JPH06334087A - 半導体装置用リードフレームの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】Ａｇ／Ｎｉ界面の密着性の向上を図り、リード
フレームを酸素雰囲気中で加熱しても、めっき剥がれ現
象が生じないようにする。 【構成】下地層である金属基体のＮｉめっき上に、中間
層としてＣｕめっきを設けた後、その上に外層としてＡ
ｇめっきを設けてリードフレームを製造する。製造後、
直ちにリードフレームを非酸化性雰囲気中で４００℃を
超える温度で熱処理する。これにより中間層のＣｕがＡ
ｇ、Ｎｉ中へ適宜拡散する。Ａｇ中へ拡散したＣｕは、
より表面近傍で酸素をトラップして、下地層のＮｉめっ
きへの酸素の到達を有効に阻止してＮｉめっき面の酸化
を防ぐ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はトランジスタ、ＩＣ等を
搭載する半導体装置用リードフレームの製造方法に係
り、特にＡｇめっきの密着性を良くするために中間にＣ
ｕめっきを設けたものの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣ、トランジスタ等の半導体装置は、
多くの場合、リードフレームと称する金属製基体にＩＣ
チップ、トランジスタチップ等を搭載した後、Ａｕ線、
Ａｌ線等でチップとリードとを接続してから、チップお
よび接続部を封止樹脂やセラミック等で封止して、製品
とするものである。

【０００３】この半導体装置にとって重要なリードフレ
ームの製造方法には次の２種類がある。１つは、鉄合
金、銅あるいは銅合金からなる金属基体材料を、プレス
又はエッチングで所望の形状に成形加工した後、チップ
載置部およびワイヤボンディング部に、Ａｕ、Ａｇ、パ
ラジウム（Ｐｄ）等のめっきを施す方法である。

【０００４】他の１つは、金属基体材料となるコイル状
の金属条に帯状（ストライプ状）にＡｕ、Ａｇ、Ｐｄ等
を連続めっきした後、プレス加工で打抜いて作製するも
のである。

【０００５】いずれにしても、金属基体上にボンディン
グ性の良好な金属めっきが施される構造となる。金属め
っき材料には、通常、価格の点からＡｇが選ばれること
が多い。このＡｇめっきには、当然、金属基体に対して
良好なめっき密着性が要求される。

【０００６】ところで、ＩＣ、トランジスタ等の組立て
時には２００℃以上の熱処理を必要とする。すなわち、
チップ接合、Ａｕワイヤボンディング、封止時に熱が加
わる。特にチップをＡｕ−Ｓｉ共晶接合する場合は、最
高４５０℃の熱が加わる。このため、高信頼性の必要な
産業用ＩＣでは金属基体として主に高強度の鉄合金が使
用される。

【０００７】またトランジスタについても大容量パワー
トランジスタでは、放熱性を考慮して金属基体は銅合金
が使用されるが、金属基体の全面又は一部に中間層とし
てＮｉめっきを設けた後、外層のＡｇめっきを施す構造
をとる。これは銅合金基体上に直接Ａｇめっきを施す
と、組立て時に高温加熱された場合、金属基体の銅がＡ
ｇめっき中に多量に拡散して、はんだ付け性、ワイヤボ
ンディング性等のめっき特性を著しく劣化させるので、
銅の拡散を防止するために、障壁として中間にＮｉめっ
きを施すものである。

【０００８】しかし、Ｎｉめっきを介在させると確かに
めっき特性は改善されるものの、組立工程でのＡｇめっ
きの基体への密着性が悪くなるという問題が生じる。そ
こで、Ｎｉめっきを下地層とし、さらに中間層としてＣ
ｕめっきを設け、その上にＡｇめっきを施すようにした
ものが提案されている（例えば特公昭６０−３４２６５
号公報、特開昭５２−１４９９７３号公報、特開昭５７
−１２２５５４号公報など）。これによれば、Ａｇめっ
き下にＣｕめっき層があるので、高温下で処理しても良
好な密着性を示す。

【０００９】一方、金属基体が鉄合金の場合にも、鉄合
金基体にＮｉめっきを設けた後、さらに中間層としてＣ
ｕストライクめっきを設けてから、外層のＡｇめっきを
施す。鉄合金基体ではＡｇめっき中への拡散の心配はな
い。しかし、鉄合金基体あるいは中間層のＮｉめっき面
は不活性であり、Ｎｉめっき上に直接Ａｇめっきを設け
ると、Ａｇめっきが剥がれてしまうので、Ａｇめっきの
密着性を向上させるために、鉄合金基体あるいはＮｉめ
っき上にＣｕストライクめっきを施すものである。

【００１０】ここで、ストライクめっきとは、目的金属
イオン濃度を通常のめっき液より薄くして、析出効率を
低下させ、発生する水素ガスにより表面をクリーニング
しながら、金属を析出させるものである。

【００１１】鉄合金基体あるいはＮｉめっき上に施すＣ
ｕストライクめっきの厚さは、５００〜１０００オング
ストローム（０．０５〜０．１μｍ）と極めて薄い。に
もかかわらず、この少量のＣｕ層の存在が、金属基体と
Ａｇめっきとの密着性を著しく向上させている。この向
上した密着性は、密着性の確認試験のためにめっき後の
リードフレームに課せられる空気中での４００℃を超え
る加熱処理にも、十分クリアできるものである。

【００１２】金属基体が鉄合金にせよ、銅ないし銅合金
にせよ、この薄いＣｕめっき層がＡｇめっきの密着性を
確実に向上させるという事実に鑑み、そのメカニズムに
ついて詳細に検討したところ、ＥＰＭＡ（電子プローブ
微量分析）、オージェ分析等の結果から、それは次のよ
うに推定された。

【００１３】（１）リードフレームが加熱されると中間
層のＣｕが外層のＡｇおよび下地層のＮｉめっき中へ拡
散し、両方のめっき層を接着する接着剤的な役割を果
す。

【００１４】（２）Ａｇ中へ拡散したＣｕが、加熱によ
って外部からＡｇ中へ拡散侵入する酸素をつかまえて、
下地層のＮｉめっき面への酸素の到達を妨げ、Ｎｉめっ
きの内部酸化を抑制する。その結果、Ａｇ／Ｎｉ界面の
密着性が維持される。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、めっき後のリ
ードフレームが特に空気中で加熱された場合には、中間
にＣｕストライクめっきを設けても、侵入する酸素の全
部を完全にはトラップすることができず、酸素の一部が
銀めっきを通してＡｇ／Ｎｉ界面に侵入することは避け
られない。その結果、僅かの割合ではあるが、めっき剥
離現象が生じ、電子部品材料用めっき膜としての機能を
果すことが不可能になる。すなわち、従来のように、単
に中間に銅めっきを設けただけでは、Ａｇ／Ｎｉ界面の
密着性向上を完全に図ることはできないのである。

【００１６】本発明の目的は、めっき後のリードフレー
ムに予備熱処理を施すことによって、上述した従来技術
の欠点を解消し、リードフレームを酸素雰囲気中で加熱
しても、めっき剥がれ現象の生じない半導体装置用リー
ドフレームの製造方法を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置用リ
ードフレームの製造方法は、下地層である金属基体のＮ
ｉめっき又はＮｉ合金系めっき上に、中間層としてＣｕ
めっきを設けた後、その上に外層としてＡｇめっきを施
すようにした半導体装置用リードフレームの製造方法に
おいて、Ａｇめっき後、さらにリードフレームを非酸化
性雰囲気中で４００℃以上の温度で熱処理したものであ
る。金属基体は鉄合金、銅ないし銅合金である。

【００１８】

【作用】非酸化性雰囲気とは、真空中、窒素ガス中、水
素ガス中、窒素・水素混合ガス中、アルゴンガス中など
のことであり、換言すれば熱処理中、酸素を排除した雰
囲気を言う。酸素が存在すると、熱処理でＣｕが拡散す
るだけでなく、酸素がＡｇめっき中を通過し、その一部
はＣｕにトラップされるが、残部は容易にＮｉめっき面
へ達し、密着性を低下させる。これを避けるために、Ａ
ｇめっき後の熱処理は非酸化性雰囲気中で処理する。

【００１９】Ａｇめっき後にリードフレームを非酸化雰
囲気中で略４００℃を越える温度で熱処理すると、中間
層のＣｕが外層のＡｇ及び下地層のＮｉ中へ拡散し、接
着剤的な効果を示して、ＡｇめっきとＮｉめっきの密着
性を向上させる。

【００２０】また、その後に大気中加熱を行なった場合
でも、Ａｇ中へ拡散したＣｕが、より表面近傍で酸素を
トラップして、下地層のＮｉ中への酸素の到達を阻止
し、Ｎｉめっき面の酸化を防ぐ。その結果、Ａｇ／Ｎｉ
界面の密着性が著しく向上し、加熱後のふくれ、剥がれ
現象を低減させる。

【００２１】熱処理温度は４００℃を越える温度が望ま
しい。３００〜５００℃の範囲の各温度で熱処理を行な
った結果、４００℃程度までは銅の拡散が少なくなり、
密着性の向上はあまり期待できないことがわかったから
である。

【００２２】熱処理時間は加熱温度により異なる。すな
わち、より高温加熱の場合は短時間処理で十分である。
例えば４５０℃加熱の場合は加熱時間１〜３分間が望ま
しい。１分未満では時間が短すぎて銅の拡散が十分進行
しない。加熱時間が３分を超えると拡散が進行しすぎ
て、銅が銀めっき表面にまで現われ、肝心のめっき特性
を劣化させてしまう。また、５００℃の加熱の場合は３
０秒〜１分間で十分である。

【００２３】

【実施例】（実施例）銅合金板（５０×３０ｍｍ）を脱
脂、酸洗により清浄化した後、光沢Ｎｉめっきを厚さ約
３μｍ設け、次にＣｕストライクめっきを１Ａ／ｄｍ²
で１５秒間設けた。Ｃｕストライクめっきの平均厚さは
電流効率も考慮に入れて計算した結果、約０．０８μｍ
であった。この上に銀ストライクめっき及び銀めっきを
設けた。銀めっきの厚さは約１μｍとした。

【００２４】このようにして得ためっきサンプルを窒素
ガスを充填した恒温槽中で３００、３５０、４００、４
５０、５００℃の各温度で３分間熱処理した後、ＡＥＳ
（原子発光分析）装置を用いて、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕのデ
プスプロファイルを求めた。その結果、５００℃まで加
熱してもＡｇとＮｉは拡散による元素の移動はほとんど
見られないが、Ｃｕは加熱によりＡｇ及びＮｉめっき中
へ拡散することが示された。また４５０℃に加熱すると
ＣｕはＡｇ中へ選択的に拡散し、５００℃ではＣｕはＡ
ｇめっきの最表面にまで到達することが分かった。

【００２５】Ｃｕ元素の加熱温度と拡散状態のＡＥＳ分
析結果を図１に示す。未加熱品に比べて加熱処理をする
とＣｕが徐々にＡｇ及びＮｉ中へ拡散していく様子が良
く分かる。

【００２６】窒素雰囲気中で４５０℃、３分間加熱した
めっきサンプルを空気中でさらに４００℃×３分間加熱
した後、端部を９０°曲げ戻した後、粘着テープを接着
させ、それを剥がして曲げ戻した部分を中心に、めっき
密着性について観察した。サンプルは３０枚準備し、こ
れら密着性の改善効果について調べた。その結果、窒素
中予備加熱した品は３０枚全部にめっき剥離が全く認め
られず、良好なめっき密着性を示した。

【００２７】（比較例）実施例と同じ条件でめっきサン
プルを作り、窒素雰囲気中で予備加熱せず空気中でのみ
４００℃×３分間加熱した。この比較サンプルも３０枚
準備し、これらについても９０°曲げ戻してテープ剥離
試験を行ない、密着性の効果について調べた。比較品は
２枚に僅かながらめっき剥離現象が認められた。

【００２８】（実施例の効果）以上述べたように本実施
例は、中間層にＣｕストライクめっきを設けて作製した
リードフレームを、めっき後直ちに非酸化性雰囲気中で
４００℃を超える温度で熱処理するようにしたものであ
る。これによって中間層のＣｕがＡｇ及びＮｉ中へ適宜
拡散し、両者の接着剤的な効果を示してめっき密着性を
著しく向上させることができる。

【００２９】また、Ａｇ中へ拡散したＣｕが、その後、
大気中加熱を行なった場合でも、より表面近傍で侵入す
る酸素の全部をトラップして、下地層のＮｉめっきへの
酸素の到達を完全に阻止するので、Ｎｉめっき面の酸化
を防ぐことができる。したがって、Ａｇ／Ｎｉ界面の密
着性が著しく向上し、加熱後のふくれ、剥がれ現象を大
幅に低減させることができる。その結果、信頼性を向上
することができる。

【００３０】このように、従来、僅かの割合で生じてい
ためっき剥離現象をも無くすことができるので、電子部
品材料用めっき膜としての機能を十分果すことができ
る。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、めっき後さらに非酸化
性雰囲気中でリードフレームを高温熱処理して、中間層
のＣｕを適宜拡散させるようにしたので、単に中間層に
Ｃｕめっきを設けただけでＡｇ／Ｎｉ界面の密着性向上
を図ってきた従来のものと異なり、めっき剥がれ現象が
生じず、めっき密着性を著しく向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の熱処理温度を求めるために行なった実
験結果であり、加熱温度を変化させた場合のＣｕストラ
イクめっきのＣｕ拡散変動（ＡＥＳ分析）を示す特性
図。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属基体のＮｉめっき又はＮｉ系合金めっ
   き上に、中間層としてＣｕめっきを設けた後、その上に
   Ａｇめっきを施すようにした半導体装置用リードフレー
   ムの製造方法において、Ａｇめっき後、さらにリードフ
   レームを非酸化性雰囲気中で４００℃以上の温度で熱処
   理したことを特徴とする半導体装置用リードフレームの
   製造方法。