JP3502781B2 - 半導体パッケージ用リードフレーム及びリードフレームメッキ方法 - Google Patents
半導体パッケージ用リードフレーム及びリードフレームメッキ方法Info
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Description
り、特に先メッキ法(Pre-Plating)を適用したときに
金属基板の上面に積層される中間層を保護する保護層が
改良された半導体パッケージ用リードフレーム及びリー
ドフレームのメッキ方法に関する。
導体パッケージを構成する核心的な構成要素の1つであ
って、半導体パッケージのチップと外部回路を連結する
導線の役割と半導体チップを支持する支持体の役割とを
同時に果たす。このような半導体リードフレームは、半
導体チップの高密度化、高集積化及び基板実装方法等に
応じて多様な形状を有する。
憶素子のチップを支持して静的状態を保たせるパッド部
とワイヤボンディングにより連結されるインナリード部
及び外部回路との連結のための外部リード部とから構成
されている。通常、かかる構造を有する半導体リードフ
レームはスタンピング工程または蝕刻工程によって製造
される。
フレームは、パッド部に載置されたチップとワイヤボン
ディングされ、ワイヤボンディングされたチップとリー
ドフレームのインナリード部がモールドコンパウンドに
よりモールディングされて半導体パッケージを形成する
ことになる。
チップとリードフレームのインナリード部とのワイヤボ
ンディング性及びパッド部の特性を良好な状態に保たせ
るためにパッド部とリードフレームのインナリード部の
端部を銀等の金属素材でメッキする。また、樹脂保護膜
をモールディングした後、基板の実装のためのハンダ付
け性の向上のためにアウタリード部の所定領域にはん
だ、即ちSn−Pbメッキを施す。
樹脂保護膜のモールディング後に湿式処理過程を経なけ
ればならなくなり、これによって完成品の信頼性が低下
するという問題点がある。
提案された。この方法は半導体パッケージ工程の前にハ
ンダ湿潤性(solder wettability)に優れた素材を予め
塗布し、これを保護する保護層を形成する方法である。
示す図面である。
基板21上に中間層のニッケル薄膜層22と最外郭層の
保護層23が順次に積層されている。
物質よりなり、Ni薄膜層と保護層はDC電流方式の電
気メッキで形成されるる。
は金属基板21の上面に形成された中間層22により
銅、銅合金または鉄−Ni合金よりなる金属基板の銅ま
たは鉄成分が表面まで広がって酸化によるハンダ付け性
の劣化を防止し、銅酸化物や硫化物などの生成を防止す
る。また中間層22はPdよりなる保護層23の亀裂発
生時金属基板21を保護する役割を果たすことになる。
dよりなる保護膜層を形成すると、ハンダ付け時に表面
のPdが溶融されてPb中に広がって接合されることに
よりPbとNiとの界面が形成され、中間層の亀裂発生
時中間層の線化を防止することになる。
C電流方式を用いてメッキするので、図1に示すよう
に、素材の表面に均一な厚さで保護膜23を形成できな
い。このようになる原因はメッキ液内における不均一な
核の成長と関連している。即ち、メッキ液内にはイオン
が不均一に分布しているが、DC電流が供給されるとこ
れらイオンが金属の表面に移動して析出する。この際、
大きな核を中心として結晶成長が起こり、これら核の間
にピンホール(pinhole)が発生し、この針穴に水素イ
オンが浸透して捕捉されるためにメッキ表面が粗くな
り、図示されたように局部的にメッキ層が薄くなる部分
23aが発生する。特にDC電流を使用する場合、金属
基板21とメッキ液との間の電気二重層の形態が金属基
板の状態とは関係なく直流であるため相対的に基板表面
の突出部分へ電流の集中現象が生じる。従って、この部
分で集中的な析出が起こって金属基板面より粗い表面が
形成される。また、メッキ液と金属基板との間の電気二
重層が大きくなると、イオンの移動時間が異なるために
核成長の不均一性がさらに深刻になり、これによるメッ
キ層の局部的な厚さの偏差が生じる。
キの厚さを3マイクロインチ(7.62×10-8m)以
下に薄くすれば保護層の本来の機能が果せなくなり、リ
ードフレームのボンディングや半導体の組立工程におい
て中間層と下部金属基板21が腐食されたり、元素の拡
散を引起こしてワイヤボンディング性及びハンダ付け性
を劣化させる。
ンチ(7.62×10-8m)以上にする場合、従来のA
gメッキに比べて30%以上コスト高となる。
形成された中間層及び保護層の厚さに対する限定と物理
蒸着法中の真空蒸着法(vapor deposition)によるメッ
キ例が米国特許第5,510,197号に開示されてい
る。前記文献に開示されたように、銅または銅合金より
なるベース基板上にNiまたはNi合金よりなる中間層
が50乃至20,000Åの厚さに形成され、中間層の
上面には金、金合金、銀、銀合金、Pd、Pd合金の何
れかよりなり、真空蒸着法またはイオンスパッタリング
法により10乃至500Åの厚さに保護層が形成された
構造である。これは、保護層の厚さが10Å以下ならハ
ンダ付け性が不良であり、500Å以上なら品質特性が
これ以上増加しなくコスト高となることに起因する。
護膜を物理蒸着方法の1つである真空蒸着またはイオン
スパッタリング法により形成するので連続生産方式に適
用しにくく、コスト高という問題点を有している。
解決するために創出されたものであって、耐腐蝕性、ハ
ンダ付け性及びワイヤボンディング性を向上できるよう
に変調された電流を供給することによってメッキされた
保護層を有するリードフレーム及びそのメッキ方法を提
供するにその目的がある。
め、本発明によれば、金属基板と、前記金属基板の少な
くとも一方の側の面に形成された中間層と、前記中間層
の上面に、パラジウム、パラジウム合金、金、金合金、
銀、銀合金のなかの少なくとも1つを、変調された電流
を供給することによってメッキした、0.01乃至1.
5マイクロインチ(0.0254×10-8乃至3.81
×10-8m)の厚さの保護層を含んでなることを特徴と
するリードフレームが提供される。
の極性が周期的に反転する矩形波である。
前記金属基板の少なくとも一方の側の面に形成された、
ニッケルまたはニッケル合金のうち少なくとも1つを、
変調された電流を供給することによってメッキした中間
層と、前記中間層の上面にパラジウム、パラジウム合
金、金、金合金、銀、銀合金のなかの少なくとも1つ
を、変調された電流を供給することによってメッキし
た、0.01乃至1.5マイクロインチ(0.0254
×10-8乃至3.81×10-8m)の厚さの保護層を含
んでなることを特徴とするリードフレームが提供され
る。
成するために供給される変調された電流の波形は周期的
に極性が反転する矩形波である。
(a)金属基板の上面に中間層を形成させる段階と、
(b)前記金属基板をメッキ液に浸漬するか、若しくは
前記金属基板にメッキ液を噴射する段階と、(c)前記
メッキ液と金属基板とに変調された電流を供給すること
によって、前記中間層の上面に0.01乃至1.5マイ
クロインチ(0.0254×10-8乃至3.81×10
-8m)の厚さの保護層を形成する段階とを含むことを特
徴とするリードフレームのメッキ方法が提供される。
明を詳しく説明する。
しい一実施例を示す図面である。
ケル系合金のうち1つの金属よりなる金属基板31の上
面にニッケルまたはニッケル合金よりなる中間層32が
形成される。そして、前記中間層32の上面には保護層
33が形成される。
された電流を供給してメッキするメッキ方法により形成
され、前記保護層33の厚さは0.01乃至1.5マイ
クロインチ(0.0254×10-8乃至3.81×10
-8m)に変調された電流を供給してメッキするメッキ法
により形成される。前記変調された電流の波形はその極
性が周期的に反転される矩形波であるか、または周期的
なパルス波である。
金、銀、銀合金のうち少なくとも1つの金属よりなる。
層33の表面は、図に示すように、従来の保護層に比べ
て微細で平滑な粗度を有する。従って、保護層が薄くて
もその保護層の機能を十分に発揮し得る。本発明者の実
験によれば、前記保護層の厚さは0.01乃至1.5マ
イクロインチ(0.0254×10-8乃至3.81×1
0-8m)であることが望ましい。
の一実施例を示す図面である。示されたように半導体チ
ップとワイヤボンディングされて所定のパターンに形成
された多数のインナリード41と、前記各インナリード
41から延長されて回路基板のシグナル端子と連結され
るアウタリード42とを含むリードフレーム本体43を
具備する。
ナリード41により取囲まれた中央部にはパッド44が
さらに備えられている。そして、前記インナリード4
1、アウタリード42及びパッド44の少なくとも一方
の側の面には中間層(図2の32)が形成され、前記中
間層32の上面には保護層(図2の33)が形成され
る。前記保護層33は公知の材料により0.01乃至
1.5マイクロインチ(0.0254×10-8乃至3.
81×10-8m)の厚さにメッキされる。
本体または金属基板の上面にニッケルまたはニッケル合
金中間層32と、この中間層32の上面にPdまたはP
d合金で形成された保護層33は変調された電流を供給
する方式により製造され、このような方式は後述するよ
うにメッキ層のハンダ付け性を向上させる。
法をさらに詳細に説明する。
ッケル、またはニッケル合金で中間層32を形成する。
ここで、前記金属基板は銅、銅合金、鉄−ニッケル系合
金のうち1つよりなることが望ましい。
基板31をメッキ液に浸漬する。前記メッキ液は形成さ
れる保護層33に応じて差があるが、Pdメッキ溶液ま
たはPd合金メッキ溶液が用いられる。但し、このよう
な保護層の材料は、本発明では、ここに開示したものに
限定されない。
変調された電流、即ち周期的に反転される波形を有する
電流を与えて前記中間層32の上面に0.01乃至1.
5マイクロインチ(0.0254×10-8乃至3.81
×10-8m)の厚さの保護層33をメッキする。
形の例が図4及び図8に示されている。即ち、前記変調
された電流は図4に示されたように周期的にパルス波が
印加される矩形波電流である。また、前記変調された電
流は図5に示されたように周期的に極性が反転する反転
パルス矩形波電流であってもよい。
示されたように所定の周期で反転する矩形波であっても
よく、前記変調された電流の波形は、図7に示すよう
に、第1及び第2周期を含む単位周期を有して前記第1
及び第2周期には各々複数の矩形波を具備し、前記第1
及び第2周期の矩形波のそれぞれの極性は相反のもので
あってもよい。そして、前記変調された電流波形の他の
実施例では図8に示されたようにその極性が周期的に反
転される矩形波であり、かつ所定の直流成分を有する。
は100Hz乃至50KHz、デューティサイクルは5
乃至50%、平均電流密度は0.5乃至10A/dm2
である。
層32は前述したような変調された電流を供給すること
によりメッキすることができるが、この場合変調された
電流の波形は前記保護層を形成するための波形と同一な
波形を有する。そして前記中間層のメッキ時、変調され
た電流の周波数帯域は50Hz乃至500Hzが用いら
れる。この時のデューティサイクルは35乃至85%で
あり、電流密度は2乃至40A/dm2とすることが望
ましい。
中に金属基板31が浸漬された状態では、前記金属基板
31の表面上に距離に応じて濃度分布の不均一が発生す
る。即ち、金属基板31の表面から遠くなるほど最低濃
度Ciから平均濃度Coに変わるが、このような濃度の
ばらつきがあると前記保護層33が平滑に形成できなく
なる。
るべく、前記メッキ工程時に前記メッキ液を攪拌させる
段階をさらに含むようにすることができる。前記メッキ
液の攪拌は中間層32または保護層33のメッキ時、メ
ッキ液と金属基板のメッキ面との接触におけるイオンの
移動を円滑にするためである。このような攪拌はメッキ
液に渦流を生じさせたり、前記メッキ液中で金属基板3
1を、例えば4m/min程度の速度に移動させたり、
または金属基板31の表面にメッキ液を噴射することに
よって行い得る。この際、前記メッキ液の攪拌速度は変
調された電流の周波数の変化に対応して調整され得る。
に明確に理解できる。
ンチの中間層を形成させ、その上に1.5マイクロイン
チの保護層を変調された電流により形成した本発明の試
料材と、比較材として金属基板上に58マイクロインチ
(81.28×10-8m)の中間層と3.3マイクロイ
ンチ(8.382×10-8m)の保護層を有する第1比
較材と、金属基板上に110マイクロインチ(279.
4×10-8m)の中間層と6.5マイクロインチ(1
6.51×10-8m)の保護層を有する第2比較材とを
使用した。前記第1、2比較材は各々従来のDC電流メ
ッキ法により製造した。
ーブンキュアリング条件を変えながら実験した結果を図
10に示した。
ームエージングした結果(図10のグラフA)、本発明
に係る試料材のハンダ付け率は100%であったが、第
1、2比較材は各々95%と93%であった。
オーブンを用いてキュアリング(curing:硬化)させた
結果(図10のグラフB)、本発明に係る試料材は95
%のハンダ付け率を示したが、第1、2比較材の場合に
は各々93%と92%であった。また、前記各試料材を
95℃に24時間スチームエージングした結果(図10
のグラフC)、本発明に係る試料材のハンダ付け率は9
5%を保っているが、第1、2比較材の場合には各々9
1%と90%に低くなることが分かった。
れた0.1マイクロインチ(0.254×10-8m)の
厚さのPd保護層を有する第1発明材と0.5マイクロ
インチ(1.27×10-8m)の厚さのPd保護層を有
する第2発明材が使われた。比較材として従来のDC電
流方式により4.0マイクロインチ(10.16×10
-8m)のPd保護層を有する試料が製造された。これら
は全て95℃に16時間スチームエージングされた。こ
れら試料に対する湿潤力(wetting-force)を測定した
結果を図11及び図12に各々示した。ここで、図12
は95℃に8時間スチームエージングした場合を示す。
この湿潤力は約245℃のPb−Sn溶液中の1つのメ
ッキされたリードを約0.5mm垂直に浸漬した後の取
出時の湿潤力を測定したものである。
ジング時間が延びるほど湿潤力は高くなるが、約0.5
秒以内では本発明の試料が全て従来の比較材に比べて優
れた湿潤力を示すことが分かる。通常、半導体組立工程
において高温の熱処理は0.5秒以内の短時間に行なわ
れるので、このような条件に対して本発明に係る試料が
優れた湿潤力を有することが確認される。前記湿潤力が
高いほどリードフレームとPbとの付着力は向上され
る。
を175℃に24時間オーブンを用いてキュアリング
し、95℃に8時間スチームエージングした後、湿潤力
を測定した結果を図13に各々示した。
い状態で湿潤性が高まることが分かる。
及びその装置は図面に示された一実施例に基づき説明し
たが、これは例示に過ぎず、当業者であればより多様な
変形及び他実施例を実現することも可能であることが理
解されよう。
用リードフレームとリードフレームのメッキ方法によれ
ば、リードフレームのメッキ時周期的に極性が反転する
パルス電流を与えることによって保護層の厚さを0.0
1乃至1.5マイクロインチ(0.0254×10-8乃
至3.81×10-8m)に比較的薄く形成することがで
き、その表面の粗度も良好なため、ハンダ付け性を向上
させることができる。
変調された電流の波形を示すグラフである。
変調された電流の波形を示すグラフである。
変調された電流の波形を示すグラフである。
変調された電流の波形を示すグラフである。
変調された電流の波形を示すグラフである。
る。
ある。
Claims (4)
- 【請求項1】 金属基板と、 前記金属基板の少なくとも一方の側の面に形成された中
間層と、 前記中間層の上面に、パラジウム、パラジウム合金、金
合金、銀合金のなかの少なくとも1つを、変調された電
流を供給することによってメッキした、0.01乃至
1.5マイクロインチ(0.0254×10−8乃至
3.81×10−8m)の厚さの保護層を含んでなり、前記中間層が、ニッケルまたはニッケル合金よりなり、 前記変調された電流の波形が、その極性が周期的に反転
する矩形波であり、 前記変調された電流の周波数帯域が100Hz乃至50
kHzであり、デューティサイクルが5乃至50%であ
ることを特徴とするリードフレーム。 - 【請求項2】 前記変調された電流の波形が、所定の
直流成分を有することを特徴とする請求項1に記載のリ
ードフレーム。 - 【請求項3】 (a)金属基板の上面に中間層を形成
させる段階と、 (b)前記金属基板をメッキ液に浸漬するか、若しくは
前記金属基板にメッキ液を噴射する段階と、 (c)前記メッキ液と金属基板とに変調された電流を供
給することによって、前記中間層の上面に0.01乃至
1.5マイクロインチ(0.0254×10−8乃至
3.81×10−8m)の厚さの保護層を形成する段階
とを含み、前記中間層が、ニッケルまたはニッケル合金よりなり、 前記保護層が、パラジウム、パラジウム合金、金合金、
銀合金のなかの少なくとも1つよりなり、 前記変調された電流の波形が、その極性が周期的に反転
する矩形波であり、 前記変調された電流の周波数帯域が100Hz乃至50
kHzであり、デューティサイクルが5乃至50%であ
ることを特徴とするリードフレームのメッキ方法。 - 【請求項4】 前記金属基板の上面に中間層を形成さ
せる段階が、メッキ液と金属基板とに、極性が周期的に
反転する矩形波の波形を有する変調された電流を供給す
ることによって行われ、この中間層を形成する段階にお
いて供給される変調された電流の周波数帯域が50Hz
乃至500Hzであり、デューティサイクルが35乃至
85%であることを特徴とする請求項3に記載のリード
フレームのメッキ方法。
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