JP2018081961A - 半導体装置用リードフレームとその製造方法および樹脂封止型半導体装置 - Google Patents
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Abstract
Description
一方、スマートフォン等の携帯端末では、サイズの小型化に応じて、単機能化された小型の半導体素子がリードフレームに搭載された少端子の樹脂封止型半導体装置を多数配設して機能化を図ることが行われている。
しかし、リード部への銀めっき層の形成後に粗面化処理を行う場合、例えば、リードフレームを酸洗浄した後、めっき工程、粗面化処理工程が実施されるが、めっき工程、粗面化処理工程の完了後に、それぞれ洗浄工程、乾燥工程が重複して必要となり、実質的に、銀めっき層の形成と粗面化処理とが別個の工程となっており、金属基板を元にしたリードフレームのコスト低減において支障を来していた。
本発明は、上述のような実状に鑑みてなされたものであり、良好なワイヤボンディングが可能であるとともに、封止用の樹脂との密着性が良好な半導体装置用リードフレームと、このようなリードフレームを製造するための製造方法と、信頼性が高い樹脂封止型半導体装置を提供することを目的とする。
尚、図面は模式的または概念的なものであり、各部材の寸法、部材間の大きさの比等は、必ずしも現実のものと同一とは限らず、また、同じ部材等を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比が異なって表される場合もある。
図1は本発明の半導体装置用リードフレームの一実施形態を示す平面図であり、図2は図1に示される半導体装置用リードフレームのI−I線における断面図である。
図1、図2において、本発明の半導体装置用リードフレーム11は、ダイパッド部12と、このダイパッド部12を支持するための4本の吊りリード13と、ダイパッド部12の周縁部の近傍に位置し、先端部がダイパッド部12と対向している複数のリード部15と、を備えている。
ダイパッド部12は、半導体素子を搭載するための部材であり、このダイパッド部12の半導体素子を搭載するための搭載面12aは粗面となっている。
また、複数のリード部15において、ダイパッド部12の搭載面12aと同一方向を向くリード部15の表面15aは粗面となっており、各リード部15の表面15aの所定部位、図示例では先端部側に、ワイヤボンディングを行うための端子部17が位置している。
端子部17の表面の尖度Rkuは、二次元表面形状測定における粗さ曲線のクルトシス(JIS B 0601)である。尖度Rkuが2.5未満であっても、良好なワイヤボンディングは可能である。しかし、尖度Rkuが2.5未満となる状態は、リード部15の表面15aの粗面化が不十分な場合、あるいは、端子部17の厚みが大きい場合に達成される。前者の場合、ダイパッド部12の搭載面12a、リード部15の表面15aの粗面化が不十分であり、封止用樹脂との良好な密着性が得られないことがある。また、後者の場合、リードフレームの製造コストの増大を来すことになる。一方、尖度Rkuが4.5を超えると、良好なワイヤボンディングが難しくなり好ましくない。尚、本発明において、良好なワイヤボンディングとは、ボンディングされたワイヤを引っ張り、破断時の強度を測定するプル試験において、4g以上のプル強度を有することを意味する。
端子部17の表面のS−ratioは、端子部17の表面を光干渉式測定器で複数の画素に分割して測定して得られた表面積を観察面積で除したものである。このS−ratioが1.22を超えると、良好なワイヤボンディングが難しくなり好ましくない。
このような半導体装置用リードフレーム11を構成する素材としては、例えば、銅、ニッケルやシリコンを含有したコルソン合金や、鉄などを含有した銅合金、鉄−ニッケル合金、鉄−ニッケル−クロム合金、鉄−ニッケル−カーボン合金等の導電性素材を挙げることができる。また、ダイパッド部12、リード部15の厚みは、例えば、0.10〜0.25mmの範囲内で適宜設定することができる。
上述の半導体装置用リードフレームの実施形態は例示であり、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。
次に、本発明のリードフレームの製造方法の一実施形態を説明する。
図3は、本発明のリードフレームの製造例を示す工程図であり、上述の半導体装置用リードフレーム11の製造を例としたものである。この図3は、図1に示される半導体装置用リードフレームのI−I線における断面図である図2に相当するものである。
図3において、リードフレーム用の基材21の表面21aにレジストパターン31aを形成し、基材21の裏面21bにレジストパターン31bを形成する(図3(A))。
基材21は、銅、ニッケルやシリコンを含有したコルソン合金や、鉄などを含有した銅合金、鉄−ニッケル合金、鉄−ニッケル−クロム合金、鉄−ニッケル−カーボン合金等の導電性基材を使用し、厚みは0.10〜0.25mmの範囲で適宜設定することができる。このような基材21に対して、予め脱脂処理、洗浄処理等を施すことが好ましい。
次に、レジストパターン31a,31bをエッチングマスクとして、エッチング液を用いて基材21の両面からエッチング処理を施し、ダイパッド部12、このダイパッド部12を支持するための4本の吊りリード13(図示せず)、ダイパッド部12の周縁部の近傍に位置し、先端部がダイパッド部12と対向している複数のリード部15を形成する(図3(B))。エッチング処理に用いるエッチング液は、基材21の材質に応じて適宜選択することができ、例えば、基材21として銅基材を使用する場合、一般に塩化第二鉄水溶液または塩化銅水溶液をエッチング液として用いることができる。
電解エッチングに使用する電解液は、従来から電解エッチングに使用されている公知の電解液を使用することができる。特に、希硫酸、硫酸、希塩酸、塩酸等を用いることにより、基材21の表面(ダイパッド部12の搭載面12aおよびリード部15の表面15a)が海島状に残存した状態の粗面を形成することができ好適である。
このような粗面化処理工程および/またはめっき工程を調整することにより、形成した端子部17の表面を、尖度Rkuが2.5〜4.5、好ましくは2.9
〜3.9の範囲であり、傾き10°以下の単位領域の比率が35%以上、好ましくは55〜75%の範囲であり、S−ratioが1〜1.22、好ましくは1.05〜1.15の範囲であり、算術平均粗さRaが0.3μm以下、好ましくは0.05〜0.3μmの範囲であり、最大断面高さRtが1.5μm以下、好ましくは0.3〜1.5μmの範囲となるようにする。
例えば、電解エッチングによるリード部15の表面15aの粗面化の程度が大きい場合、めっき工程において形成する端子部17が薄いと、端子部17の表面が上記の表面状態の範囲を満足しないことがある。この場合、めっき工程において形成する端子部17を厚くして、リード部15の表面15aの粗面状態が端子部17に反映され難くすることにより、端子部17の表面を上記の表面状態の範囲を満たすものとすることができる。但し、端子部17の厚みが7.11μmを超えると、リードフレームの製造コスト増大を来すとことになる。このような場合には、粗面化処理工程における調整で、電解エッチングによるリード部15の表面15aの粗面化の程度を穏やかなものとする。このように、端子部17の表面が上記の表面状態の範囲を満たすように粗面化処理工程における調整を行うことにより、ダイパッド部12、リード部15の表面15aが過度に粗化されることが防止される。
上述のリードフレームの製造方法の実施形態は例示であり、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、粗面化処理工程では、マスキング電極MCに代えて、ダイパッド部12の裏面12bおよびリード部15の裏面15b側に電気絶縁性のマスキング剤を配設することにより、基材21を、陰極と対向している面からエッチングして粗化してもよい。
図5は、本発明の樹脂封止型半導体装置の一実施形態を示す概略断面図であり、上述の半導体装置用リードフレーム11を用いた例である。この図5は、図1に示される半導体装置用リードフレームのI−I線における断面図である図2に相当するものである。
図5において、本発明の樹脂封止型半導体装置51は、ダイパッド部12と、このダイパッド部12に位置する半導体素子53と、ダイパッド部12の周囲に位置する複数のリード部15と、各リード部15の端子部17と半導体素子53の端子53aとを接続するワイヤ55と、ダイパッド部12、各リード部15、端子部17、半導体素子53、ワイヤ55を封止する樹脂部材57と、を備えている。
樹脂封止型半導体装置51が備える半導体素子53は、樹脂封止型半導体装置51に使用目的に応じて適宜選択することができる。
また、ワイヤ55の材質としては、金、金合金、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等を挙げることができる。
この樹脂封止型半導体装置51において、ダイパッド部12の半導体素子53が位置する搭載面12aと、リード部15の表面15aは粗面となっている。したがって、ダイパッド部12と複数のリード部15は、封止用の樹脂部材57に対して良好な密着性が発現される。
また、樹脂封止型半導体装置51において、端子部17の表面は、尖度Rkuが2.5〜4.5、好ましくは2.9〜3.9の範囲であり、傾き10°以下の単位領域の比率が35%以上、好ましくは55〜75%の範囲であり、S−ratioが1〜1.22、好ましくは1.05〜1.15の範囲であり、算術平均粗さRaが0.3μm以下、好ましくは0.05〜0.3μmの範囲であり、最大断面高さRtが1.5μm以下、好ましくは0.3〜1.5μmの範囲となっている。これにより、端子部17におけるワイヤ55による良好なワイヤボンディングが可能である。
このような本発明の樹脂封止型半導体装置は、ワイヤ55による端子部17と半導体素子53の端子53aとの接続が良好であり、また、封止用の樹脂部材57とダイパッド部12、各リード部15との密着が良好であり、信頼性の高い樹脂封止型半導体装置である。
図6は、本発明の樹脂封止型半導体装置の製造例を、上記の本発明のリードフレーム11を用いた例として示す工程図である。図6において、まず、リードフレーム11のダイパッド部12の搭載面12aに半導体素子53を搭載する(図6(A))。半導体素子53の搭載は、ダイアタッチペースト54を用いて半導体素子53をダイパッド部12に固着することにより行うことができる。例えば、エポキシ樹脂を含有するダイアタッチペーストは、密着性に優れているが、従来のリードフレームでは、エポキシ樹脂に含有される溶剤成分が滲み出し、後述する樹脂部材57による封止に悪影響を与えることがあった。これは、従来のリードフレームでは、封止用の樹脂との密着性を向上させるために、エッチングにより粗面化処理が施されているが、この粗面状態が先鋭であることにより溶剤成分の滲み出しが生じると考えられる。本発明のリードフレーム11では、端子部17の表面が上記の表面状態の範囲を満たすように、ダイパッド部12、リード部15の表面15aが適度に粗化されており、このような溶剤成分の滲み出しを生じることなく半導体素子53を搭載することができる。
上記のように、半導体素子53におけるすべての接続すべき端子53aとリードフレーム11の各リード部15の端子部17とをワイヤ55で接続した後、このリードフレーム11を樹脂封止用金型内に配置する。そして、ダイパッド部12の裏面12b、各リード部15の裏面15bを外部に露出させるようにして、ダイパッド部12、吊りリード13(図示せず)、リード部15、端子部17、半導体素子53、ワイヤ55を樹脂部材57で封止し、その後、樹脂封止用金型から取り出す(図6(C))。
上述の樹脂封止型半導体装置の実施形態は例示であり、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。
[実施例1]
まず、リードフレーム用の基材として、厚み0.203mmの銅合金板((株)神戸製鋼所製 KLF194材)を準備し、この基材上に感光性レジストフィルム(旭化成(株)製 サンフォートAQ−2558)をラミネートし、所望のフォトマスクを介して露光し、現像して、基材の両面にレジストパターンを形成した(図3(A)参照)。
(エッチング条件)
・エッチング液 : 塩化第二鉄溶液
・比重 : 40ボーメ(Be)
・温度 : 55℃
・スプレー圧 : 2.5kg/cm2
(電解エッチング条件)
・電解液 : 硫酸
・電解液中の硫酸の濃度 : 7.5〜12.5重量%
・温度 : 44℃
・電流密度 : 5A/m2
・通電時間 : 27秒
次に、粗面化処理を施した試料1〜試料8の8種のリードフレーム前駆体の両面に、上記の感光性レジストフィルムをラミネートし、所望のフォトマスクを介して露光し、現像して、各リード部の端子部形成部位のみを露出させるように、レジストパターンを形成した。このレジストパターンをマスクとして、下記の条件で電気めっきにより端子部を形成し、その後、レジストパターンを除去して、試料1〜試料8の8種のリードフレームを得た。
(電気めっき条件)
・めっき液 : 中性シアン浴
・温度 : 60℃
・めっき厚み : 3.5μm
・めっき時間 : 10秒
次に、上記の試料1〜試料8の8種のリードフレームのダイパッド部に半導体素子を搭載した。搭載した半導体素子の端子と各リード部の端子部を金ワイヤを用いて接続し、ボンディングされたワイヤのプル強度を測定して、結果を下記の表1に示した。尚、プル強度の測定は、(株)レスカ製 PTR−10を用いて行った。
<尖度Rkuの計測>
(株)日立ハイテクサイエンス製 VertScanを用いて計測した。
<傾き10°以下の単位領域の比率の計測>
表面を(株)日立ハイテクサイエンス製 VertScanを用いて複数の画素に分割して測定し、各画素を単位領域として、各画素の傾きとその分布から端子部(めっき層)の基準面を求め、この基準面に対する各画素の傾きから算出した。
<S−ratioの計測>
表面を(株)日立ハイテクサイエンス製 VertScanを用いて複数の画素に分割して測定し、得られた表面積を観察面積で除して算出した。
<算術平均粗さRaの計測>
(株)日立ハイテクサイエンス製 VertScanを用いて計測した。
<最大断面高さRtの計測>
(株)日立ハイテクサイエンス製 VertScanを用いて計測した。
12…ダイパッド部
12a…搭載面
13…吊りリード
15…リード部
17…端子部
21…基材
51…樹脂封止型半導体装置
53…半導体素子
55…ワイヤ
57…樹脂部材
Claims (3)
- 半導体素子を搭載するためのダイパッド部と、
前記ダイパッド部の周縁部の近傍に位置し、先端部が前記ダイパッド部と対向している複数のリード部と、を備え、
前記ダイパッド部の半導体素子を搭載するための搭載面と、該搭載面と同一方向を向く前記リード部の表面は粗面であり、
前記リード部の前記粗面の所定部位に、ワイヤボンディングを行うための端子部が位置し、
前記端子部の表面は、尖度Rkuが2.5〜4.5の範囲であり、傾き10°以下の単位領域の存在比率が35%以上であり、S−ratioが1〜1.22の範囲であり、算術平均粗さRaが0.3μm以下であり、最大断面高さRtが1.5μm以下であることを特徴とする半導体装置用リードフレーム。 - 半導体素子を搭載するためのダイパッド部と、該ダイパッド部の周縁部の近傍に位置し、先端部が前記ダイパッド部と対向している複数のリード部と、を備えるリードフレームの製造方法において、
前記ダイパッド部の半導体素子を搭載するための搭載面と、該搭載面と同一方向を向く前記リード部の表面とを、電解エッチングにより粗面とする粗面化処理工程と、
前記リード部の前記粗面化処理が行われた面の所定部位に、電気めっきにより端子部を形成するめっき工程と、を備え、
前記粗面化処理工程および/または前記めっき工程は、前記端子部の表面を、尖度Rkuが2.5〜4.5の範囲、傾き10°以下の単位領域の存在比率が35%以上であり、S−ratioが1〜1.22の範囲、算術平均粗さRaが0.3μm以下であり、最大断面高さRtが1.5μm以下となるように調整することを特徴とするリードフレームの製造方法。 - ダイパッド部と、該ダイパッド部に位置する半導体素子と、前記ダイパッド部の周囲に位置する複数のリード部と、該リード部の端子部と前記半導体素子とを接続するワイヤと、前記前記半導体素子、前記端子部、前記ワイヤを少なくとも封止する樹脂部材と、を備え、
前記ダイパッド部の前記半導体素子が位置する搭載面と、該搭載面と同一方向を向き前記端子部が位置する前記リード部の表面は粗面であり、
前記端子部の表面は、尖度Rkuが2.5〜4.5の範囲であり、傾き10°以下の単位領域の存在比率が35%以上であり、S−ratioが1〜1.22の範囲であり、算術平均粗さRaが0.3μm以下であり、最大断面高さRtが1.5μm以下であることを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
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