JP2017089004A - 接合部材 - Google Patents

Abstract

【課題】 貴金属メッキは必要とせず、Ｎｉメッキするだけで、封止樹脂および銀ペースト樹脂との良好な密着強度（接合強度）、半田との良好な接合強度、濡れ広がり性、および良好なワイヤーボンディング性（ボンディングワイヤーとの接合強度）が得られる新しい構造の接合部材が嘱望されているのが現状である。【解決方法】接合部材の接合部表面に形成したＮｉ電気メッキ層を介して相手材と接合される構造の接合部材であって、該Ｎｉメッキ層のミクロ組織断面の構造が、茎部と花蕾部からなる花蕾野菜状結晶が林立し、該林立する花蕾野菜状結晶の中の一部あるいは全ての結晶の花蕾部が先太に成長をした状態の結晶からなることを特徴とする。前記先太に広がり、林立する花蕾野菜状結晶間に隙間が形成されてなり、接合時、該隙間、あるいは／および該花蕾野菜状結晶の枝と枝の間の隙間に、接合する相手材の流動体が流入してなることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は接合部材に係わり、更に詳しくは、モールド樹脂、銀ペースト樹脂、半田、ボンディングワイヤー等との接合性に優れた接合部材に関するものである。

本発明において接合部材とは、相手材に接合されることで製品として完成される部材全般を意味するものである。たとえば本発明において、半導体装置用リードフレームが最も代表的接合部材で、その時、相手材はモールド樹脂、銀ペースト樹脂、半田、ボンディングワイヤー等である。
本発明の「接合」という用語は、樹脂による接着、はんだ付け、ロー付け、およびワイヤーボンディング等の、全ての接合を包含するものである。

本発明において接合性とは、接合部材と、その相手材との間の接合強度、および接合する相手材が半田、ロー材にあっては、その半田やロー材の、接合部材に対する濡れ性、濡れ広がり性、および接合する相手材が樹脂の場合、外気の水分の浸入を防ぐ気密密着性も意味するものである。

半導体の実装工程で、今日、最も重要視されている特性として、リードフレームと封止樹脂および銀ペースト樹脂との密着強度（接合強度）、半田との接合強度、濡れ広がり性、およびワイヤーボンディング性（ボンディングワイヤーとの接合強度）であり、これらすべてが優れたリードフレームが要求されている。

リードフレームの表面は、まずＮｉメッキされるのが常法である。
半導体装置用リードフレーム素材上のＮｉメッキは、ボンディング性や展延性が必要なことから、従来は、無光沢のＮｉメッキが用いられているが、樹脂、半田、およびボンディングワイヤーとの接合性に問題点があるのが実情である。

リードフレームの半田付け性を改善する従来発明として特許文献１が、そしてモールド樹脂との密着強度を改善する方法として特許文献２に記載された発明がある。

特許文献１に記載された発明は、リードフレーム表面にＮｉメッキ、さらにＮｉメッキの上に、Ｐｄメッキ（Ｎｉ−Ｐｄ）、さらにＰｄメッキの上に、Ａｕメッキ（Ｎｉ−Ｐｄ−Ａｕ）をして半田付け性を改善する方法である。
特許文献１の発明は、Ｎｉメッキの上に更に、貴金属メッキが必須であり、メッキのコストアップが課題である。

特許文献２に記載された発明は、リードフレーム上のＮｉメッキの結晶の配向性を制御することにより、モールド樹脂、Ａｇペースト樹脂との密着強度を改善する方法であるが、半田付け性の改善には、特許文献１の発明と同じくＮｉメッキの上に更に、貴金属メッキが不可欠である。
特許文献１、２の発明は共に、貴金属メッキによるコストアップと、貴金属メッキしても尚かつ、接合強度そのものに問題がある。

かかる観点から、リードフレーム表面に、貴金属メッキは必要とせず、Ｎｉメッキするだけで、封止樹脂および銀ペースト樹脂との良好な密着強度（接合強度）、半田との良好な接合強度、濡れ広がり性、および良好なワイヤーボンディング性（ボンディングワイヤーとの接合強度）が得られる新しいＮｉメッキ技術が嘱望されているのが現状である。

特許第２５４３６１９号 特開平１０−２７８７３号

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、接合部材表面に、貴金属メッキは必要とせず、Ｎｉ電気メッキするだけで、封止樹脂および銀ペースト樹脂との良好な密着強度（接合強度）、半田との良好な接合強度、濡れ広がり性、および良好なワイヤーボンディング性（ボンディングワイヤーとの接合強度）が得られる新しい接合部材を提供することにある。

本発明者は前記課題を解決すべく鋭意研究を行った結果、下記の知見を得た。
すなわち、接合部材の接合部表面にＮｉ電気メッキ層を形成し、このＮｉ電気メッキ層を介して相手材と接合する構造にする時、
このＮｉ電気メッキ層のミクロ組織の断面構造を、下記構造にすることで、貴金属メッキしなくても、貴金属メッキした場合と同等以上の接合特性（濡れ広がり性および接合強度）が得られることが判った。
すなわち、そのメッキ層のミクロ組織の断面構造は、茎部と花蕾部からなる花蕾野菜状結晶が林立する構造で、その結晶の下部は花蕾野菜の茎部状で、上部は花蕾野菜の花蕾部状からなり、その林立する花蕾野菜状結晶の中の一部あるいは全ての結晶の上部が、先太に広がる構造にすることで、貴金属メッキしなくても、貴金属メッキした場合と同等あるいは同等以上の接合特性（濡れ広がり性および接合強度）が得られることが判った。

本発明Ｎｉメッキ被膜は、メッキ被膜の厚さが、０．０５μｍ以上になると、結晶の先端花蕾部が先太に広がり始め、先太結晶が林立するようになり、相手材との接合強度の上昇が特に顕著になるが、本発明Ｎｉ電気メッキ被膜は、いまだ先太に成長していないメッキ初期段階の被膜の状態（０．０１μｍ〜０．０５μｍ未満）でも、前記先太結晶花蕾部の芽の萌芽が認められ、被膜が厚くなるにしたがって、芽が成長して大きくなる。そしてこの萌芽期の状態でも、相手材が半田の場合、貴金属メッキしなくても、貴金属メッキした場合と同等あるいは同等以上の接合強度と半田の濡れ広がり性が得られ、そしてモールド樹脂、銀ペースト樹脂でも、貴金属メッキしなくても、貴金属メッキした場合と同等あるいは同等以上の接合強度が得られることが判った。

なお本発明では、いまだ先太に成長していないメッキ初期段階の被膜の状態を、「先太結晶の萌芽期の状態（あるいは段階）」あるいは「萌芽期の状態（あるいは段階）」と表現した。

そして厚さが０．０５μｍ以上で、結晶の先端花蕾部が先太に広がり始め、花蕾野菜状結晶間に隙間が形成されてなる状態を「先太に成長した状態（あるいは段階）」と表現した。

前記ミクロ組織断面の構造が、前記「先太に成長した段階」で、相手材（モールド樹脂、銀ペースト樹脂、半田、ボンディングワイヤー）と接合した時の接合強度は、前記「先太結晶の萌芽期の状態」のＮｉ電気メッキ被膜と接合した時よりも更に高い接合強度が得られる。
本発明は、これらの知見に基づいてなされたものである。

ブロッコリーは花蕾野菜の代表的なものであるが、本発明Ｎｉ電気メッキ被膜表面を顕微鏡で観察した時、あたかもブロッコリーの森を上から俯瞰した外観になる。

先太に成長した段階で、接合強度が、萌芽期の段階の接合強度よりも更に高くなるのは、相手材の流動体が、隣り合う花蕾野菜状結晶間の隙間（幹と幹の間の隙間）、あるいは／および花蕾野菜の枝と枝の間の隙間に侵入し、隙間が相手材の流動体で埋められ、相手材が固化することで、接合面積の拡大と共に、アンカー効果が生まれて、接合強度がより高くなるものと思われる。

前記したように、メッキ厚さが０．０５μｍ以上になると、結晶の先端花蕾部が先太に広がり始めて前記先太に成長した段階になり、相手材との接合強度の上昇が顕著になるが、メッキ厚さが３０μｍを超えると、Ｎｉメッキの結晶が脆くなり、接合強度が低下するので、メッキ厚さは、３０μｍ以下が好適である。

前記先太結晶の萌芽期の段階は、０．０１〜０．０５μｍ未満の膜厚範囲である。
下限を０．０１μｍにする理由は、０．０１未満のメッキ厚さになると、実際のメッキ工程では、被膜厚さのコントロールが難しくなり、安定的にメッキを行うことが難しくなるためである。したがって下限値は、０．０１μｍが好適である。

前記したように、相手材が半田、モールド樹脂、銀ペースト樹脂の場合、Ｎｉメッキ被膜が「先太結晶の萌芽期の状態」でも、従来のＮｉ電気メッキ被膜に貴金属メッキした場合と同等あるいは同等以上の接合強度が得られるので、相手材が半田、モールド樹脂および銀ペースト樹脂の場合、本発明の好適なＮｉメッキ被膜の厚さ範囲は、０．０１μｍ〜３０μｍとなる。

相手材がボンディングワイヤーの場合は、Ｎｉメッキ被膜は、先太に成長した段階が好適であり、被膜厚さは、０．０５μｍ〜３０μｍの範囲が好適である。

Ｎｉ電気メッキ層は、接合部材に直接メッキして形成しても良いし、あるいは下地に他の金属を被覆して、あるいは必要に応じてＮｉを無電解法、蒸着法等で形成して、この下地層の上にＮｉ電気メッキ層を形成しても良い。

Ｎｉメッキ層の上に、必要に応じて、（Ｐｄ、Ｐｄ合金、Ａｕ、Ａｕ合金、Ａｇ、Ａｇ合金）の中から選択される１種あるいは２種以上の貴金属層を被覆してもよい。Ｎｉメッキ層上の貴金属層は、電解法、無電解法、蒸着法等、いずれの方法で形成しても良い。

ここで相手材の流動体とは、相手材が半田、ロー材にあっては、溶けた融体あるいは軟化した塑性流体を意味し、相手材が樹脂にあっては、溶融樹脂、ペースト状樹脂、あるいは軟化した樹脂の塑性流体を意味し、相手材がボンディングワイヤー等の場合は、溶けた融体あるいは軟化した塑性流体を意味し、その他の材料にあっては、融体、ペースト状、塑性流体のいずれかである。

最適な結晶構造の析出物を得るためには、メッキ液の組成、および電流密度、メッキ液温度、極間距離等のメッキ条件を制御することにより達成できる。

本発明では、Ｎｉの電気メッキ浴中にハロゲンイオンとアンモニアイオンが共存することが必須である。すなわちＮｉ^２＋、ハロゲンイオン、ＮＨ_４ ^＋が必須である。

Ｎｉの電気メッキ液のｐＨは、２〜１０、メッキ温度は常温〜８０℃、陰極電流密度は、０．１〜１０Ａ／ｄｍ^２が好ましい。

メッキ浴組成およびメッキ条件を適正に管理することにより常に一定の結晶構造のメッキ被膜を得ること出来る。

Ｎｉメッキ浴中の、Ｎｉ^２＋の最適濃度は、１〜５０ｇ／Ｌであり、それより少ないと、結晶が脆くなり、それより多いと最適な結晶の出現が難しい。
Ｎｉ^２＋供給塩としては、硫酸ニッケル、塩化ニッケル、スルファミン酸ニッケル、酢酸ニッケル、クエン酸ニッケル等が好ましい。

またハロゲンイオンの最適濃度は、１〜１００ｇ／Ｌが好ましい。それより少ないと結晶が小さくなり、また多すぎると、結晶が脆くなる。
ハロゲンイオン供給塩としては、ＮＨ_４Ｃｌ、ＮＨ_４Ｂｒ、ＮＨ_４Ｆ、ＮＨ_４ＨＦ（酸性フッ化アンモニウム）、ＮａＦ、ＫＣｌ、ＮａＣｌ、ＮｉＣｌ_２、ＮｉＢｒ_２、ＮａＢｒ、ＫＢｒ、ＣａＢｒ_２、ＮａＩ、ＫＩ等が好ましい。

さらにＮＨ_４ ^＋は、１〜１００ｇ／Ｌが好ましい。
多すぎても、少なすぎても本発明の結晶は出現しない。

硼酸等もｐＨ緩衝剤として用いても良い。

本発明接合部材の、最も代表的なものは、半導体装置用リードフレームであり、素材として、純銅、Ｃｕ合金、Ｎｉ−Ｆｅ合金等が用いられるが、本発明では、その他接合に供される全ての金属、合金成分からなる部材全てを包含するものである。

本発明は、半導体装置用リードフレームの様な接合部材を、モールド樹脂、銀ペースト樹脂、半田、ボンディングワイヤー等と接合する際の接合強度、半田濡れ性、濡れ広がり性、および樹脂と接合部材接合部の気密性を顕著に向上させることが出来るものであり、接合部材の軽小化と、その接合部の信頼性の向上およびそのコスト低減に多大な貢献をなすものである。

本発明Ｎｉメッキ層（０．０１、０．０３、１μｍ厚）外観ＳＥＭ写真 本発明Ｎｉメッキ層（１μｍ厚）断面のＳＥＭ写真 モールド樹脂を接合した時の断面のＳＥＭ写真（熱処理なし） 銀ペースト樹脂を接合した時の断面の元素のマッピング写真 半田を接合した時の断面の元素のマッピング写真 ボンディングワイヤーを接合した時の断面の元素のマッピング写真 従来のＮｉメッキ層（ワット浴）外観のＳＥＭ写真 従来のＮｉメッキ層（ワット浴）断面のＳＥＭ写真 従来のＮｉメッキ層（スルファミン酸浴）外観のＳＥＭ写真 従来のＮｉメッキ層（スルファミン酸浴）断面のＳＥＭ写真

以下に本発明の実施の形態を従来方法と対比させて説明する。なお、本実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、本発明がこれのみに限定されるものでないことは勿論である。

実施例１
半田合金とモールド樹脂に対するＮｉメッキ厚さ範囲の検証
接合部材として銅合金素材のリードフレームを使用し、接合部材に接合する相手材として、１種類の半田合金、１種類のモールド樹脂を選択した。

１種類の半田合金は、３％Ａｇ−０．５％Ｃｕ−Ｓｎ（残部）である。
１種類のモールド樹脂は、ビィフェニール型で熱処理無しである。

リードフレーム接合面に形成するＮｉ電気メッキ層の厚さを変えた時の相手材（半田合金、モールド樹脂）との接号強度の変化を調べた。

Ｎｉ電気メッキ層のメッキ厚さは、
０．０１μｍ、０．０２μｍ、０．０５μｍ、１μｍ、１０μｍ、２０μｍ、３０μｍ、４０μｍの８水準で変化させた。
先太結晶の萌芽期の状態が２水準、先太に成長した段階が、６水準である。

リードフレームのＮｉ電気メッキの条件は下記のとおりである。
銅合金素材のリードフレームの表面を常法通り脱脂、酸洗い、活性化処理後、リードフレーム全面に、前記８水準のメッキ厚さのＮｉメッキを施した。
Ｎｉ電気めっきのメッキ浴組成とメッキ条件を表１に示す。

また従来技術と比較するために、従来技術のメッキ法で、１μｍ厚のＮｉ電気メッキ層の表面に、Ａｕメッキ層を１層形成したものと、Ｎｉメッキの表面にＰｄとＡｕを２層メッキした従来技術品も作成した。

前記メッキ厚さの異なる８種類のリードフレームに、半田合金、モールド樹脂（封止用樹脂）を接合して、接合強度の測定を行った。また前記貴金属を１層、２層メッキしたリードフレームにも半田合金、モールド樹脂（封止用樹脂）を接合して、従来技術との接合強度の比較を行った。

モールド樹脂の接合強度は、熱処理無しの場合について測定した。
モールド樹脂の接合強度は、シェアー強度（Ｎ，ニュートン）を測定した。
測定に用いたチップの設置面積は、２ｍｍ×２ｍｍ（＝４ｍｍ^２）である。
半田合金との接合強度の測定結果を表２に、モールド樹脂との接合強度の測定結果を表３に示す。

表２、表３の比較例は、従来技術のメッキ方法でＮｉメッキ層のみ被覆した場合であり、Ｎｉメッキ浴はスルファミン酸浴を用いた。
表２、表３の比較例に使用したスルファミン酸浴組成とメッキ条件を表１２に示す。メッキ条件は、５０℃、５Ａ／ｄｍ２で、銅合金素材のリードフレームに前記８水準のメッキ厚さでメッキした。

表２、表３より、Ｎｉメッキ層の厚さが０．０５μｍ以上（先太に成長した段階）になると、半田合金、モールド樹脂、いずれの場合でも、比較例に比較して、極めて高い強度が得られることを確認できた。
また３０μｍを越える厚さになると、接合強度の低下が激しくなることを確認できた。

また更に表２、表３より、本発明Ｎｉメッキ被膜は、先太結晶の萌芽期の状態（０．０１〜０．０５μｍ未満厚さ）の場合でも、比較例の場合に比較して、極めて高い強度が得られることが判る。そして更に、従来のＮｉメッキの上に、更に貴金属層を１層、２層メッキした場合（従来技術品）と同等以上の接合強度を有しているということであり、貴金属メッキすることなしに、貴金属メッキした従来技術品と同等以上の接合性が得られることが確認できた。

実施例２
ボンディングワイヤーと銀ペースト樹脂に対するメッキ厚さ範囲の検証
接合部材として銅合金素材のリードフレームを使用し、接合部材に接合する相手材として、ボンディングワイヤー、銀ペースト樹脂を選択した。
ボンディングワイヤーは、φ１００μｍのアルミ線である。

実施例１と同様に、リードフレーム接合面に形成するＮｉ電気メッキ層の厚さを変えて相手材（ボンディングワイヤー、銀ペースト樹脂）と接合して、接号強度の変化を調べた。

Ｎｉ電気メッキ層のメッキ厚さは、
０．０１μｍ、０．０２μｍ、０．０５μｍ、１μｍ、１０μｍ、２０μｍ、３０μｍ、４０μｍの８水準で変化させた。
先太結晶の萌芽期の状態が２水準、先太に成長した段階が、６水準である。
リードフレームのＮｉ電気メッキの条件は実施例１と同じである。

また実施例１と同様に、本発明と従来技術を比較するために、従来技術のメッキ法で、１μｍ厚さのＮｉ電気メッキ層の表面に、Ａｕメッキ層を１層形成したものと、Ｎｉメッキの表面にＰｄとＡｕを２層メッキした従来技術品も作成し、それぞれボンディングワイヤー、銀ペースト樹脂と接合して、接合強度の測定を行った。

測定に用いたチップの設置面積は、２ｍｍ×２ｍｍ（＝４ｍｍ^２）である。
ボンディングワイヤーとの接合強度の測定結果を表４に、銀ペースト樹脂との接合強度の測定結果を表５に示す。

表４、表５の比較例は、従来技術のメッキ方法でＮｉメッキ層のみ被覆した場合であり、Ｎｉメッキ浴はスルファミン酸浴を用い、メッキ条件は、実施例１と同じである。

表４、表５より、Ｎｉメッキ層の厚さが０．０５μｍ以上（先太に成長した段階）になると、ボンディングワイヤー、銀ペースト樹脂、いずれの場合でも、比較例に比較して、極めて高い強度が得られることを確認できた。
また３０μｍを越える厚さになると、接合強度の低下が激しくなることを確認できた。

また更に表５より、銀ペースト樹脂との接合の場合、本発明Ｎｉメッキ被膜は、先太結晶の萌芽期の状態（０．０１〜０．０５μｍ未満厚さ）の場合でも、比較例の場合に比較して、極めて高い強度が得られる。そして更に、従来のＮｉメッキの上に、更に貴金属層を１層、２層メッキした場合（従来技術品）と同等以上の接合強度を有していることが判る。
本発明は、貴金属メッキなしで、従来方法と同等以上の接合性が得られることが確認できた。

また更に表４より、ボンディングワイヤーとの接合の場合、本発明Ｎｉメッキ被膜は、先太結晶の萌芽期の状態の場合には、従来技術品より劣っていた。

従ってボンディングワイヤーの場合は、メッキ厚が０．０５μｍ以上の先太に成長した段階のＮｉ被膜が好適であることが確認できた。

実施例３
貴金属メッキした従来技術品との比較
接合部材として実施例１、２と同じ銅合金素材のリードフレームを使用。
接合部材（リードフレーム）に接合する相手材として、２種類の半田合金、２種類のモールド樹脂、１種類の銀ペースト樹脂、および２種類のボンボンディングワイヤーを選択した。

２種類の半田合金は、
３％Ａｇ−０．５％Ｃｕ−Ｓｎ（残部）、
１％Ａｇ−０．７％Ｃｕ−２％Ｂｉ−Ｓｎ（残部）である。

２種類のモールド樹脂は、低応力型とビィフェニール型である。

２種類のボンディングワイヤーは、１００μｍφのアルミ線、２５μｍφの金線である。

接合部材接合面に形成するＮｉメッキ層の厚さは、１μｍとし、Ｎｉ層単独のリードフレーム、Ｎｉ電気メッキ層の上に、更にＡｕメッキ層を形成した２層構造のリードフレーム、Ｎｉ電気メッキ層の上にＰｄメッキ層、Ｐｄメッキ層の上に更にＡｕメッキ層形成の３層構造のリードフレーム、以上３種類のリードフレームを作製した。
また半田濡れ広がりテストでは、先太結晶の萌芽期の状態の濡れ広がり性を測定するために、Ｎｉ層厚さ０．０１μｍ、０．０３μｍのリードフレームも作製した。

Ｎｉ電気メッキ層の上にＡｕメッキ層形成の２層構造の場合は、１μｍ厚さのＮｉメッキ層の上に、０．０５μｍ厚さのＡｕメッキ層を形成した。
Ｎｉ電気メッキ層の上にＰｄメッキ層、Ｐｄメッキ層の上に更に、Ａｕメッキ層形成の３層構造の場合は、１μｍ厚さのＮｉメッキ層の上に、０．１μｍ厚さのＰｄメッキ層を形成し、Ｐｄメッキ層の上に、０．０１μｍ厚さのＡｕメッキ層を形成した。

リードフレームのＮｉ電気メッキの浴組成およびメッキ条件は実施例１と同じである。

表１に示したメッキ浴組成およびメッキ条件で、０．０１、０．０３、および１μｍ厚さＮｉメッキした時の、メッキ層表面外観のＳＥＭ写真を図１に示す。
１μｍ厚Ｎｉ層断面のＳＥＭ写真を図２に示す。
倍率は、図１は１００００倍、図２は３００００倍である。

また本発明と比較のために、従来技術でＮｉメッキ後、更に、Ｎｉ層の上に、前記した条件で、Ａｕメッキしたリードフレーム、およびＮｉ層の上に、Ｐｄメッキし、Ｐｄの上に、更に、Ａｕメッキした前記３種類の構造のリードフレームも作製した。

前記３種類のリードフレームに、モールド樹脂（封止用樹脂）を接合して、接合強度の測定を行った。

テストに供したモールド樹脂は、低応力のモールド樹脂、およびビィフェニール型モールド樹脂の２種類である。

接合強度は、熱処理有りの場合、熱処理無しの場合について測定した。
熱処理有りの場合の熱処理条件は、１７５℃×６０分で加熱後、更に３５０℃×５分加熱した。
接合強度は、シェアー強度（Ｎ，ニュートン）を測定した。
測定に用いたチップの設置面積は、２ｍｍ×２ｍｍ（＝４ｍｍ^２）である。
接合強度の測定結果を表６に示す。また併せて、モールド樹脂（熱処理無し）とメッキ層の接合部断面のＳＥＭ写真を図３に示す。
倍率は１００００倍である。

表６の比較例は、銅、銅合金基材のリードフレームの表面に、従来から使用されているワット型Ｎｉメッキ浴で１μｍ厚さ、Ｎｉ電気メッキしただけの場合（貴金属メッキなし）の接合強度である。
比較例のＮｉメッキ後の外観ＳＥＭ写真は図７に、断面ＳＥＭ写真は図８に示す。
比較例に使用したワット型Ｎｉメッキ浴組成とメッキ条件を表１１に示す。
数値はリードフレームと樹脂間のシェアー強度（Ｎ）を示す。

ＳＥＭ写真の解析結果と接合強度の測定結果
図１の外観ＳＥＭ写真から判るように、本発明Ｎｉメッキ被膜は、先太に成長していない「先太結晶の萌芽期の段階」の被膜（０．０１、０．０３μｍ）でも、先太結晶花蕾部の芽の萌芽が認められ、被膜が厚くなるにしたがって、芽が成長して大きくなることが判る。
先太に成長した段階（１μｍ厚さ）のＮｉメッキ層の結晶は、花蕾野菜状の結晶が林立した花蕾野菜の森を上から俯瞰した時のような外観をしており、そして個々の花蕾野菜状結晶の断面構造は、図２の断面ＳＥＭ写真から判るように、茎部と花蕾部からなる突起形状で、突起上部の花蕾部は、ほぼ半数以上が先太形状である。

結晶断面の全体構造は、これらの突起が林立した構造になっており、隣同士の突起間には隙間が存在し、これらの隙間は、入り組んだ入江状の隙間構造を形成している。そして先太結晶部の隙間は、入江の入り口側が奥側よりも細く絞られる構造になっている。

樹脂を接合すると、図３の断面写真から判るように、隣同士の結晶の隙間、および結晶の枝と枝の隙間に、樹脂の流動体が入りこんで固化した構造になる。

表６の結果から、本発明は従来技術に比較して、モールド樹脂との接着強度が極めて優れていることが判る。

強度が顕著に向上する理由は、図２、図３の写真と図７、８の写真を比較して判るように、
本発明結晶では、モールド樹脂が、Ｎｉメッキ層の花蕾野菜状結晶の複雑な入江状の隙間に入りこんで固化し、そして更に、先太結晶部の入江に入り込んだ樹脂は、入り口側を細く狭められたタコツボのような入江の中で固化するために、最早、抜去できないような構造になっている。
この複雑な入江状、タコツボ状アンカー構造が、本発明の接着強度（モールド樹脂との）を高くする最大の要因であろう。

また先端花蕾部の表面は表面積が著しく拡大しており、この表面積の拡大が、メッキ層と樹脂との接合面積を比較例よりも著しく拡大し、これも接着強度を高くする要因であろう。

表６の結果より、
本発明のＮｉメッキ被膜は、本発明Ｎｉ電気メッキ層の上に、更にＡｕメッキ層を形成した２層構造の場合および本発明Ｎｉ電気メッキ層の上に、Ｐｄメッキ層、Ｐｄメッキ層の上に更にＡｕメッキ層形成の３層構造の場合と、接合強度はほぼ同等であることが判る。
つまり、本発明のＮｉメッキ被膜は、貴金属メッキしなくても、貴金属メッキした場合と同等程度の接合強度（モールド樹脂との）が得られ、貴金属メッキは、敢えて必要としないことが判る。

また表６の結果より、
本発明Ｎｉメッキ被膜を、従来方法のＮｉメッキ上に、更に貴金属を１層、２層メッキした従来技術と比較した時、本発明Ｎｉメッキ被膜は貴金属メッキしなくても、低応力型で従来技術の１０倍以上、ビィフェニール型で従来技術の２倍以上の接合強度を有しており、本発明のＮｉメッキ被膜は、従来技術に比べて極めて高い接合強度（モールド樹脂との）を有していることが判る。

次に前記３種類のリードフレームに、銀ペースト樹脂を接着して、接合強度の測定を行った。ペーストキュア条件は、
１６０℃×６０分後、ダイシェアー強度２５０℃で測定した。
接合強度は、ダイシェアー強度（ｋｇｆ）を測定した。
測定に用いたチップの設置面積は、２ｍｍ×２ｍｍ（＝４ｍｍ^２）である。
接合強度の測定結果を表７に示す。また併せて、銀ペースト樹脂とメッキ層の接合部断面の元素のマッピング写真を図４に示す。倍率は１００００倍である。

表７の比較例は、表６の比較例と同じく、従来から使用されているワット型Ｎｉメッキ浴で１μｍ厚さ、Ｎｉ電気メッキしただけの場合（貴金属メッキなし）の接合強度である。
数値はリードフレームと樹脂間のダイシェアー強度（ｋｇｆ）を示す。

表７の結果から次のことが判る。
すなわち本発明Ｎｉメッキ被膜は、表６の場合と同じく、従来方法のＮｉメッキ上に、更に貴金属を１層、２層メッキした従来技術の２．６〜２．９倍の接合強度を有しており、本発明Ｎｉメッキ被膜は、敢えて貴金属メッキしなくても、従来技術に比べて極めて高い接合強度（銀ペースト樹脂との）を有していることが判る。

なお本発明Ｎｉメッキ被膜に、更に貴金属を１層、２層メッキしても、最大２０％程度のアップに過ぎないものであり、あえて貴金属メッキは必要としないことが判る。

強度が顕著に向上する理由は、図２、図４の写真と図７、８の写真を比較して判るように、本例の場合も、モールド樹脂の場合と同じく、複雑な入江状、タコツボ状アンカー構造と接合面積の拡大が接着強度を高くする最大要因であろう。

次に半田濡れ広がりテストの測定結果を表８に、半田の接合強度の測定結果を表９に示す。また併せて、半田とＮｉメッキ層の接合部断面の元素のマッピング写真を図５に示す。倍率は１００００倍である。

表８の従来技術で用いたＮｉメッキはスルファミン酸浴を用いた。
表８の従来技術に使用したスルファミン酸浴組成とメッキ条件を表１２に示す。
メッキ条件は、５０℃、５Ａ／ｄｍ２で、１ミクロンのメッキである。
表８の従来技術の、スルファミン酸Ｎｉメッキ後の外観のＳＥＭ写真は図９に、断面のＳＥＭ写真は図１０に示す。

表８の半田濡れ広がり性の評価方法
１ それぞれの組成の半田ペレットを、それぞれのメッキ層に乗せて、３５０℃のオーブ ンに６０秒放置後の半田の広がりを測定した。
２ 広がり１００％とは、元の半田ペレットと同じ面積であり、
広がり２００％とは、元の半田の２倍の面積まで広がったことを示す。
３ フラックスは使用していない。

表８の結果より、
本発明Ｎｉメッキ被膜は、先太結晶の萌芽期の状態から先太に成長した状態まで、貴金属メッキしなくても、貴金属メッキした場合と同等の半田濡れ広がり性を有していることが判る。
このことからも、本発明においては敢えて貴金属メッキは必要としないことが判る。

また従来方法のＮｉメッキ被膜（１μｍ厚さ）に、貴金属を１層、あるいは２層メッキした場合よりも、本発明はＮｉ被膜単独で、３倍以上の半田濡れ広がり性を有しており、本発明Ｎｉメッキ被膜には、敢えて貴金属メッキは必要としないことが判る。

表９の従来技術で用いたＮｉメッキのスルファミン酸浴組成とメッキ条件を表１２に示す。
メッキ条件は、５０℃、５Ａ／ｄｍ２で、１ミクロンのメッキである。

表９の半田接合強度の評価方法
半田接合強度の測定は、メッキ膜上の２ｍｍ×２ｍｍ＝４ｍｍ^２の面積区域に、半田付け後、垂直方向に引張って強度を測定した。

表９の結果から、本発明Ｎｉメッキ被膜は、従来方法のＮｉメッキ上に、更に貴金属を１層、２層メッキした従来技術の、１．６〜１．８倍の接合強度を有しており、本発明Ｎｉメッキ被膜は、敢えて貴金属メッキしなくても、従来方法に比べて極めて高い半田接合強度を有していることが判る。

強度が顕著に向上する理由は、図５の接合部断面の元素のマッピング写真から判るように、半田がＮｉメッキ層の複雑な入江状、タコツボ状隙間の中に侵入、固化したことによるアンカー効果および接着面積の拡大が、本発明の接合強度を高くする最大の要因であろう。

次に表１０にボンディングワイヤーの接合強度の測定結果を示す。
倍率は１０，０００倍である。

表１０の従来技術で用いたＮｉメッキはスルファミン酸浴を用いた。
表１０の従来技術に使用したスルファミン酸浴組成とメッキ条件を表１２に示す。
メッキ条件は、５０℃、５Ａ／ｄｍ２で、１ミクロンのメッキである。

ボンディングワイヤーとＮｉメッキ層の接合部断面のＳＥＭ写真を図６に示す。

表１０のボンディングワイヤー接合強度の評価方法
１）φ１００μｍのアルミ線、φ２５μｍの金線を用いて、ボンディング後に引張試験を 行い、破壊された場所と強度を測定した。
２）破壊モード
Ａ：アルミ線が切れた、金線が切れた
Ｂ：メッキの表面でＡｌ線面、金線面が剥がれた
Ｃ：リードフレームの面より剥がれた

表１０の結果から、本発明Ｎｉメッキ被膜は、従来方法のＮｉメッキ上に、更に貴金属を１層、２層メッキした従来技術に比較して、アルミ線では、１．２〜１．５倍の接合強度、金線では、同等の接合強度を有しており、本発明Ｎｉメッキ被膜は、敢えて貴金属メッキしなくても、従来方法と同等に使用できることが判明した。

なおワイヤーボンディングの場合は、モールド樹脂、銀ペースト樹脂、半田の場合と異なり、本発明Ｎｉメッキ層の上に更に貴金属を１層、２層メッキすることで、接合強度が４倍以上高くなり、破壊モードもＡランクに昇格し、接合部の信頼性が向上するので、必要に応じて、Ｎｉメッキ層の上に更に貴金属を１層、２層メッキすることは有効である。

図６の接合部断面の元素のマッピング写真から、ボンディングワイヤーのＡｌの流動体が、先太花蕾状結晶間の隙間、および結晶の下部隙間に流れ込んで下部茎部を埋め込んでいる状態が観察できる。
このことから、ボンディングワイヤーの場合でも、前記した場合と同じように強力なアンカー効果が発現されて、強度が顕著に向上することがうかがえる。

軽小化する半導体装置のリードフレームの分野で多くの需要が期待できる。
また、その他一般的な接合部材の分野でも多く利用されることが期待できる。

１…接合部材 ２…Ｎｉメッキ層
３…花蕾野菜状結晶 ４…茎部
５…先太花蕾部 ６…樹脂層
７…銀ペースト樹脂層 ８…半田層
９…ボンディングワイヤー層

Claims (11)

1. 接合部材の接合部表面に形成したＮｉ電気メッキ層を介して相手材と接合される構造の接合部材であって、該Ｎｉメッキ層のミクロ組織断面の構造が、
   茎部と花蕾部からなる花蕾野菜状結晶が林立し、該林立する花蕾野菜状結晶の中の一部あるいは全ての結晶の花蕾部が先太に成長をした状態の結晶からなることを特徴とする接合部材。
2. 接合部材の接合部表面に形成したＮｉ電気メッキ層を介して相手材と接合される構造の接合部材であって、該Ｎｉメッキ層のミクロ組織断面の構造が、
   茎部と花蕾部からなる花蕾野菜状結晶が林立し、該林立する花蕾野菜状結晶の、該花蕾部が先太に成長する前の萌芽期の状態の結晶からなることを特徴とする接合部材。
3. 前記先太に広がり、林立する花蕾野菜状結晶間に隙間が形成されてなり、接合時、該隙間、あるいは／および該花蕾野菜状結晶の枝と枝の間の隙間に、接合する相手材の流動体が流入してなる請求項１に記載の接合部材。
4. 前記萌芽期の状態の結晶表面に、接合する相手材の流動体が濡れて、広がって接合されてなる請求項２に記載の接合部材。
5. 前記Ｎｉ電気メッキ層の厚さが、０．０５μｍ〜３０μｍである請求項３に記載の接合部材。
6. 前記Ｎｉ電気メッキ層の厚さが、０．０１μｍ〜０．０５μｍ未満である請求項４に記載の接合部材。
7. 前記Ｎｉ電気メッキ層を形成する電気メッキ浴の組成が、浴中にハロゲンイオンとアンモニアイオンが共存してなる浴組成からなることを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載の接合部材。
8. 前記Ｎｉ電気メッキ浴の中の、Ｎｉ^２＋の濃度が、１〜５０ｇ／Ｌ、かつハロゲンイオンの濃度が、１〜１００ｇ／Ｌ、ＮＨ_４ ^＋が、１〜１００ｇ／Ｌであることを特徴とする請求項７に記載の接合部材。
9. 前記接合部材が半導体装置用リードフレームであって、接合する相手材が、半田、モールド樹脂、銀ペースト樹脂のいずれかである請求項３〜４のいずれかに記載の接合部材。
10. 前記接合部材が半導体装置用リードフレームであって、接合する相手材が、ボンディングワイヤーである請求項３に記載の接合部材。
11. 前記接合部材のＮｉメッキの上に、（Ｐｄ、Ｐｄ合金、Ａｕ、Ａｕ合金、Ａｇ、Ａｇ合金）の中から選択される１種あるいは２種以上の貴金属を積層して被覆されてなる請求項１０に記載の接合部材。