JPH0290661A - 半導体装置用リードフレームおよび半導体装置 - 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、半導体装置用リードフレームおよびそれを用
いた半導体装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来の半導体装置について、その製造手順に従って説明
する。

従来、半導体装置用リードフレーム材料としては、Ｃｕ
合金やＦｅ−Ｎｉ合金が用いられている。この半導体装
置用リードフレームは、少なくとも半導体素子接合部お
よび半導体素子部より電気接続配線されるインナーリー
ド部にはＡｇめっきが施され、場合によっては全面に八
ｇめっきが施されている。

次に、この半導体装置用リードフレームの半導体素子接
合部に、半導体素子を、加熱接合（ダイボンディング）
により接合する。このダイボンディングの方法としては
、Ａｇ−５ｔ共晶法、Ａｕ−３ｔ共晶法やＡｇペースト
等による導電性樹脂接着法などがあり、非酸化性ガス雰
囲気あるいは還元性ガス雰囲気中において、２００℃〜
４５０℃の温度で行われる。

次いで、半導体素子の電極部とリードフレームの間をＡ
ｕワイヤで配線し、その後半導体素子部および電気接続
配線部を樹脂封止する。最後にアウターリード部をＳｎ
あるいはＳｎ合金でめっきし、半導体装置が完成する。

しかし、このような従来の半導体装置には、以下のよう
な問題点があった。

■リードフレームの半導体素子部および配線部をめっき
する工程、半導体素子を接合し電気接続配線径樹脂封止
を行う半導体組立て工程、リードフレームのアウターリ
ード部をめっきする工程等、複雑な工程を経る必要があ
り、コスト高の原因となっていた。

■樹脂封止後めっきすることにより、酸、アルカリおよ
び水分が樹脂封止内部に侵入し、半導体装置が動作不良
を起こす場合があった。

上記の問題を解決するため、あらかじめアウターリード
部のめっきを行ったリードフレームを用いて組立てた半
導体装置（特公昭５８−１６３３９号）が提案されてい
る。これは、近年ダイボンディングペーストを用いるこ
とにより、ダイボンディングが２００〜２５０℃の比較
的低い温度でできるようになったため可能となったもの
である。

特公昭５８−１６３３９号に開示された半導体装置は、
以下の構成を採ることを特徴としている。

■アウターリード部にＳｎを含むめっき層（第１のめっ
き層）が設けられていること。

■半導体素子が搭載される部分と、インナーリード部の
接続線が配線される部分の、一方または両方に、Ｓｎと
合金化する金属を含むめっき層（第２のめっき層）が設
けられていること。

■前記第１のめっき層と前記第２のめつき層の間に不連
続部、即ち第１のめっき層も第２のめつき層も設けられ
ていない部分があること。

■不連続部の少なくとも一部と第２のめつき層とが半導
体素子封止材料で覆われていること。

不連続部を設ける理由は、ＡｇとＳｎの合金化により電
気接続配線部が脆くなり信頼性が低下することを防ぐた
めである。

しかし、このような半導体装置においては、以下のよう
な新たな問題点が発生した。

すなわち、第１の表面処理層と第２の表面処理層の間の
不連続部（リードフレーム本体の金属層）の表面が、半
導体組立て工程におけるダイボンディングやワイヤボン
ディングおよび樹脂封止時の２００〜３５０℃の高温加
熱処理において酸化し、この酸化膜の膜厚のむらにより
、リードフレームの素地と樹脂封止の樹脂との密着性が
悪化するという問題である。このため、使用環境におい
て半導体装置に水分が侵入し、半導体装置が作動不良を
生じるおそれがある。

これに対し、酸化を防止するために、非酸化性ガス気に
て加熱するとの対策が考えられる。しかし、すべての工
程に非酸化性ガスを使用することは困難であり、またコ
スト高ともなるため、有効な解決策とはいえない。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、以上説明した従来技術の問題を解決すめため
になされたものであり、低コストで半導体封止樹脂との
密着性を改善し、安価で信頼性の高い半導体装置用リー
ドフレームと当該半導体装置用リードフレームを用いた
半導体装置を提供するものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明の第１の要旨は、アウターリード部の全部および
インナーリード部の一部にＳｎあるいはＳｎ合金による
めっき層が設けられ、半導体素子接合部および接続−配
線が接続されるリード部にＡｇめっき層が設けられ、前
記ＳｎあるいはＳｎ合金めっき層と前記Ａｇめっき層と
の不連続部が設けられた半導体装置用リードフレームで
あフて、当該不連続部に少なくともＣｕを含有するＮｉ
めっき層が施されていることを特徴とする半導体装置用
リードフレームに存在する。

本発明の第２の要旨は、アクタ−リード部の全部および
インナーリード部の一部にＳｎあるいはＳｎ合金による
めっき層が設けられ、半導体素子接合部および接続配線
が接続されるリード部にＡｇめっき層が設けられ、前記
ＳｎあるいはＳｎ合金めっき層と前記Ａｇめっき層との
不連続部が設けられ、当該不連続部に少なくともＣｕを
含有するＮｉめっき層が施されている半導体装置用リー
ドフレームを用いた半導体装置であって、当該半導体装
置の半導体素子と電気接続配線とＡｇめっき層とを覆う
封止樹脂が、前記Ｃｕを含有するＮｉめっき層の少なく
とも一部をも覆っていることを特徴とする半導体装置に
存在する。

［作用］ 本発明によれば、半導体装置用リードフレームと封止樹
脂との密着性を良好にさせることができるので、該半導
体装置用リードフレームおよびこれを用いた半導体装置
の信頼性を向上させることができる。

また、このとき、高価な非酸化性ガスを用いる必要がな
いので、前記半導体装置用リードフレームおよび前記半
導体装置を非常に安価に提供することができる。

前述のように、樹脂封止した半導体装置の水分の浸入は
、リードフレームの不連続部と樹脂との接着部の密着性
の悪さに起因するものが主流であり、水分の浸入量はこ
の接着部の密着性の良否に関係している。したがって、
本発明者等は、リードフレームと樹脂との密着性を改善
する方法について、以下のような検討を行った。

まず、本発明者等は、不連続部にＮｉ、めっきを施した
場合について検討を行った。その結果、Ｎｌめっき上に
、ダイボンディング等の加熱により形成される酸化膜は
、めっきの素地との密着性が優れている反面、樹脂との
密着性が劣っていることが判明した。そこで、本発明者
等は、その原因について様々な検討を行い、その結果、
Ｎｉめっき上に形成される酸化皮膜は、非常に緻密であ
るのでめっきの素地との密着性には優れているが、厚み
が薄いため樹脂との密着性に劣っているとの知見を得る
に至った。これにより本発明者等は、リードフレームの
不連続部に、めっきの素地との密着性がよく、厚みが比
較的厚い酸化皮膜が形成されるようなめっきを施すこと
により、不連続部の密着性の問題を解決できるとの見解
を見いだした。さらに、本発明者等は、このような目的
に適しためつきについて、Ｎｉ合金めつきを中心に鋭意
研究を重ねた結果、Ｃｕを含有するＮｉめっき層により
この目的を達成できるとの結論を得た。

Ｃｕを含有するＮｉめつきは一部の目的に応用されてい
るが、本発明の目的のような応用例はない。Ｃｕは、一
般的にＮｉめつきに対してめっきの性質を悪化させるも
のとして極力含有しないようにされているものであるが
、本発明者等は、これを敢えて含有させることにより、
本目的を達成できることを見出したのである。

Ｃｕを含有することによる樹脂との接着性の改善理由に
ついては未だ解明されていないが、Ｎｉめっきのみの場
合よりダイボンディング時の酸化が促進されることと、
本来素地との密着性が良好な酸化皮膜を形成するという
Ｎｉめっきの特性が相乗して本目的に適合した酸化皮膜
が形成されたと考えられる。

本発明のＣｕを含有するＮｉめっきとしては、Ｎｉ−Ｃ
ｕ、Ｎ１−Ｃｕ−Ｐ％Ｎｉ−Ｃｏ−Ｃｕ等が挙げられる
。めっき厚みは、均一なめっき層が形成される程度以上
であれば良く、０．１μｍ以上が望ましい、また、下地
めっきの有無に係わらず同様の効果を有することはいう
までもない。

Ｃｕの含有量については、めっき仕上り外観上、０．５
〜１０ｗｔ％が望ましい。

［実施例］ （実施例１） 本発明の一実施例として、本発明による半導体装置用リ
ードフレームのセロテープ密着試験結果および樹脂との
密着性評価結果を示す。

（１）セロテープ密着試験 試験片としては、Ｃｕ−２％５ｎ−０，１％Ｆｅ−０，
０３％Ｐ系合金（板厚０．２５ｍｍ）を、第１図に示す
ような、一般的なリードフレーム形状に加工したものを
用いた。

まず、通常用いられるめっき前処理（アルカリ脱脂→電
解脱脂→酸洗）を行ったあと、アクタ−リード部および
インナーリード部の一部に半田スポットめっき（すなわ
ちＳｎ合金めっき）を行った０次いで、半田めっき以外
の部分にＣｕを含むＮｉスポットめっきを行い、続いて
半導体素子部および電気配線を行うインナーリード部に
Ａｇスポットめっきを行うことにより、前記半田めっき
とＡｇめっきの間にＣｕを含有するＮｉめつきが露出し
たリードフレームを作成した。

比較例としてＣｕを含有するＮｉめつきを省略しためっ
き処理リードフレームを作成した。

これらのめっき処理の条件を以下に示す。

くめつき条件〉 １）、半田スポットめっき スポットめっき方法：ノズル噴射およびマスキングパッ
ドを用いた部分めっき 半田めっき液：市販半田めっき液 （上材工業（株）製リードＳ　Ｂ−ＨＴ浴）半田組成：
５Ｈ９０％−ＰｂｌＯ％ 温　　　　度　　：　２０℃ 電流密度：５０Ａ／ｄｒｎ’ めっき厚み＝７μｍ ２）、Ｃｕを含有するＮｉのスポットめっきスポットめ
っき方法：ノズル噴射およびマスキングパッドを用いた
部分めっき め　　っ　　き　　液　： Ｎ　ｉ　Ｓ　Ｏａ Ｎ　ｉ　Ｃ４！２ Ｃｕ（、Ｑ□ Ｎ５　ＢＯ。

・　６Ｈ２ ・　６Ｈ２ ・　２Ｈ２ ０。

０；２００ｇ／β ０．４０ｇ／ｕ Ｏ； １〜０．　５ｇ／Ｊ２ ；　　３５　ｇ／Ｉ− 温　　　　度　　＝　５０℃ 電流密度：　２Ａ／ｄｍ’ ３）、Ａｇスポットめっき スポットめっき方法：ノズル噴射およびマスキングパッ
ドを用いた部分めっき め　っ　き　液：市販Ａｇめっき液 （日本エンゲルハルト社製Ｓ−９３０浴）温　　　　度
　　＝　５０℃ 電流密度：５０Ａ／ｄｒ１１１ めりき厚み：５μｍ これらのめっき処理フレームについて、半導体組立て工
程の熱影響を想定し、空気中で、２００℃、２５０℃、
３００℃、３５０℃の温度で、各々３０分間加熱を行っ
た。このようにして作成した試験片について、Ｃｕめっ
き部分に相当する部分の酸化皮膜のセロテープ密着試験
を行った。

（２）樹脂との密着性評価 リードフレーム材料としてＣｕ−２％５ｎ−０，１％Ｆ
ｅ−０，０３％Ｐ合金を用い、エツチングにて第４図に
示す形状の試験片を作製した。

本試験片に、通常用いられるめっき前処理（アルカリ脱
脂−電解脱脂−酸洗）を行った後、以下に示すようなめ
つき処理を行った。

くめつき条件〉 めっき液： Ｎ１５Ｏ，・６　Ｈ＊　Ｏ；　２００　ｇ　／　４２Ｎ
　ｉ　ＣＩＬ２・６Ｈ２０；４０ｇ／ＩＬＣｕＣｆＬ２
・２Ｈ２ｏ； ０．１〜０．５ｇ／Ｉｔ Ｎ３　ＢＯ３：　３５ｇ／β 温　　　　度：　５０℃ 電流密度：　２Ａ／ｄｎｌ” めっき厚み８０．５μｍ 次いで、ダイボンディングを想定した加熱（大気中、３
００℃で５分間）により、めっき表面を酸化させ、以下
のような形成条件にて、トランスファ成形法により第５
図に示す形状に成形した。

く樹脂成形条件〉 ■樹　　脂：エポキシ系樹脂 ■成形条件： 余熱温度；９０℃ 金型温度：１７５℃ 樹脂注入圧力；７０ 注入時間；２０秒 硬化時間；９０秒 ポストキュア；１７５℃×８時間 このようにして成形した試片について、樹脂封止の封止
性の評価として、オートグラフによりめっきと樹脂との
接着強度（ｎ＝４の平均）を測定した。また、プレッシ
ャークツカーテスト（１２１℃、１００％ＲＨ，２気圧
、５００時間）を行い、同様に接着強度の測定を行った
。

（３）評価結果 本実施例のセロテープ密着性試験結果および実施例２の
樹脂との密着性評価結果を第１表に示す。第１表におい
て、Ｎ０１１〜Ｎ００３は本発明の実施例、Ｎｏ、　４
．　Ｎｏ、　５は比較例を示す。

Ｎｏ、　５は、ＳｎあるいはＳｎ台金めワき層とＡｇめ
っき層の不連続部にＣｕ素地が露出したものであり、セ
ロテープ密着試験では２００℃の３０分加熱の時点より
局部的な酸化皮膜のはがれが認められると共に、樹脂と
の密着強度についても樹脂封止後の密着強度が１９．５
ｋｇ／ｍｍ”と比較的低く、またプレッシャークツカー
テスト後の密着強度の低下が著しい。

次に、Ｎ００４の比較例は上記不連続部にＣｕを含有し
ないＮｉめっき層を形成したものであり、セロテープ密
着試験では３５０℃の３０分加熱でも酸化皮膜のはがれ
は認められないが、樹脂との密着性において樹脂封止後
の密着強度が１８．９ｋｇ／ｍｍ’　と低く、かつプレ
ッシャークツカーテスト後の密着強度は７　、　５　ｋ
　ｇ　／　ｍ　ｍ　”まで著しく低下した。

一方、Ｎｏ、　ｌＮＮｏ、　３では、セロテープ密着試
験において３５０℃の３０分加熱で酸化皮膜のはがれが
認められず、また樹脂との密着強度も樹脂封止後２６．
３〜２４・、　５　ｋ　ｇ／ｍｍ”と高い値を示した。

さらに、プレシャークツカ−テスト後の密着強度の低下
も殆ど認められなかった。

（実施例２） 第１実施例に示した方法にて作成したリードフレームを
用い、半導体素子接合、電気配線、および樹脂封止等を
行って本発明に係る半導体装置を完成した。

本実施例に係る半導体装置に用いたリードフレームの平
面図を第１図に示す、また、第１図の断面図を第２図に
示す。さらに、本発明に係る半導体装置の断面図を第３
図に示す。

図において、銅合金またはＦｅ−Ｎｉ合金からなるリー
ドフレーム１のアクタ−リード部およびインナーリード
部の一部に通常５〜１５μｍの厚みを有するＳｎあるい
はＳｎ合金めつき層２が形成され、半導体素子接合部お
よびインナーリード部の電気接続配線される部分に３〜
７μｍのＡｇめっき層３が形成されている。更に、Ｓｎ
あるいはＳｎ合金めっき層２とＡｇめつき層３の間には
不連続部が設けられており、その不連続部にはＣｕを含
有するＮｉめっき層４が設けられている。封止樹脂７は
、前記各めっき層２，３．４の表面の一部あるいは全面
に接着している。

本実施例による半導体装置は、以上の様に構成されるこ
とにより、不連続部が半導体組立工程時の加熱において
素地との密着性の悪い酸化皮膜を形成しないので、樹脂
の密着性が低下することがない、したがって、使用環境
において水分が侵入し半導体装置が作動不良を生じる等
の問題を生じることがなく、安定して高い信頼性を得る
と共に半導体組立て工程における酸化防止のための高価
な非酸化性ガスの使用量が軽減でき、経済的である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、■不連続部と酸
化皮膜との密着性が良好な半導体装置用リードフレーム
を安価に提供する。ことができる。

■従って、使用環境において、半導体装置用リードフレ
ームと封止樹脂との間から水分が侵入し、半導体装置が
作動不良を生じるといった問題を生じることのない、す
なわち信頼性の高い半導体装置を、安価に提供すること
ができる。

第１表 ＊１　セロテープ密着試験評価基準 ○；酸化皮膜のはがれなし Ｘ；局部的な酸化皮膜のはがれ発生（はがれ面積１０％
未満）Δ；広範囲な酸化皮膜のはがれ発生（はがれ面積
１０％以上）

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る半導体装置用リードフレームの平
面図、第２図は第１図の断面図、第３図は本発明に係る
半導体装置の断面図、第４図は本発明の樹脂との密着性
評価に用いた試験片の平面図、第５図は第４図の試験片
に樹脂を設けた状態を示す平面図及び断面図である。 １・・・リードフレーム本体、２・・・ＳｎあるいはＳ
ｎ合金によるめっき層、３・・・Ａｇめつき層、４・・
・Ｃｕを含有するＮｉによるめっき層、５・・・半導体
素子、６・・・電気接続配線（Ａｕワイヤ）、７・・・
封止樹脂。 第 謬 図 第 図 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）アウターリード部の全部およびインナーリード部
   の一部にＳｎあるいはＳｎ合金によるめっき層が設けら
   れ、半導体素子接合部および接続配線が接続されるリー
   ド部にＡｇめっき層が設けられ、前記ＳｎあるいはＳｎ
   合金めっき層と前記Ａｇめっき層との不連続部が設けら
   れた半導体装置用リードフレームであって、当該不連続
   部に少なくともＣｕを含有するＮｉめっき層が施されて
   いることを特徴とする半導体装置用リードフレーム。
2. （２）アウターリード部の全部およびインナーリード部
   の一部にＳｎあるいはＳｎ合金によるめっき層が設けら
   れ、半導体素子接合部および接続配線が接続されるリー
   ド部にＡｇめっき層が設けられ、前記ＳｎあるいはＳｎ
   合金めっき層と前記Ａｇめっき層との不連続部が設けら
   れ、当該不連続部に少なくともＣｕを含有するＮｉめっ
   き層が施されている半導体装置用リードフレームを用い
   た半導体装置であって、 当該半導体装置の半導体素子と電気接続配線と前記Ａｇ
   めっき層とを覆う封止樹脂が、前記Ｃｕを含有するＮｉ
   めっき層の少なくとも一部をも覆っていることを特徴と
   する半導体装置。