JPH01115151A - 半導体装置用リードフレーム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、半導体素子を封入した半導体装置に用いる半
導体装置用リードフレーム（以下、単にリードフレーム
という。）に関する。

［従来の技術］ 従来より、樹脂内部に半導体素子を封入した半導体装置
がある。

この半導体装置においては、通常、樹脂内部に封入した
半導体素子の端子と樹脂外部とを、帯状薄板をプレス加
工等により一体形成した、リードフレームのリードを用
いて接続している。

そして、近時は、樹脂内部に封入した半導体素子が発す
る熱を樹脂外部に効率良く放散させるために、上記樹脂
内外に亙って備える、半導体素子の端子と樹脂外部を接
続するリードを持ったリードフレーム形成用の素材に、
熱放牧性の良い銅、銅合金を用いるようになった。

また、近時は、リードフレームのコストダウンを図る目
的で、ワイヤを接続するリードフレームのリードのワイ
ヤボンディングエリア等に、貴金属からなるめっきを施
す代わりに、ワイヤを的確にボンディング可能とする銅
めっきを施すことが行われるようになった。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、上述従来の素材に銅、銅合金を用いたリード
フレーム、またはワイヤボンディングエリア等に銅めっ
きを施したリードフレームにあっては、樹脂内部に埋め
込むリードフレームのリード等の表面部分に、銅素地が
露出している。

従って、半導体装置を形成しようとして、リードフレー
ムのステージ上面に樹脂系接合剤を用いて半導体素子を
固着後、リードフレームに１５０℃〜２００℃の熱を２
時間加えて上記接合剤を硬化したり、リードフレームの
リードのワイヤボンディングエリアに３００℃前後の熱
を１分間加えて半導体素子の端子とリードを接続するワ
イヤを熱圧着する際には、上記銅素地が露出したリード
フレームの表面部分に、１０００Å以上の厚手の、銅酸
化膜が形成された。

ところで、リードフレームの表面に形成された銅酸化膜
が１０００Å以上の厚手であると、該銅酸化膜がリード
フレームの表面から容易に剥がれ易いとともに、該銅酸
化膜自体も脆くなる。

そのため、表面に厚手の銅酸化膜が形成されたリードフ
レームを、半導体素子とともに樹脂内部に埋め込んだ場
合は、上記剥離し易い脆弱な銅酸化膜を介して、リード
フレームが樹脂内部に埋め込まれることとなって、樹脂
とす１−ドフレームの表面との密着性が悪くなり、樹脂
とリードフレームの表面との間に、樹脂内部の気密性を
損ねたり樹脂内部に水分が浸入したりする隙間が生じて
、高信頼性の半導体装置を形成できなかった。

そこで、本発明者は、鋭意研究の結果、半導体装置の形
成工程においてリードフレームが受ける、ステージ上面
に半導体素子を搭載する際やリードにワイヤを熱圧着す
る際の熱履歴で、樹脂内部に埋め込むリードフレームの
銅素地が露出した表面部分に、樹脂とリードフレームの
表面との密着性を向上させる薄手の強靭な銅酸化膜が常
に的確に形成されれば、高気密性、高信頼性の半導体装
置を形成できることに想到し、そのためのリードフレー
ムを開発した。

即ち、本発明の目的は、半導体装置の形成工程において
リードフレームが受ける熱履歴で、リードフレームの樹
脂内部に埋め込む銅素地が露出した表面部分に、樹脂と
リードフレームの表面との密着性を向上させる薄手の強
靭な銅酸化膜が常に的確に形成されるリードフレームを
提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明のリードフレームは
、第１図ないし第３図にその構成例を示したように、樹
脂ｌ内部に埋め込む表面部分２に銅素地が露出したリー
ドフレーム３において、該リードフレームの樹脂１内部
に埋め込む表面部分２に、該表面部分に厚手の銅酸化膜
が形成されるのを防ぐ、ごく薄いめっき４を施したこと
を特徴とする。

また、本発明のリードフレーム３においては、リードフ
レームの樹脂ｌ内部に埋め込む表面部分２に、ごく薄い
銀めっき４ａを施すことが好適である。

［作用］ 本発明のリードフレーム３においては、半導体装置５の
形成工程においてリードフレーム３が熱履歴を受けた場
合に、該リードフレームの樹脂！内部に埋め込む銅素地
が露出した表面部分２に施したごく薄い銀めっき等のめ
っき４が、該リードフレームの樹脂ｌ内部に埋め込む表
面部分２にリードフレーム３の表面から剥離し易い脆弱
な厚手の銅酸化膜が形成されるのを防いで、該表面部分
２に樹脂Ｉとリードフレーム３の表面との密着性を向上
させる薄手の強靭な銅酸化膜が常に的確に形成される。

また、銀は熱履歴を受けても銅内部に容易に拡散、消失
しないことが知られている。従って、リードフレームの
樹脂ｌ内部に埋め込む銅素地が露出した表面部分２にご
く薄い銀めっき４ａを施したものにあっては、半導体装
置５の形成工程においてリードフレーム３が熱履歴を受
けた場合に、リードフレームの表面部分２に施した上記
銀めっき４ａがリードフレームの表面部分２に露出した
銅素地内部に拡散、消失せずに、リードフレームの表面
部分２に確実に残存して、該銀めっき４ａがリードフレ
ームの表面部分２に厚手の銅酸化膜が形成されるのを常
に的確に防ぐ。

［実施例］ 次に、本発明の実施例を図面に従い説明する。

第１図ないし第３図は本発明のリードフレームの好適な
実施例を示し、第１図は該リードフレームの平面図、第
２図は該リードフレームを用いて形成した半導体装置の
一部破断平面図、第３図は第２図の半導体装置の断面図
である。以下、上記図中の実施例を説明する。

図において、３は、上下のガイドレール６間に、半導体
素子７を搭載するステージ８と、該ステージ周囲に複数
本のリード９を備えた、素材に銅または銅合金を用いた
その表面に銅素地が露出したリードフレームである。

このリードフレーム３の銅素地が露出した表面全体に、
単分子層レベルから０．１μｍ程度のごく薄い銀めっき
４ａを電解めっき法または無電解めっき法により施す。

第１図等のリードフレーム３は、以上の構成からなる。

次に、その作用を説明する。

熱履歴を受けると、銅は層内部に迅速かつ的確に拡散す
ることが知られている。

従って、半導体装置５の形成工程において上述実施例の
リードフレーム３が熱履歴を受けた際には、第４図（ａ
）、（ｂ）、（ｃ）に順にその形成工程を示したように
、リードフレーム３の銅素地内部から銅１０がその表面
部分２に施した銀めっき４ａの層内部に迅速かつ的確に
拡散して、波層めっき４ａの層上面に銅ＩＯが到達し、
その上面に到達して銀めっき４ａの層外部に露出した銅
１０で銀めっき４ａの層上面に銅酸化膜１１が的確に形
成される。

そして、この銅酸化膜１１は、リードフレーム３の銅素
地内部から銅ＩＯが一旦銀めっき４ａの層内部に拡散し
た後、銀めっき４ａの層上面に到達し、その到達して銀
めっき４ａの層上面に露出した銅１０で形成されるため
、銅素地が直接露出したリードフレーム３が熱履歴を受
けた場合と比べて、銅酸化膜１１が形成される速度が遅
く、半導体装置５の形成工程においてリードフレーム３
が受ける通常の熱履歴で、上述実施例のリードフレーム
の表面部分２に該表面部分と樹脂１との密着性を向上さ
せる剥離しにくい薄手の強靭な銅酸化膜１１が的確に形
成されることとなる。

また、下地金属のリードフレーム３の表面との密着性の
悪い厚手の脆弱な銅酸化膜は、その還元電位を測定した
ところ、ＣｕＯを主体とする銅酸化膜で形成されている
ことが判った。他方、下地金属のリードフレーム３の表
面との密着性が良好な薄手の脆弱な銅酸化膜は、Ｃｕｔ
　Ｏを主体とする銅酸化膜で形成されていることが判っ
た。従って、この点からしても、リードフレームの樹脂
１内部に埋め込む表面部分２に、リードフレーム３が熱
履歴を受けた際に、リードフレーム３の上記表面部分２
に露出した銅素地表面に形成される銅酸化膜の形成速度
を該素地表面に施したごく薄いめっき４により抑えて、
該リードフレームの上記表面部分２に酸化の進まないＣ
ｕ、Ｏを主体とする銅酸化膜が形成されるようにするこ
とが重要であると推定される。

次に、上述実施例のリードフレーム３を用いての樹脂Ｉ
とリードフレーム３の表面との密着性の実験結果を説明
する。

銅９７６８％、錫２％、ニッケル０．２％を含む銅合金
からなるリードフレーム３の表面に、３００人のごく薄
い銀めっき４ａを電解めっき法により施した。

そして、一つの銀めっき４ａを施したリードフレー１．
３を、エポキシ樹脂等の接合剤を用いてのステージ８上
への半導体素子７の固着後に加える熱履歴と同じ１５０
℃で２時間加熱するとともに、リードのワイヤボンディ
ングエリア９ａにワイヤ１２を熱圧着する際に加える熱
履歴と同じ３００℃で１分間加熱した。

また、もう一つの上記銀めっき４ａを施したリードフレ
ーム３を、他のエポキシ樹脂等の接合剤を用いてのステ
ージ８上への半導体素子７の固着後に加える熱履歴と同
じ２００℃で２時間加熱するとともに、リードのワイヤ
ボンディングエリア９ａにワイヤ１２を熱圧着する際に
加える熱履歴と同じ３００℃で１分間加熱した。

すると、オージェ電子分光法でリードフレーム３の表面
近傍の元素分布を測定したところ、該リードフレーム３
の表面に、前者のものは１９０人、また後者のものは２
３０人のごく薄い銅酸化膜が形成されていることが確認
された。

また、上記両リードフレーム３を実際に樹脂１内部に埋
め込んで、リードフレーム３の表面からの樹脂１の剥離
荷重を測定したところ、上記両リードフレーム３とも４
０ｋｇ／ｃｍ”以上の剥離荷重を加えない限り、リード
フレーム３の表面から樹脂ｌが剥離しないことが確認さ
れた。

ちなみに、従来使用されている銅素地が露出したリード
フレームに半導体装置の形成工程における通常の熱履歴
を加えた後、該リードフレームを樹脂内部に埋め込んで
、リードフレームの表面からの樹脂の剥離荷重を測定し
たところ、１ｋｇ／Ｃｍｆ以下のごく小さい剥離荷重で
リードフレームの表面から樹脂が剥離することが確認さ
れた。

さらに、上記表面にごく薄い銀めっき４ａを施したリー
ドフレーム３を用いて形成した半導体装置５を調べたと
ころ、気密性の高い高信頼性の半導体装置５を形成でき
ることが確認された。

また、実験結果によれば、通常の熱履歴を受けるリード
フレーム３にあっては、リードフレーム３の樹脂ｌ内部
に埋め込む銅素地が露出した表面部分２に、単分子層レ
ベルから０．１Ｊｔｍ程度のごく薄い銀めっき４ａを施
せば、上記リードフレームの表面部分２に樹脂１とリー
ドフレーム３の表面との密着性を向上させる薄手の強靭
な銅酸化膜が的確に形成されることが確認された。

さらに、実験結果によれば、上記リードフレームの表面
部分２に形成される薄手の銅酸化膜は、その厚さを５０
０Å以下に抑えれば樹脂ｌとリードフレーム３の表面と
の密着性が同上することが認められ、その厚さを３００
Å以下に抑えれば樹脂１とリードフレーム３の表面との
密着性が極めて良好となることが確認された。

また、上述実施例において、リードフレーム３は、Ｆｅ
−Ｎｉ合金等の素材を用いた、その樹脂１内部に埋め込
むリードのワイヤボンディングエリア９ａ等の表面部分
に銅めっきを施したリードフレームでも良く、該リード
フレームの表面にごく薄い銀めっき４ａを施すことによ
り、上述実施例のリードフレーム３と同様な作用、効果
のあるリードフレームが得られる。

さらに、上述実施例のリードフレーム３の銅素地が露出
した表面に施す、該表面に厚手の銅酸化膜が形成される
のを防ぐごく薄いめっき４は、ごく薄いニッケルめっき
、金めつきまたは錫めっき等でも良い。

また、上述実施例において、場合によっては、樹脂Ｉ内
部に埋め込むリードフレームのインナーリード９ｂやス
テージ８等の表面部分２のみに、厚手の銅酸化膜が形成
されるのを防ぐごく薄い銀めっき等のめっき４を施すよ
うにしても良い。

［発明の効果］ 以−ヒ説明したように、本発明のリードフレームにおい
ては、半導体装置の形成工程においてリードフレームが
熱履歴を受けた場合に、リードフレームの樹脂内部に埋
め込む表面部分に施したごく薄い銀めっき等のめっきが
、該リードフレームの表面部分にリードフレームの表面
から剥離し易いＣｕＯを主体とする脆弱な厚手の銅酸化
膜が形成されるのを防いで、該リードフレームのごく薄
い銀めっき等のめっきを施した表面部分に、樹脂とリー
ドフレームの表面との密着性を向丘させるＣＵｔＯを主
体とする薄手の強靭な銅酸化膜が常に的確に形成される
。

そのため、上記熱履歴を受けたリードフレームを樹脂内
部に埋め込んで、半導体装置を形成した場合に、上記表
面部分に形成された薄手の銅酸化膜を介して、樹脂とリ
ードフレームの表面との間に樹脂内部の気密性を損ねた
り樹脂内部に水分が浸入したりする隙間を生じさせずに
、樹脂とリードフレームの表面とを強固に密着させて、
高信頼性の半導体装置を形成できる。

また、樹脂内部に埋め込む銅素地が露出した表面部分に
ごく薄い銀めっきを施したリードフレームにあっては、
半導体装置の形成工程においてリードフレームが熱履歴
を受けた際に、リードフレームの表面に施した上記銀め
っきがリードフレームの表面部分に確実に残存して、該
表面部分に厚手の銅酸化膜が形成されるのを的確に防ぐ
ため、該リードフレームを用いて、常に高信頼性の半導
体装置を形成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のリードフレームの平面図、第２図は本
発明のリードフレームを用いて形成した半導体装置の一
部破断平面図、第３図は第２図の半導体装置の断面図、
第４図は銅酸化膜の形成工程説明図である。 ｌ・・樹脂、　２・・表面部分、 ３・・リードフレーム、　　４・・めっき、４ａ・・銀
めっき、　　５・・半導体装置、９・・リード、　　１
１・・銅酸化膜。 特許出願人　新光電気工業株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、樹脂内部に埋め込む表面部分に銅素地が露出したリ
   ードフレームにおいて、該リードフレームの樹脂内部に
   埋め込む銅素地が露出した表面部分に、該表面部分に厚
   手の銅酸化膜が形成されるのを防ぐ、ごく薄いめっきを
   施したことを特徴とする半導体装置用リードフレーム。 ２、リードフレームの樹脂内部に埋め込む銅素地が露出
   した表面部分に、ごく薄い銀めっきを施した特許請求の
   範囲第１項記載の半導体装置用リードフレーム。