （３）剥離マスクの開口部に前記インナーリードの前記接合部の背面が露出するように剥離マスク上に前記リードフレームを搭載し、前記リードフレームの前記接合部側の面を裏押さえマスクにて押さえて前記リードフレームを固定し、剥離液を剥離マスクの開口部に露出している前記インナーリードに吹き当てて、前記接合部表面に存在する貴金属被膜以外の貴金属被膜を除去する工程。
5. プレス金型を用いた方法、エッチング方法を用いた方法、エッチング方法とプレス金型とを組み合わせた方法のいずれかの方法を用いて、インナーリードの先端部にインナーリードとボンディングワイヤとの接合部がボンディングワイヤ側に向かって凸形状に設けられるリードフレームを作製する請求項４記載のリードフレームの製造方法。
6. 前記凸形状部の表面形状が円形、楕円形、長円径、多角形の群から選ばれの少なくとも一つとする請求項４または５記載のリードフレームの製造方法。
7. 前記接合部の高さが１０μｍ以上であることを特徴とする請求項４乃至６記載のいずれか１項記載のリードフレームの製造方法。

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