JP5168998B2 - 半導体装置用基板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、めっきによって半導体装置の端子部となる部分を形成する半導体装置用基板及びその製造方法に関するものである。
半導体装置の小型・薄型化は年々進み、図４（Ｃ）に示すような封止樹脂２３の裏面に外部との接続部（端子部）２５を有する半導体装置が増えてきた。このような半導体装置のパッド部や端子部は、銅系合金や鉄・ニッケル合金をエッチング加工やプレス加工により所定のパターンに形成したリードフレームを用いることが一般的だった。しかし、このリードフレームは、０．１２５〜０．２０ｍｍの板厚のものが主に使用され、薄型化を妨げる要因の一つとなっていた。
近年、このリードフレームの代わりに、金属板に０．１ｍｍ以下の厚さでめっき層を形成した半導体装置用基板を用いて、パッド部や端子部をめっき層で形成した薄型の半導体装置が現れてきた。
このめっき層によりパッド部や端子部を形成する半導体装置は、図２に示すように、金属板１０上にめっき層によりパッド部３や端子部２となる部分を形成した半導体装置用基板１を用い、これに図４（Ａ）に示すようにパッド部３に半導体素子２１を搭載し、ワイヤボンディング２２、樹脂封止等の組み立て工程を経て、その後金属板のみを溶解する方法やあるいは引き剥がす方法により、金属板を除去することで封止樹脂の裏面にめっき層の外部接続部を有する半導体装置を得ている。
このめっき層によりパッド部や端子部を形成する半導体装置は、図２に示すように、金属板１０上にめっき層によりパッド部３や端子部２となる部分を形成した半導体装置用基板１を用い、これに図４（Ａ）に示すようにパッド部３に半導体素子２１を搭載し、ワイヤボンディング２２、樹脂封止等の組み立て工程を経て、その後金属板のみを溶解する方法やあるいは引き剥がす方法により、金属板を除去することで封止樹脂の裏面にめっき層の外部接続部を有する半導体装置を得ている。
ところで、銅系合金を金属板とする場合は、機械的に容易に引き剥がすことができないため、樹脂封止後に金属板である銅系合金のエッチング処理が必要となり、製造工程が複雑となり、経済性も悪かった。
また、ステンレス鋼を金属板として、樹脂封止後にステンレス鋼を引き剥がす場合は、通常、端子部となる部分を形成するめっき層のステンレス鋼に対する完全な密着性が得づらく、その結果封止樹脂がステンレス鋼と金めっきの間に回りこむ問題があった。
その上、この金属板を引き剥がす方法に用いる半導体装置用基板は、組み立て工程においてめっき層が金属板から剥離せず、また封止樹脂が金属板とめっき層の間に回り込むことなく密着している必要があり、且つ、金属板を引き剥がした後は、引き剥がした金属板にパッド部や端子部となるめっき層が残らず、封止樹脂と密着して封止樹脂から浮いた状態や剥離する事態が生じないようにすることが必要である。つまり、金属板とめっき層が、半導体装置の組み立て工程中は剥がれることなく密着している必要がある。一方、金属板のみを除去する工程においては、めっき層が封止樹脂と密着するとともに金属板とめっき層の間が剥がれ易いという相反する機能が要求される。
そして、特許文献１には、金属板上に形成するめっき層は、基材上に金めっき層、ニッケルめっき層、金めっき層で構成された半導体装置用基板が開示されている。この半導体装置用基板は、樹脂封止後に基材部をエッチング除去するようにした半導体装置であり、基材部を引き剥がす方法ではないため、金属板にパッド部や端子部となるめっき層が残る問題はない。
また、特許文献２には金属板の表面にブラスト処理などによって凹凸を設け、且つ剥離性をもたせる酸化膜を形成する剥離処理を行った後に、めっき層を形成する技術が開示されている。しかし、金属板の一面に凹凸を付ける表面処理工程と、剥離性をもたせる剥離処理工程が新たに必要となる。また、めっき層を形成する片面側に凹凸を設けることで、反りが発生する問題がある。
特開昭５９−２０８７５６号公報
特開平１０−５０８８５号公報
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、半導体装置の製造に用いる基板について、金属板を引き剥がす際に、引き剥がした金属板にパッド部や端子部となるめっき層が残らず、一方パッド部や端子部が封止樹脂から浮いた状態や剥離する事態が生じないように封止樹脂と良好に密着しためっき層を有する半導体装置用基板及び半導体装置を提供することである。
上記の目的を達成するために、本発明の半導体装置用基板は、金属板上にパッド部や端子部となるめっき層が形成され半導体素子を搭載して樹脂封止体で封止した後めっき層を樹脂封止体に残して金属板だけが剥離されることになる半導体装置用基板であって、金属板上に、粒状の第１の金めっき層と、その上に成膜しためっき層が形成されているものである。
また、本発明の別の態様は、金属板上にパッド部や端子部となるめっき層が形成され半導体素子を搭載して樹脂封止体で封止した後めっき層を樹脂封止体に残して金属板だけが剥離されることになる半導体装置用基板であって、金属板上に、粒状の第１の金めっき層と、その上に成膜した第２の金めっき層が形成されているとともに、第２の金めっき層の上にさらにめっき層が形成されているものである。
そして、本発明の別の態様は、前記発明に加えて第２の金めっき層の上に形成されるめっき層として、第２の金めっき層の上に少なくとも、ニッケル又は銅のめっき層と、金又は銀又はパラジウムあるいはこれらの合金のめっき層が積層されているものである。
一方、本発明の半導体装置用基板の製造方法は、金属板上にパッド部や端子部となるめっき層が形成され半導体素子を搭載して樹脂封止体で封止した後めっき層を樹脂封止体に残して金属板だけが剥離されることになる半導体装置用基板の製造方法であって、金属板上に、酸性浴による粒状の第１の金めっき層を形成した後、前記第１の金めっき層の上に成膜させためっき層を形成するようにしたものである。
そして、本発明の半導体装置用基板の製造方法の別の態様は、金属板上にパッド部や端子部となるめっき層が形成され半導体素子を搭載して樹脂封止体で封止した後めっき層を樹脂封止体に残して金属板だけが剥離されることになる半導体装置用基板の製造方法であって、金属板上に、酸性浴による粒状の第１の金めっき層を形成した後、前記第１の金めっき層の上に中性浴による第２の金めっき層を形成し、さらに前記第２の金めっき層の上にめっき層を形成するようにしたものである。
また、本発明の半導体装置用基板の製造方法の別の態様は、金属板上にパッド部や端子部となるめっき層が形成され半導体素子を搭載して樹脂封止体で封止した後めっき層を樹脂封止体に残して金属板だけが剥離されることになる半導体装置用基板の製造方法であって、金属板上に、酸性浴による粒状の第１の金めっき層を形成した後、前記第１の金めっき層の上に中性浴による第２の金めっき層を形成し、次にその上に直接あるいはパラジウムめっき層を形成後ニッケル又は銅のめっき層を形成し、さらにその上に中性浴による金めっき層あるいは銀又はパラジウム又は金銀合金又は金パラジウム合金の何れか一つ以上のめっき層を形成するようにしたものである。
さらに、本発明の別の態様は、前記発明に加えてｐＨ０．１〜１．０の強酸性浴を用いて金属板上に第１の金めっき層を形成するようにしたものである。
また、本発明の別の態様は、前記発明に加えて電流密度を０．３〜１．０Ａ／ｄｍ2で金めっき層を形成するようにしたものである。
半導体装置の組み立て工程において、金属板上に形成されるめっき層が金属板から剥離せず、また封止樹脂が金属板とめっき層の間に回り込むこともなく密着していて、なおかつ、引き剥がした金属板にパッド部や端子部となるめっき層が残らず、そしてパッド部や端子部が封止樹脂から浮いた状態や剥離する事態が生ぜず、封止樹脂と良好に密着しためっき層を有する半導体装置用基板を得ることが可能となる。
金属板上にレジストにより所定のパターンを形成し、めっき前処理を行った後、パターン間から露出する金属板の部分に、ｐＨ０．１〜１．０の強酸性浴を用いて電流密度０．３〜１．０Ａ／ｄｍ2のめっき条件下で、粒状に形成される第１の金めっき層を１０〜２０ｎｍの厚さで形成する。
次に、第２の金めっき層として中性の一般的な金めっき層を約０．１μｍ形成し、その上に一般的なスルファミン酸ニッケルめっきによりニッケルめっき層を約１０μｍ形成し、その上に中性の一般的な金めっき層を約３μｍ形成して、レジストを剥離し、水洗と乾燥などの後処理を行って、本発明の半導体装置用基板を得ることができる。
次に、図１〜図３に基づいて本発明の半導体装置用基板及び半導体装置用基板の製造方法について説明する。
まず図３（Ａ）に示すように、金属板１０として板厚０．２ｍｍのステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）を用いて、脱脂処理と酸洗浄処理を行った後、厚さ０．０２５ｍｍの感光性ドライフィルムレジスト１４をラミネートロールで上記ステンレス鋼（金属板１０）の両面に貼り付けた。
まず図３（Ａ）に示すように、金属板１０として板厚０．２ｍｍのステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）を用いて、脱脂処理と酸洗浄処理を行った後、厚さ０．０２５ｍｍの感光性ドライフィルムレジスト１４をラミネートロールで上記ステンレス鋼（金属板１０）の両面に貼り付けた。
次に、後でめっき層を形成する部分を黒く、それ以外を透明にしたガラスマスクをドライフィルムレジストの上から被せて、さらにその上から紫外光を照射することで露光を行い、ドライフィルムレジスト１４に所定のパターン１５を作製した。なお、このときのパターン１５は、めっき層を形成するめっきエリアとして、３ｍｍ角のパッド部３とその周囲に０．３ｍｍ角の端子部２を２８個配置したものを準備し、このようなものを幅１００ｍｍの金属板のうち中央部で幅５０ｍｍの部分に１０個均等に並ぶように作製した。
次に、炭酸ナトリウム溶液を用いて、紫外光の照射が遮られて感光しなかった未硬化のドライフィルムレジストを溶かす現像処理を行って、図３（Ｂ）に示すようにめっき層を形成するための材料を完成させた。
次に、めっき前処理として、まずアルカリ浸漬し、その後に３ｍｏｌ／Ｌの塩酸に浸漬させた。
次に、めっき前処理として、まずアルカリ浸漬し、その後に３ｍｏｌ／Ｌの塩酸に浸漬させた。
以上の前処理を行った後、図３（Ｃ）に示すようにｐＨ０．８の金めっき浴を用いて、浴温２５℃、電流密度０．５Ａ／ｄｍ2に設定して３０秒のめっき処理を行い、ステンレス鋼（金属板１０）上に第１の金めっき層１１Ａとなる下地金めっきを形成した。次に、第２の金めっき層１１Ｂとして中性の一般的な金めっきを約０．１μｍ施し金めっき層１１を形成した。そしてその上にニッケルめっき層１２として一般的なスルファミン酸ニッケルめっきを１０μｍ施し、さらにその上に中性の一般的な金めっき１３を３μｍ施した。そして最後に図３（Ｄ）に示すように水酸化ナトリウム溶液でドライフィルムレジストを剥離し、水洗と乾燥を行った後に、１００ｍｍ×２００ｍｍの大きさに切断して半導体装置用基板１を得た。
次に、上記半導体装置用基板１を用いて半導体装置を製造する方法を図４に基づいて説明する。
まず、図４（Ａ）に示すように上記実施例１の方法により製造した半導体装置用基板１を用いて、パッド部３に半導体素子２１をダイボンド用ペーストを用いて搭載し、半導体素子２１の電極と端子部２をワイヤボンディング２２した後、樹脂封止を行う。そして図４（Ｂ）に示すように、封止樹脂２３硬化後にステンレス鋼（金属板１０）と樹脂封止された部分とを引き剥がした。そして、これを図４（Ｃ）に示すように個片化して半導体装置を得た。
まず、図４（Ａ）に示すように上記実施例１の方法により製造した半導体装置用基板１を用いて、パッド部３に半導体素子２１をダイボンド用ペーストを用いて搭載し、半導体素子２１の電極と端子部２をワイヤボンディング２２した後、樹脂封止を行う。そして図４（Ｂ）に示すように、封止樹脂２３硬化後にステンレス鋼（金属板１０）と樹脂封止された部分とを引き剥がした。そして、これを図４（Ｃ）に示すように個片化して半導体装置を得た。
引き剥がしたステンレス鋼（金属板１０）側を観察した結果、めっきが残っている部分はなかった。また樹脂封止された部分の、ステンレス鋼と接していた金めっき側を確認すると、封止樹脂２３の回り込みもなく、樹脂からめっき層が浮いたり剥離したりすることなく保持されていることが確認できた。さらにこの第１の金めっき層１１Ａである金めっき面のはんだ濡れ性を溶融はんだで確認したところ、金めっき面全域にきれいに半田付けができた。
次に、金めっき層を粒状に形成するための適切なめっき電流密度を確認するために、ｐＨ０．８の金めっき浴を用いて、浴温２５℃、の条件下で、めっきの電流密度を［低］として０．２Ａ／ｄｍ2、［中］として０．７Ａ／ｄｍ2、［高］として１．２Ａ／ｄｍ2、の３種類に分けて、ステンレス鋼上に、本発明の第１の金めっき層のみを施して、断面ＴＥＭにて金めっきの状態を観察した。
観察結果は図６に示す通りである。電流密度［低］及び［中］では金めっきは粒状に、［高］では膜状となっており、断面から推察される本発明の金めっき層の厚みは１０〜２０ｎｍ程度となっていた。
すなわち、樹脂封止後にステンレス鋼を引き剥がす場合、１０〜２０ｎｍ程度の厚みで、電流密度１．０Ａ／ｄｍ2以下の条件で成膜させず粒状に形成された本発明の第１の金めっき層が最適であることがわかった。
すなわち、樹脂封止後にステンレス鋼を引き剥がす場合、１０〜２０ｎｍ程度の厚みで、電流密度１．０Ａ／ｄｍ2以下の条件で成膜させず粒状に形成された本発明の第１の金めっき層が最適であることがわかった。
次に、ステンレス鋼と第１の金めっき層の密着力が電流密度によりどのように変化するかを確認するために、ｐＨ０．８の金めっき浴を用いて、浴温２５℃の条件下で、ステンレス鋼上に幅５ｍｍ、長さ１００ｍｍの帯状にめっき層を形成した。その際、電流密度を図５に示すような５種類として、帯状パターンの端を少し引き剥がしてから、ステンレス鋼の素材に固定して、帯状パターンを上方向に引っ張り上げるかたちで、ピール強度を測定した。測定結果を図５に示すように、電流密度により比例的にピール強度が変化することが確認できた。
すなわち、本発明の第１の金めっき層の形成において、電流密度を０．３Ａ／ｄｍ2〜１．０Ａ／ｄｍ2に設定することにより、ステンレス鋼とめっき層の密着力の強弱を付けることができることが確認できた。
また、図７は本発明の半導体装置用基板の他例の概略断面図を示したものである。本実施例では、金属板１０上に第１の金めっき層１１Ａとなる粒状の下地金めっきが形成してあり、その上に第２の金めっき層１１Ｂとして成膜した金めっき層が形成してある。そして、第２の金めっき層の上はめっき層無し若しくはパラジウムめっき層１６となっている。そして、その上はニッケル又は銅のめっき層１７となっている。さらに、その上はめっき層無し若しくはパラジウム又は金のめっき層１８となっている。そして、その上は金又は銀又はパラジウム又は金銀合金又は金パラジウム合金のめっき層１９となっている。
１ 半導体装置用基板
２ 端子部
３ パッド部
１０ 金属板
１１ 金めっき層（第１の金めっき層＋第２の金めっき層）
１１Ａ 第１の金めっき層
１１Ｂ 第２の金めっき層
１２ ニッケルめっき層
１３ 金めっき層
１４ レジスト
１５ レジストにより形成されたパターン
１６ めっき層無し若しくはパラジウムめっき層
１７ ニッケル又は銅のめっき層
１８ めっき層無し若しくはパラジウム又は金のめっき層
１９ 金又は銀又はパラジウム又は金銀合金又は金パラジウム合金のめっき層
２０ 半導体装置
２１ 半導体素子
２２ ワイヤボンディング
２３ 封止樹脂
２４ ボンディング部
２５ 外部接続部
２ 端子部
３ パッド部
１０ 金属板
１１ 金めっき層（第１の金めっき層＋第２の金めっき層）
１１Ａ 第１の金めっき層
１１Ｂ 第２の金めっき層
１２ ニッケルめっき層
１３ 金めっき層
１４ レジスト
１５ レジストにより形成されたパターン
１６ めっき層無し若しくはパラジウムめっき層
１７ ニッケル又は銅のめっき層
１８ めっき層無し若しくはパラジウム又は金のめっき層
１９ 金又は銀又はパラジウム又は金銀合金又は金パラジウム合金のめっき層
２０ 半導体装置
２１ 半導体素子
２２ ワイヤボンディング
２３ 封止樹脂
２４ ボンディング部
２５ 外部接続部
Claims (8)
- 金属板上にパッド部や端子部となるめっき層が形成され半導体素子を搭載して樹脂封止体で封止した後めっき層を樹脂封止体に残して金属板だけが剥離されることになる半導体装置用基板であって、金属板上に、粒状の第１の金めっき層と、その上に成膜しためっき層が形成されていることを特徴とする半導体装置用基板。
- 金属板上にパッド部や端子部となるめっき層が形成され半導体素子を搭載して樹脂封止体で封止した後めっき層を樹脂封止体に残して金属板だけが剥離されることになる半導体装置用基板であって、金属板上に、粒状の第１の金めっき層と、その上に成膜した第２の金めっき層が形成されているとともに、第２の金めっき層の上にさらにめっき層が形成されていることを特徴とする半導体装置用基板。
- 第２の金めっき層の上に形成されるめっき層として、第２の金めっき層の上に少なくとも、ニッケル又は銅のめっき層と、金又は銀又はパラジウムあるいはこれらの合金のめっき層が積層されている請求項２に記載の半導体装置用基板。
- 金属板上にパッド部や端子部となるめっき層が形成され半導体素子を搭載して樹脂封止体で封止した後めっき層を樹脂封止体に残して金属板だけが剥離されることになる半導体装置用基板の製造方法であって、金属板上に、酸性浴による粒状の第１の金めっき層を形成した後、前記第１の金めっき層の上に成膜させためっき層を形成するようにしたことを特徴とする半導体装置用基板の製造方法。
- 金属板上にパッド部や端子部となるめっき層が形成され半導体素子を搭載して樹脂封止体で封止した後めっき層を樹脂封止体に残して金属板だけが剥離されることになる半導体装置用基板の製造方法であって、金属板上に、酸性浴による粒状の第１の金めっき層を形成した後、前記第１の金めっき層の上に中性浴による第２の金めっき層を形成し、さらに前記第２の金めっき層の上にめっき層を形成するようにしたことを特徴とする半導体装置用基板の製造方法。
- 金属板上にパッド部や端子部となるめっき層が形成され半導体素子を搭載して樹脂封止体で封止した後めっき層を樹脂封止体に残して金属板だけが剥離されることになる半導体装置用基板の製造方法であって、金属板上に、酸性浴による粒状の第１の金めっき層を形成した後、前記第１の金めっき層の上に中性浴による第２の金めっき層を形成し、次にその上に直接あるいはパラジウムめっき層を形成後ニッケル又は銅のめっき層を形成し、さらにその上に中性浴による金めっき層あるいは銀又はパラジウム又は金銀合金又は金パラジウム合金の何れか一つ以上のめっき層を形成するようにしたことを特徴とする半導体装置用基板の製造方法。
- ｐＨ０．１〜１．０の強酸性浴を用いて金属板上に第１の金めっき層を形成する請求項４乃至６の何れかに記載の半導体装置用基板の製造方法。
- 電流密度を０．３〜１．０Ａ／ｄｍ2で第１の金めっき層を形成する請求項７に記載の半導体装置用基板の製造方法。
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