JPS63310152A - リ−ドフレ−ムの製造方法 - 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の組立製造に用いられるＣｕ、また
はＣｕ合金からなるリードフレームの製造方法に係り、
特に、耐酸化性、ボンディング性及び半田ぬれ性に優れ
たリードフレームの製造方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、半導体装置の組立用のリードフレームの材料とし
てＦ　ｅ　−Ｎ　ｉ合金、あるいは、Ｃｕ又はＣｕ合金
が用いられている。Ｆｅ−Ｎｉ合金は、その熱膨張率が
半導体素子であるＳｉチップと同程度であり、また、機
械的性質に優れている点がら、リードフレーム用材料と
して多量に使われてきた。しかし、近年、高集積化に伴
うチップの大型化や発熱量の増大により、熱伝導性が高
いＣｕ系のリードフレームの使用が増えてきた。

しかし、Ｃｕ系の材料からなるリードフレームは、Ｆｅ
−Ｎｉ合金からなるリードフレームに比べて、耐酸化性
や耐湿性が劣るという欠点がある。

すなわち、Ｃｕ系のリードフレームは、半導体装置の組
立工程の熱履歴で、その表面に厚くてもろい酸化膜が生
成するため、Ｓｉチップとのダイボンデイング時、ある
いは、ワイヤボンディング時にボンディング不良を引起
す。また、半田ぬれ性も低下するので、パッケージング
後、リードフレーム先端に半田をコートする際、ぬれ不
良が発生し易い。また、このリードフレーム上に生成す
る酸化膜は、密着性が低いためにはがれやすく、レジン
封止した際、レジンとリードフレームとの間にすき間を
形成しやすい。その結果、レジンとリードフレームの間
から水分が浸入しやすくなり、浸入した水分がレジン中
に含まれるイオン性不純物との相乗作用でＳｉチップ上
のＡＱ配線を腐食させる。また、Ｃｕリードフレーム自
体も、浸入した水分によって腐食し、溶解したＣｕ２＋
イオンがＡＱ配線上に到達すると、ＡＱ配線上に還元析
出し、それが再溶解と再析出を繰返しながら、ＡＱ配線
が自己触媒的に著しく腐食されていくおそれがある。

そこで、従来よりＣｕ系リードフレームの耐酸化性およ
び耐湿性を向上させる方法として、耐酸化性の高い様々
なＣｕ合合材材料開発されている。

また、リードフレームに表面処理を施こすことにより、
耐酸化性および耐湿性を向上−させる方法も開発されて
おり、特開昭６２−１４４５２号公報に記載のように、
耐酸化性の金属のめっきをする方法や、特開昭６１−２
０８２４６号公報に記載の耐酸化性のメルカプトベンゼ
ン化合物で被覆する方法等がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の従来技術の内、耐酸化性Ｃｕ合金からなるリード
フレームが開発されているが、Ｆｅ−Ｎｉ合金よりも優
れたものは、まだ開発されていない。また、Ｃｕリード
フレームの表面をＮｉ等の耐酸化性の金属めっきをする
方法は、めっき処理によりその耐酸化性をＦｅ−Ｎｉ合
金リードフレームの程度まで改善させることができるが
、製造工程数の増加や経済性の点で必ずしも満足できる
ものではない。

一方、Ｃｕリードフレームの表面をメルカプトベンゼン
化合物で処理する方法は、簡便な処理により耐酸化性を
向上でき、かつ、経済性の点でも優れた方法である。こ
の方法は、リードフレームの表面をＣｕとメルカプトベ
ンゼン化合物との皮膜により被覆し、下地のＣｕの酸化
を抑制することにより、フレームのボンディング性を改
善するのに有効である。しかし、この方法ではレジンモ
ールド時のフレーム表面の劣化や半田ぬれ性については
考慮されていなかった。すなわち、メルカプトベンゼン
化合物で処理したリードフレームを、レジンモールド後
、キュアする際、１７０℃以上の温度に数時間保持され
るので、メルカプトベンゼン化合物が熱分解し、その際
、化合物中に含まれている硫黄成分により、Ｃｕリード
フレームの表面が硫化され、フレーム表面に厚い硫化物
皮膜が生成する。この硫化物皮膜の形成により半田ぬれ
性が低下してしまう。

本発明の目的は、耐酸化性、ボンディング性および半田
ぬれ性に優れ、かつ経済性の高いＣｕリードフレームの
製造方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、安定性の高い化合物皮膜を形成する有機腐
食抑制剤によりリードフレームを処理することにより達
成される。

すなわち、本発明はＣｕリードフレームを硫黄原子を含
まない有機系腐食抑制剤により処理し、フレーム表面に
熱的にも安定なＣｕと腐食抑制剤との化合物皮膜を形成
させることにより、下地のＣｕの酸化および硫化を抑制
し、耐酸化性、ボンディング性および半田ぬれ性に優れ
たＣｕリードフレームを提供するものである。また、本
発明による表面処理は生産性や経済性にも優れているの
で、経済性の高いリードフレームを提供することができ
る。

〔作用〕

Ｃｕリードフレームを有機系腐食抑制剤により処理し、
フレームの表面に形成させたＣｕと腐食抑制剤との化合
物皮膜は、リードフレームの耐酸化性、ボンディング性
、半田ぬれ性の向上に対し、次のような作用をする。

Ｃｕの酸化を抑制する表面処理法としては、緻密で薄い
酸化物や窒化物で被覆する方法、耐酸化性の金属をめっ
きする方法、Ｃｕと有機物との化金物皮膜で被覆する方
法が考えられる。この内、無機物で被覆する方法は、下
地のＣｕの酸化が抑制されるが、無機物であるので分解
温度が高く、リードフレームに適用した場合、ボンディ
ング性や半田ぬれ性の点で問題がある。また、金属めっ
きする方法は工程数の増加や経済性の点で問題がある。

一方、Ｃｕとの有機化合物皮膜で被覆する方法は、経済
性も高く、また、その分解温度もいずれも２５０℃以下
と、ボンディング性や半田ぬれ性の低下を引起さず、き
わめて優れた方法である。

Ｃｕとこのような安定な化合物皮膜を形成する有機物は
、皮膜形成型の有機系腐食抑制剤がもつとも好ましい。

Ｃｕとこの有機系腐食抑制剤との化合物皮膜は、下地の
Ｃｕの酸化を抑えるばかりではなく、腐食性の水溶液と
接触しても下地のＣｕの腐食を抑制する性質をもってい
る。この特性は、半導体装置として組立てた後の、その
耐湿信頼性の点できわめて有利である。また、この皮膜
は、有機物であるモールドレジンとの密着性が高く、こ
の作用からも半導体装置の耐湿性を向上できる可能性を
もっている。

この化合物皮膜で被覆したＣｕリードフレームは、その
表面に酸化皮膜が成長しにくく、ボンディング性や半田
ぬれ性が著しく改善される。ダイボンディングおよびワ
イヤボンディングする際、リードフレームが局部的に２
５０〜３５０℃の温度に加熱されると、Ｃｕと有機腐食
抑制剤との化合物は、その分解温度が２５０℃以下なの
で、加熱により分解し、下地のＣｕ材とのボンディング
を円滑に行なうことができる。

次に、ボンディング後、レジンモールド及びモールドキ
ュアされると、リードフレーム全体が１７０〜１８０℃
の温度で王ないし青時間加熱される。この工程中に、リ
ードフレーム上のレジンで被覆されていない部分が酸化
され易く、その結果、モールド成形後の半田コートをす
る際、半田ぬれ不良が発生する。Ｃｕリードフレームを
有機腐食抑制剤で予め処理しておけば、このモールド成
形時の表面酸化を抑制できる。しかし、硫黄原子を含ん
だ有機腐食抑制剤で処理したリードフレームは、モール
ド成形時に、Ｃｕと腐食抑制剤との化合物皮膜が分解し
１分解によって生じたＳ成分と下地のＣｕとが反応し硫
化物皮膜が生成する。

この硫化物皮膜の成長速度は、酸化皮膜の成長速度より
も大きいので、硫化物皮膜は厚く成長し易く、モールド
成形後のリードフレームの半田ぬれ性が著しく低下して
しまう。従って、硫化物皮膜の生成を防ぐには、Ｓ成分
を含まない有機腐食抑制剤でリードフレームを処理する
必要がある。

このＳ成分を含まない有機腐食抑制剤は、例えば、イミ
ダゾール類、ベンゾイミダゾール類、トリアゾール類、
ベンゾトリアゾール類、オキシム類、クツペロン、オキ
シン類等の分子中に少なくとも窒素原子を含んだ有機腐
食抑制剤が好ましい。

これらの腐食抑制剤は、Ｃｕと反応し安定な化合物皮膜
を形成し、また、分解しても有害な腐食性成分を発生し
ない特徴をもつので、リードフレームの表面処理剤とし
て有利である。

有機腐食抑制剤とリードフレームとを接触させる方法と
しては、腐食抑制剤を溶媒に溶かした溶液中にリードフ
レームを浸漬する方法、溶液を噴霧状態にして塗布する
方法、腐食抑制剤を気化させ蒸着させる方法等が考えら
れるが、溶液状態にして接触させる方法が生産性、経済
性、被覆効率の点で好ましい。腐食抑制剤を溶かす溶媒
には、水等の無機系溶媒とアルコールやアセトン等の有
機系溶媒があるが、有機系溶媒は有機腐食抑制剤に対す
る溶解度が高く、また、一般に蒸発し易いので処理後の
溶媒残留が少ない点で好ましい。

この表面処理により、Ｃｕリードフレーム表面に形成さ
せたＣｕと腐食抑制剤との化合物皮膜は。

Ｃｕリードフレームの耐食性を保つ保護膜となり、リー
ドフレームの耐酸化性、ボンディング性、半田ぬれ性の
向上に有効である。

〔実施例〕

実施例１ リードフレーム用素材である、Ｃｕ−２，０Ｓｎ−０，
２Ｎｉ　　合金条を、脱脂酸洗後、本発明による、イミ
ダゾールのメタノール溶液（濃度：０．１　　％、温度
二６０℃）中に二分間浸漬し、水洗、乾燥したものを、
１８０℃の空気中で酸化試験した。試験時の合金条の重
量増加量の経時変化を、第１図に示す。比較例として、
表面処理を施さないリードフレーム材と０．１　％濃度
のメルカプトベンゾチアゾール（ＭＢＴ）のメタノール
溶液（液温６０℃）中で二分間浸漬処理したフレーム材
について、同様な酸化試験を行い、その結果も図に示す
。

図から明らかなように、イミダゾール処理したリードフ
レーム材は、処理しないものに比べて。

重量増加量が小さく１表面酸化が抑制され、耐酸化性が
改善されていることがわかる。それに対し、従来方法に
よる無処理およびＭＢＴ処理したリードフレーム材はそ
の重量増加量が大きく、特にＭＢＴ処理したフレーム表
面には硫化物皮膜が厚く成長しており、リードフレーム
材として耐酸化性および耐環境性は本発明によるものに
比べて劣っている。

実施例２ 実施例１と同様にイミダゾール処理したリードフレーム
を、温度４０℃、湿度９５ＲＨ％の環境下に１００時間
放置後、３０μｍφのＣｕ線をワイヤボンディングした
。ボンディングは、温度が３３０℃、Ａｒ＋）（ｚ気流
中で超音波接合により行なった。その後、ボンディング
したＣｕワイヤの引張強度を測定し、その結果を第１表
に示す。

なお比較例として、従来方法による無処理のものと部分
Ａｇメッキしたリードフレームについても、ワイヤボン
ディング後、同様な測定を行なった。

第　　１　　表 第１表から明らかなように、本発明によるイミダゾール
処理したリードフレームにボンディングしたＣｕワイヤ
の引張強度は、従来方法の部分Ａｇメッキしたものと同
程度である。イミダゾール処理することにより、４０℃
、９５％湿度環境下における、表面酸化を押え、ボンデ
ィング性、すなわち、引張強度の低下を抑制しているこ
とがわかる。しかし、表面処理を施さないリードフレー
ム（Ｎα２）は、表面が酸化され易いために、ボンディ
ング性の低下が著しい。

実施例３ 実施例１と同様にイミダゾール処理したリードフレーム
を、１８０”Ｃの空気中に置時間放置した後、メニスコ
グラフにより半田との接触角を測定した。その結果を第
２表に示す。なお、比較例として、従来方法による無処
理、５ｎ−ＮｉメッキおよびＭＢＴで処理したリードフ
レームについても同様な測定を行なった。

第２表から明らかなように、イミダゾール処理したリー
ドフレーム（嵐１）は、処理していないもの（翫２）に
比べて、半田との接触角が小さく。

また５ｎ−Ｎｉメッキしたもの（Ｎｃｉ３）と同程度で
あり、半田ぬれ性が良好に保持されていることがわかる
。しかし、従来方法の無処理（Ｎα２）およびＭＢＴ処
理したリードフレーム材（Ｎα４）は接触角が大きく、
特に、ＭＢＴ処理したものは大きな値を示しており、半
田ぬれ性は低下している。

〔発明の効果〕

本発明によれば、耐酸化性、ボンディング性および半田
ぬれ性に優れたリードフレームを提供することができる
。

【図面の簡単な説明】

図は、本発明の一実施例のリードフレームの酸化特性図
である。 一゛′４、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、銅または銅合金からなるリードフレームの製造に際
   し、銅と安定な化合物を形成する有機腐食抑制剤を前記
   リードフレームに接触させ、表面に銅と前記有機腐食抑
   制剤との化合物皮膜を生成させる方法において、前記有
   機腐食抑制剤は、その分子中に少なくとも窒素原子を含
   み、イミダゾールおよびその誘導体、ベンゾイミダゾー
   ルおよびその誘導体、トリアゾールおよびその誘導体、
   オキシム類、オキシキノリン類、キノリンカルボン酸類
   、ニトロソナフトール類、クツペロンからなる化合物群
   から選択した少なくとも一種の化合物であることを特徴
   とするリードフレームの製造方法。