JP3259894B2 - リードフレーム、その製造方法及びそのリードフレームを用いた半導体装置 - Google Patents

リードフレーム、その製造方法及びそのリードフレームを用いた半導体装置

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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、銅又は銅合金を素
材として用いたリードフレームと、その製造方法と、そ
のリードフレームを用いた半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、銅又は銅合金等銅系金属を主成
分する素材を用いた半導体装置用リードフレームは、そ
のチップ搭載領域及びインナーリード部に銀メッキを施
したものが用いられている。そして、チップボンディン
グ、ワイヤボンディング、樹脂封止が終了した後に、ア
ウターリード部分に半田メッキ処理を施し、しかる後、
リードフレームの不要部分を切断し、個々の半導体装置
を分離するということが行われる。
【0003】また、特公昭63−49382号公報に
は、チップ搭載部とワイヤボンディングのいずれか一方
又は両方の表面にパラジウム又はパラジウム合金を被覆
した半導体装置用リードフレームが紹介されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の一般
的な技術、即ち、チップ搭載領域及びインナーリード部
に銀メッキを施したものをリードフレームとして用い、
リードフレームへのチップボンディング、ワイヤボンデ
ィング、樹脂封止を行った後、リードフレームの不要部
分のカット前にアウターリード部分に半田メッキを施す
という技術によれば、メッキの形成を、リードフレーム
の製造段階と、半導体装置の製造の略終了段階との2つ
の全く異なる段階で行う必要があり、そのため、製造コ
ストの増大を招き、半導体装置の低価格下を阻む大きな
要因になっていた。
【0005】それに対して、特公昭63−49382号
公報に紹介された技術は、リードフレームの製造段階
で、即ち、リードフレーム成形後の段階で、リードフレ
ームのチップ搭載部、ワイヤボンディング部及び外部リ
ードにパラジウム又はその合金をメッキすることとする
と、パラジウム又はパラジウム合金は半田付け性が良好
なので、樹脂封止後リードフレームの不要部分カット前
に半田付け性向上のためのメッキ処理を施す必要性が無
いという利点を有する。従って、製造工数の低減を図る
ことができるという大きな利点がある。
【0006】しかしながら、この特公昭63−4938
2号公報に紹介された技術は、パラジウムを相当に厚く
しないと、その下地のニッケルメッキ膜の影響を強く受
け、チップ搭載に必要なアンカー効果が得られないとい
う問題がある。
【0007】即ち、チップ搭載領域等にパラジウム、パ
ラジウム合金をメッキするといっても銅等からなる素材
の表面に直接メッキできるわけではなく、ニッケルによ
る下地メッキ層を形成しておき、その表面にパラジウム
或いはパラジウム合金をメッキすることが必要である
が、その場合、ニッケルメッキは緻密で平滑な被膜にな
るように形成するのが普通である。なぜならば、ピンホ
ール等の欠陥の発生を回避し、欠陥を介して最表面との
間に局部電池が形成されるのを防止するには、緻密で平
滑なニッケルメッキ層を形成することが必要だからであ
る。局部電池の形成を防止する必要があるのは、局部電
池が素材の腐食をもたらすからである。
【0008】しかし、パラジウム或いはパラジウム合金
は、それが薄いと下地が緻密で平滑な面の場合、それが
持つ特性、例えば水素吸蔵性、脆弱性等が充分に発揮し
得ず、そのために、チップ搭載部に必要なアンカー効果
が得られないという問題がある。かといって、パラジウ
ム或いはパラジウム合金の厚さを厚くすことは、パラジ
ウムが非常に高価な金属なので、材料費が高くなり、リ
ードフレームの価格を高いものにするという大きな問題
がある。
【0009】また、パラジウムにはガスの触媒作用があ
り、そのため、半導体装置の組立工程で発生する種々の
ガス、特に有機ガスがパラジウム或いはパラジウム合金
皮膜に吸蔵され、その結果パラジウム或いはパラジウム
合金皮膜の半田付け特性が劣化するという現象の生じる
ことが知られているが、それを回避するため、パラジウ
ム或いはパラジウム合金皮膜の表面に金メッキ層を形成
する技術が存在しており、そこで特公昭63−4938
2号公報の技術にそのリードフレーム最表面に金メッキ
を形成する技術を適用したとすると、金が非常に化学的
安定性の高い貴金属であるため、封止樹脂との密着性が
低下するという問題もあった。
【0010】また、そのように金をパラジウム或いはパ
ラジウム合金皮膜の表面に形成することとした場合に
は、パラジウム或いはパラジウム合金皮膜と銅等のリー
ドフレーム素材との電位差よりも、金とリードフレーム
素材との電位差の方が大きいことから、リードフレーム
素材とパラジウム或いはパラジウム合金皮膜との間の局
部電池による悪影響よりも更に悪い影響を受け、信頼度
が低下するという問題もある。
【0011】本発明はこのような問題点を解決すべく為
されたものであり、リードフレームの銅或いは銅系金属
を主成分とする素材と、表面のメッキ層との間に局部電
池が発生して腐食が進むことを有効に防止し、パラジウ
ム或いはパラジウム合金皮膜の厚さを徒に厚くしなくて
もチップ搭載面に必要なアンカー効果を得ることができ
るようにし、以て、半導体装置の製造価格の低減を図り
つつ、信頼性の向上を図り、また、表面に金メッキ層を
形成したとしても樹脂との密着性が低下しないようにす
ることを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、銅又は銅系金
属を主成分とする金属素材の全面に、同じ金属のみから
なり、緻密度を異ならしめられて複層構造にせしめられ
た下地メッキ層を形成し、その表面にパラジウム或いは
パラジウム合金メッキ層を形成する、或いは形成してな
るものである。
【0013】従って、本発明によれば、リードフレーム
素材と、最上層との間に存在する下地メッキ層が複層構
造を有するので、その層間において接触電位差を生じ
る。この電位差は、素材と最上層との間に発生し腐食を
促進する要因になる局部電池効果を抑制するので、腐食
を抑制することができる。
【0014】ここで、接触電位差について付言しておき
ます。接触電位差とは異種金属を接触させたとき生じる
電位差であり、同じ材料、例えばニッケルを形成しても
下のニッケル層とその上のニッケル層との形成方法を異
ならせると、接触電位差が生じる。そして、接触電位差
が生じるということは物理学的には異種金属といえる。
従って、同じ材料を異なる方法で形成して複層構造体を
形成した場合においてもその層間に電位差が生じるとそ
の層は異種金属による層となり、より詳しくは同一元素
を含み、物性の異なる層といえる。
【0015】本発明において、ニッケル又はニッケル合
金からなる複層構造のメッキ下地層の上層を、縦方向へ
の結晶成長優先のメッキ方法、例えば、脈流のメッキ電
流を流してメッキするというメッキ方法で形成すること
ととし、下層を緻密で平滑な表面を形成することのでき
るメッキ方法、例えば、電流値が一定の直流のメッキ電
流を流してメッキすることとした場合には、下地メッキ
層の下層がリードフレームの素材表面を細かい粒子で緻
密に覆った層にすることができる。従ってピンホールの
発生を防止することができ、延いてはピンホールなどの
欠陥により発生する局部電池による腐食の発生を防止す
ることができる。
【0016】それでいて、メッキ下地層の上層は縦方向
に結晶成長の速いメッキ方法で形成するので、その上に
形成するパラジウム或いはその合金皮膜が薄くても該皮
膜の持つ特性が殺されず、チップ搭載領域に必要なアン
カー効果を充分に得ることが可能になり、従って、高価
なパラジウムの使用量を少なくすることができ、延いて
はリードフレーム、半導体装置の低価格化を図ることが
できる。しかも、樹脂封止をするときメッキ下地層の縦
方向への成長をした結晶からなる上層は樹脂内のフィラ
ーにより結晶を破壊され易く、その破壊によりパラジウ
ム或いはパラジウム合金皮膜及びメッキ下地層の表面が
樹脂と接触した状態が形成され、樹脂とリードフレーム
との密着強度を高めることができる。かかるメリット
は、パラジウム或いはパラジウム合金皮膜表面に金膜を
メッキにより形成した場合にも享受することができる。
【0017】そして、パラジウム或いはパラジウム合金
皮膜表面に金膜をメッキした場合には、それによって極
めて良好な半田付け性が得られる。そして、当然のこと
ながら、樹脂封止後リードフレームの不要部分カット前
にメッキする工程を不要にできるので、工数の低減を図
ることもできる。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図示実施の形態に
従って詳細に説明する。
【0019】図1(A)、(B)は本発明の第1の実施
の形態を示す断面図で、(A)は半導体装置の断面図、
(B)はリードフレームの構造を示す断面図であり、図
2はリードフレームの平面図である。図面において、1
1はガイドレール部、12はチップ搭載部、13はチッ
プ搭載部12を支持する支持部、14はインナーリー
ド、15はアウターリード、16は各アウターリード間
を繋ぐタイバーである。この図2に示すリードフレーム
は、銅又は銅合金からなる金属板30をエッチング或い
はプレス加工することにより形成される。そして、その
後エッチング或いはプレス加工後、メッキ処理され、図
1(B)に示すような断面構造になる。このメッキに関
しては、後で詳細に説明する。
【0020】メッキ処理後、チップ搭載部12に半導体
チップ21がボンディングされ、該半導体チップ21の
各電極と、それに対応するインナーリード14との間が
ワイヤ25によりボンディングされる。その後、半導体
チップ21、チップ搭載部12、インナーリード14及
びワイヤ25が樹脂26により封止される。そして、そ
の後、リードフレームの不要部分がカットされ、各半導
体装置が独立すると共に、各アウターリード15も互い
に独立する。図1(A)はその状態を示している。
【0021】ところで、本実施の形態の特徴は、リード
フレームの表面のメッキにあり、それについて図1
(B)に従って詳細に説明する。30は銅又は銅合金か
らなる素材、27は素材30の表面に形成された第1の
メッキ下地層で、ニッケルからなり、厚さは例えば約
0.5μm程度である。このメッキは例えば3A/cm
2 程度の直流電流(電流値一定)をメッキ電流として供
給することにより行われ、その結果、緻密な膜質で、表
面が平滑なメッキ膜が得られる。従って、ピンホール等
の欠陥が生じにくい。これは、素材とメッキ最表面層と
の間の局部電池を発生しにくくする要因になり、延いて
は局部電池による腐食の進行を抑制する要因になる。
【0022】28は第2のメッキ下地層で、ニッケルか
らなり、厚さは例えば約0.5μm程度である。このメ
ッキは例えば3A/dm2 程度のパルス電流をメッキ電
流として供給することにより行う。そのパルス電流は、
周波数が例えば200〜2000HZ (周期5mS〜5
00μs)、デューティレシオが例えば80%である。
これにより、縦方向の結晶の成長が横方向の結晶の成長
よりも優先するメッキになり、膜質は第1の下地メッキ
層27とは異なり、後で形成されるパラジウム或いはパ
ラジウム合金皮膜との或いは更に上層の金膜、ボンディ
ングワイヤとの、更には封止樹脂との密着性が良くな
り、ボンディング性、樹脂封止性が良くなるという効果
が得られることになるのである。
【0023】そして、第1のメッキ下地層27と第2の
メッキ下地層28とは、共にニッケルからなるが、メッ
キの仕方が異なるが故に膜質が異なり、その結果その間
に接触電位差が生じる。このような接触電位差が生じる
場合は、例えそれが同じ材質により形成されていても、
物理学的には異なる材質とみなすことができる。そし
て、その接触電位差があるために、素材30と最表面層
(29)との間の局部電池効果による腐食を抑制するこ
とができるという効果が得られる。尚、パルス電流はき
れいな矩形波であることは必要ではなく、例えば三角波
であっても良いし、例えば半波整流波であっても良い
し、全波整流波であっても良いし、電流値が変化する直
流であっても良い。
【0024】29はメッキ下地層28の表面に形成され
たパラジウム或いはパラジウム合金からなるメッキ皮膜
で、例えば約0.05μm程度の極めて薄い膜である。
このように薄くするのは材料費を安くすることができる
と共に、薄くてもチップ搭載部12において必要なアン
カー効果が得られるからである。というのは、そのメッ
キ皮膜28の下地は緻密なニッケル層27ではなく、縦
方向への結晶成長が優先されるニッケル層28であり、
そのため、薄くして下地の影響が強くなってもアンカー
効果が充分に得ることが可能になるからである。
【0025】このようなメッキ処理を施した後、チップ
ボンディング、ワイヤボンディングを行うと、最表層2
9の下地たる第2の下地メッキ層28が縦方向の結晶成
長が優先された膜質なので、ボンディングワイヤと、パ
ラジウム或いはパラジウム合金皮膜との接触面積が増加
し、ボンディングの信頼性の向上を図ることができる。
【0026】尚、メッキ下地層28と29は、ニッケル
からなるが、他の金属が混ざっていて合金を成していて
も良く、必ずしも完全に純粋なニッケル材料を使用しな
ければならないということはない。
【0027】図3は本発明第2の実施の形態を示す断面
図である。本実施の形態は第1の実施の形態とは、パラ
ジウム又はパラジウム合金皮膜(31)を形成した点で
のみ相違し、それ以外の点では共通する。そして、共通
する点については既に説明済みなので、その説明は省略
し、相違する点についてのみ説明する。
【0028】図3において、31はパラジウム又は合金
皮膜29の表面に形成された金メッキ皮膜で、厚さが例
えば30〜100オングストロームであり、半田付け性
を向上させるために形成される。即ち、パラジウム或い
はパラジウム合金皮膜29はガスの触媒作用があり、そ
のため半導体装置の組立過程で種々の有機ガスを吸着
し、その結果として半田付け性が劣化するおそれがある
が、その皮膜29の表面を化学的安定性の高い金皮膜3
1で覆うことによりそれを防止することができる。
【0029】従って、第2の実施の形態によれば、第1
の実施の形態で享受することのできた効果の外、半田付
け性の劣化のおそれをより有効に防止することができる
という効果を得ることができる。
【0030】また、金メッキ皮膜31の下のパラジウム
或いはパラジウム合金皮膜29の更に下の層は、第2下
地メッキ層28であり、縦方向に結晶成長が優先された
膜質であるので、樹脂封止をしたとき樹脂内のフィラー
により結晶を破壊され易く、その破壊によりパラジウム
或いはパラジウム合金皮膜及びメッキ下地層の表面が樹
脂と接触した状態が形成され、樹脂とリードフレームと
の密着強度を高めることができる。従って、金メッキ皮
膜31を形成した場合に従来問題になっていた封止樹脂
とリードフレームとの密着性が低下するということを回
避することができる。
【0031】
【発明の効果】本発明によれば、リードフレーム素材
と、最上層との間に存在する下地メッキ層が、同じ金属
のみからなり緻密度を異ならしめられて複層構造にせし
められているので、同じ金属のみからなるもその層間に
おいて接触電位差を生じる。この電位差は、素材と最上
層との間に発生し腐食を促進する要因になる局部電池効
果を抑制するので、腐食を抑制することができる。
【0032】そして、本発明において、ニッケル又はニ
ッケル合金からなる複層構造のメッキ下地層の上層を、
縦方向への結晶成長優先のメッキ方法、例えば、脈流の
メッキ電流を流してメッキするというメッキ方法で形成
することととし、下層を緻密で平滑な面を形成すること
のできるメッキ方法、例えば、電流値一定の直流のメッ
キ電流を流してメッキすることとした場合には、下地メ
ッキ層の下層がリードフレームの素材表面を細かい粒子
で緻密に覆った層にすることができる。従ってピンホー
ルの発生を防止することができ、延いてはピンホールな
どの欠陥により発生する局部電池による腐食の発生を防
止することができる。
【0033】それでいて、メッキ下地層の上層は縦方向
に結晶成長優先のメッキ方法で形成するので、その上に
形成するパラジウム或いはその合金皮膜が薄くても該皮
膜の持つ特性が殺されず、チップ搭載領域に必要なアン
カー効果を充分に得ることが可能になり、従って、高価
なパラジウムの使用量を少なくすることができ、延いて
はリードフレーム、半導体装置の低価格化を図ることが
できる。しかも、樹脂封止をするときメッキ下地層の縦
方向へ成長した結晶からなる上層は樹脂内のフィラーに
より結晶を破壊され易く、その破壊によりパラジウム或
いはパラジウム合金皮膜及びメッキ下地層の表面が樹脂
と接触した状態が形成され、樹脂とリードフレームとの
密着強度を高めることができる。かかるメリットは、パ
ラジウム或いはパラジウム合金皮膜表面に金膜をメッキ
により形成した場合にも享受することができる。
【0034】そして、パラジウム或いはパラジウム合金
皮膜表面に金膜をメッキした場合には、それによって極
めて良好な半田付け性が得られる。そして、当然のこと
ながら、樹脂封止後リードフレームの不要部分カット前
にメッキする工程を不要にできるので、工数の低減を図
ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)、(B)は本発明の第1の実施の形態を
示す断面図で、(A)は半導体装置の断面図、(B)は
リードフレームの断面構造を示す断面図である。
【図2】第1の実施の形態のリードフレームを示す平面
図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態のリードフレームの
断面構造を示す断面図である。
【符号の説明】
30・・・リードフレーム素材、27・・・第1のメッ
キ下地層、28・・・第2のメッキ下地層、29・・・
パラジウム或いはパラジウム合金皮膜、31・・・金皮
膜。
フロントページの続き (72)発明者 梅田 泰 神奈川県横浜市金沢区福浦2丁目10番地 1 株式会社野毛電気工業内 (72)発明者 柿本 実行 東京都港区新橋5丁目11番3号 住友金 属鉱山株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−42753(JP,A) 特開 平4−335558(JP,A) 特開 平7−169901(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 23/50

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 銅又は銅系金属を主成分とする金属を素
    材とし、該素材の表面に複層構造の下地メッキ層を形成
    し、該下地メッキ層の表面にパラジウム或いはパラジウ
    ム合金膜を形成してなるリードフレームにおいて、 上記下地メッキ層が、同じ金属のみからなり、緻密度を
    異ならしめられて上記複層構造にせしめられてなること
    を特徴とするリードフレーム。
  2. 【請求項2】 前記複層構造の下地メッキ層の上層が下
    層より緻密度が低められてな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】 前記下地メッキ層がニッケル又はニッケ
    ル合金からなることを特徴とする請求項1又は2記載の
    リードフレーム。
  4. 【請求項4】 前記パラジウム或いはパラジウム合金膜
    の表面に金メッキ皮膜を形成してなることを特徴とする
    請求項1、2又は3記載のリードフレーム。
  5. 【請求項5】 銅又は銅系金属を主成分とする金属を素
    材とし、該素材の表面に複層構造の下地メッキ層を形成
    し、該下地メッキ層の表面にパラジウム或いはパラジウ
    ム合金膜を形成してなり、上記下地メッキ層を、同じ金
    のみからなり、緻密度を異ならしめて上記複層構造に
    せしめてなるリードフレームの製造方法であって、 上記同じ金属のみからなる複層構造の下地メッキ層を、
    その各層毎に電流の波形を変化させることにより緻密度
    を変えるという電気メッキ法により形成することを特徴
    とするリードフレームの製造方法。
  6. 【請求項6】請求項1、2、3又は4記載のリードフレ
    ームを用いたことを特徴とする半導体装置。
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