JP2010103305A - 半導体用リードフレーム及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インナーリードの強度を維持しつつ、インナーリード部分を薄くする要請に応えることのできる半導体用リードフレーム、及びその製造方法を提供する。
【解決手段】第１、第２の金属層２１，２２と、第１、第２の金属層２１，２２に挟まれたエッチングバリア層としての第３の金属層２３とを有し、インナーリード部分のボンディング予定位置において、前記第１、第３の金属層２１，２３が除去されて、第２の金属層２２の面がボンディングの面として露出され、前記第１の層２１により、インナーリード部分のボンディング予定位置との間に所定範囲の間隔を開けて近接する位置まで、アウターリード側から延伸された延伸部が形成されている半導体用リードフレームである。
【選択図】図５

Description

本発明は、半導体用のリードフレーム及びその製造方法に関する。

半導体用のリードフレームは、一般的には図１１に示すように、ダイパッド１、インナーリード２、アウターリード３、ダムバー４、及びフレーム５を含んで構成される。このダイパッド１には、半導体素子が搭載され、半導体素子からインナーリード２のダイパッド１側の端近傍にワイヤをボンディングすることとなっている。

一方、近年では半導体装置に対して、小型化と高性能化という両立困難な要請がますます増大している。そこで例えばＱＦＰ（Quad Flat Package）では、インナーリード２のピッチを狭めてこの要請に応えてきた。このようにピッチを狭小化したインナーリードは、例えば引用文献１に開示されているような、エッチング加工方法によって製造されている。

この引用文献１では、厚さ０．１２５〜０．１５ｍｍ＝１２５μm〜１５０μｍの帯状銅板からなるリードフレーム素材の両面を洗浄し、レジストを両面に塗布し、所望のパターン版を用いて露光して現像処理を行う。

ここでレジストパターンは、インナーリードが配列される領域全体に及ぶ第１開口と、各インナーリード間の間隙となる第２開口とを含む。そして第１開口側から所定深さまでエッチングを行い、第１凹部を形成する。この第１凹部にエッチング抵抗層である絶縁性樹脂を塗布して第１凹部を埋め戻し、第２開口側から絶縁性樹脂に出会うまでエッチングを行う。

こうして第１凹部の形成によりインナーリードを薄肉に形成するとともに、微細加工を可能としている。
特開平１０−１１６９４８号公報 特開平０３−１４８８５６号公報

しかしながら、上記従来のリードフレームの製造方法等によって製造されるリードフレームでは、インナーリード部分の厚さの制御が困難で、インナーリードの狭ピッチ化を妨げていた。また、厚さを薄くすればするほど、強度が低下し、ボンディング時にインナーリード部の変形などの不具合を生じる場合がある。

また、特許文献２には、エッチングストップ層をサンドイッチ状に挟んだ三層構造のリードフレーム材を用い、表面にフォトレジスト膜を施して、リードフレーム材の両面に対してエッチングを行うことで、各側の金属を互いに独立したパターンに形成し、例えばエッチングストップ層の一方側の金属でリードフレームの母材を形成し、他方の金属層でＩＣとの接続部を形成することが開示されている。しかし、この場合も、インナーリード部分は単層の金属で構成されているので、インナーリード部分を薄くすればするほど、強度が低下することに変わりはない。

本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、インナーリードの強度を維持しつつ、インナーリード部分を薄くする要請に応えることのできる半導体用リードフレーム、及びその製造方法を提供することをその目的の一つとする。

上記従来例の問題点を解決するための本発明は、半導体用リードフレームであって、第１、第２の金属層と、当該第１、第２の金属層に挟まれたエッチングバリア層としての第３の金属層とを有し、インナーリード部分のボンディング予定位置において、前記第１、第３の金属層が除去されて、第２の金属層の面がボンディングの面として露出され、前記第１の層により、インナーリード部分のボンディング予定位置との間に所定範囲の間隔を開けて近接する位置まで、アウターリード側から延伸された延伸部が形成されているものである。

またここで、前記延伸部の先端が、前記ボンディング予定位置から２ｍｍ以内の範囲に近接するようにしてもよい。また、前記ボンディングの面として露出する第２の金属層の面は、圧延による平坦面であってもよい。

さらに、前記第１の金属層の厚さと、前記第２の金属層の厚さとの比が、１．５：１〜３．７：１であることとしてもよい。また、前記第１の金属層の厚さと、前記第２の金属層の厚さとの比が、１．５：１〜４：１であることとしてもよい。また、第１、第２、第３の金属層をクラッド技術によって積層した場合は、この比を１：１としてもよい。

また本発明の一態様に係る半導体用リードフレームの製造方法は、第１、第２の金属層と、前記第１、第２の金属層に挟まれたエッチングバリア層としての第３の金属層とを有する金属積層帯を用い、前記金属積層帯の第１の金属層側のインナーリードの形成予定領域に、塗布範囲が、インナーリードの全長より予め定めた長さだけ短くなるようフォトレジストを塗布する工程と、第２の金属層側のインナーリードの形成予定領域に、インナーリードの略全長に亘ってフォトレジストを塗布する工程と、前記第１、第２の金属層をエッチングする第１エッチング液を用い、第２の金属層側からエッチングする工程と、前記第２の金属層側のエッチングされた部分に樹脂を埋め込む工程と、前記第１の金属層側から、前記第１エッチング液を用いて、エッチングを行う工程と、フォトレジストと、埋め込まれた樹脂とを除去する工程と、第３の金属層を選択的にエッチングする第２エッチング液を用いて、第３の金属層を選択的にエッチングし、前記第１の金属層に対向する第２の金属層の面を露出させる工程と、を含む。

本発明によると、インナーリードの強度を維持しつつ、インナーリード部分を薄くし、狭ピッチ化する要請に応えることができる。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。本発明の実施の形態に係る半導体用リードフレームは、次のようにして製造される。

図１は、本実施の形態の半導体用リードフレーム用素材を製造する装置の例を表す概略図である。この装置は、図１に例示するように、１ないし１×１０²Ｐａ程度の気圧に制御された真空槽１０と、第１の金属帯巻きだしリール１１と、第２の金属帯巻きだしリール１２と、第１の電気絶縁帯巻きだしリール１３と、第２の電気絶縁帯巻きだしリール１４と、圧着ロール１５と、巻き取りリール１６と、第１の低圧ガス槽１７と、第２の低圧ガス槽１８と、乾式成膜装置１９と、を含んで構成される。

ここに、第１の金属帯巻きだしリール１１と、第２の金属帯巻きだしリール１２とには、それぞれ、厚さ７０から１５０μｍ厚の第１の金属帯と、厚さ２０から７５μｍ厚の第２の金属帯とが巻回されている。なお、第１の金属層の厚さと、第２の金属層の厚さとの比が、略１．５：１〜略４：１となるよう各金属帯を調製しておく。

またこれら第１、第２の金属帯は、いずれも圧延成形された金属材料である。これらの金属材料は、例えば、銅（Ｃｕ）系素材（例えばCu-Fe-P、Fe(2.35mass%)-P(0.07mass%)-Zn(0.12mass%)-Cu(Bal.)などの合金）や、鉄（Ｆｅ）系素材（例えばFe-42%Ni、Fe-50%Niなどの合金）等である。

第１の金属帯巻きだしリール１１から巻き出された第１の金属帯は、第１の低圧ガス槽１７を通じて搬送される。また、第２金属帯巻きだしリール１２から巻き出された第２の金属帯は、第２の低圧ガス槽１８を通じて搬送され、乾式成膜装置１９近傍に配された圧着ロール１５において第１金属帯と接合される。また、このとき、第１、第２の金属帯の被接合表面とは反対側の面に、それぞれ第１の電気絶縁帯巻きだしリール１３と、第２の電気絶縁帯巻きだしリール１４とから巻き出された絶縁帯が圧着される。この絶縁帯は、フッ素樹脂、ポリイミド、ポリアミド、ポリカーボネートなどの樹脂シート材、またはロール紙、シリコンゴムシートなどでよい。

第１の低圧ガス槽１７内は、Ａｒ等の低圧ガス雰囲気にあり、その中を搬送される第１の金属帯の面のうち、第２の金属帯に対向する予定の面側に陽電極Ｐが設けられている。この陽電極Ｐは、数１００Ｖから数ｋＶ程度の電位差を生じる電源の陽極側に接続される。またこの電源の陰極側は第１の金属帯巻きだしリール１１から巻き出された第１の金属帯に接する。これにより第１の低圧ガス槽１７内では、プラズマが発生し、第１の金属帯の被接合表面（第２の金属帯に対向する側の面）に、イオン化した低圧ガスが衝突することで、材料のごく薄い表面層を除去して、活性化（イオンエッチング処理）する。これにより第１の金属帯の被接合表面側が清浄化される。

第２の金属帯巻きだしリール１２から巻き出された第２の金属帯も同様に、第２の低圧ガス槽１８を通じて搬送される。この第２の低圧ガス槽１８内も、またＡｒ等の低圧ガス雰囲気にあり、その中を搬送される第２の金属帯の面のうち、第１の金属帯に対向する予定の面側に、陽電極Ｐが設けられる。そしてこの陽電極Ｐが数１００Ｖから数ｋＶ程度の電位差を生じる電源の陽極側に接続される。この電源の陰極側は第２の金属帯巻きだしリール１２から巻き出された第２の金属帯に接する。これにより第２の低圧ガス槽１８内では、プラズマが発生し、第２の金属帯の被接合表面（第１の金属帯に対向する側の面）がイオンエッチング処理され、清浄化される。

これら互いの被接合表面が清浄化された第１、第２の金属帯は、乾式成膜装置１９近傍の圧着ロール１５を通過するとき、その被接合表面に第３の金属層が被着される。すなわち乾式成膜装置１９は、乾式成膜法により、エッチングバリア層である第３の金属層を、第１、第２の金属帯の被接合表面側に形成する。この第３の金属層は、第１、第２の金属帯とはエッチング特性が異なるものであり、例えば、第１、第２の金属帯がＣｕ系であれば、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｇ、Ｓｎ等や、その合金を用い、Ｆｅ−Ｎｉ系であれば、Ｔｉ等や、その合金を用いる。

圧着ロール１５は金属で形成されているため、イオンエッチングにおいて用いる電源の接地電位と、この圧着ロール１５の電位とが異なれば、イオンエッチングの性能に影響する。そこでここでは、第１、第２の金属帯の圧着ロール１５に接する側の面にそれぞれ第１の電気絶縁帯巻きだしリール１３と、第２の電気絶縁帯巻きだしリール１４とから巻き出された絶縁帯を圧着している。また、この絶縁帯は、被接合表面とは反対側の面に、第３の金属層が付着することを防止することにも寄与している。こうして圧着された後の金属積層帯は、巻き取りリール１６に巻き取られる。

この金属積層帯は、その両面にある絶縁帯を剥離すると、図２に示すように第１の金属層２１と、第２の金属層２２と、これら第１、第２の金属層２１，２２に挟まれたエッチングバリア層としての第３の金属層２３とを有したものとなっており、これにより本実施の形態の半導体用リードフレーム用素材が得られることとなる。ここで第１の金属層２１と、第２の金属層２２とはいずれも圧延により得られたものであり、この金属積層帯では、圧延面を対向させた状態となっている。

また、既に述べたように、第１、第２の金属層２１，２２は、圧延時に制御された厚みとなっており、ここでは、第１の金属層２１の厚さｔ１と、第２の金属層２２の厚さｔ２との比が、ｔ１：ｔ２＝略１．５：１から略４：１となっている。具体的に第１の金属層２１の厚さｔ１は、７０から１５０μｍであり、第２の金属層２２の厚さｔ２は、２０から７５μｍであるようになっている。また、金属積層帯全体の厚みは略２００μｍ以下である。
なお、本実施の形態で用いる金属積層帯は、上述の方法で製造されるものに限られない。他の例の金属積層帯としては、広く知られたクラッド技術を用い、各金属の接合表面を活性化させてから、各金属を積層してロール圧延するなどして得られるクラッド材等がある。

次に、この金属積層帯を、エッチングに必要なサイズに切り出しておき、両面にフォトレジスト（例えば重クロム酸カリウムを感光剤としたポリビニルアルコールなど）を塗布し、リードフレームのパターンを露光して、両面のレジストの不要部分を除去する。

以下、エッチングプロセスにより、図３に例示するように、ダイパッド３１、インナーリード３２、アウターリード３３、ダムバー３４、及びフレーム３５を含むリードフレームを形成する。このエッチングプロセスについて、図４を参照しつつ説明する。なお、図３では、説明のためにピン数が少ない例を示しているが、実際にはピン数が多く、各リードの幅及び間隔は狭められる。

本実施の形態の半導体用リードフレームでは、インナーリードの少なくとも一部において、第１の金属層２１を全体的に除去した部分と、少なくとも部分的に残存させた部分とを形成する。本実施の形態のある態様では、インナーリードのダイパッド３１側端部では第１の金属層２１と、第３の金属層２３とを除去し、第２の金属層２２の面（第１の金属層２１に対向していた面）を露出させている。この例では、第２の金属層２２を露出させた部分にボンディング予定位置を定める。
そしてインナーリード３２のアウターリード３３側（フレーム側）の端部からこの第２の金属層２２を露出させた部分までの間に、第１の金属層２１を少なくとも部分的に残存させた領域（延伸部）が形成される。ここで第１の金属層２１の延伸部は、第２の金属層２２におけるボンディング予定位置に向うほど、幅方向に先細りに形成されてもよい。また先端部近傍では、厚さ方向にも薄くなって傾斜部が設けられてもよい。また、この第１の金属層２１による延伸部の先端は、ボンディング予定位置より外側（フレーム側）に位置し、ボンディング予定位置との間に予め定めた距離の範囲内（たとえば２mm以内）の間隔を開けた位置まで近接する。
このように本実施の形態では、インナーリードのボンディング予定位置に対し、第１の金属層２１が先細りつつも近接しているので、薄く形成したインナーリード３２の先端部分（第２の金属層２２が露出した部分）が補強されることとなる。

金属積層帯の、インナーリードの形成予定領域にフォトレジストＭを塗布し、その塗布範囲が、インナーリードの全長より、別途定めた長さ（例えば２ｍｍ）だけ短くなるようフォトレジストＭの不要部分を除去する。図４（ａ）は、第１の金属層２１側からの平面視であり、フォトレジストＭの不要部分を除去した後の状態を示す。

このフォトレジストＭを除去する長さは、次のように定める。すなわち、制作者は予め、完成したリードフレームにおいて、第１の金属層２１による補強の効果が所望の程度を達成するに十分なものとなるよう、ボンディング予定位置から第１の金属層２１の先端部までの距離を定めておく（例えば略２mm以下とする）。そして、以下の製造工程によりインナーリードを形成したときに、ボンディング予定位置から第１の金属層２１の先端部までの距離が、当該予め定めた距離以内となっているよう、実験的にフォトレジストＭを除去する長さを定める。

一方、図４（ｂ）は、第２の金属層２２側からの平面視であり、インナーリードの形成予定領域において、インナーリードの略全長に亘ってフォトレジストＭを残した状態を示す。残っているフォトレジストＭの幅は、図４（ａ），（ｂ）に示すいずれの場合も、略インナーリードの形成幅としておく。

図４（ｃ）から（ｆ）は、図４（ａ），（ｂ）における破断面（ｃ）における断面図であり、エッチングプロセスを示すものである。また、図４（ｇ）から（ｊ）は、図４（ａ），（ｂ）における破断面（ｇ）における断面図であり、エッチングプロセスを示すものである。

図４（ｃ），（ｇ）は、レジストの不要部分を除去した後の金属積層帯の断面である。ここで第２の金属層２２側では、インナーリードとなるべき部分に隣接する、両側（インナーリードとインナーリードとの間の間隙となるべき部分）のレジストＭが除去されている（Ａ，Ｂ）。なお、図４（ｇ）では、第１の金属層２１側においても、インナーリードとなるべき部分の両側（インナーリードとインナーリードとの間の間隙となるべき部分）のレジストＭが除去されている。

ここで第１、第２の金属層２１，２２をエッチングする第１エッチング液（例えば、液温５０℃、比重４６ボーメの塩化第二鉄溶液）を用い、例えばスプレー圧２から３ｋｇ／ｃｍ²にて、第２の金属層２２側からエッチングする。これにより、第２の金属層２２側の一部がエッチングにより除去されて、リード部分が形成される（図４（ｄ），（ｈ））。このエッチングは、第３の金属層２３を超えて進行することはない。また、第２の金属層２２においてフォトレジストが塗布された面側においてサイドエッチの影響が強く、第２の金属層２２の第１の金属層２１への接合面側からフォトレジストが塗布された面に向かうほど細る逆台形状に、インナーリードの断面が形成される。

ついで、第２の金属層２２側のエッチングした部分に樹脂を埋め込む。これは、２から３ｋｇ／ｃｍ²のスプレー圧により、第３の金属層２３が破壊されることを防止するためである。なお、樹脂は、フォトレジストも併せてカバーしてもよい。そして第１の金属層２１側から、上述の第１エッチング液を用いて、スプレー圧２から３ｋｇ／ｃｍ²にてエッチングを行う。図４（ａ），（ｂ）における（ｃ）の断面では、インナーリードとなるべき部分を含めて第１の金属層２１側のフォトレジストが除去されているので、インナーリードとなるべき部分に対応する第１の金属層２１も除去される（図４（ｅ））。

一方、図４（ａ），（ｂ）における（ｇ）の断面では、インナーリードとなるべき部分の第１の金属層２１側のフォトレジストが除去されていないので、インナーリードとなるべき部分に対応する第１の金属層２１も残存する（図４（ｈ））。

次に、残存しているフォトレジストと、埋め込まれた樹脂を除去し、第３の金属層２３をエッチングする。このエッチングでは、第３の金属層２３を選択的にエッチングする第２エッチング液が用いられる。この第２エッチング液は、例えば第３の金属層２３がＴｉである場合、

（１）２０％ 水酸化ナトリウム水溶液 ４００ｍｌ／ｌ
（２）３５％ 過酸化水素水 ４００ｍｌ／ｌ
（３）０．１ｍｏｌ ＥＤＴＡ（エチレンジアミン四酢酸：ethylenediaminetetraacetic acid） ２００ｍｌ／ｌ
を用いる。この第２エッチング液を用いて、室温の下、５分間エッチング処理する。

これにより、（ｃ）の断面においては、第３の金属層２３が選択的にエッチングされて除去され、図４の（ｆ）に示すように、第１の金属層２１側に接合されていた、第２の金属層２２の圧延面を露出させる。この露出された面がワイヤボンディングを受ける面となる。また図４（ｊ）に示す断面（図４（ａ），（ｂ）における（ｇ）の断面）においては、インナーリード間で、第１、第２の金属層２１，２２がともに除去され、第３の金属層２３が露出している部分がエッチングされて、第１の金属層２１と、第２の金属層２２とで、第３の金属層２３を挟んだインナーリード部分が形成される。

なお、図３におけるインナーリードの伸長方向に沿ってみると、図５（ａ）に断面を示し、図５（ｂ）に斜視図を示すように、ボンディング予定位置を含む、インナーリードのチップ側の端部から、予め定めた範囲に亘ってフォトレジストが除去されていたために、第１の金属層２１がエッチングされて除去されているが、フォトレジストが除去されていなかった部分（図５（ａ）において破線で示すＭの部分）についても、サイドエッチの影響によって、部分的に第１の金属層２１が除去される。そして、第１の金属層２１は、インナーリードのフレーム側端部からボンディング予定位置に近接する位置まで残存して、延伸部を形成する。この延伸部は、ボンディングの際の所望の補強強度を達成するに十分な距離（例えば略２mm以下）まで、ボンディング予定位置に近接し、その先端では徐々に薄くなるようエッチングされて除去された状態となっている。また、この延伸部を形成する第１の金属層２１は、ボンディング予定位置に向かって、インナーリードの幅方向にも先細る形状となっている。このように第１の金属層２１の部の先端近傍を先細り形状としていることで、先細り形状としない場合に比べ、第１の金属層２１が残存する肉厚部の端部がよりボンディング予定位置に近接することになる。

以上のようにして作製される本実施の形態の半導体用リードフレームは、エッチングにより作製を行っているので、図３に本実施の形態の半導体用リードフレームを平面視（第１の金属層２１側からの視点）したものを例示したように、インナーリード３２の間隔（Ｌ）は、１００μから１５０μｍ、各インナーリード３２の幅は、ワイヤボンディングを受ける面の広さが略６０μｍ以上（従ってインナーリード３２間の距離は、４０から９０μｍ以下）に加工できる。なお、ここではインナーリードを直線状に加工した例が示されているが、必ずしも直線でなくてもよく、屈曲部を有していてもよい。

ここで本実施の形態の半導体用リードフレームにおけるインナーリード３２は、ダイパッド３１側から順に、第２の金属層２２の圧延面（エッチング前において第１の金属層２１に対向していた側の面）が露出している範囲（Ａ）と、この第２の金属層２２の上に、第１の金属層２１がボンディング予定位置（ダイパッド中心方向）に向けて先細り形状に残存している範囲（Ｂ）と、金属積層帯が残存している範囲（Ｃ）とを含む。

すなわち、ダイパッド３１側の端部付近でインナーリード３２を破断したときの断面は、図６（ａ）に例示するように、ワイヤボンディングを受ける側の幅ｗ１と、ワイヤボンディングを受けない側の幅ｗ２との関係は、ｗ２＜ｗ１である。この端部からアウターリード３３側へ移動しつつインナーリード３２の断面を観測すると、ワイヤボンディングを受ける側の幅ｗ１と、ワイヤボンディングを受けない側の幅ｗ２とは漸増するが、依然としてｗ２＜ｗ１である（図６（ｂ），（ｃ））。なお、破断の位置は、図６（ｆ）に概略を示している。図６（ｆ）は、特定のインナーリード３２の平面視したものである。ここではインナーリード３２は直線状に延びているが、屈曲している場合も同様である。

この範囲（Ａ）では、インナーリード３２は、厚みが２０から７５μｍの第２の金属層２２が露出したものとなっている。この厚みは、圧延により成型された第２金属帯の厚みそのものであり、エッチングにより残存したものではないので、その幅ｗ１側の面は圧延面がそのまま残存しており、かつ、範囲（Ａ）において厚みは略一定に維持されている（図６（ｇ））。

範囲（Ｂ）においてインナーリード３２を破断したときの断面は、図６（ｄ）に例示するように、第２の金属層２２のワイヤボンディングを受ける側の面に、第１の金属層２１が一部残存し、この一部残存した第１の金属層２１と第２の金属層２２とに挟まれて、第３の金属層２３が残存した状態にある。

さらに、インナーリード３２を、ダイパッド３１の中心からより離隔した範囲（Ｃ）で破断すると、その断面は、図６（ｃ）に例示するように、第２の金属層２２のワイヤボンディングを受ける側の面に、第１の金属層２１が残存し、この残存した第１の金属層２１と第２の金属層２２とに挟まれて、第３の金属層２３が残存した状態にある。

本実施の形態では、上述の図６（ｆ）の範囲（Ａ）において、ワイヤボンディングが可能になっている。また、ワイヤボンディングが可能な範囲（Ａ）においては、第２の金属層２２であるＣｕ系材料、またはＦｅ系材料が２０から７５μｍの厚み（エッチング前の第１の金属層２１の約１／２ないし１／３の厚さ）に加工されているが、範囲（Ｂ）においては第１の金属層２１が一部残存して、第２の金属層２２の先端部の曲がりや振動を抑制する。

ここで、第２の金属層２２を薄くしていることで、インナーリードの先端部がよりチップ側に近接できるようになっているのであるが、それに伴って第１の金属層２１を厚くしすぎると、次のような問題が生じる。すなわち、第１の金属層２１側からエッチングを行う際に、第１の金属層２１が厚すぎると、フォトレジストによってマスクされていない側面が広くなり、この側面が第１エッチング液にさらされることとなって、サイドエッチの効果が大きくなりすぎる。つまり、第１の金属層２１の残存部がボンディング予定位置から外側へ大きく後退してしまう。従って、第２の金属層２２の薄さの物理的限界が、第１の金属層２１の厚さに対してその１／４ほどである場合であるとしても、比較的好適な範囲は異なる。

そこでこの好適な範囲を定めるため、全体の厚さを０．１２５mmに維持しつつ、第１の金属層２１の厚さt２を０．０６５mmから０．１１５mmまで、第２の金属層２２の厚さt１を０．０６mmから０．０１mmまでそれぞれ０．０１mmずつ変化させた原材料を用いて本実施の形態の半導体用リードフレームを製造し、チップダイの中心から、第１の金属層２１の先細りの先端までの距離Rpと、チップダイの中心から、予定ボンディング位置までの距離Rbondと、予定ボンディング位置から第１の金属層２１の先細りの先端までの距離の差Rp−Rbondとをそれぞれにおいて測定した。その結果を次に示す。

この表において、t２／t１を横軸とし、チップダイの中心から、第１の金属層２１の先細りの先端までの距離Rpと、チップダイの中心から、予定ボンディング位置までの距離Rbondと、予定ボンディング位置から第１の金属層２１の先細りの先端までの距離の差Rp−Rbondとをグラフとして表したものが図７である。

図７に示すように、仮に、第１の金属層２１による補強効果が十分となるRp−Rbondの距離の差が２mm以下であるとすると、第２の金属層２２の厚さが、第１の金属層２１の厚さの略１／９（厚さの比で９：１）より厚ければよい。しかしながら、ワイヤボンディングの都合（金線ワイヤ長の節約等の都合）からRbondを３．０mm以下とすると、第２の金属層２２の厚さの上限は、略１／１．５（厚さの比で１．５：１）となる。

また、仮に、第１の金属層２１による補強効果が十分となるRp−Rbondの距離の差が１mm以下であるとすると、第２の金属層２２の厚さが、第１の金属層２１の厚さの略１／３．７（厚さの比で３．７：１）より厚ければよい。この場合も上述と同様に、ワイヤボンディングの都合（金線ワイヤ長の節約等の都合）からRbondを３．０mm以下とすると、第２の金属層２２の厚さの上限は、略１／１．５（厚さの比で１．５：１）となる。

すなわち、第１の金属層２１と第２の金属層２２との厚さの比は、厚さの物理的限界が、第１の金属層２１の厚さｔ２：第２の金属層２２の厚さｔ１＝略１．５：１〜略４：１程度であり、また、Rp-Rbondの距離に基づいてより好適には、第１の金属層２１の厚さｔ２：第２の金属層２２の厚さｔ１＝略１．５：１〜略３．７：１とすればよい。なお、第１、第２の金属層２１，２２に対するエッチング液の効果の程度は、各金属層の厚さの比によって定まるものであるが、全体の厚さ（金属積層帯全体の厚さ）の変化は、エッチング液の効果の程度に支配的に影響しない。従って、この比は、金属積層帯全体の厚さによって変化するものではない。

このように、エッチングによる微細加工が可能であるうえ、第１の金属層２１がボンディング予定位置に向かって先細りつつも残存していることで、インナーリードの最薄部（範囲（Ａ））が補強され、強度が維持される。すなわち、これよりインナーリードの強度を維持しつつ、インナーリード部分を薄くする要請に応えることができる。このため、本実施の形態の半導体用リードフレームでは、従来のものに比べ、インナーリードをチップダイの側へより延伸できる。なお、クラッド技術を用いて本実施の形態の半導体用リードフレーム用素材である金属積層帯を製造する場合は、製造時の塑性変形が、図１に例示した装置を用いる場合に比べて大きく、第１、第２の金属層２１，２２の厚さがアンバランスな状態ではクラッド材の平坦度が出しにくい可能性があることに配慮し、第１、第２の金属層２１，２２の厚さの比を略１：１としてもよい。

さらに、本実施の形態の半導体用リードフレームでは、アウターリード３３側の端部からチップ側へ延伸された形状で残存する第１の金属層２１が、最薄部における曲げや振動を抑制することで、チップにより近い側でワイヤボンディングが可能となり、Ａｕワイヤ長やＡｕワイヤ径の縮小に繋がり、Ａｕの節約はもとより、ボンディング時間の短縮、ボンダー能力の向上にも繋がる。また品質の面では、ワイヤ曲がりのトラブル軽減に繋がる。

具体的に、ワイヤボンディングは、図８に例示するように、キャピラリー４１の先端部から突出するワイヤ先端を電気的トーチ（ＥＦＯ）により球形とし（Ｓ１）、チップ側のボンディング位置に押圧しつつ熱を与えてワイヤをボール・ボンディング（Ball Bonding）し（Ｓ２）、次いで、ワイヤを吐出しつつインナーリード側のボンディング位置までキャピラリー４１を移動し（Ｓ３）、インナーリードに押圧しつつ加熱してスティッチ・ボンディング（Stitch Bonding）を行う（Ｓ４）。ワイヤを予め定めた長さまで吐出させつつキャピラリー４１を上昇させ（Ｓ５）、キャピラリー４１の上部にあるクランパーでワイヤをクランプして、ボンディングの端部でワイヤを引きちぎる（Ｓ６）。

このステップＳ６において、インナーリードには上方に大きな力で引かれることとなる。従来、インナーリードは、いわばフレームで支持された片持ち梁となっており、５０μｍ以下の厚さに加工されたインナーリードでは、ワイヤボンディング時の引っ張りに耐えることができず、インナーリードが曲げられ、接合されたセカンドボンディング部が剥きはがされて（ピーリングされて）しまうことがあった（図９（ａ）：比較例）。しかし、本実施の形態の半導体用リードフレームでは、インナーリードが単なる片持ち梁ではなく、支持位置からボンディング位置の途中までに第１の金属層２１による比較的厚みの大きい部位と、ボンディング位置にかけて厚みを減少させる部位とが形成されている（図９（ｂ））。従って、ワイヤボンディング時の引っ張り力に対して曲げが抑制される。この第１の金属層２１は、ボンディング位置より例えば１．０ｍｍ程度外側（フレーム側）まで残存していてもよい。

また、本実施の形態では、ボンディングを受ける面（第２の金属層２２の面のうち、第１の金属層２１に対向する側の面）が、圧延面となっており、エッチング面となっていないので、比較的平坦で、スティッチ・ボンディングに適した状態となっている。

従来（微細加工しない場合）では、図１０（Ａ）に側面視を例示するように、チップ側のボンディング位置から、インナーリード側のボンディング位置までの距離は比較的長距離であったが、本実施の形態の半導体用リードフレームを用いると、図１０（Ｂ）に例示するように、インナーリードの端部をチップ側に、より近接させても、上述のようにボンディングにおける不具合も生じない。このため、チップ側のボンディング位置から、インナーリード側のボンディング位置までの距離を短くでき、ボンディングの際のキャピラリーの移動時間を短縮し、またボンディング材料である金線等の使用量を低減できる。さらにボンダーのテーブルの移動距離は短縮され、ボンディングスピードが向上し、生産性も向上する。

第１の金属層２１、第２の金属層２２にそれぞれＦｅ−４２％Ｎｉを用い、エッチングバリアである第３の金属層２３にＴｉを用い、第１の金属層２１を１００μｍ、第２の金属層２２を４０μｍに圧延して生成し、第１の金属層２１、第３の金属層２３、第２の金属層２２をこの順に積層した金属積層帯を形成した。

この金属積層帯に、１５６ピン、ピン間距離１００μｍのインナーリードのパターンを含む、レジストパターンを形成し、液温５０℃、比重４６ボーメの塩化第二鉄溶液を第１エッチング液として用い、スプレー圧２から３ｋｇ／ｃｍ²にて、第２の金属層２２側からエッチングした。これにより、第２の金属層２２側の一部、インナーリードとならない部分を除去した。このエッチングは、第３の金属層２３を超えて進行することはなく、第１の金属層２１はエッチング処理前の状態となっていた。

ついで、第２の金属層２２側のエッチングした部分に樹脂を埋め込んでから、第１の金属層２１側から、第１エッチング液を用いて、スプレー圧２から３ｋｇ／ｃｍ²にてエッチングを行った。ここではインナーリードとなるべき部分を含めてフォトレジストを除去してあるので、インナーリードとなるべき部分に対応する第１の金属層２１を含めて、第１の金属層２１の一部が除去される。

インナーリードの長さ方向に沿った面では、図５（ａ）に示したように、第１の金属層２１が、ボンディング予定位置から外周側へ所定距離だけ移動した位置より、ボンディング予定位置に向かって先細り、ボンディング予定位置より略１mmないし略２mmの距離にその先端が位置するようにエッチングされ、傾斜部が形成された状態となる。

次に、残存しているフォトレジストと、埋め込まれた樹脂を除去し、第３の金属層２３をエッチングする。このエッチングでは、第３の金属層２３を選択的にエッチングする第２エッチング液が用いられる。この第２エッチング液は、（１）２０％ 水酸化ナトリウム水溶液４００ｍｌ／ｌ、（２）３５％ 過酸化水素水４００ｍｌ／ｌ、及び（３）０．１ｍｏｌ ＥＤＴＡ（エチレンジアミン四酢酸：ethylenediaminetetraacetic acid）２００ｍｌ／ｌを混合したものを用いた。この第２エッチング液を用いて、室温の下、５分間エッチング処理した。

これにより約２ｍｍ×２ｍｍのチップの中心から４ｍｍ以上離れた場所では第１の金属層２１が残存し、チップの中心から４ｍｍから３ｍｍの位置までにかけて第１の金属層２１の厚さが減衰し、チップの中心から３ｍｍ未満の位置では、第１の金属層２１が除かれ、第３の金属層２３が剥離されて、第２の金属層２２の圧延面を露出させたインナーリードを有する半導体用リードフレームが提供される。

この半導体用リードフレームにおいて、第２の金属層２２の圧延面が露出された部分にAgメッキを施し、チップの中心から２ｍｍの位置（チップ端部から約１ｍｍの位置）をボンディング予定位置として、実際にボンディングを行うと、第１の金属層２１による補強の効果により、インナーリードの端部側においても曲げなどが発生することがなく、実用可能なボンディング結果が得られた。

本発明の実施の形態に係る半導体用リードフレームの素材を製造する装置の例を表す概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る半導体用リードフレームの素材となる金属積層帯の積層状態例を表す断面図である。 本発明の実施の形態に係る半導体用リードフレームの一例を表す平面図である。 本発明の実施の形態に係る半導体用リードフレームのインナーリードを形成するエッチング工程の例を表す説明図である。 本発明の実施の形態に係る半導体用リードフレームのインナーリードの例を表す断面図及び斜視図である。 本発明の実施の形態に係る半導体用リードフレームのインナーリードの各部の例を表す断面図である。 本発明の実施の形態に係る半導体用リードフレームを第１の金属層と第２の金属層との厚さの比を変化させつつ作製したときの各位置の例を表す説明図である。 本発明の実施の形態に係る半導体用リードフレームに対するワイヤボンディング処理の例を表す説明図である。 本発明の実施の形態に係る半導体用リードフレームのインナーリードへのボンディング結果例を比較例とともに示した説明図である。 本発明の実施の形態に係る半導体用リードフレームを用いた各種パッケージへの適用例を表す説明図である。 一般的な半導体用リードフレームの例を表す平面図である。

符号の説明

１，３１ ダイパッド、２，３２ インナーリード、３，３３ アウターリード、４，３４ ダムバー、５，３５ フレーム、６ チップ、１１ 第１の金属帯巻きだしリール、１２ 第２の金属帯巻きだしリール、１３ 第１の電気絶縁帯巻きだしリール、１４ 第２の電気絶縁帯巻きだしリール、１５ 圧着ロール、１６ 巻き取りリール、１７ 第１の低圧ガス槽、１８ 第２の低圧ガス槽、１９ 乾式成膜装置、４１ キャピラリー、５１ 絶縁材。

Claims (7)

1. 第１、第２の金属層と、当該第１、第２の金属層に挟まれたエッチングバリア層としての第３の金属層とを有し、
   インナーリード部分のボンディング予定位置において、前記第１、第３の金属層が除去されて、第２の金属層の面がボンディングの面として露出され、
   前記第１の層により、インナーリード部分のボンディング予定位置との間に所定範囲の間隔を開けて近接する位置まで、アウターリード側から延伸された延伸部が形成されていることを特徴とする半導体用リードフレーム。
2. 請求項１記載の半導体用リードフレームであって、
   前記延伸部の先端が、前記ボンディング予定位置から２ｍｍ以内の範囲に近接する半導体用リードフレーム。
3. 請求項１または２記載の半導体用リードフレームであって、
   前記ボンディングの面として露出する第２の金属層の面は、圧延による平坦面である半導体用リードフレーム。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体用リードフレームであって、
   前記第１の金属層の厚さと、前記第２の金属層の厚さとの比が１．５：１〜３．７：１である半導体用リードフレーム。
5. 請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体用リードフレームであって、
   前記第１の金属層の厚さと、前記第２の金属層の厚さとの比が１．５：１〜４：１である半導体用リードフレーム。
6. 請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体用リードフレームであって、
   前記第１、第２、第３の金属層が、クラッド技術により積層され、
   前記第１の金属層の厚さと、前記第２の金属層の厚さとの比が１：１である半導体用リードフレーム。
7. 第１、第２の金属層と、前記第１、第２の金属層に挟まれたエッチングバリア層としての第３の金属層とを有する金属積層帯を用い、
   前記金属積層帯の第１の金属層側のインナーリードの形成予定領域に、塗布範囲が、インナーリードの全長より予め定めた長さだけ短くなるようフォトレジストを塗布する工程と、
   第２の金属層側のインナーリードの形成予定領域に、インナーリードの略全長に亘ってフォトレジストを塗布する工程と、
   前記第１、第２の金属層をエッチングする第１エッチング液を用い、第２の金属層側からエッチングする工程と、
   前記第２の金属層側のエッチングされた部分に樹脂を埋め込む工程と、
   前記第１の金属層側から、前記第１エッチング液を用いて、エッチングを行う工程と、
   フォトレジストと、埋め込まれた樹脂とを除去する工程と、
   第３の金属層を選択的にエッチングする第２エッチング液を用いて、第３の金属層を選択的にエッチングし、前記第１の金属層に対向する第２の金属層の面を露出させる工程と、
   を含む半導体用リードフレームの製造方法。

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