JPS62141747A - 半導体リ−ドフレ−ム - Google Patents

半導体リ−ドフレ−ム

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JPS62141747A
JPS62141747A JP28251085A JP28251085A JPS62141747A JP S62141747 A JPS62141747 A JP S62141747A JP 28251085 A JP28251085 A JP 28251085A JP 28251085 A JP28251085 A JP 28251085A JP S62141747 A JPS62141747 A JP S62141747A
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JP
Japan
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alloy
frame
lead frame
iacs
lead
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JP28251085A
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Shoji Shiga
志賀 章二
Toru Tanigawa
徹 谷川
Masaaki Kurihara
正明 栗原
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Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/495Lead-frames or other flat leads
    • H01L23/49579Lead-frames or other flat leads characterised by the materials of the lead frames or layers thereon
    • H01L23/49582Metallic layers on lead frames
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
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  • Lead Frames For Integrated Circuits (AREA)

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搭載する安価で強度、加工性(変
形性)、導電性(伝熱性)及び耐食性が優れ、良好な半
田付は性、樹脂との密着性(モールド性)及びメッキ性
を有する半導体リードフレームに関するものである。
〔従来の技術〕
一般にトランジスター、IC,ホトカプラー、ダイオー
ド、CoDコンバーター、レーザーダイオード等の半導
体や抵抗アレーなどの電子部品は、多くの場合カードフ
レームを用いて封止実装してている。このようなリード
フレームとしては、断面の一例を第1図に、平面の他の
−例を第2図に示すように、フレームのタブ部(1)に
3iチツプのような半導体素子(2)をエポキシなどの
接着剤や半田又はAu−3iなどの合金ろうからなる接
合層(3)を介してダイボンドし、素子(2)上の電極
パッド(4)とフレームのインナーリード先端部(5)
をALJやA1などの金属細線(6)によりワイヤーボ
ンドした後、エポキシ等の樹脂により封止モールド(7
)シ、更にモールド(7)より突出するアウターリード
部(8)に、多くの場合3nや半田メッキを施してから
曲げ加工してパッケージが作られている。
従来リードフレームは、Fe−Ni合金やコバール(F
e−N 1−Co合金)の板条材カラプレス又はエツチ
ング成型により造られていたが、近年熱や電気の良導体
で経済的なCu合金が多量生産されるプラスチック封止
半導体のリードフレームとして多量に使用されるように
なった。このようなCu合金には、例えばCU−sn系
(Cu−4wt%5n−0,1wt%P1Cu−5wt
%3n−0.Iwt%P、Cu−8wt%3n−0,1
wt%P、  Cu −3,5wt%3n−0,2wt
%Cr−L5wt%P)(以下魁%ヲ%ト略記)、Cu
−Fe系(Cu −2,4%Fe−0,3%Zn−0,
04%P1 Cu−1,5%Fe−0,8%3n−0,
8%Co−0,1%P)、Cu−C0系(Cu−0,3
%C0−0,1%P) 、Cu−N 1−8n系(CL
J−9,5%Ni−2,3%3n、Cu−0,1%N 
i −2,5%5n−()、1%P) 、Ct、l−Z
r系(CLJ−0,15%Zr) 、Cu−3n −C
r系(Cu−0,15%3n−0,1%Cr)等が用い
られている。
[発明が解決しようとする問題点] しかるにより経済性を志向する一部の半導体ではリード
フレームに炭素鋼の使用が試みられており、何れも表面
にCuメッキを施して用いられているが、耐食性が劣る
ものである。例えばCuを厚メッキしてもプレスやエツ
チング成型により端面に素材が露出し、フレームに成型
してからCuを被覆しても、モールド後のダイパーカッ
ト等により端面に素材が露出する。このような素材の露
出は半導体装置の致命的欠陥となっており、経済的で優
れた強度、加工性(変形性)、導電性(伝熱性)及び耐
食性を有し、かつ半田付は性、樹脂との密着性(モール
ド性)及びメッキ性の良好なリードフレームの開発が強
く望まれている。
一方Znを20〜37%含むCu合金、例えば黄銅は安
価な合金で、強度が高く、加工性と耐食性が優れ、導電
率も28〜30%IACS程度であり、半導体リードフ
レームとして十分な特性を有している。しかしZnを多
量に含有するためにZnによる半導体素子の汚染を起す
。即ちパッケージング工程の高温条件(ダイボンド、ワ
イヤーボンド、モールド等)や使用期間中に、zn分の
拡散や蒸発により素子に付着する。特に共晶ダイボンド
では400℃以上の高温を必要とするため素子の汚染の
危険性が大きい。またタブ部やインナーリード先端部に
Actメッキを施すことが、多いが、薄メッキでは素材
の70分が拡散してボンディング性を阻害する。
このような理由から高Zn含有のCu合金はリードフレ
ームとして適さないものとされ、応力腐食割れを起し易
いこともその理由に加えられている。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明はこれに鑑み種々検討の結果、半導体リードフレ
ームとして上記諸特性を満足し、かつ安価でパフォーマ
ンスの優れた半導体リードフレームを開発したもので、
半導体素子を搭載するリードフレームにおいて、Znを
20〜37%含むCu合金からなるフレーム状基体の少
なくともタブ部としインナーリード先端部に、導電率8
0%IACS以上のCu又はCu合金を被覆するか、或
いはNi、GO又はこれ等の合金からなる中間層を介し
て導電率80%IACS以上のCu又はCu合金を被覆
したことを特徴とするものである。
即ち本発明はZnを25〜37%含むCu合金、例えば
黄銅からなるフレーム状基体の少なくともタブ部とイン
ナーリード先端部、望ましくは基体全面に導電率が80
%IACS以上のCu又はCLJ合金を被覆するか、或
いはN15Co又はこれ等の合金からなる中間層を介し
て導電率が80%IACS以上のCU又はCu合金を被
覆したものである。導電率が80%IACS以上(7)
Cu又はCu合金としては、例えば純Cuを始めCu−
0,1%Zr合金、Cu −0,1〜0.3%3n合金
、Qu−0,05%Ag合金、CLJ−0,15%Fe
合金、Cu−0,1%MCI合金等(以下Cu等と略記
)を用い、Ni、Co又はこれ等の合金としては、例え
ばNi又はCoを始め、N1−Go合金、Ni−1”e
合金、Ni−Pd合金、N1−P合金、Ni−8合金、
GO−Pd合金、C0−Fe合金、Ni−Zn合金、C
0−Cr合金等(以下Ni等と略記〉を用いる。
Cu等やNi等の被覆は、基体の少なくともタブ部とイ
ンナーリード先端に施せば十分であるが、基体の全面1
施せば、生産性の面で有利である。例えば気体の両面又
は片面にCu等を被覆するか、或いはNi等の中間層を
介してCu等を被覆した後、プレスやエツチング成型す
ることにより、能率よくリードフレームを得ることがで
きる。Cu等の被覆厚さは使用条件にもよるが、通常は
0.5μ以上、望ましくは1〜5μとする。またNi等
の被覆厚さは2μ以下、実用上は0.05〜1μとする
ことが望ましい。
これ等Cu等とNi等の被覆はメッキ法、PVD法、ク
ラッド法等任意の方法で施せばよい。
〔作用〕
本発明はznを20〜37%含むCLJ合金、例えば安
価な黄銅からなる基体の少なくともタブ部とインナーリ
ード先端部にCu等を被覆するか、或いはNi等の中間
層を介してCu等を被覆したのは、上記黄銅のリードフ
レームとしての不都合を解消し、鉄鋼系より経済的で耐
食性やパフォーマンスの優れたものとするためであり、
Ni等の中間層は拡散バリヤーとしてCU等の被覆を強
化し、被覆厚さを薄くすることができる。
本発明において基体となるCu合金のZn含有量を20
〜37%と限定したのは、Znの増加により、基体の強
度及び耐食性を十分に高めると共に基体のコストを下げ
るためで、Zn含有量が20%未満では強度が不足し、
コスト低下が不十分となり、37%を越えると過剰のβ
相を晶出して加工性及び耐食性を低下するためである。
尚上記組成に加えて少量のSi、P、Zr、Ti、Ni
、Co、Fe、A1.3n等を添加して強度及び耐応力
腐食割れ性の向上を計ることができる。
(実施例) 実施例(1) 厚さ0.25履のQu−35%Zn合金条の両面に、下
記メッキ液を用いて第1表に示す中間層と導電率100
%IACS以上の純Cu層をメッキしてからプレス法に
よりパンチして、第2図に示すリードフレームを作成し
た。
このフレームについてタブ部とインナーリード先端部に
厚さ2μのAQスポットメッキした後、タブ部にペース
トを用いて180’Cで3i素子をダイボンドし、素子
上の電極パッドとインナーリード先端部に、線径25μ
のAu線を用いて超音波併用熱圧着法により250’C
でワイヤーボンドした。これをノボラック型エポキシレ
ジンでトランスファーモルトして封止した後、ダイパー
カットしてからパリ取りを施し、モールドより突出する
アウターリード部に厚さ2μの半田メッキを施してIC
を作成した。
上記工程中、ワイヤーボンドの接合性をプルテストによ
り比較すると共に完成したICを250℃の共晶半田浴
に5回ディップしてから120℃のプレッシャークツカ
ーに1ooo時間保持した後、動作試験を行なった。
また第1表に示す一部のフレームを350’Cのホット
プレート上に5分間戴置した後、表層(1μμ人)を分
析した。これ等の結果をリン青銅(Cu−8%3n−0
,1%P合金)ヲ用イた従来フレームと比較して第1表
に併記した。
第1表から明らかなように本発明フレームNO,1〜5
は何れも表層分析の結果微量又は分析下限以下のZn量
にとどまっており、プルテストの結果も良好で、動作試
験では従来フレームN0.7を用いたものよりはるかに
優れていることが判る。これに対してCuを被覆しない
比較例N0.6ではボンディング強度を劣化し、故障率
も増大することが判る。また従来フレームNo、7では
充分なCu被覆厚さにもかかわらず高い故障率を示した
。これは加熱工程で脆弱な酸化スケールを発生してレジ
ンとの密着性が劣るためでおる。またこの合金はZnを
20〜37%含むCu合金の約2倍もする高価な材料で
おる。
実施例(2) 厚さ0.25mのCu−30%7−n−0,5%Si合
金条からトランジスター用フレームをプレス成型し、そ
の全表面に実施例(1)と同様にして第2表に示す中間
層と導電率100%IACS以上の純Cu層をメッキし
、タブ部やインナーリード先端部へのA(7メツキを省
略し、下記の条件でパッケージした。
S1素子をタブ部に430 ’CでAu−Ga共晶ダイ
ボンドしてから素子上の電極パッドとインナーリード先
端部を線径25μのAu線により310℃でワイヤーボ
ンドした。しかる後エポキシモールドで封止した。これ
等について実施例(1)と同様にしてプルテストと動作
試験を行なった。その結果を第2表に併記した。
第  2  表 第2表から本発明フレームN0.8=9を用いたものは
、何れもプルテスト及び動作試験とも良好な特性を示し
た。これに対し比較フレームN o、 10を用いたも
のはダイボンド及びワイヤーボンド工程で欠陥を発生し
た。即ちダイボンド及びワイヤーボンドの炉中でln蒸
気を発生し、炉内にZnQのダストが見られ、素子がZ
nで汚染された。
実施例(3) Cu−35%Zn−0,03P合金条の両面に導電率が
88%IACSのCu−0,15%Sn合金条を冷間圧
接法によりクラッドし、厚さ0.25m、被覆厚さ7,
5μの複合条を作成し、これをプレス法によりパンチし
て第2図に示すリードフレームを成型した。これを用い
て実施例(1)と同様にしてICを作成し、これについ
てプルテスト及び動作試験を行なったところ、ワイヤー
ボンドの強度9.23、故障率0.3%と良好な結果が
得られた。
(発明の効果〕 こりように本発明によれば、最も安価なC1,J−Zn
合金からなるリードフレームを可能にし、従来のCu系
フレームと同等以上の性能が得られ、Cu被覆した鉄鋼
製フレームに比べて耐食性は勿論のこと、伝熱性も大き
く、特に信頼i生の厳しいICへの適用も可能になるな
ど、経済性的にパフォーマンスが優れている等工業上顕
著な効果を奏するものでおる。
【図面の簡単な説明】
第1図は半導体リードフレームの一例を示す断面図、第
2図は半導体リードフレームの他の一例を示す平面図で
ある。 1、タ ブ 部 2、半導体素子 3、接  合  層 4、電極パッド部 5、インナーリード先端部 6、金属細線 7、モールド 8、アウターリード部

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体素子を搭載するリードフレームにおいて、
    Znを20〜37wt%含むCu合金からなるフレーム
    状基体の少なくともタブ部とインナーリード先端部に、
    導電率が80%IACS以上のCu又はCu合金を被覆
    したことを特徴とする半導体リードフレーム。
  2. (2)導電率が80%IACS以上のCu又はCu合金
    をフレーム状基体の全面に被覆する特許請求の範囲第1
    項記載の半導体リードフレーム。
  3. (3)半導体素子を搭載するリードフレームにおいて、
    Znを20〜37wt%含むCu合金からなるフレーム
    状基体の少なとくもタブ部とインナーリード先端部に、
    Ni、Co又はこれ等の合金からなる中間層を介して導
    電率が80%IACS以上のCu又はCu合金を被覆し
    たことを特徴とする半導体リードフレーム。
  4. (4)導電率が80%IACS以上のCu又はCu合金
    をフレーム状基体の全面に、Ni、Co又はこれ等の合
    金からなる中間層を介して被覆する特許請求の範囲第3
    項記載の半導体リードフレーム。
JP28251085A 1985-12-16 1985-12-16 半導体リ−ドフレ−ム Pending JPS62141747A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03284869A (ja) * 1990-03-30 1991-12-16 Sumitomo Special Metals Co Ltd リードフレーム用クラッド材料
US9520347B2 (en) 2013-05-03 2016-12-13 Honeywell International Inc. Lead frame construct for lead-free solder connections

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