JP2012146782A

JP2012146782A - 半導体素子搭載用リードフレームの製造方法

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Publication number: JP2012146782A
Application number: JP2011003280A
Authority: JP
Inventors: Hidehisa Akiba; 英寿秋葉; Tatatomi Takaoka; 忠臣高岡
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2011-01-11
Filing date: 2011-01-11
Publication date: 2012-08-02

Abstract

【課題】端子部と封止樹脂との密着性を高めた半導体素子搭載用リードフレームの製造方法を提供すること。
【解決手段】厚さ１００〜２００μｍの銅板１の表裏面に所望の貴金属めっき層２を形成し、前記銅板の表面側のめっき層を覆うレジストマスクを形成し、裏面側は銅板の全面を覆うレジストマスクを形成し、前記銅板に表面側よりハーフエッチング加工を行い、表面側にめっき層を含む突出部５を形成し、前記レジストマスクを除去した後、プレス面３で圧縮加工し、前記突出部表面側の銅板表面を横方向に張り出し４のくびれが形成されるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子搭載用リードフレームの製造方法に関する。

半導体パッケージは、多ピン化、小型化、薄化の要求から、半田ボールを使用したＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ）パッケージや半導体素子の下にアウターリードを配置したＣＳＰ（ＣｈｉｐＳｉｚｅＰａｃｋａｇｅ）等さまざまなパッケージが出現している。

その中でも、比較的安価で、半導体素子の大きさに近いパッケージの面積で対応できる方法として金属材料であるリードフレームを利用したＱＦＮ（ＱｕａｄＦｌａｔＮｏｎ−ｌｅａｄｅｄ）タイプのパッケージがある。

これは、金属材料を用いて、中央に半導体素子を置きその周辺にエリアアレイ状に、表面側は半導体素子とワイヤで繋ぐワイヤボンディング部となり裏面側は外部接続端子部となる、導体端子部を配した半導体パッケージである。導体端子部の上下（表裏）面をワイヤボンディング部と外部接続端子部にそれぞれ使用することにより、比較的チップサイズに近いパッケージ面積を実現している。

そして特許文献１には、金属材料としてリードフレーム用の銅材に貴金属をめっきする第１工程と、裏面に耐エッチングレジスト膜を成形した後、表面のめっき層をレジスト層としてハーフエッチング加工する第２工程と、上記リードフレーム材に所望の半導体素子を搭載し、半導体素子と金属めっき層をワイヤボンディングする第３工程と、樹脂封止する第４工程と、リードフレーム材の裏面に形成した耐エッチングレジストを除去し、貴金属めっき層をレジスト膜として使用して裏面をエッチング加工して、リードを露出させる第５工程を有する製造方法が示されている。

特開２００７−１５０３７２

特許文献１の製造方法は、前記第２工程でめっき層をエッチングマスクとして使用して、めっき層を含むワイヤボンディング部を突出させて形成しているので、この突出部の断面形状は図１（１）に示すように略台形形状になる。この場合、外部接続端子部が個々に独立した時（前記第５工程）、金属材料の突出部側面には封止樹脂との引っ掛かりがないため、裏面をエッチング加工後に樹脂から、上下（表裏）面がそれぞれワイヤボンディング部と外部接続端子部となる導体端子部を構成している突出部が抜け落ちる不具合が発生する。つまり封止樹脂と突出部の密着性が低く、信頼性が十分でないことになる。

そこで本発明は、突出部の表面側を横方向に張り出すようにしたことにより密着性を向上させた半導体素子搭載用リードフレームの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の半導体素子搭載用リードフレームの製造方法は、銅板の表裏面に所望の貴金属めっき層が形成され、表面側はハーフエッチング加工により前記めっき層が形成された部分が突出部となるように形成されたリードフレーム素材を用いて、前記めっき層が形成された突出部を、前記表面側の前記めっき層表面からプレス加工により圧縮加工し、前記突出部表面側の銅板表面が横方向に張り出されるようにしたことを特徴としている。

また、本発明の半導体素子搭載用リードフレームの製造方法は、厚さ１００〜２００μｍの銅板の表裏面に所望の貴金属めっき層を形成し、前記銅板の表面側のめっき層を覆うレジストマスクを形成し、裏面側は銅板の全面を覆うレジストマスクを形成し、前記銅板に表面側よりハーフエッチング加工を行い、表面側にめっき層を含む突出部を形成し、前記レジストマスクを除去した後、プレス面で圧縮加工し、前記突出部を前記表面側の前記めっき層の表面から所望の距離圧縮加工することで、前記突出部表面側の銅板表面を横方向に張り出しくびれが形成されるようにしたことを特徴としている。

本発明により、突出部の表面側が横方向に張り出しくぼみが形成されることになるため封止樹脂との密着性が向上し、裏面側をエッチング加工後、封止樹脂から導体端子部などを構成している突出部が抜け落ちる不具合が生じることが無い。

本発明の製造方法の一部である圧縮加工工程を示したものであり、図１（１）は圧縮加工前の突出部の断面図であり、図１（２）は圧縮加工により突出部の銅板表面側が横方向に張り出した状態の断面図である。

次に、本発明の実施の形態について説明する。
リードフレーム素材となる銅板としては、一般的にリードフレームに採用されている銅材が使用可能であるが、通常のリードフレームで用いられている高強度のものが望ましい。厚みはハンドリングなどを鑑み、通常用いられている１００〜２００μｍの範囲で選択することが可能である。また、本発明の特徴である圧縮加工のためにもこの程度の厚さが適している。

まず、選択した銅材の両面にドライフィルムレジストをラミネートする。ドライフィルムレジストの種類、厚みは特に限定されないが、通常は感光部が硬化するネガタイプのものを用いる。ただし、この他にポジタイプのドライフィルムレジストでも良い。また液状のフォトレジストを塗布することでも良い。レジストの厚みは形成するパターンの線幅・線間距離で決定されるが、従来と同様に１５〜５０μｍの範囲とすればよい。

次に、ドライフィルムレジストの所定位置に所望形状のめっきを形成するためのパターンを露光する。これは、一般的な方法と同じで、ドライフィルムレジストにパターンを形成したフォトマスクを密着させ、紫外線を照射することでフォトマスクのパターンをドライフィルムレジストに露光する。照射量は２０〜１００ｍＪ／ｃｍ²程度である。このとき、半導体素子が搭載される面側となる表面側と、反対側の外部接続端子部となる裏面側が区別される。

そして次に現像する。これはアルカリ現像型のフォトレジストを用いる場合は通常１％程度の濃度の炭酸ナトリウムを用いる。
このようにして銅材の両面に所望形状の開口部が形成されためっき用のレジストマスクを形成する。

次に、レジストの開口部にめっきを行なう。めっきの金属は耐熱性、半導体素子との接続のためのワイヤボンディング性、およびプリント基板実装時の半田ぬれ性などで適宜選択される。本発明においても通常と同様に電気めっきで、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇなどをめっきする。なお、本発明において、めっきの種類やめっき方法はこれらに限定されるものではない。

その後、レジストマスクを剥離する。剥離には、アルカリ現像型のフォトレジストを用いている場合は通常１％程度の濃度の水酸化ナトリウムを用いる。

次に、表面側は形成しためっき層より例えば１０〜７０μｍ大きなレジストマスクを形成する。反対面の裏面側は、全面を覆うレジストマスクを形成する。この方法は前述のラミネート、露光、現像と同様である。なお、前記の表面側めっき層より大きなレジストマスクは、後工程であるハーフエッチング処理の後に、めっき層の下の銅材がエッチングされてめっきのバリが出来ないように、エッチング量や露光の位置ズレを考慮した上でめっき層より大きいレジストマスクを形成する。

次に、表面側のレジストマスク開口部から銅材にハーフエッチングを行なう。
このハーフエッチングの深さは、後のエッチング加工量が少なくなる点で深い方が良いが、深すぎるとリードフレーム強度が弱くなることや部分的に貫通穴ができてしまうなどの不具合が起こることから、少なくとも３０μｍ程度は銅材が残るようにハーフエッチングを行なうことが望ましい。また、後工程の圧縮加工のためにも銅材の残りの厚さは少なくとも３０μｍ程度が望ましいが、厚過ぎると導体端子部などを構成する突出部の突出量が小さ過ぎて圧縮加工が困難となるので、圧縮加工のために適当な突出量が確保されるような範囲でハーフエッチングを行う。

そして、レジストマスクを剥離する。すると図１（１）に示すように、リードフレーム素材となる銅板１はハーフエッチングされ、導体端子部などを構成する突出部５の表面側や裏面側にはめっき層２が形成され、突出部５は略台形形状となる。これにより、銅板の表裏面に所望の貴金属めっき層が形成され、表面側はハーフエッチング加工により前記めっき層が形成された部分が突出部となるように形成されたリードフレーム素材となる。
なお、この工程までは公知の各種工程により行うことが可能であり、本発明は前記の工程に限られるものではなく、導体端子部などを構成するめっき層が形成された突出部５が図１（１）に示すように略台形形状に形成されていればよい。

この後、プレス機を用いて、めっき層２が形成された導体端子部などを構成する突出部５の上部（表面側）を、プレス機のプレス面３で矢印の方向に圧縮加工し、図１（２）に示すように導体端子部などを構成する突出部５の表面側を横方向に張り出させることで張り出し４を形成し、結果として導体端子部などを構成する突出部５の表面側にくびれが形成されるようにする。なお、図１（２）に示す張り出し４は説明のために若干誇張して図示してある。

また、この圧縮加工の深さ（プレス面の移動距離）は、導体端子部などの形状にもよるが、突出部５の形状がφ０．３ｍｍ程度の大きさの場合は、０．０２ｍｍ前後とする。そしてこの程度の圧縮加工の深さで張り出し４の長さ（くびれ量）は、０．００３ｍｍ〜０．０１ｍｍになる。突出部５の形状が、φ０．３より大きい場合は、圧縮加工の深さは深くし、反対に小さい場合は、浅く設定し、適切な張り出し４が発生するようにその深さをプレス機あるいはプレス機に取り付けた圧縮加工をする金型で調整する。

このような製造方法により、突出部５の表面側が横方向に張り出すようにしたことになるため封止樹脂との密着性が向上し、裏面側をエッチング加工後、封止樹脂から導体端子部などを構成する突出部５が抜け落ちる不具合が生じることが無い半導体素子搭載用リードフレームが得られる。

銅板として、厚さ０．１２５ｍｍの銅材（古河電工製ＥＦＴＥＣ６４−Ｔ）を使用する。この銅材の両面にドライフィルムレジスト（旭化成製２５５８）をラミネートした。

次に、所望のパターンで両面に露光を行い、現像してめっきが必要な部分が開口されたレジストマスクを成形する。

次に、形成したレジストマスクの開口部から露出している銅板にＮｉを１μｍｍ、Ｐｄを０．０７μｍ、Ａｕを０．００３μｍの厚さで順次めっきを施し、めっき層を形成した。

次に、両面のレジストマスクを剥離し、めっき層が形成された銅板の両面に、前記と同じドライフィルムレジストをラミネートし、半導体素子が搭載される表面側は、形成しためっき層より５０μｍ大きいパターンで露光し現像を行い、めっき層より大きいレジストマスクを形成した。そして、反対側の裏面側は、全面を覆うレジストマスクを形成した。

次に、液温４０℃のエッチング液（メック製メックブライト）を用いて、４分間エッチングを行い、表面側から約０．０９ｍｍの深さまで銅板をハーフエッチング加工した後、両面のレジストマスクを剥離した。銅板は一番薄い部分で厚さ０．０３５ｍｍとなった。

その後、プレス機（加圧能力８トン）を使用し、回転数８０ＳＰＭでめっき層が形成された導体端子部表面側を、金型を用いて平面で圧縮加工した。今回の導体端子部の大きさは、φ０．２７ｍｍであったため、圧縮量は２０μｍとした。この圧縮加工により、突出部である導体端子部の表面側部分（銅板表面）を横方向に３〜５μｍ張り出すようにすることができた。

また、同じ形状のものを、圧縮量を５、１０、３０μｍで行った結果、５μｍと１０μｍでは導体端子部に形状の変化がなく張り出すようにすることができなかった。３０μｍでは、導体端子部が一方向に傾いて歪んでしまった。よって、φ０．２７ｍｍ前後の形状の場合、圧縮量は２０μｍ前後が好ましい結果となった。

簡易的に密着性を判断するため、導体端子部の表面側部分が横方向に３〜５μｍ張出した半導体素子搭載用リードフレームを１０シート（１シート当たり導体端子部１００個）と圧縮加工を行っていない半導体素子搭載用リードフレームを１０シート（１シート当たり導体端子部１００個）用いて、半導体素子の搭載とワイヤボンディングを省略して、半導体素子搭載用リードフレームの表面側をエポキシ樹脂により封止した後、裏面側のめっき層をエッチングマスクとして銅板を塩化第二鉄液で導体端子が独立して形成するようにエッチング処理を行い評価サンプルを作製した。

市販されているガムテープに試験サンプルの樹脂側が上になるようにして導体端子部の外部接続端子面を貼り付け、ガムテープを剥がすことで導体端子部が樹脂から抜ける数を比較した結果、圧縮加工を行っていない半導体素子搭載用リードフレームは、４シートに導体端子部の抜けが確認され、本発明の製造方法による半導体素子搭載用リードフレームでは、１シートにのみ端子部の抜けが確認された。

また、圧縮加工後に導体端子部のめっき層の状態を確認したところ、圧縮加工による影響は受けておらず、良好なめっき層が保持されていることが確認された。

１銅板
２めっき層
３プレス面
４張り出し
５突出部

Claims

銅板の表裏面に所望の貴金属めっき層が形成され、表面側はハーフエッチング加工により前記めっき層が形成された部分が突出部となるように形成されたリードフレーム素材を用いて、
前記めっき層が形成された突出部を、前記表面側の前記めっき層表面からプレス加工により圧縮加工し、前記突出部表面側の銅板表面が横方向に張り出されるようにしたことを特徴とする半導体素子搭載用リードフレームの製造方法。
厚さ１００〜２００μｍの銅板の表裏面に所望の貴金属めっき層を形成し、前記銅板の表面側のめっき層を覆うレジストマスクを形成し、裏面側は銅板の全面を覆うレジストマスクを形成し、前記銅板に表面側よりハーフエッチング加工を行い、表面側にめっき層を含む突出部を形成し、前記レジストマスクを除去した後、プレス面で圧縮加工し、前記突出部を前記表面側の前記めっき層の表面から所望の距離圧縮加工することで、前記突出部表面側の銅板表面を横方向に張り出しくびれが形成されるようにしたことを特徴とする半導体素子搭載用リードフレームの製造方法。