JP2771145B2 - 耐腐食性リードフレーム - Google Patents

耐腐食性リードフレーム

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体チップのパ
ッケージに関し、特に、銅合金よりなるリードフレーム
の酸化や腐食を防止するために、パッケージの一部とな
らず最終的には除去される部分に、パッケージとなる部
分を構成する銅金属よりイオン化しやすい亜鉛や亜鉛−
銅合金を用いることにより、酸化反応を最終的に除去さ
れる部分に集中させることにしたリードフレームに関す
る。
【0002】
【従来の技術】リードフレームは、半導体パッケージの
組立工程において半導体チップを支持するためのもので
あり、半導体チップを外部回路と電気的に接続するため
のものである。リードフレームには、半導体チップをマ
ウントするダイパッドと、外部回路と電気的に接続する
リードとが含まれている。図7は、半導体パッケージの
組立工程において従来から一般に用いられてきた、銅合
金よりなるリードフレームを示す平面図である。
【0003】図7において、リードフレーム(10)
は、半導体チップをマウントするダイパッド(1)と、
ダイパッド(10)を支持するタイバー(tie bar ;
2)と、金(Au)等のワイヤを介して半導体チップと
連結される内部リード(3)と、半導体チップを外部回
路と電気的に接続する外部リード(4)と、これらを取
り囲んでリードフレームの外観をなすサイドレール(si
de rail ;5)とで構成されている。前記サイドレール
(5)には孔(6)が設けられているが、孔(6)は、
前記リードフレーム(10)を移動させるための移送孔
である。二点鎖線で示す部分(7)は、パッケージの胴
体部として封入される部分であり、前記外部リード
(4)とともに前記リードフレーム(10)の機能部分
を構成する。これら以外の部分は、パッケージのモール
ド工程後、最終パッケージの形にする工程で切断され、
除去される非機能部分である。
【0004】リードフレームに用いられる材料は、リー
ドフレームの成型加工から半導体パッケージの組立、実
装に至るまでの全ての段階にわたって要求される特性を
備えている必要がある。このような特性には、機械的強
度や熱伝導度、電気伝導度等の一次特性と、スタンピン
グやエッチング等の加工特性、メッキやボンディングの
難易等の二次特性とがある。
【0005】前記した特性を備え、リードフレームに用
いられている材料の主なものに銅合金と合金42(ニッ
ケル合金)がある。従来、リードフレームの材料には合
金42が多く使用されたが、今日では、ニッケル合金と
同等の強度を有する銅素材の開発及びリードフレーム業
界の加工技術の向上に伴い、多ピンのリードフレームに
おいても銅または銅合金よりなるリードフレームの使用
が増加してきている。銅または銅合金よりなるリードフ
レームは、高い電気伝導度による素子の動作速度の向
上、高い熱伝導度によるパッケージの放熱特性の向
上、封止材料に使用される樹脂化合物(EMC;Epox
y Molding Compound)に類似する熱膨張係数を有する、
低価の元素材使用によるリードフレームの生産費削
減、等の利点を有する。
【0006】しかしながら、銅または銅合金よりなるリ
ードフレームは酸化、腐食しやすいため、長期保管が
難しい、熱と水分を伴う半導体パッケージの組立工程
において酸化、腐食しやすい、酸化被膜による各種不
良(例えば、メッキやボンディングの不良、剥離等)の
発生、パッケージの信頼性の低下を招く、等の問題点
を有し、半導体チップの品質及び歩留りの低下の主要な
原因として作用し得るといった短所を有している。
【0007】上述した酸化、腐食を防止するため、窒素
や水素雰囲気中で工程を進めて行くことも多いが、酸素
の流入を完全に断つことは難しい。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、銅合
金よりなるリードフレームを使用する際に発生する工程
時の各種問題点及び製品の信頼性低下を防止するため
に、従来の銅合金よりなるリードフレームの特性はその
まま維持しつつ、酸化及び腐食の問題点を最大限に抑制
することのできる新たな構造を有するリードフレームを
提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明は、いわゆる”犠牲陽極法”(Sacrificepo
larization)を用い、実際の組立工程において発生する
銅合金よりなるリードフレームの酸化反応をリードフレ
ームの非機能(non-functional)部分、すなわち、パッケ
ージの一部とならず最終的には除去されて製品を構成し
ないサイドレール等からなる部分(図7の二点鎖線で示
す部分(7)及び外部リード(4)以外の部分)に集中
させることによって、パッケージの組立を完了して製品
となる機能部分の酸化を最大限に抑制することを特徴と
する。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を詳
細に説明する。
【0011】金属表面の酸化膜は、下記の反応式で示さ
れるような酸素気体存在下の金属表面近傍における電気
化学的な反応で形成され、これが腐食の原因となる。
【0012】金属の酸化)M→M2++2e- 酸素の還元)1/2O2 +2e- →O2- 酸化物形成)M2++O2-→MO しかるに、異種金属が相互に接触または導線等で電気的
に接続されているとき、これらの金属間には標準電極電
位またはガルバニ電位に基づき電位差が発生し、各々正
極と負極として作用することになる。以下に、主な金属
について電気化学列(標準電極電位序列)と腐食電位列
(ガルバニ電位序列)を示す。
【0013】
【表1】 <電気化学列> (陰性)Au - Pt - Pd - Ag - Hg - Cu ・・・ Zn - Mn - Al - Mg - Be - Na - K(陽性) <腐食電位列> (陰性)Pt - Au - Ag - Cu - 黄銅 - Ni ・・・ Al - Zn - Mg合金 - Mg (陽性)
【0014】図4は、亜鉛(Zn)と銅(Cu)とを接
触させたときに進行する電気化学反応のメカニズムを示
した図である。電気化学列と腐食電位列とでは若干の差
異があるが、銅と亜鉛とを接触させた場合には、亜鉛は
常に負極として作用し銅は常に正極として作用する。亜
鉛の標準電極電位は -0.762Vであり、銅の標準電極電位
は 0.345V であるので、亜鉛は電子を放出してZn2+
オンに変わる(酸化反応)。電子は亜鉛から正極である
銅側に移動し、空気中のH2 Oは2OH- に変わる。O
- イオンはZn2+と反応し、正極と負極の境界部(図
4中、点線で示す部分)において亜鉛を腐食させる。
【0015】銅よりも亜鉛の方がイオン化し易いため銅
はイオン化せず、酸素気体が必要とする電子は全て亜鉛
が提供し、亜鉛自身はこれによってイオン化して(酸化
反応)、金属腐食となっていく。この場合の亜鉛を犠牲
陽極といい、イオン化し易い一方の金属(Zn)が還元
剤として働き、自身は酸化して、他方の金属(Cu)の
酸化、腐食が抑制される。
【0016】かかる犠牲陽極法を適用するための本発明
によるリードフレームの一実施例を図1に示す。図1は
本発明によるリードフレームの一実施例の平面図であ
る。同図において、A部の構造は図7の従来のリードフ
レームの場合と同じである。本実施例は、サイドレール
部分にB部及びC部を有する点で従来のリードフレーム
と異なっている。A部は銅合金よりなり、B部、C部は
それぞれ亜鉛−銅合金、亜鉛よりなる。
【0017】このように、従来のリードフレームの非機
能部分、すなわち、サイドレール部分を銅よりイオン化
し易い金属(例えば、亜鉛)とその合金(例えば、亜鉛
−銅合金)とで構成すれば、図4のメカニズムにより、
酸化反応はイオンし易い方の金属(亜鉛または亜鉛−銅
合金)に集中して生ずるため、銅合金よりなるリードフ
レームの腐食を防止することが可能となる。
【0018】図1のリードフレームを実現する方法に
は、リードフレームのサイドレール部分に亜鉛、亜鉛−
銅合金をそれぞれコーティングする方法があり、また、
サイドレールの一部または全部を亜鉛及び亜鉛−銅合金
を用いて製造する方法がある。このためには、従来の合
金溶融やローリング加工の方法とは別に、各々の金属を
粉末の形態として所望の組成で混合して圧縮、焼結させ
る粉末合金の製造方法を用いることができる。
【0019】図2は、本発明によるリードフレームの他
の実施例を示す。図2に示すリードフレームは、亜鉛−
銅合金よりなるB部を有しない点で図1の実施例と異な
る。すなわち、本発明によるリードフレームは、亜鉛よ
りなる部分が直接銅合金よりなる部分に隣接した構造を
とることができる。
【0020】図3は、本発明によるリードフレームの更
に他の実施例を示す。図中、二点鎖線は、リードフレー
ムの機能部分と非機能部分の境界を示す。同図におい
て、リードフレームは、ダイパッド(1)、内部リード
(3)、外部リード(4)及びタイバー(2)を含む機
能部分と、ダムバー(dam bar ;8)とサイドレール
(5)を含む非機能部分とで構成されている。非機能部
分には、銅よりイオン化し易い亜鉛または亜鉛−銅合金
をコーティングする。本実施例では、ダムバー(8)と
機能部分の境界部分、スロットと外部リード(4)の境
界部分から亜鉛または亜鉛−銅合金よりなる部分を設け
るようにする。
【0021】このように、酸化を避けたい機能部分に隣
接するように亜鉛または亜鉛−銅合金よりなる部分を設
けることにより、リードフレームの銅合金よりなる機能
部分の酸化、腐食を有効に防止することができる。
【0022】図5と図6は、金属を3%の食塩水に浸し
たまま放置した場合、時間の経過とともに腐食が進行し
ていく様子を示したものである。図5は単純電極系にお
ける単一金属の腐食の進行を、図6は二種の異種金属を
食塩水中で接触させた状態での一方の金属の腐食の進行
を示したものである。横軸は時間(日数)の経過を示
し、縦軸は各々の金属の腐食量を示す。
【0023】図5において、○、△、□は、それぞれ、
亜鉛、鉄、銅の腐食量を示す。時間の経過とともに、銅
に比較し亜鉛の腐食が急速に進行する様子がわかる。
【0024】図6は、亜鉛と他の金属、ここでは鉄また
は銅、を食塩水中で接触させた状態での一方の金属の腐
食の進行の様子を示している。○は銅に接触させた亜鉛
の腐食量を、◎は鉄に接触させた亜鉛の腐食量を示す。
これに対し、□は亜鉛に接触させた銅の腐食量を、△は
亜鉛に接触させた鉄の腐食量を示す。亜鉛と銅の接触系
においては酸化反応が亜鉛に集中し、銅に比べ亜鉛の腐
食量が極端に多いことがわかる。
【0025】このように、機能部分を構成している金属
よりイオンし易い金属を非機能部分のサイドレールから
なる部分等に設けることにより、リードフレームの機能
部分における酸化反応を抑制して腐食を防止することが
可能である。特に、ダイアタッチ後の硬化処理(curin
g)、半導体チップと内部リードとの間を接続するボン
ディング(bonding )、高温高圧下で行うパッケージの
モールディング(molding )等、酸化反応が特に発生し
易い工程において本発明によるリードフレームを用いる
と、リードフレームの腐食面積を10%程度にまで低減
できる。
【0026】なお、ここでとりあげた実施例はあくまで
も本発明の例示であって、本発明の範囲を限定するもの
でないことは言うまでもない。犠牲陽極法の一方の金属
としてここでは主として銅に対し亜鉛をとりあげたが、
本発明において亜鉛以外の金属を用いることができるこ
とは、本発明の属する技術分野における通常の知識を有
する者にすれば自明のことである。
【0027】
【発明の効果】本発明によるリードフレームを半導体パ
ッケージの組立工程で用いれば、工程中で発生するリー
ドフレームの酸化、腐食を相当程度防止することがで
き、酸化反応が特に発生し易い工程で用いた場合には、
腐食面積を従来の10%程度にまで低減できる。これに
より、リードフレームの酸化、腐食による工程時の各種
問題点及び製品の信頼性低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるリードフレームの一実施例を示す
平面図である。
【図2】本発明によるリードフレームの他の実施例を示
す平面図である。
【図3】本発明によるリードフレームの更に他の実施例
を示す平面図である。
【図4】亜鉛(Zn)と銅(Cu)とを接触させたとき
に進行する電気化学反応のメカニズムを示した図であ
る。
【図5】3%の食塩水に浸したまま放置した銅(C
u)、鉄(Fe)及び亜鉛(Zn)の腐食量を示すグラ
フである。
【図6】互いに接触させ、3%の食塩水に浸したまま放
置した二種の異種金属(Zn−CuとZn−Fe)にお
いて、各々の金属の腐食量を示すグラフである。
【図7】半導体パッケージの組立工程において従来から
一般に用いられてきた、銅合金よりなるリードフレーム
を示す平面図である。
【符号の説明】
1 ダイパッド 2 タイバー(tie bar ) 3 内部リード 4 外部リード 5 サイドレール(side rail ) 6 リードフレーム移送用孔 7 リードフレームの機能部分 8 ダムバー(dam bar )
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 23/50

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体チップをマウントするダイパッド
    と前記半導体チップと電気的に接続されるリードとを含
    み、パッケージング完了時にパッケージの一部となる機
    能部分と、機能部分を支持するサイドレールを含み、パ
    ッケージング完了時にパッケージの一部とならず除去さ
    れる非機能部分とから構成される、パッケージの組立を
    完了して製品となる前の半導体パッケージ組立工程にあ
    るリードフレームにおいて、 前記非機能部分の一部または全部が、電気化学列または
    腐食電位列の序列において陽性側に位置して、前記機能
    部分に用いられている金属に対して還元剤として働く他
    の金属からなることを特徴とするリードフレーム。
  2. 【請求項2】 前記リードフレームの機能部分は銅合金
    よりなり、前記他の金属は亜鉛であることを特徴とする
    請求項1記載のリードフレーム。
  3. 【請求項3】 前記他の金属からなる部分に隣接して、
    亜鉛−銅合金よりなる部分を有することを特徴とする請
    求項1記載のリードフレーム。
  4. 【請求項4】 半導体チップをマウントするダイパッド
    と前記半導体チップと電気的に接続されるリードとを含
    み、パッケージング完了時にパッケージの一部となる機
    能部分と、機能部分を支持するサイドレールを含み、パ
    ッケージング完了時にパッケージの一部とならず除去さ
    れる非機能部分とから構成される、パッケージの組立を
    完了して製品となる前の半導体パッケージ組立工程にあ
    るリードフレームにおいて、 前記非機能部分の一部または全部が、電気化学列または
    腐食電位列の序列において陽性側に位置して、前記機能
    部分に用いられている金属に対して還元剤として働く他
    の金属によりコーティングされていることを特徴とする
    リードフレーム。
  5. 【請求項5】 前記リードフレームは銅合金よりなり、
    前記他の金属は亜鉛よりなることを特徴とする請求項4
    記載のリードフレーム。
  6. 【請求項6】 前記非機能部分は複数のダムバー(dam b
    ar) を含むことを特徴とする請求項4記載のリードフレ
    ーム。
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