JP2017092247A - 樹脂付リードフレーム基板 - Google Patents
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Abstract
【課題】ボンディングワイヤに対して、良好な接続強度を示す樹脂付リードフレーム基板を提供すること。【解決手段】樹脂付リードフレーム基板は、金属平板を厚み方向に、一部もしくは全てを除去して、素子を搭載するダイパッド及び素子と電気的導通をとるための電極パッドを含む所定の配線パターンを形成することによって得られるリードフレームと、リードフレームの金属を除去した部分を埋める絶縁樹脂とを含み、ダイパッドの素子を搭載する側と同じ片面においてリードの表面の粗度が、Ｒｚ（十点平均粗さ）において、１μｍ以上５μｍ以下の範囲にある。【選択図】図２
Description
本発明は、半導体素子を実装するための半導体基板に関し、とくには、リードフレーム型基板およびその製造方法に関する。
ウェハープロセスで製造される各種のメモリー、ＣＭＯＳ、ＣＰＵ、ＦＰＧＡ等の半導体素子は、電気的接続用端子を有する。その電気的接続用端子のピッチと、半導体素子が装着されるプリント基板側の接続部のピッチとは、工法の違いから、そのスケールが１〜２桁ほど異なる。そのため、インターポーザーと称されるピッチ変換のための仲介用基板（半導体素子実装用基板）が使用される。このインターポーザーの一方の面に、半導体素子を実装し、他方の面もしくは基板の周辺部で、プリント基板との接続がとられる。インターポーザーは、内部もしくは表面に金属リードフレームを有しており、リードフレームにより電気的経路を引き回して、プリント基板との接続を行う外部接続端子のピッチを拡張している。
図７に、従来技術に係るリードフレーム基板を用いたインターポーザーの一例として、ＱＦＮ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｎｏｎ−ｌｅａｄｅｄ）式リードフレームの構造を模式的に示した。図７の（ａ）に示すように、銅、アルミニウムなどの金属からなるリードフレームの中央部に、半導体素子１１を搭載する平坦部１２を設け、外周部にピッチの広いリード４を配設したものであり、リード４と半導体素子１１の電気的接続用端子との接続には、金線などのメタルワイヤー１３によるボンディング法を使用したものである。
なお、図７の（ａ）、図７の（ｂ）中の保持材１４は、リードフレームを保持するもので、封止樹脂１７による封止後に図７の（ｃ）に示すように、除去される。しかし、図７のインターポーザーでは、電気的接続が半導体素子１１の外周部とリードフレームの外周部とでしか行えないので、端子数が多い半導体基板には不向きといえる。
プリント基板とインターポーザーとの接続は、端子数が少ない場合には、インターポーザーの外延部の取り出し電極１５に、金属ピンを装着して行われる。また、端子数が多い場合には、半田ボールを外周部分の外部接続端子にアレイ状に配置（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）する。プリント基板側の接続ピッチは５００μｍ程度と広く、半田量も多いので、Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙは、安定した高信頼性の接続が可能である。
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面積が狭く端子数が多い半導体素子に対しては、電気的経路が１層のインターポーザーではピッチの変換が困難なので、電気的経路を有する層を２層、３層と多層、積層化している。面積が狭く端子数が多い半導体素子の場合は、半導体素子の接続端子は、半導体素子の底面にアレイ状に配置して形成されることが多い。そのため、インターポーザー側の外部接続端子も同一なアレイ状の配置として、インターポーザーとプリント基板との接続には微小な半田ボールを用いるフリップチップ接続方式が採用される。インターポーザー内の配線は、上部から垂直方向にドリルあるいはレーザーで窄孔し、孔内に金属メッキを行うことによって上下の電気的導通がなされる。この方式のインターポーザーでは、外部接続端子のピッチは１５０〜２００μｍ程度まで微細化できるため、接続端子数は稼げるが、接合の信頼性や安定性は低下し、高い信頼性が要求される車載用などには向いていない。
こうしたインターポーザーは、使用する材料や構造により、リードフレーム部分が保持される基材がセラミックのもの、あるいはＰ−ＢＧＡ（Ｐｌａｓｔｉｃ Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）、ＬＧＡ（Ｌａｎｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）などのように、基材が有機物のものなど数種類あり、目的に応じて使い分けられている。
いずれの場合であっても、半導体素子の小型化、多ピン化、高速化に対応して、インターポーザーの半導体素子との接続部のファインピッチ化及び高速信号対応が進んでいる。微細化の進展を考慮すると、端子部分のピッチは、８０μｍ〜１００μｍが必要である。
導通部兼支持部材でもあるリードフレームの配線パターンは、薄い金属板をエッチングして、いわゆるフォトエッチング法で形成されるが、安定したエッチング処理とその後の加工での基材のハンドリングを容易にするには、金属板は２００μｍ程度の厚さを有することが望ましい。また、ワイヤボンディングの際に十分な接合強度を得るには、一定程度の金属層の厚みと、ランド面積が必要となる。これら双方の点を考慮すると、金属板の厚みとして２００μｍ以上が望ましい。
図８は、従来技術に係るリードフレーム型基板の製造工程を模式的に示したものである。まず、裏面１８にポリイミドテープからなる保持材１４を貼り付けたリードフレーム（図８の（ａ））の所定箇所に半導体素子１１を固定用樹脂１６もしくは、固定用テープで固定する（図８の（ｂ））。その後、ワイヤボンディングを行い（図８の（ｃ））、トランスファーモールド法で複数のチップ（半導体素子１１）を一括で封止樹脂１７により樹脂モールドする（図８の（ｄ））。最後に、外装加工を施し（図８の（ｅ））、個々に切断、断裁して完成品となる（図８の（ｆ））。リードフレームの裏面１８（半導体素子が搭載される面とは反対側の面）を被覆するポリイミドテープからなる保持材１４は、リードフレームの裏面１８がプリント基板との接続面となる場合、モールド時に封止樹脂１７がリードフレーム裏面１８の接続端子面に回りこみ付着しないようにするため不可欠である。しかしながら、最終的にはポリイミドテープからなる保持材１４は不要であるので、モールド加工をした後は、取り外して捨てることになる。そのため、リードフレームを保持材１４に貼り付けてインターポーザーを製造する方法は、コストがかかるという問題を抱えていた。
それを解決する方法として、特許文献１にあるような構造のリードフレーム型基板が挙げられる。この基板は、金属板の両面にパターンエッチング、ハーフエッチング等を用いて、凹凸あるいは貫通孔を空け、そこに絶縁性樹脂を成型して作るリードフレーム型基板である。
この構造の基板であれば、絶縁性樹脂が、配線パターンを支持する機能をもつため、ポリイミドテープを貼付する必要がなく、コストダウンを実現できる。
上記のような構造の基板の作製方法として、以下のようなものがある。図９には１ピース分のリードフレームの主面側（ａ）及び裏面側（ｂ）のレジストパターンを示し、図１０及び図１１には隣接する９ピース分のリードフレームの主面側及び裏面側のレジストパターンを示す。エッチングしない部分２５は黒色、フルエッチングする部分２６は白色、ハーフエッチングする部分２７はハッチングで示す。まず、金属板の主面に、図９の（ａ）、図１０に示すような、ダイパッド７、吊りリード１９、リード４、タイバー２０のパターンを感光性レジスト、ドライフィルム等にて形成する。さらに、金属板の裏面には、図９の（ｂ）、図１１に示すような、ダイパッド裏面８、電極パッド５のパターンを感光性レジスト、ドライフィルム等にて形成する。この際、金属板裏面の電極パッド５のパターンは、主面のリード４の位置に一部が重なるように形成され、多くの場合は、リード４の一端の裏側になる。図９に示す基材ピースのように、ダイパッド７が中央に位置して、リード４がその付近から放射状に外側にのびる構造の場合は、電極パッド５は、リード４の最も外側の位置の裏面に形成される場合が多い。
次にエッチング等により、金属板の一部を除去するが、この際に、エッチング強度、時間などを適正に設定することにより、リード４、吊りリード１９、タイバー２０など、片面にのみレジストパターンがあり、反対面には、レジストパターンがない部分に関しては、エッチングによって金属がすべて除去されて貫通をしないように、ハーフエッチングにとどめることが必要である。
次にエッチングされた金属板の金属除去部を絶縁樹脂９にて埋める。図１２には、トランスファーモールド工法による樹脂充填を説明する図を示す。埋める方法として最も好適なものは、上記金属板を、上金型２１と下金型２２とで挟み、型締めしたうえで、固形樹脂を過熱溶融させた状態２３で金型内に流し込み、金属板の金属除去部と金型内壁とが作るキャビティ部を満たすようにしてから、絶縁樹脂９を固化させるという、いわゆるトランスファーモールド工法が挙げられる。
図１３には、トランスファーモールド工法での樹脂バリ発生を説明する図を示す。トランスファーモールド工法においては、金型と金属板とが密着している場合、その間には絶縁樹脂９が浸入しないのが理想であるが、実際には僅かな隙間から、ごく僅かに浸入し、バリ２４となるのが通常である（図１３の（ｂ））。それについては、絶縁樹脂９を充填、固化した後に、物理的あるいは化学的方法あるいは、その組み合わせによって除去するのが通常である。その結果として得られた樹脂付リードフレーム基板の主面と裏面とにおいて、金属表面と絶縁樹脂９の表面とは同じ高さとなり、同一の平面を形成する（図１３の（ｃ））。
続いて、後にワイヤボンディングで素子と接続できるように、リードフレーム基板のリードのみ、もしくは全体にメッキ加工を施す。メッキとしては、用途によって、銀メッキ、金メッキ、ニッケルメッキ、パラジウムメッキ、あるいはその組み合わせなどが適宜選択される。
特許文献２には、Ｃｕ系金属材料を母材として母材の表面に順次、Ｎｉ−Ｐメッキ膜、母材表面よりも粗化された粗化Ｎｉメッキ膜が形成され、表面は、比表面積が１．２〜１．８かつ表面粗さＲａが５０ｎｍ〜１５０ｎｍであるリードフレーム基板が開示されている。
ところで、上記のようにして形成した樹脂付リードフレーム基板に対しては、将来的に、その素子搭載部に素子を実装し、素子の端子と基板の端子との間を、ワイヤボンディングなどで接続して導通をとり、素子を搭載した面に封止樹脂成型を行い、素子、ボンディングワイヤを樹脂内に封入したうえで、固めてしまう。こうすることによって、素子、ボンディングワイヤなどを、破損、腐食などから守ることができ、その後のマザーボードへの二次実装の際の基板の取り扱いを容易にできる。
その際に重要となるのが、ワイヤボンディングによる接続の際の、基板とワイヤとの密着である。この密着が不十分であると、接続不良、断線を引き起こす。
基板とワイヤとの密着に関しては、樹脂付リードフレーム基板の端子部の最表面にあたるメッキ面の品質、形状が、非常に大きな影響を持つ。しかし、下地金属の拡散を防止したり、メッキ最表面の上の汚染を防止したりと、メッキ面の品質向上についての対策は、各種講じられているが、メッキ面の形状については、十分な対策が取られていないのが現状である。
本発明は、上記の問題点を鑑みて考案されたもので、とくに最も一般的である金等を用いたボンディングワイヤに対して、良好な接続強度を示す樹脂付リードフレーム基板を提供することを目的とする。
上記課題を解決するための本発明の一局面は、金属平板を厚み方向に、一部もしくは全てを除去して、素子を搭載するダイパッド及び素子と電気的導通をとるリードを含む所定の配線パターンを形成することによって得られるリードフレームと、リードフレームの金属を除去した部分を埋める絶縁樹脂とを含み、ダイパッドの素子を搭載する側と同じ片面においてリード表面の粗度が、Ｒｚにおいて、１μｍ以上５μｍ以下の範囲にある、樹脂付リードフレーム基板である。
本発明によれば、樹脂付リードフレームリードとワイヤとの接続強度を向上させて、半導体パッケージの実装信頼性を高めることが可能な樹脂付リードフレーム基板を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る樹脂付リードフレーム基板は、金属平板を厚み方向に、一部もしくは全てを除去して、素子を搭載するダイパッド及び素子とボンディングワイヤ（以下、単にワイヤという）を用いて電気的導通をとるリードを含む所定の配線パターンを形成することによって得られるリードフレームと、リードフレームの金属を除去した部分を埋める絶縁樹脂とを含み、ダイパッドの素子を搭載する側と同じ片面においてリード表面の粗度が、Ｒｚ（十点平均粗さ）において、１μｍから５μｍの範囲にある。
図１には、従来技術に係る樹脂付リードフレーム基板のリードにワイヤボンディング加工した図を、図２には、第１の実施形態に係る樹脂付リードフレーム基板のうち、ニッケルメッキ層を粗化したもののリードにワイヤボンディング加工した図を、図３には、ニッケルメッキ層の粗化が大きすぎて、期待する効果が得られていない、樹脂付リードフレーム基板のリードにワイヤボンディング加工した図を示す。いずれも、リードフレームを形成する金属基材１上に、ニッケルメッキ層２９、パラジウムメッキ層３０、及び金メッキ層３１が形成され、金メッキ層３１上にはワイヤボンディング部２８が形成されている。一般的に、ワイヤボンディング接続に対しては、樹脂付リードフレーム基板のリードの表面は、図１に示すように、平滑であるほうが、接続強度の面で有利であるとされるが、柔軟性のある金ワイヤに関しては、実施形態に係る樹脂付リードフレーム基板のようなリードの表面形状のほうが、図２に示すように、接続面積の増大、アンカー効果などによる接続強度の増大が期待できる。ただし、リード表面の凹凸の大きさによっては、図３に示すようにワイヤの太さとマッチせず、かえって接続強度を下げることになるため、標準的なワイヤの太さの下において、良好な接続強度の増大効果を発揮するリード表面の凹凸として、表面粗度で表現し、Ｒｚ（十点平均粗さ）が１μｍ以上５μｍ以下と規定した。
また、このような樹脂付リードフレーム基板においては、リードは、基材金属層の表面にメッキ層が形成された多層構造になっており、該基材金属層の表面粗度が、Ｒｚ（十点平均粗さ）において、１μmから５μmの範囲にあってもよい。
図４には、金属基材を粗化した上にメッキ加工したもののリードにワイヤボンディング加工した樹脂付リードフレーム基板を示す。リードの表面に適切な凹凸を形成するために、リードフレームの基材となる金属の上にメッキ層を形成する際に、粗化メッキ等の手法により、メッキ最表面に凹凸を形成してもよいが、本実施形態では、図４に示すように、その下地となるリードフレーム基材の金属表面に凹凸を形成し、そのうえにメッキ層を形成し、下地の凹凸をメッキ層表面に反映させる。このような方法のほうが、簡便かつ低コストな場合が多い。
また、このような樹脂付リードフレーム基板においては、リードフレームのうち、絶縁樹脂に覆われることなく露出している部分すべてにおいて、その表面粗度が、Ｒｚ（十点平均粗さ）において、１μｍ以上５μｍ以下の範囲にあってもよい。
このように樹脂付リードフレーム基板を製造することによって、リードを選択的に加工するのではなく、露出しているリードフレームを一括で加工できることになり、工程の効率化、低コスト化が期待できる。
また、このような樹脂付リードフレーム基板においては、リードフレームが所望の表面粗度を得るにあたって、薬液による粗化処理を行ってもよい。
このように樹脂付リードフレーム基板の表面粗度を得ることによって、より簡便かつ均一に、リードフレーム表面の凹凸が形成できる。加えて、リードフレームに樹脂成型をした後のバリ取り加工において、リードフレームの圧延痕の中などに入って、除去しきれなかった樹脂バリを、周囲の金属を僅かに溶解させることによって完全に除去する効果もある。
〔実施例１〕
以下、本発明に係る樹脂付リードフレーム型基板の製造方法を、ＱＦＮ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｎｏｎ−ｌｅａｄｅｄ）タイプのリードフレームを実施例１として、図５、６を用いて説明する。図５、６には、本発明に係る樹脂付リードフレーム基板の製造工程を、模式的に説明する図を示す。作製した個々のＱＦＮは、１０ｍｍ角の大きさで、平面視でアレイ状の６４ピンの外部接続端子を持つもので、基板に多面づけして以下の製造工程を経た後に切断、断裁を行い、個々のＬＧＡタイプの樹脂付リードフレーム基板を得た。なお、図においては、ピン数は省略して少なく表記している。
以下、本発明に係る樹脂付リードフレーム型基板の製造方法を、ＱＦＮ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｎｏｎ−ｌｅａｄｅｄ）タイプのリードフレームを実施例１として、図５、６を用いて説明する。図５、６には、本発明に係る樹脂付リードフレーム基板の製造工程を、模式的に説明する図を示す。作製した個々のＱＦＮは、１０ｍｍ角の大きさで、平面視でアレイ状の６４ピンの外部接続端子を持つもので、基板に多面づけして以下の製造工程を経た後に切断、断裁を行い、個々のＬＧＡタイプの樹脂付リードフレーム基板を得た。なお、図においては、ピン数は省略して少なく表記している。
まず、図５の（ａ）に示すように、巾が９０ｍｍ、厚さが２００μｍの長尺帯状の銅基材１を用意した。次いで、図５の（ｂ）に示すように、銅基材１の両面に、ロールコーターにて感光性レジスト２（東京応化（株）製、ＯＦＰＲ４０００）を１０μｍの厚さになるようにコーティングした後、９０℃にてプリベークをした。次に、所望のパターン（後述）を有するパターン露光用フォトマスクを介して両面からパターン露光を行い、その後１％水酸化ナトリウム溶液で現像処理を行った後に、水洗およびポストベークを行い、図５の（ｃ）に示すように、レジストパターン３を得た。なお、銅基材１の一方の面側（半導体素子が搭載される面であり、以下「主面側」と記す）には、半導体素子搭載用のダイパッドと、配線パターンとを形成するためのレジストパターンを、銅基材１の他方の面（以下「反対面」と記す）には、接続用電極パッド形成用と、素子からの熱を逃がすためのダイパッド裏面用とのレジストパターンを形成した。
ここで、上記レジストパターンについて詳述する。その様子を図９、図１０、図１１に模式的に示す。図９には１ピース分のリードフレームの主面側（ａ）及び裏面側（ｂ）のレジストパターンを示し、図１０及び図１１には隣接する９ピース分のリードフレームの主面側及び裏面側のレジストパターンを示す。エッチングしない部分２５は黒色、フルエッチングする部分２６は白色、ハーフエッチングする部分２７はハッチングで示す。１ピース分のリードフレームの主面中央付近には、半導体素子搭載用のダイパッド７のパターンを配置した。ダイパッド７は、半導体素子の発する熱を、外部に放出する役割も担うため、基本的に銅基材１の厚さを減じることなくして反対面に到達している。ただし、外周のサイズを僅かに変えて、ダイパッド７断面にテーパーをつけ、絶縁樹脂との接触面積を上げて密着性を高めるため、反対面において主面より僅かに寸法を小さくし、中央の位置を変えないで、ダイパッド裏面８としてレジストパターンを形成している。主面のダイパッド７の四隅からは、それぞれ基板ピース（１ピースに切り出したリードフレーム）の最寄の四隅の方向に、放射状に延びている吊りリード１９のパターンを配置した。吊りリード１９については、銅基材１の厚さ方向中途までの厚さとするため、反対面の対応する位置には、レジストパターンは入っていない。吊りリード１９のパターンは、基板ピース外周の位置にて、タイバー２０につながる。タイバー２０は、基板ピース外周と同じ位置に形成され、樹脂充填時の流路を確保するため、銅基材１の厚さ方向途中までの厚さとなっており、裏面に対応するレジストパターンはない。主面には、タイバー２０からダイパッド７の方向に逆放射状に延伸するリード４のレジストパターンを配置した。リード４はダイパッド７の方向には延びるが、ダイパッド７とは接続しない。リード４の厚さは、銅基材１の厚さより小さく設定され、裏面の対応する位置には、リード４のレジストパターンは形成しなかった。リード４は、基板ピースの４辺のそれぞれに対して、各１６本の計６４本を配置した。リード４の両端のうち、タイバー２０に接続しているほうに電極パッド５のレジストパターンを配置した。電極パッド５の厚さは、銅基材１の厚さと同一とし、主面側においては、リード４のレジストパターンは電極パッド５（の裏面）も兼ね、裏面においては、角を丸くした長方形の形状にてレジストパターンを配置した。
レジストパターン３の形成後は、図５の（ｄ）に示すように、塩化第二鉄溶液を用いて、銅基材１の両面からエッチング加工を施した。エッチングする深さとしては、銅基材１の片面からエッチングした場合、２００μｍの銅基材１が９０μｍの厚さになるように条件設定したうえで、両面を同時にエッチングした。塩化第二鉄溶液の比重は１．３８、温度は５０℃とした。このエッチング処理によって、銅基材１主面にはダイパッド７とリード４、吊りリード１９、タイバー２０が形成され、銅基材１裏面には、ダイパッド裏面８と電極パッド５とが形成された。
続いて、レジスト剥離加工を行った。工法としては、まずアルカリ溶液（４００ｇＮａＯＨ／１Ｌを主成分とする）を９５℃に加温した剥離液中を搬送し、その滞留時間が３分となるように搬送速度を調整した。そして、インライン装置上で、続いて１０ＭＰａの水圧１分間の高圧水洗を行い、レジストを洗い流した。図６の（ｅ）には、レジストを洗い流した銅基材１を示す。
次に、トランスファーモールド工法による絶縁樹脂９充填のため、金型の所定の位置に収まるよう、銅基材１の断裁を行った。断裁の結果、銅基材１は、巾９０ｍｍ、長さ３００ｍｍの短冊状のリードフレームとなった。
次いで、図１２に示すように、断裁された銅基材であるリードフレームに、以下のようにトランスファーモールド加工を行った。まずリードフレームを主面を下にした状態にて下金型２２にセットする。下金型２２には、リードフレームの厚さと同じ深さで、平面視での大きさもほぼ同じ（若干大きい）凹部と、それにつながる樹脂導入のための溝部が形成されている。それから、研磨した水平面をリードフレームに接触した面として持つ、蓋状の構造の上金型２１をかぶせ、型締めをする。
次いで、金型外部のプランジャー部に、固形の絶縁樹脂９であるエポキシ樹脂（酸化珪素を主成分とするフィラーについて、最大径のものを４５μｍとするように設定した）をセットし、加圧加温しながら、金型内部に充填した。金型内の空隙の大きさ、厚さは、リードフレームとほぼ同一であるので、絶縁樹脂９は、リードフレームのうち、前工程のエッチングにて金属が除去された部分を埋めるように充填される。
次いで、絶縁樹脂９の固化のための時間１５０秒の後に上金型２１を開け、下金型２２より樹脂充填されたリードフレームを取り出した。リードフレームには、絶縁樹脂９を金型の外から金型内部、金型内の凹部へと誘導するための流路へ残った絶縁樹脂９が固化して付着しているので、その部分は、手作業にて取り除いた。
続いて、リードフレームに充填された絶縁樹脂９を完全に固化させるために、ポストベークを行った。ポストベークの条件としては、１７５℃のオーブン内で３時間加熱した。図６の（ｆ）には、絶縁樹脂９が充填されたリードフレームを示す。
この状態のリードフレームにおいては、絶縁樹脂９はほぼ面一の状態でリードフレームの金属除去部を埋めているが、金型内でのリードフレーム表面への僅かな染み出しは、ほぼ不可避のものであり、それが樹脂バリ２４となって、ごく薄くリードフレーム上の各部に付着している。これは、後のメッキ工程や、樹脂付リードフレーム基板が完成し、素子を実装してからの接続において、不良の発生原因となるため、除去しなければならない。
また、充填した絶縁樹脂９の表面から、適切な量のフィラーを取り去って、脱落痕を形成し、後の樹脂封止の際のアンカー効果を確保しておかねばならない。
そのための加工としては、まず高圧の水を噴射した際のフィラー脱落が効果的に起こるための前処理として、絶縁樹脂に対する膨潤処理を行った。膨潤液としては、ローム＆ハース社製の「ＣＵＰＯＳＩＴ Ｚ」と「ＣＩＲＣＵＰＯＳＩＴ ４１２５」と純水とを、体積比にして、１０対３対２０にて混合した溶液を用いた。液温は６５℃とし、浸漬時間は１５分とした。
続いて、アルカリ電解脱脂処理を行った。アルカリ液としては、５０ｇ／Ｌの水酸化ナトリウム水溶液を用いて、電流密度２Ａ／ｄｍ２になるように電流を調整した。液温は５０℃として、浸漬、通電時間は３分とした。アルカリ電解処理は、バリを含んだ絶縁樹脂表面を若干溶解するとともに、アルカリ水溶液の電気分解にともなって、陰極となっているリードフレームより発生する水素ガスによって、バリをリードフレーム表面から引き剥がす効果を意図したものである。
続いて、リードフレームの材料である銅に対する粗化処理を行った。処理液としては、メック社製「ＣＺ−８１００」を用いて、液温は３０℃、処理時間は３分とした。表面粗度Ｒｚ（十点表面粗さ）を１．５μｍとした。
以上をもって、バリ取り加工を終了した。
以上をもって、バリ取り加工を終了した。
そして、各リードフレームの露出した金属面に対し、無電解ニッケル／パラジウム／金メッキ形成法による表面処理を施した。リードフレームへのメッキ層の形成は、電解メッキ法が適用可能である。しかし、電解メッキ法では、メッキ電流を供給するためのメッキ電極の形成が必要になり、メッキ電極を形成する分、配線領域が狭くなり、配線の引き回しが困難になる。そのため、本実施例では、供給用電極が不要な、無電解ニッケル／パラジウム／金メッキ形成法を採用した。
すなわち、金属面に酸性脱脂、ソフトエッチング、酸洗浄、パラジウム触媒活性処理、プレディップ、無電解ニッケルメッキ、無電解パラジウムメッキ、無電解金メッキにより、メッキ層１０を形成した。メッキ厚さはニッケルが３μｍ、パラジウムが０．２μｍ、金が０．０３μｍとした。使用したメッキ液は、ニッケルがエンプレートＮＩ（メルテックス社製）、パラジウムがパウロボンドＥＰ（ロームアンドハース社製）、金がパウロボンドＩＧ（ロームアンドハース社製）である。以上をもって、所望の樹脂付リードフレーム基板を得た。得られた樹脂付リードフレーム基板を図６の（ｇ）に示す。断面図における金属面、メッキ層、樹脂面の位置関係について、図２に示す。
以上の方法によって、樹脂付リードフレーム基板を得た。
すなわち、金属面に酸性脱脂、ソフトエッチング、酸洗浄、パラジウム触媒活性処理、プレディップ、無電解ニッケルメッキ、無電解パラジウムメッキ、無電解金メッキにより、メッキ層１０を形成した。メッキ厚さはニッケルが３μｍ、パラジウムが０．２μｍ、金が０．０３μｍとした。使用したメッキ液は、ニッケルがエンプレートＮＩ（メルテックス社製）、パラジウムがパウロボンドＥＰ（ロームアンドハース社製）、金がパウロボンドＩＧ（ロームアンドハース社製）である。以上をもって、所望の樹脂付リードフレーム基板を得た。得られた樹脂付リードフレーム基板を図６の（ｇ）に示す。断面図における金属面、メッキ層、樹脂面の位置関係について、図２に示す。
以上の方法によって、樹脂付リードフレーム基板を得た。
〔実施例２〕
各リードフレームの露出した金属面に対し、メッキを施す際に、まずメテック株式会社製の粗化ニッケルメッキ液を用いて、ニッケルメッキ層を３μｍの厚さにて形成した。これは、表面粗度がＲｚ（十点表面粗さ）にて１．５μｍになるように意図したものである。その上のパラジウムメッキ、金メッキについては、実施例１と同様に行った。
それ以外の点については、実施例１と全く同じ方法にて、樹脂付リードフレーム基板を得た。
各リードフレームの露出した金属面に対し、メッキを施す際に、まずメテック株式会社製の粗化ニッケルメッキ液を用いて、ニッケルメッキ層を３μｍの厚さにて形成した。これは、表面粗度がＲｚ（十点表面粗さ）にて１．５μｍになるように意図したものである。その上のパラジウムメッキ、金メッキについては、実施例１と同様に行った。
それ以外の点については、実施例１と全く同じ方法にて、樹脂付リードフレーム基板を得た。
〔比較例１〕
充填樹脂のバリを除去する工程において、最後の粗化処理を行わず、代わりに純水を用いた水洗を施した。液温は室温（２５℃程度）とし、処理時間は３分とした。それ以外は、実施例と全く同じ方法にて、樹脂付リードフレーム基板を得た。表面粗度Ｒｚ（十点表面粗さ）は０．５μｍだった。
充填樹脂のバリを除去する工程において、最後の粗化処理を行わず、代わりに純水を用いた水洗を施した。液温は室温（２５℃程度）とし、処理時間は３分とした。それ以外は、実施例と全く同じ方法にて、樹脂付リードフレーム基板を得た。表面粗度Ｒｚ（十点表面粗さ）は０．５μｍだった。
〔実施例、比較例の評価〕
＜樹脂封止後の半導体パッケージの信頼性＞
まず、実施例１、実施例２、比較例１の各樹脂付リードフレーム基板に、試験的にワイヤボンディング加工を施した。素子は実装せず、ファーストボンドを樹脂付リードフレーム基板中のダイパッドにうち、セカンドボンドは樹脂付リードフレーム基板中の電極パッドに打った。ボンディング装置は、新川社製「ＵＴＣ−４７０」を用いて、金ワイヤの直径は２５μｍとした。ファーストボンド、セカンドボンドともに、ボンディング温度は１８０℃とし、ボンディング荷重は１３０ｇｆ、超音波ユニットの出力は１００ｍＷ、時間は６０ｍｓとした。
１枚の樹脂付リードフレーム基板に対して、ボンディングは、なるべく場所が偏らないようにして、１００点にて行った。
＜樹脂封止後の半導体パッケージの信頼性＞
まず、実施例１、実施例２、比較例１の各樹脂付リードフレーム基板に、試験的にワイヤボンディング加工を施した。素子は実装せず、ファーストボンドを樹脂付リードフレーム基板中のダイパッドにうち、セカンドボンドは樹脂付リードフレーム基板中の電極パッドに打った。ボンディング装置は、新川社製「ＵＴＣ−４７０」を用いて、金ワイヤの直径は２５μｍとした。ファーストボンド、セカンドボンドともに、ボンディング温度は１８０℃とし、ボンディング荷重は１３０ｇｆ、超音波ユニットの出力は１００ｍＷ、時間は６０ｍｓとした。
１枚の樹脂付リードフレーム基板に対して、ボンディングは、なるべく場所が偏らないようにして、１００点にて行った。
これを評価用サンプルとして、ワイヤボンディングの接続強度を測定した。評価するのはセカンドボンドのみとし、測定装置としては、ＤＡＧＥ社製のボンドプルテスター「ＢＴ−４０００」を使用した。セカンドボンド部の付近のワイヤを、樹脂付リードフレーム基板に対して垂直方向に引っ張り、ワイヤの破断もしくは接続部の剥離を起こした時点での加重をもって、ワイヤボンディングの接続強度とした。
結果を表１に示す。実施例１、実施例２、比較例１それぞれについて、１００箇所の接続強度を測定したが、有意水準５％の検定において、実施例１と実施例２との間には有意差はなく、実施例２と比較例との間には、有意差が認められた。
以上の結果から本発明により、ワイヤボンディング加工において、金ワイヤと良好な密着性を発現する樹脂付リードフレーム基板を得ることができることが確認された。
本発明は、半導体素子を実装するための半導体基板に有用であり、とくには、リードフレーム型基板に有用である。
１ 金属基材
２ 感光性レジスト
３ レジストパターン
４ リード
５ 電極パッド
６ フィラー
７ ダイパッド
８ ダイパッド裏面
９ 絶縁樹脂
１０ メッキ層
１１ 半導体素子
１２ 半田バンプ
１３ メタルワイヤー
１４ 保持材
１５ 取り出し電極
１６ 固定用樹脂
１７ 封止樹脂
１８ リードフレーム裏面
１９ 吊りリード
２０ タイバー
２１ 上金型
２２ 下金型
２３ 溶融した絶縁樹脂
２４ 樹脂バリ
２５ エッチングしない部分（黒）
２６ フルエッチングする部分（白）
２７ ハーフエッチングする部分（ハッチング）
２８ ワイヤボンディング部
２９ ニッケルメッキ層
３０ パラジウムメッキ層
３１ 金メッキ層
２ 感光性レジスト
３ レジストパターン
４ リード
５ 電極パッド
６ フィラー
７ ダイパッド
８ ダイパッド裏面
９ 絶縁樹脂
１０ メッキ層
１１ 半導体素子
１２ 半田バンプ
１３ メタルワイヤー
１４ 保持材
１５ 取り出し電極
１６ 固定用樹脂
１７ 封止樹脂
１８ リードフレーム裏面
１９ 吊りリード
２０ タイバー
２１ 上金型
２２ 下金型
２３ 溶融した絶縁樹脂
２４ 樹脂バリ
２５ エッチングしない部分（黒）
２６ フルエッチングする部分（白）
２７ ハーフエッチングする部分（ハッチング）
２８ ワイヤボンディング部
２９ ニッケルメッキ層
３０ パラジウムメッキ層
３１ 金メッキ層
Claims (4)
- 金属平板を厚み方向に、一部もしくは全てを除去して、素子を搭載するダイパッド及び前記素子と電気的導通をとるリードを含む所定の配線パターンを形成することによって得られるリードフレームと、
前記リードフレームの金属を除去した部分を埋める絶縁樹脂とを含み、
前記ダイパッドの素子を搭載する側と同じ片面において前記リード表面の粗度が、Ｒｚ（十点平均粗さ）において、１μｍ以上５μｍ以下の範囲にある、樹脂付リードフレーム基板。 - 前記リードは、前記範囲の表面粗度を有する基材金属層にさらにメッキ層が形成された多層構造になっている、請求項１に記載の樹脂付リードフレーム基板。
- 前記リードフレームのうち、前記絶縁樹脂に覆われることなく露出している部分すべてにおいて、その表面粗度が、Ｒｚにおいて、１μｍ以上５μｍ以下の範囲にある、請求項１又は２に記載の樹脂付リードフレーム基板。
- 請求項１から３のいずれかに記載の樹脂付リードフレーム基板の製造方法であって、薬液による粗化処理を行って前記範囲の表面粗度を得る工程を含む、樹脂付リードフレーム基板の製造方法。
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