JPS6218744A - リ−ドフレ−ム - Google Patents

リ−ドフレ−ム

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JPS6218744A
JPS6218744A JP15778885A JP15778885A JPS6218744A JP S6218744 A JPS6218744 A JP S6218744A JP 15778885 A JP15778885 A JP 15778885A JP 15778885 A JP15778885 A JP 15778885A JP S6218744 A JPS6218744 A JP S6218744A
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lead frame
bonding
wire
surface roughness
plating
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JP15778885A
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JPH061798B2 (ja
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Shoji Umibe
海部 昌治
Masumitsu Soeda
副田 益光
Ryoichi Ozaki
良一 尾崎
Shin Ishikawa
伸 石川
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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    • 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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  • 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ICやトランジスタ等の半導体利用装N(以下
単に半導体装置という)のリードフレームに関し、特に
Auワイヤを容易に接合することができ且つそれ自身を
経済的に得ることのできるリードフレームに関するもの
である。
[従来の技術] 半導体装置のリードフレームは一般にCu合金で形成さ
れており、リードフレーム同士やリードフレームと半導
体を電気的に接続する線材としてはAuワイヤが使用さ
れている。そしてリードフレームにAuワイヤを接合す
るに際しては超音波加熱や熱圧着等が採用される。
ところでCu合金がそのまま露出しているリードフレー
ムにAuワイヤを直接々合した場合には、リードフレー
ム面に対するAuワイヤの凝着性が悪い為十分な接合強
度は得られ難く、しかも接合界面に非接合部分が発生し
て半導体装置の電気的特性に悪影響を与える。
そこでリードフレームにAuワイヤを接合するに当たっ
ては、リードフレーム全面にAgめっきを施し、熱伝導
性等を向上させたうえで該Agめっき面にAuワイヤを
凝着させて接合強度の向上及び接合界面の剥離防止を図
る方法が採用され、それなりの成果を挙げている。しか
しAgめっきに要する費用はかなり高いものであるから
、半導体装置の製造コスト低減という観点からすると上
記の方法は必ずしも望ましいものとは言えない、 その
為半導体装置の製造コスト低減を期して検討が加えられ
、リードフレームの表面処理法として、 (1)Agめっき処理部を限定する方法、或は(2)A
gめっき厚を薄くする方法、 等が提出されたが、これらの方法では十分なコスト低減
効果を得ることができない、又、最近開発された方法と
して、(3)めっきは−切施すことなくN2やAr等の
不活性ガス或はN2にN2を加えた還元性ガス雰囲気中
でリードフレーム表面に直接Auワイヤを接合する方法
が提案されたが、この方法にしても接合強度や耐界面剥
離性の点で十分とは言えない。
[発明が解決しようとする問題点] 本発明者等はこうした状況のもとで、Agめっき等を施
すことなくCu合金リードフレームにAuワイヤを確実
に接合することのできる技術の開発を期してかねてより
研究を進めており、かかる研究の一環として下記の技術
を開発し既に特許出願を済ませている。即ちその方法は
、Cu合金製リードフレームの表面に、膜厚80A以下
で[1つ表面粗度がRmax 0.25gm以丁の酸化
皮膜を形成する方法であり、この様な酸化皮膜を形成し
ておくことによってAuワイヤの接合を確実に行なうこ
とができる。
ところでこの様な極薄肉の酸化皮膜を形成する為には、
圧延加工等により製造したリードフレーム素材を酸洗等
の酸化皮膜除去処理に付した後、水洗・乾燥後真空下で
保存しなければならない。
また上記の様な表面粗度を得る為の手段としては、 (1)パフ研磨等の機械研磨 (2)鏡面ロールによる圧延 (3)化学研磨や電解研磨 等が例示されるが、上記の様な高レベルの表面粗度を得
る為には厳密な工程管理と大きな労力を要するばかりで
なく、スリッタ一工程や巻取り工程等で表面疵を発生す
ることも多い為歩留りも低くなり、製造コストが非常に
高くなる。
しかも、リードフレーム材料として添加合金成分の多い
Cu合金を用いた半導体装置においては、 (イ)半導体装置組立時の熱(ダイポンディング、ワイ
ヤポンディング、モールディング) (a)半導体製品を回路に取付ける際のはんだ付は時の
熱 (ハ)使用環境の熱及び半導体装置自身の発生熱等の熱
影響が加わるとCu合金の添加成分や不純物が接合界面
に拡散して偏析し、その結果接合強度が低下して断線し
たり、或は電気特性に変化が生じるといった問題も現わ
れてくる。
本発明はこの様な知見を基に更に研究の結果完成された
ものであって、その目的は、上記の様な問題を生ずるこ
となくAuワイヤを確実且つ強固に接合することのでき
るCu合金製リードフレームを提供しようとするもので
ある。
[問題点を解決する為の手段] 本発明に係るリードフレームの構成は、Cu合金製リー
ドフレームの表面に、ビッカース硬さくHv)が50−
100Kg/mm2、最大表面粗さがIuLm以下であ
るCuめっき層を0.5〜5pmの厚みで形成してなる
ところに要旨を有するものである。
[作用] 本発明では、Cu合金製リードフレームの表面に形成す
るCuめっきの硬さ、最大表面粗さ及びその肉厚を特定
したところに最大の特徴があるので、以下それらの設定
理由を明確にする。
く硬さをHv50〜100Kg/1lII2に特定した
点〉 リードフレーム表面にAuワイヤを直接4合する場合、
その表面硬さは接合力に大きな影響をl。
える0通常のワイヤ接合に使用されるAuワイヤの硬さ
はHv5o〜60Kg/ll112であるから、リード
フレームの表面硬さがHv 50 Kg/ mm2より
低い場合は接合時の押圧によるAuワイヤの変形が小さ
くなる為、凝着が不七分となって満足のいく接合強度を
得ることができず、一方100Kg/曹園2を超える場
合は接合面においてAuワイ、 ヤだけが過度に変形す
るため却って凝着不足を起こし、やはり満足のいく接合
強度を得ることができない、Cuめっき層のより好まし
い硬さの範囲はHv 70〜80Kg/*m2テある。
く表面粗度をR■ax1gm以下に定めた点〉Cuめっ
き層の表面粗度が大き過ぎると、Auワイヤの凝着箇所
がCuめっき表面における凹凸のエツジ部分だけで行な
われることになり、実質的な接合面積が小さくなって十
分な接合力が得られなくなる傾向があり、本発明では目
的にかなう最低限の接合強度を確保する為の要件として
RmaxluLm以下と定めたが、より好ましい表面粗
度はR層a冨0.5 uLm以下である。
<Cuめっき厚さを0.5〜57Lmに定めた点〉Cu
めつき層の厚みが0.5 pm未満では、めっき層目体
のレベリング効果が不十分である為、Cuめっさ後の表
面粗度をRmaxlILm以下に抑えようとするとリー
ドフレーム素□材の表面粗度を予備調整しておかなけれ
ばならなくなり、予備処理のL数が加重されるばかりで
なく、リードフレーム素材中の含有元素(例えばSn、
Zn。
Si 、P等)の熱拡散による偏析を十分に抑制するこ
とができず、Auワイヤとの接合強度も不十分となる。
尚Cuめっき層の肉厚を大きくすればするほど上記の偏
析抑制効果は向上するが、経済性を合わせ考えれば5μ
m以下に抑えるべきである。より好ましいCuめっき層
の肉厚は2〜3終mである。
以上の様にCuめっき層の硬さ、表面粗度及び肉厚はA
uワイヤとの接合性に著しい影響を及ぼすが、これらは
接合性との関係で密接な相互作用を有しており、いずれ
か1つでも上記範囲を逸脱しても十分な接合性を得るこ
とはできなl/(。
又、Cuめっき層の形成手段としては、硫酸銅浴やほう
弗化銅浴を用いた電気めっき法或は無電解めっき法等が
好ましい方法として例示されるが、もとよりめっき法自
体はこれらの方法に限定される訳ではない、但しめっき
効率や経済性及び公害防止面等を総合的に考えれば、硫
酸銅浴を用いる電気めっき法が最も一般的と言える。
本発明においてCu合金製リードフレームにAuワイヤ
を接合する手段は、当業分野における常用手段である超
音波併用熱圧着法が一般的に採用されるが勿論これに限
定される訳ではなく、熱圧着法や超音波加熱法或はレー
ザ加熱法等を採用することもできる。尚Auワイヤの接
合に当たっては、接合部をN2やAr等の不活性ガス或
はN2にN2を混合した還元性ガス等でシールしておく
ことが推奨される。
尚本発明に係るリードフレームを構成するCu合金の種
類も特に限定されないが、最も一般的なのはCu−Fe
−P、Cu−Ni−3i−Zn。
Cu−3n−Fe−P、Cu−3n−P、Cu−Ni−
3n、Cu−Fe−P−Zn、Cu−Fe−Co−3n
−P合金等である。
[実施例] Cu−3,2%Ni−0,7%S i−0,3%Zn合
金製リードフレームに、硫酸銅浴又はほう弗化銅浴のめ
っき条件を種々変えてCuめっきを施し、水洗、乾燥し
て得た各サンプルを使用し、下記の方法でAuワイヤと
の接合試験を行なった。尚比較の為、Cuめっきなしの
リードフレームについても同様の試験を行なった。
く接合方法〉 °超音波併用熱圧着式ワイヤボンダーのフレームホルダ
ーにリードフレームを装着し、ホルダーをN2ガスでシ
ールドした後ホルダーのステージ温度200℃、超音波
出力0.2W、超音波発振時間35m5、押圧荷重30
gの条件下において、直径301LmのAuワイヤを使
用しポンド間距離を11膳に設定して接合を行なう。
得られた各接合物について接合強度及び界面剥離状況を
調べたところ、第1表に示す結果が得られた。
第1表においてNo、  1〜7は何れも本発明の規定
する要件をすべて満足する実施例であり、何れも接合強
度が高くしかも界面剥離は全く認められない、これに対
しNo、 8 、9はCuめっき層の硬さが規定範囲を
外れている為、またNo、IOはCuめっきの表面粗度
が規定範囲を超えている為、更にNo、11はめっき厚
さが不足する為、何れの場合も接合強度が乏しく巨つ界
面剥離率も高くなっている。またNo、12,13は従
来例を示すものであり、No、12はCuめっき無しと
は言え十分な表面研磨処理を施して表面粗度をRmax
0.1 uLmに調整しているので良好な接合強度及び
耐界面剥離性が得られている。しかしNo、13は表面
粗度が大きい為接合強度が低く界面剥離率は100%と
なっている。
尚上記試験材のうちNo、 4 (本発明例:表面粗度
Rraax 1.Ogm)とNo、12(従来例:表面
粗度をRmax 0.1 pmまで抑えたもの)につい
てAuワイヤとの凝着状況を走査電子顕微鏡写真によっ
て調べたところ、両者共緊密に凝着していることが確認
された。
[発明の効果] 本発明は以上の様に構成されており、Cu合金製リード
フレームの表面に、硬度、表面精度及び肉厚の特定され
たCuめっき層を形成することによって、Auワイヤと
の接合を筒中な操作で確実に行ない得ることになった。
殊に本発明によればリードフレーム素材を製造する際に
予備m整段階等で殊更に表面粗度を小さくしておく必要
がなく、通常の工程を経て製造された素材をそのまま使
用することができるので、工程管理が著しく簡素化され
る。また添加元素の多いCu合金製リードフレーム素材
を使用した場合でも、Cuめっき層の存在によって接合
界面への拡散・偏析を抑えることができるので、Agめ
っき等を施さなくとも確実にAuワイヤとの接合を行な
うことができ、経済性と品質を同時に満足せしめ得るこ
とになった。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  半導体装置のリードフレームにAgめっき層を介在さ
    せることなくAuワイヤを直接々合し得る様に調製した
    Cu合金製リードフレームであって、表面に、ビッカー
    ス硬さ(Hv)が50〜100Kg/mm^2、最大表
    面粗さが1μm以下であるCuめっき層を0.5〜5μ
    mの厚みで形成してなることを特徴とするCu合金製リ
    ードフレーム。
JP15778885A 1985-07-17 1985-07-17 リ−ドフレ−ム Expired - Fee Related JPH061798B2 (ja)

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