JPH09237862A - 樹脂密着性に優れたリードフレーム材及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 樹脂密着性に優れ、パッケージクラックが発
生しないリードフレーム並びにこのリードフレーム及び
エポキシ樹脂組成物を使用した半導体組成物を提供する
こと。 【解決手段】 ＦｅーＮｉ系合金製の薄板の表面にＳｎ
めっき層を設けたリードフレーム材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リードフレーム材
及びこのリードフレーム材を用いた半導体装置に関し、
詳しくは接着性が優れたリードフレーム材及びこのリー
ドフレーム材とエポキシ樹脂組成物を用いた半導体装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ダイオード、トランジスター、ＩＣ、Ｌ
ＩＣ、超ＬＩＣ等のチップを用いる半導体装置は、図１
に示したようにリードフレームのパット部上にＳｉチッ
プを乗せ、Ｓｉチップとリードフレームをボンデングワ
イヤでボンデングし、更にＳｉチップ及びリードフレー
ムの一部を封止樹脂で被覆して製造している。従来、こ
の半導体装置のリードフレーム材として、Ｓｉチップの
熱膨張率に近い熱膨張率のＮｉが３０〜５０％のＦｅー
Ｎｉ系合金が使用されていた。また、封止樹脂としてエ
ポキシ樹脂組成物が使用されていた。エポキシ樹脂は、
他の熱硬化性樹脂に比較して成形性、接着性、電気特
性、耐湿性等に優れているため、エポキシ樹脂組成物が
多く使用されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】最近においては、これ
らの半導体装置は集積度が益々大きくなり、それに応じ
てチップ寸法も大きくなりつつある。一方、これに対し
てパッケージ外形寸法は電子機器の小型化、軽量化の要
求にともない、薄型化が進んでいる。更に、半導体部品
を回路基盤へ取り付ける方法も、基盤上の高密度化や基
盤の薄型化のため、半導体部品の表面実装化が幅広く行
われるようになってきた。

【０００４】しかしながら、半導体装置を表面実装する
場合、半導体装置全体を半田槽に浸漬するか又は半田が
溶融するような高温ゾーンを通過させる方法が一般的で
あるが、その際の熱衝撃により封止樹脂とフレーム間の
接着力が低い場合には、その界面が剥離したり、封止樹
脂層にクラックが発生するという問題があった。

【０００５】この封止樹脂層にクラックが発生するのを
防止するリードフレーム材としてＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍ
ｎ、Ｓｉ及びＭｎからなる合金にＢｅを０．０１〜０．
０５％添加して低膨張率にするとともに、表面に生成す
るＢｅＯによって樹脂密着性を高めたものが知られてい
る（特開平３─３１４４９号公報）。しかし、Ｂｅを添
加したこのリードフレーム材においても、樹脂密着性は
十分でなかった。本発明は、封止樹脂とフリードレーム
の界面が剥離したり、封止樹脂層にクラックが発生しな
いリードフレーム材及びこのリードフレーム材とエポキ
シ樹脂組成物を使用した半導体装置を提供することを目
的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のリードフレーム材においては、ＦｅーＮｉ
系合金製の薄板の表面にＳｎめっき層を設けたことであ
る。

【０００７】また、上記目的を達成するため、本発明の
リードフレーム材においては、Ｓｎめっき層として、電
気Ｓｎめっき層を設けたことである。

【０００８】さらに、上記目的を達成するため、本発明
の半導体装置においては、リードフレーム材として表面
にＳｎめっき層を設けたＦｅーＮｉ系合金製の薄板のリ
ードフレーム材を用い、且つ封止剤としてエポキシ樹脂
と硬化材と無機充填剤とを含有してなるエポキシ樹脂組
成物を用いたことである。なお、本発明の半導体装置
は、リードフレーム材及び封止剤以外のＳｉチップ等の
半導体装置に使用するものは如何なるものでもよい。

【０００９】本発明を更に詳細に説明すると、本発明の
リードフレーム材のＦｅーＮｉ系合金は、Ｎｉ３０〜５
０％が適当である。Ｎｉが３０％以下になると、マルテ
ンサイトが析出し、熱膨張が大きくなり、またＮｉが５
０％を超えると強度が低くなるので、Ｎｉは３０〜５０
％が適当である。

【００１０】また、本発明のリードフレーム材のＳｎめ
っきは、両面に施してもよいし、片面のみに施してもよ
い。また本発明のＳｎめっきは、電気Ｓｎめっきの他
に、化学めっき真空蒸着、などのポーラスな皮膜ができ
るめっきであれば如何なるめっきでもよい。また、本発
明のリードフレームにおいては、Ｓｎめっきの膜厚は５
μｍ以下が適当である。５μｍ以下が適当であるのは、
５μｍ以上めっきしても効果が増大しないからである。

【００１１】さらに、本発明に用いるエポキシ樹脂組成
物は、エポキシ樹脂と硬化材と無機充填剤を主成分とす
るものである。本発明のエポキシ樹脂組成物を構成する
エポキシ樹脂は、１分子中にエポキシ基を少なくとも２
個以上有するエポキシ樹脂であればいずれのものでもよ
く、具体的にはビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、フェ
ノールノボラック型エポキシ樹脂、トリフェノールアル
カン型エポキシ樹脂及びその重合物、ビフェニル型エポ
キシ樹脂、ジシクロペンタジェン─フェノールノボラッ
ク樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ナフタ
レン環含有エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキ
シ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、複素環型エポキシ樹脂、
臭素化エポキシ樹脂等を用いることができる。これらの
エポキシ樹脂のなかでは、下記式（１）〜（４）で示さ
れるナフタレン環含有エポキシ樹脂やビフェニル型エポ
キシ樹脂が低吸湿、高接着性を得る点で望ましい。

【００１２】

【化１】

【００１３】なお、これらエポキシ樹脂は、その使用に
当たっては必ずしも１種類の使用に限定されるものでは
なく、２種類またはそれ以上を混合して配合してもよ
い。

【００１４】また、硬化剤は特に制限されるものではな
く、使用するエポキシ樹脂に応じて適宜選択することが
でき、例えばアミン系硬化剤、酸無水物系硬化剤、フェ
ノールノボラック型硬化剤等が挙げられるが、中でもフ
ェノールノボラック型硬化剤が組成物の成形性、耐湿性
の面でより望ましく、好適に使用できる。なお、フェノ
ールボラック等のフェノール樹脂硬化剤としては、具体
的フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹
脂等が例示される。

【００１５】上記硬化剤の配合量は、エポキシ樹脂を硬
化させる量で、通常使用される量とすることができ、フ
ェノールノボラック型硬化剤を用いた場合、エポキシ樹
脂中のエポキシ基と硬化剤中のＯＨ基との比がモル比で
１：０．５〜１：１．５となるように配合することが好
ましい。

【００１６】また、エポキシ樹脂と硬化剤との反応を促
進させる目的で各種硬化促進剤、例えばイミダゾール
類、３級アミン類、ホスフィン系化合物、シクロアミジ
ン化合物等を配合することが望ましい。その配合量は、
特に制限はないが、通常全系に対して０．０５〜１重量
％とすることが好ましい。

【００１７】また、本発明に用いるエポキシ樹脂組成物
には、硬化物の応力を低下させる目的で組成物中にシリ
コーン系ポリマーを配合してもよい。シリコーン系ポリ
マーを配合すると、硬化物の熱衝撃テストにおけるパッ
ケージクラックの発生量を著しく少なくすることが可能
である。このシリコーン系ポリマーとしは、例えばエポ
キシ基、アミノ基、カルボキシル基、水酸基、ヒドロシ
リル基、ビニル基等を有するシリコーンオイル、シリコ
ーンレジン等やこれらシリコーンポリマーと有機重合
体、例えば置換または非置換のフェノールノボラック樹
脂等との共重合体を挙げることができる。なお、シリコ
ーン系ポリマーの添加量は、特に限定されないが、通常
エポキシ樹脂と硬化剤との合計量１００部（重量部、以
下同じ。）に対して、１〜５０部とすることが望まし
い。

【００１８】さらに、本発明で用いるエポキシ樹脂組成
物の無機質充填剤としては、通常エポキシ樹脂組成物に
配合されるものを使用することができる。具体的には結
晶シリカ、溶融シリカ、窒化アルミ、窒化珪素、炭化珪
素、アルミナ、ボロンナイトライド、酸化チタン、ガラ
ス繊維等が挙げられ、中でも溶融シリカが好適である。
これら無機質充填剤の平均粒径や形状は特に限定されな
いが、平均粒径が３〜１５μｍであるものが好ましく、
また高充填化やチップ表面に対する応力を小さくするす
るために球状のものが好ましく使用される。なお、無機
質充填剤は樹脂とその表面の結合強度を強くするため、
予めシランカップリング剤、チタネートカップリング剤
等のカップリング剤で予め表面処理したものを使用する
ことが低吸水性、耐熱衝撃性及び耐クラック性を向上さ
せる点で好ましい。

【００１９】上記無機質充填剤は１種類を単独で使用し
ても２種類以上を併用してもよく、その配合量は特に制
限されないが、エポキシ樹脂組成物全体に対して７０〜
９４％（重量％、以下同じ）、特に７５〜９２％の範囲
とすることが好ましい。充填量が７０％に満たないと得
られた硬化物の膨張係数が大きくなってしまうために応
力特性が悪くなってしまう場合があり、９４％を超える
と成形時の溶融粘度が高くなりすぎるためにボイド、未
充填等が発生する場合がある。

【００２０】本発明に用いる組成物には、更に必要によ
り各種の添加剤を配合することができ、例えばカルナバ
ワックス等のワックス類、ステアリン酸等の脂肪酸やそ
の金属塩等の剥離剤（中でも接着剤、離型性の面からカ
ルナバワックスが好適に用いられる。）、有機ゴム系等
の可撓性付与剤、カーボンブラック、コバルトブルー、
ベンガラ等の顔料、酸化アンチモン、ハロゲン化合物等
の難燃化剤、γーグリシドキシプロピルトリメトキシシ
ラン等の表面処理剤、エポキシシラン、ホウ素化合物、
アルキルチタネート等のシランカップリング剤、老化防
止剤、その他の添加剤の１種又は２種以上を配合するこ
とができる。

【００２１】なお、本発明に用いるエポキシ樹脂組成物
は、その製造に際し、上述した成分の所定量を均一に攪
拌、混合し、予め７０〜９５℃に加熱してあるニーダ
ー、ロール、エクストルーダー等で混練、冷却し、粉砕
する等の方法で得ることができるが、特に、ミキシング
ロール、押出機を用いた溶融混合法が好適に採用され
る。ここで、成分の配合順序に特に制限はない。

【００２２】

【作用】本発明のリードフレーム材は、ＦｅーＮｉ系合
金の薄板にＳｎめっき層を被覆しているので、リードフ
レーム材の表面が非常にポーラスになり、モールド時に
封着樹脂がこの凹部に流れ込むことによって大きなアン
カー効果が得られ、樹脂密着性が向上する。樹脂密着性
が向上することにより、エポキシ樹脂が膨らむことがな
く、パッケージクラックが発生することもなくなる。ま
た、本発明のリードフレーム材は、はんだの一方の成分
であるＳｎをめっきしているので、はんだ付性が向上す
る。さらに、本発明の半導体装置は、リードフレーム材
としてＦｅーＮｉ系合金の薄板にＳｎめっき層を被覆し
たものを用い、且つ封止剤としてエポキシ組成物を用い
たことにより接着性が更に改善されたものとなる。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を説明するが、こ
れらによって本発明が限定されるものではない。Ｆｅー
Ｎｉ系合金としてＣ：０．１２％、Ｓｉ：０．３８％、
Ｍｎ：０．２５％、Ｐ：０．００３％、Ｓ：０．００６
％、Ｎｉ：４１．８％、残部Ｆｅからなる原料を溶解し
てインゴットにした後いずれも１１００℃で分塊→熱間
圧延→焼鈍した後、脱スケールのために表面を研削し
た。その後冷間圧延と焼鈍を繰り返し、最後に焼鈍をし
て板圧０．２５ｍｍの薄板を得た。次いで下記電気Ｓｎ
めっき浴を使用し、電流密度を２Ａ／ｄｍ² で５分間電
気Ｓｎめっきして膜厚１μｍのＳｎめっき層を得た。

【００２４】電気Ｓｎめっき浴 硫酸第１錫 ５５ｇ／ｌ 硫酸 １００ｇ／ｌ クレゾールスルホン酸 ６０ｇ／ｌ ゼラチン ２ｇ／ｌ βナフトール １ｇ／ｌ このようにして製造された薄板から樹脂密着性評価試験
及びはんだ付試験のための試験片を切り出した。

【００２５】樹脂密着性は、図３に示したようにリード
フレーム材の試験片の表面上に下記のエポキシ樹脂組成
物を底面の直径１０ｍｍ、上面の直径５ｍｍの截頭円錐
形にモールドし、横から荷重をかける剪断試験により界
面の破壊強度を測定して評価した。

【００２６】エポキシ樹脂組成物：エポキシ当量１９
８、軟化点６０℃のエポキシ化クレゾールノボラック樹
脂５１部、エポキシ当量２８０の臭素化エポキシ化フェ
ノールノボラック樹脂６部、下記式（５）で示される化
合物６０部と下記式（６）で示される化合物４０部との
ヒドロシリル化による付加反応生成物１０部、溶融シリ
カ４５０部、三酸化アンチモン１０部、カルナバワック
ス１．２部、γ─グリシドキシプロピルトリメトキシシ
ラン１．０部、カーボン１部およびフェノール当量１１
０、軟化点９０℃のフェノールノボラック樹脂３３部、
トリフェニルホスフィン０．６５部を８０℃のミキシン
グロールで５分間溶融混合した後、シート状にして取り
出し、これを冷却してエポキシ樹脂組成物を得た。

【００２７】

【化２】

【００２８】はんだ付性は、メニスコグラフ法、すなわ
ち図４に示したようにＰｂ／Ｓｎ：６／４のはんだを２
３５℃に溶融し、この溶融はんだの中に幅５ｍｍ、長さ
３０ｍｍの試験片を押し込み、試験片を引っ張る力が一
定になったところの力を濡れ力として測定した。この測
定結果を表１に示す。従来例はＳｎめっきをしない試験
片を用いたものである。

【００２９】

【表１】

【００３０】本発明の実施例のものは、樹脂密着力が
０．２４ kgf/mm² 、はんだ濡れ力が２．７５ｍＮとな
り、従来例のものと比較して樹脂密着力が２．４倍、は
んだ濡れ力が約１．１倍になった。

【００３１】上記Ｆｅ─Ｎｉ合金と同じ合金製の薄板の
下面に上記Ｓｎめっき法で膜厚１μｍのＳｎめっきを施
したものと上記００２６の欄で調整したエポキシ樹脂組
成物を用いて従来と同様にパッケージして半導体装置を
製造した。これとＳｎめっきを行わなかった従来の半導
体装置とを樹脂密着性評価試験を行った。樹脂密着性評
価試験として、８５℃で湿度８０％の環境に１０時間放
置する湿潤処理をした後、２３５℃の溶融はんだ浴に１
０秒間、３回浸漬する溶融めっきをした。

【００３２】これらの試料について超音波探傷装置によ
り内部クラックを観察したところ、本発明の実施例のも
のにはクラックが見られなかったが、従来例のものには
クラックが発生していた。

【００３３】１００ｐｉｎＱＦＰでの信頼性試験 ７．０＊８．０＊０．３ｍｍの大きさのシリコンチップ
を１００ｐｉｎＱＦＰリードフレームに搭載し、上記０
０２６の欄で調整したエポキシ樹脂組成物を成形条件１
８０℃、２分で成形し、１８０℃で４時間ポストキュア
ーした後、８５℃８５％ＲＨの恒温恒湿槽中に７２時間
放置したものを２４０℃のＩＲリフロー処理を行い、樹
脂とリードフレーム界面の剥離および樹脂クラック発生
率を調べた。その結果を下記表２に示す。

【００３４】

【表２】

【００３５】上記実施例では、最後に焼鈍をしたＦｅー
Ｎｉ系合金の薄板を用いているが、最後に冷間加工をし
たＦｅーＮｉ系合金の薄板を用いてもよい。

【００３６】

【発明の効果】本発明は、上記構成にしたことよによ
り、次のような優れた効果を奏する。 （１）本発明のリードフレームは樹脂密着力が倍以上に
なり、パッケージクラックが発生しなくなる。 （２）本発明のリードフレームはＳｎめっきをしている
ので、はんだ付性が改善される。 （３）本発明のリードフレームは従来のものにＳｎめっ
きをするだけであるので、コストがそれ程高くなること
なく、樹脂密着力及びはんだ付性が改善される。 （４）本発明の半導体装置は、前述したように優れた接
着性及び半田濡れ性を有し、吸湿半田後のクラック耐性
に優れた信頼性の高いものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】半導体装置を説明するための概略図である。

【図２】半導体装置のパッケージクラックを説明するた
めの図である。

【図３】本発明の実施例の樹脂密着性を評価するための
樹脂密着性評価試験を説明するための概略図である。

【図４】本発明の実施例のハンダ付性を評価するための
メニスコグラフ法を説明する概略図である。

【手続補正書】

【提出日】平成８年４月１５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３３】 １００ｐｉｎＱＦＰでの信頼性試験 ７．０＊８．０＊０．３ｍｍの大きさのシリコンチップ
を上記方法で１μｍのＳｎめっきした１００ｐｉｎＱＦ
Ｐリードフレームに搭載し、上記００２６の欄で調整し
たエポキシ樹脂組成物を成形条件１８０℃、２分で成形
し、１８０℃で４時間ポストキュアーした後、８５℃８
５％ＲＨの恒温恒湿槽中に７２時間放置したものを２４
０℃のＩＲリフロー処理を行い、樹脂とリードフレーム
界面の剥離および樹脂クラック発生率を調べた。その結
果を下記表２の実施例の欄に示す。また、Ｓｎめっきを
していないこと以外は実施例と同じ方法で製造したもの
の結果を下記表２の比較例の欄に示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 二ツ森 浩二 群馬県碓氷郡松井田町大字人見１番地10 信越化学工業株式会社シリコーン電子材料 技術研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＦｅーＮｉ系合金製の薄板の表面にＳｎ
   めっき層を設けたことを特徴とするリードフレーム材。
2. 【請求項２】 Ｓｎめっき層が電気Ｓｎめっき層である
   ことを特徴とする請求項１記載のリードフレーム材。
3. 【請求項３】 リードフレーム材として表面にＳｎめっ
   き層を設けたＦｅーＮｉ系合金製の薄板のリードフレー
   ム材を用い、且つ封止剤としてエポキシ樹脂と硬化材と
   無機質充填剤とを含有してなるエポキシ樹脂組成物を用
   いたことを特徴とする半導体装置。