JP2003197847A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体装置およびその製造方法Info
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- Wire Bonding (AREA)
- Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
- Die Bonding (AREA)
- Encapsulation Of And Coatings For Semiconductor Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 コストダウン効果が高く、有害物質を使用し
ない半導体装置およびその製造方法を提供する。 【解決手段】半導体装置は、半導体チップ（１１）と、
この半導体チップを搭載するダイパッド部（１２）およ
びこのダイバッド部の周囲に内端が位置するように配設
された複数のリード（１３）とを有し、防錆被膜残査の
ない銅系リードフレームと、半導体チップ上の電極と複
数のリードの内端部とを直接接続する銅ワイヤ（１４）
と、これらを気密封止する樹脂封止体（１６）とを備
え、複数のリードのうち樹脂封止体から突出する外部リ
ード部分（１７）には水溶性防錆被膜（１８）あるいは
鉛フリーのはんだ膜（１８’）を備える。これにより、
コストの低減と環境汚染の防止が図られる。また、本発
明にかかる半導体装置の製造方法によれば、リードフレ
ームを作成後すぐに比較的低温で分解する非ＢＴＡ系防
錆剤を塗布するとともに、最終的にアウタリードの防錆
を図っているので、貴金属の使用を避けてコストダウン
に寄与するとともに、後の工程で有害な残留物を残さ
ず、特に樹脂封止の信頼性を向上させることができる。
ない半導体装置およびその製造方法を提供する。 【解決手段】半導体装置は、半導体チップ（１１）と、
この半導体チップを搭載するダイパッド部（１２）およ
びこのダイバッド部の周囲に内端が位置するように配設
された複数のリード（１３）とを有し、防錆被膜残査の
ない銅系リードフレームと、半導体チップ上の電極と複
数のリードの内端部とを直接接続する銅ワイヤ（１４）
と、これらを気密封止する樹脂封止体（１６）とを備
え、複数のリードのうち樹脂封止体から突出する外部リ
ード部分（１７）には水溶性防錆被膜（１８）あるいは
鉛フリーのはんだ膜（１８’）を備える。これにより、
コストの低減と環境汚染の防止が図られる。また、本発
明にかかる半導体装置の製造方法によれば、リードフレ
ームを作成後すぐに比較的低温で分解する非ＢＴＡ系防
錆剤を塗布するとともに、最終的にアウタリードの防錆
を図っているので、貴金属の使用を避けてコストダウン
に寄与するとともに、後の工程で有害な残留物を残さ
ず、特に樹脂封止の信頼性を向上させることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置およびそ
の製造方法に関するものである。
の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置、特に半導体集積回路は、一
般にリードフレームを用いて製造される。
般にリードフレームを用いて製造される。
【０００３】リードフレームの典型的な形状を図６に示
す。このリードフレーム１００は全体の強度を確保する
ための外枠１０１と、この外枠にタイバー１０２と称さ
れる連結部材で連結され、中央部に設けられるダイパッ
ド部（アイランド部ともいう）１０３、その周囲に配設
された複数のリード１０４を有している。この複数のリ
ード１０４のダイパッド１０３側の内端部はダイパッド
１０３から離隔しており、各リードの途中でダムバー１
０５と称される連結部材で外枠１０１と連結されてい
る。ダムバー１０５よりも外側のリード部分は後述する
樹脂封止後外に露出する部分であり、アウタリード１０
４ａと称され、それよりも内側の部分は樹脂封止される
部分でインナリード１０４ｂと称される。
す。このリードフレーム１００は全体の強度を確保する
ための外枠１０１と、この外枠にタイバー１０２と称さ
れる連結部材で連結され、中央部に設けられるダイパッ
ド部（アイランド部ともいう）１０３、その周囲に配設
された複数のリード１０４を有している。この複数のリ
ード１０４のダイパッド１０３側の内端部はダイパッド
１０３から離隔しており、各リードの途中でダムバー１
０５と称される連結部材で外枠１０１と連結されてい
る。ダムバー１０５よりも外側のリード部分は後述する
樹脂封止後外に露出する部分であり、アウタリード１０
４ａと称され、それよりも内側の部分は樹脂封止される
部分でインナリード１０４ｂと称される。
【０００４】リードフレームの材料としてはニッケル合
金、コバールなども用いられるが、近年は銅あるいは銅
を主成分とする銅合金などが主流となっている。
金、コバールなども用いられるが、近年は銅あるいは銅
を主成分とする銅合金などが主流となっている。
【０００５】このようなリードフレーム１００のダイパ
ッド部１０３に半導体チップを銀ペースト等の導電性接
着剤やはんだリボン等で固着し、この半導体チップ上の
電極とリードの内端部とをワイヤボンディングによりワ
イヤで接続し、全体を樹脂で封止し、樹脂封止体の外に
残存しているダムバー１０５の切断後、この樹脂封止体
より突出したアウタリード１０４ａの折り曲げ等の成形
を行い、アウタリードの実装時の接続特性を向上させる
ために通常はんだめっき等が施されて半導体装置の完成
品を得る。
ッド部１０３に半導体チップを銀ペースト等の導電性接
着剤やはんだリボン等で固着し、この半導体チップ上の
電極とリードの内端部とをワイヤボンディングによりワ
イヤで接続し、全体を樹脂で封止し、樹脂封止体の外に
残存しているダムバー１０５の切断後、この樹脂封止体
より突出したアウタリード１０４ａの折り曲げ等の成形
を行い、アウタリードの実装時の接続特性を向上させる
ために通常はんだめっき等が施されて半導体装置の完成
品を得る。
【０００６】このリードフレームについては、ワイヤと
の接続特性、完成品としてのアウタリードのプリント基
板等への接続特性に優れていることが必要となる。
の接続特性、完成品としてのアウタリードのプリント基
板等への接続特性に優れていることが必要となる。
【０００７】これらの接続特性を劣化させるのはリード
フレーム自体の酸化による酸化膜形成である。これは、
素材製造・保管工程並びに半導体組立工程での熱履歴に
よりリードフレーム表面に生ずる。銅は電気的特性は良
好であるが、酸化しやすいのが欠点で酸化膜を発生させ
ないように、通常、打ち抜きやエッチング等によるリー
ドフレーム製造直後に防錆被膜が表面に形成される。こ
の防錆被膜としては、ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）系
のものが通常使用される。
フレーム自体の酸化による酸化膜形成である。これは、
素材製造・保管工程並びに半導体組立工程での熱履歴に
よりリードフレーム表面に生ずる。銅は電気的特性は良
好であるが、酸化しやすいのが欠点で酸化膜を発生させ
ないように、通常、打ち抜きやエッチング等によるリー
ドフレーム製造直後に防錆被膜が表面に形成される。こ
の防錆被膜としては、ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）系
のものが通常使用される。
【０００８】また、前述したように、インナリードと半
導体チップとはワイヤにより接続される。このワイヤに
ついては長期にわたって腐食がないこと、展延性に優れ
加工が容易であること、大気中でのボールアップ（ボー
ル化）が容易であることなどが要求され、これらを満た
すものとして金線が通常使用されている。
導体チップとはワイヤにより接続される。このワイヤに
ついては長期にわたって腐食がないこと、展延性に優れ
加工が容易であること、大気中でのボールアップ（ボー
ル化）が容易であることなどが要求され、これらを満た
すものとして金線が通常使用されている。
【０００９】さらに、このワイヤとインナリードとの接
続の信頼性を向上させるため、インナリードのワイヤボ
ンディング箇所には銀やパラジウム等の貴金属めっきが
施されるのが通常である。
続の信頼性を向上させるため、インナリードのワイヤボ
ンディング箇所には銀やパラジウム等の貴金属めっきが
施されるのが通常である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来酸
化防止のためにリードフレーム製造工程でリードフレー
ムに塗布されるベンゾトリアゾール系の防錆剤による被
膜は耐熱温度が高く、良好なダイ並びにワイヤボンディ
ング性を確保するためにはダイボンディング工程で３５
０℃以上の温度をかけて完全に分解させる必要がある。
ワイヤボンディングではこのような高温にはできないた
め、ベンゾトリアゾール系の防錆剤は、ダイボンディン
グ工程で３５０℃以上の温度をかける高温ダイボンディ
ング方式、例えば４００℃付近の雰囲気温度で行われる
はんだダイボンディング方式を採用した半導体装置にし
か適用できなかった。なお、このような防錆剤には種々
の成分が含まれており、そのうちには２００℃台後半で
も分解されるものがあり、このため酸化被膜が一部形成
され、そのような酸化被膜が後の工程で剥離して製造上
悪影響を与えることがある。
化防止のためにリードフレーム製造工程でリードフレー
ムに塗布されるベンゾトリアゾール系の防錆剤による被
膜は耐熱温度が高く、良好なダイ並びにワイヤボンディ
ング性を確保するためにはダイボンディング工程で３５
０℃以上の温度をかけて完全に分解させる必要がある。
ワイヤボンディングではこのような高温にはできないた
め、ベンゾトリアゾール系の防錆剤は、ダイボンディン
グ工程で３５０℃以上の温度をかける高温ダイボンディ
ング方式、例えば４００℃付近の雰囲気温度で行われる
はんだダイボンディング方式を採用した半導体装置にし
か適用できなかった。なお、このような防錆剤には種々
の成分が含まれており、そのうちには２００℃台後半で
も分解されるものがあり、このため酸化被膜が一部形成
され、そのような酸化被膜が後の工程で剥離して製造上
悪影響を与えることがある。
【００１１】また、この防錆剤は組立工程における熱履
歴を受けることにより分解して残留物を生成させるた
め、樹脂封止工程における樹脂とリードフレームの密着
性を劣化させ、半導体装置の信頼性の低下も招いてい
る。
歴を受けることにより分解して残留物を生成させるた
め、樹脂封止工程における樹脂とリードフレームの密着
性を劣化させ、半導体装置の信頼性の低下も招いてい
る。
【００１２】一方、半導体装置に対するコストダウン要
求は日増しに強まっているが、前述したような半導体装
置における貴金属のコストのしめる割合はきわめて大き
く、コストダウンの障害となっている。例えば、ワイヤ
ボンディング工程に採用している配線材としての金は高
価であるとともに、市場の価格変動も大きく、金線購入
価格の大半は地金代であるため、コスト削減は限界に近
づいている。
求は日増しに強まっているが、前述したような半導体装
置における貴金属のコストのしめる割合はきわめて大き
く、コストダウンの障害となっている。例えば、ワイヤ
ボンディング工程に採用している配線材としての金は高
価であるとともに、市場の価格変動も大きく、金線購入
価格の大半は地金代であるため、コスト削減は限界に近
づいている。
【００１３】他の貴金属についても廃止の努力がなされ
ているが、代替材料や貴金属を使用しない製造方法には
それぞれ欠点もあり、決定的なものはない。
ているが、代替材料や貴金属を使用しない製造方法には
それぞれ欠点もあり、決定的なものはない。
【００１４】さらに、ダイボンディングにおいて使用さ
れる銀ペーストは価格が高く価格変動が懸念される貴金
属の銀が使用され、はんだリボンには鉛が含有されてい
る。鉛は環境問題から有害物資へ指定されつつあり、使
用しないことが望まれており、銀やビスマス（Ｂｉ）な
どの材料への置換が検討されているものの、価格面・特
性面・作業性においてはんだに勝るものは現時点ではみ
つかっていない。
れる銀ペーストは価格が高く価格変動が懸念される貴金
属の銀が使用され、はんだリボンには鉛が含有されてい
る。鉛は環境問題から有害物資へ指定されつつあり、使
用しないことが望まれており、銀やビスマス（Ｂｉ）な
どの材料への置換が検討されているものの、価格面・特
性面・作業性においてはんだに勝るものは現時点ではみ
つかっていない。
【００１５】さらに、アウタリード（外部リード）には
通常Ｓｎ−Ｐｂはんだめっきやパラジウム（Ｐｄ）めっ
きが施されている。前述したように、はんだめっきに含
有されている鉛は有害物資へ指定されつつあり、パラジ
ウムは高価な貴金属であり、いずれも使用を避けること
が望まれている。
通常Ｓｎ−Ｐｂはんだめっきやパラジウム（Ｐｄ）めっ
きが施されている。前述したように、はんだめっきに含
有されている鉛は有害物資へ指定されつつあり、パラジ
ウムは高価な貴金属であり、いずれも使用を避けること
が望まれている。
【００１６】本発明はこのような種々の問題を解決する
ためになされたもので、貴金属や鉛を用いることなく高
信頼性を得ることができ、コストを低減できる半導体装
置を提供することを目的とする。
ためになされたもので、貴金属や鉛を用いることなく高
信頼性を得ることができ、コストを低減できる半導体装
置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる半導体装
置の第１の態様によれば、半導体チップと、前記半導体
チップを搭載するダイパッド部と、このダイバッド部の
周囲に内端が位置するように配設された複数のリードと
を有し、防錆被膜残査のない銅系リードフレームと、前
記半導体チップ上の電極と前記複数のリードの内端部と
を直接接続する銅ワイヤと、前記半導体チップ、前記リ
ードフレームの大部分、前記銅ワイヤを気密封止する樹
脂封止体とを備え、前記複数のリードのうち前記樹脂封
止体から突出する外部リード部分には水溶性防錆剤が塗
布されたことを特徴とする。
置の第１の態様によれば、半導体チップと、前記半導体
チップを搭載するダイパッド部と、このダイバッド部の
周囲に内端が位置するように配設された複数のリードと
を有し、防錆被膜残査のない銅系リードフレームと、前
記半導体チップ上の電極と前記複数のリードの内端部と
を直接接続する銅ワイヤと、前記半導体チップ、前記リ
ードフレームの大部分、前記銅ワイヤを気密封止する樹
脂封止体とを備え、前記複数のリードのうち前記樹脂封
止体から突出する外部リード部分には水溶性防錆剤が塗
布されたことを特徴とする。
【００１８】本発明にかかる半導体装置の第２の態様に
よれば、半導体チップと、前記半導体チップを搭載する
ダイパッド部と、このダイバッド部の周囲に内端が位置
するように配設された複数のリードとを有し、防錆被膜
残査のない銅系リードフレームと、前記半導体チップ上
の電極と前記複数のリードの内端部とを直接接続する銅
ワイヤと、前記半導体チップ、前記リードフレームの大
部分、前記銅ワイヤを気密封止する樹脂封止体とを備
え、前記複数のリードのうち前記樹脂封止体から突出す
る外部リード部分には鉛を含まないはんだ被膜を有する
ことを特徴とする。
よれば、半導体チップと、前記半導体チップを搭載する
ダイパッド部と、このダイバッド部の周囲に内端が位置
するように配設された複数のリードとを有し、防錆被膜
残査のない銅系リードフレームと、前記半導体チップ上
の電極と前記複数のリードの内端部とを直接接続する銅
ワイヤと、前記半導体チップ、前記リードフレームの大
部分、前記銅ワイヤを気密封止する樹脂封止体とを備
え、前記複数のリードのうち前記樹脂封止体から突出す
る外部リード部分には鉛を含まないはんだ被膜を有する
ことを特徴とする。
【００１９】また、本発明にかかる半導体装置の製造方
法の第１の態様によれば、ダイパッド部とその周囲に内
端が位置するように配設された複数のリードとを有する
銅系リードフレームを準備し、前記リードフレームの表
面に非ベンゾトリアゾール系防錆剤を塗布し、加熱雰囲
気中で前記ダイパッド上に非金属系ペーストを用いて半
導体チップを固着させるダイボンディングを行い、前記
半導体チップ上の電極と前記リードフレームのリード内
端部を銅ワイヤを用いて接続するワイヤボンディングを
行い、リードの一部を除き樹脂で封止して樹脂封止体を
形成し、前記樹脂封止体より突出したリードの成形を行
い、前記樹脂封止体より突出したリードに水溶性防錆剤
を塗布する半導体装置の製造方法。
法の第１の態様によれば、ダイパッド部とその周囲に内
端が位置するように配設された複数のリードとを有する
銅系リードフレームを準備し、前記リードフレームの表
面に非ベンゾトリアゾール系防錆剤を塗布し、加熱雰囲
気中で前記ダイパッド上に非金属系ペーストを用いて半
導体チップを固着させるダイボンディングを行い、前記
半導体チップ上の電極と前記リードフレームのリード内
端部を銅ワイヤを用いて接続するワイヤボンディングを
行い、リードの一部を除き樹脂で封止して樹脂封止体を
形成し、前記樹脂封止体より突出したリードの成形を行
い、前記樹脂封止体より突出したリードに水溶性防錆剤
を塗布する半導体装置の製造方法。
【００２０】また、本発明にかかる半導体装置の製造方
法の第２の態様によれば、ダイパッド部とその周囲に内
端が位置するように配設された複数のリードとを有する
銅系リードフレームを準備し、前記リードフレームの表
面に非ベンゾトリアゾール系防錆剤を塗布し、加熱雰囲
気中で前記ダイパッド上に非金属系ペーストを用いて半
導体チップを固着させるダイボンディングを行い、前記
半導体チップ上の電極と前記リードフレームのリード内
端部を銅ワイヤを用いて接続するワイヤボンディングを
行い、リードの一部を除き樹脂で封止して樹脂封止体を
形成し、前記樹脂封止体より突出したリードの成形を行
い、前記樹脂封止体より突出したリードに鉛を含まない
はんだめっき処理を行う、半導体装置の製造方法。
法の第２の態様によれば、ダイパッド部とその周囲に内
端が位置するように配設された複数のリードとを有する
銅系リードフレームを準備し、前記リードフレームの表
面に非ベンゾトリアゾール系防錆剤を塗布し、加熱雰囲
気中で前記ダイパッド上に非金属系ペーストを用いて半
導体チップを固着させるダイボンディングを行い、前記
半導体チップ上の電極と前記リードフレームのリード内
端部を銅ワイヤを用いて接続するワイヤボンディングを
行い、リードの一部を除き樹脂で封止して樹脂封止体を
形成し、前記樹脂封止体より突出したリードの成形を行
い、前記樹脂封止体より突出したリードに鉛を含まない
はんだめっき処理を行う、半導体装置の製造方法。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につき
詳細に説明する。図１は本発明にかかる半導体装置の実
施の形態を示す素子断面図である。
詳細に説明する。図１は本発明にかかる半導体装置の実
施の形態を示す素子断面図である。
【００２２】この半導体装置１０は、半導体チップ１１
が銅あるいは銅合金のリードフレームのダイパッド部１
２に固着され、半導体チップ上の電極とリードフレーム
のインナリード１３とは銅ワイヤ１４で接続されてい
る。ここで使用されているリードフレームは銅あるいは
銅を主成分とする合金でなる。
が銅あるいは銅合金のリードフレームのダイパッド部１
２に固着され、半導体チップ上の電極とリードフレーム
のインナリード１３とは銅ワイヤ１４で接続されてい
る。ここで使用されているリードフレームは銅あるいは
銅を主成分とする合金でなる。
【００２３】銅系のリードフレームの材料としては例え
ば、次のようなものが知られている（単位は重量％）。 ＫＦＣ：Ｆｅ０．１，Ｐ０．０３，残りＣｕ ＡＬＬＯＹ１９４：Ｆｅ２．４、Ｚｎ０．１２，Ｐ０．
０３，残りＣｕ ＫＬＦ−１：Ｎｉ３．２、Ｓｉ０．７、Ｚｎ０．３，残
りＣｕ ＫＬＦ−１２５：Ｎｉ３．２，Ｓｉ０．７、Ｚｎ０．
３、残りＣｕ。
ば、次のようなものが知られている（単位は重量％）。 ＫＦＣ：Ｆｅ０．１，Ｐ０．０３，残りＣｕ ＡＬＬＯＹ１９４：Ｆｅ２．４、Ｚｎ０．１２，Ｐ０．
０３，残りＣｕ ＫＬＦ−１：Ｎｉ３．２、Ｓｉ０．７、Ｚｎ０．３，残
りＣｕ ＫＬＦ−１２５：Ｎｉ３．２，Ｓｉ０．７、Ｚｎ０．
３、残りＣｕ。
【００２４】また、銅ワイヤ１３が接続されるインナリ
ード部１４には従来のような貴金属めっきは一切行われ
ていない。また、半導体チップ１１をダイパッド部１２
に固着するダイボンディングにおいても好ましくは貴金
属を含まないペースト、例えば銅ペースト１５が用いら
れている。
ード部１４には従来のような貴金属めっきは一切行われ
ていない。また、半導体チップ１１をダイパッド部１２
に固着するダイボンディングにおいても好ましくは貴金
属を含まないペースト、例えば銅ペースト１５が用いら
れている。
【００２５】これら全体はリードの一部を除き樹脂１６
で封止され、この樹脂封止体から突出したリード部分で
あるアウタリード１７は折り曲げ等の成形がおこなわれ
ている。
で封止され、この樹脂封止体から突出したリード部分で
あるアウタリード１７は折り曲げ等の成形がおこなわれ
ている。
【００２６】そして、アウタリードの表面には水溶性防
錆剤の被膜１８あるいは鉛を含有しない鉛フリーのはん
だめっき膜１８’が形成されている。
錆剤の被膜１８あるいは鉛を含有しない鉛フリーのはん
だめっき膜１８’が形成されている。
【００２７】このような半導体装置では、貴金属の使用
は最小限となっており、コストの低減が実現されてい
る。
は最小限となっており、コストの低減が実現されてい
る。
【００２８】次に、このような半導体装置の製造方法に
ついて詳述する。
ついて詳述する。
【００２９】図２は本発明にかかる半導体装置の製造方
法を示すフローチャートである。
法を示すフローチャートである。
【００３０】まずリードフレームを準備する（ステップ
Ｓ１）。リードフレームは銅板あるいは銅合金の板の打
ち抜きあるいはエッチングで得られる。この作業終了時
点でリードフレームには直ちに防錆剤が塗布され、防錆
被膜が形成される（ステップＳ２）。この防錆被膜は２
５０℃前後の加熱により完全分解し、残留物を生成しな
いものであり、非ＢＴＡ系の脂肪酸エステル系あるいは
アミン系の防錆剤が最適である。この防錆剤を採用する
と、後の工程における熱履歴により完全に分解し、悪影
響を与えることはない。
Ｓ１）。リードフレームは銅板あるいは銅合金の板の打
ち抜きあるいはエッチングで得られる。この作業終了時
点でリードフレームには直ちに防錆剤が塗布され、防錆
被膜が形成される（ステップＳ２）。この防錆被膜は２
５０℃前後の加熱により完全分解し、残留物を生成しな
いものであり、非ＢＴＡ系の脂肪酸エステル系あるいは
アミン系の防錆剤が最適である。この防錆剤を採用する
と、後の工程における熱履歴により完全に分解し、悪影
響を与えることはない。
【００３１】次に半導体チップがリードフレームのダイ
パッド部にダイボンディングされる（ステップＳ３）。
前述した処理を行ったリードフレームを使用することに
より、１００〜１３０℃程度、好ましくは１００℃の還
元加熱雰囲気で低温ペーストダイボンディング方式の適
用が可能となる。この温度では非ＢＴＡ系防錆剤は分解
せずそのまま残存する。
パッド部にダイボンディングされる（ステップＳ３）。
前述した処理を行ったリードフレームを使用することに
より、１００〜１３０℃程度、好ましくは１００℃の還
元加熱雰囲気で低温ペーストダイボンディング方式の適
用が可能となる。この温度では非ＢＴＡ系防錆剤は分解
せずそのまま残存する。
【００３２】ダイボンディング用のペーストとしては貴
金属を含まず熱伝導率の高い、例えば銅を含むぺースト
であることが好ましい。このペーストは貴金属を使用し
ないために製造コストを低減できるとともに鉛のような
有害物資の排除が可能となる。
金属を含まず熱伝導率の高い、例えば銅を含むぺースト
であることが好ましい。このペーストは貴金属を使用し
ないために製造コストを低減できるとともに鉛のような
有害物資の排除が可能となる。
【００３３】続いてワイヤボンディングが行われる（ス
テップＳ４）。このワイヤボンディングでは、半導体チ
ップとインナリード間は銅ワイヤを用いて接続が行わ
れ、約２８５℃の雰囲気で行われる。この温度では防錆
被膜は分解するため、銅の素地が露出し、信頼性の高い
ワイヤボンディングが可能となる。
テップＳ４）。このワイヤボンディングでは、半導体チ
ップとインナリード間は銅ワイヤを用いて接続が行わ
れ、約２８５℃の雰囲気で行われる。この温度では防錆
被膜は分解するため、銅の素地が露出し、信頼性の高い
ワイヤボンディングが可能となる。
【００３４】すなわち、リードフレーム上の防錆皮膜は
低温ダイボンディング工程では分解しておらず、ワイヤ
ボンディング時の加熱雰囲気およびボンディングヘッド
の熱で完全に分解するため、接合直前までリードフレー
ムの酸化を防止しており、良好なワイヤ接続が可能であ
る。
低温ダイボンディング工程では分解しておらず、ワイヤ
ボンディング時の加熱雰囲気およびボンディングヘッド
の熱で完全に分解するため、接合直前までリードフレー
ムの酸化を防止しており、良好なワイヤ接続が可能であ
る。
【００３５】銅は金等の貴金属と異なって安価であり市
場の価格変動も少ないので、製造コストの低減に寄与す
る。また、銅は金よりも比抵抗が小さく電気的特性が良
好であるだけでなく、ヤング率が高いため樹脂封止の際
にワイヤ流れが少なく、拡散スピードが早いため温度サ
イクルにおいても有利という特性を有しており、性能や
信頼性の上でも金線より優位となる。
場の価格変動も少ないので、製造コストの低減に寄与す
る。また、銅は金よりも比抵抗が小さく電気的特性が良
好であるだけでなく、ヤング率が高いため樹脂封止の際
にワイヤ流れが少なく、拡散スピードが早いため温度サ
イクルにおいても有利という特性を有しており、性能や
信頼性の上でも金線より優位となる。
【００３６】しかしながら、銅線が不利な点としては硬
度が高く、ワイヤボンディング時にボンディングパッド
へのダメージを与え、ボンディングヘッドの寿命を短縮
化することが懸念される。すなわち、一般的な金線のボ
ール硬度はマイクロビッカース硬度Ｈｖが５１程度であ
るのに対して、一般的な銅線のそれはＨｖが８５程度と
高い。
度が高く、ワイヤボンディング時にボンディングパッド
へのダメージを与え、ボンディングヘッドの寿命を短縮
化することが懸念される。すなわち、一般的な金線のボ
ール硬度はマイクロビッカース硬度Ｈｖが５１程度であ
るのに対して、一般的な銅線のそれはＨｖが８５程度と
高い。
【００３７】この問題に対しては、素材である高純度の
銅に添加元素材料としてＰ(リン)を５０ｐｐｍ程度の含
有率で添加するようにした。なお、このリン濃度は高け
れば良いというものではなく、５０ｐｐｍの場合、３０
０ｐｐｍの場合よりも低い硬度となった。
銅に添加元素材料としてＰ(リン)を５０ｐｐｍ程度の含
有率で添加するようにした。なお、このリン濃度は高け
れば良いというものではなく、５０ｐｐｍの場合、３０
０ｐｐｍの場合よりも低い硬度となった。
【００３８】これにより銅のボール硬度をＨｖで５７程
度に抑制することが可能となる。従って、ボンディング
パッドへのダメージや工具に対する影響は金線と同等レ
ベルになると考えられる。
度に抑制することが可能となる。従って、ボンディング
パッドへのダメージや工具に対する影響は金線と同等レ
ベルになると考えられる。
【００３９】続いてトランスファモールド法等で全体を
樹脂で封止する（ステップＳ５）。このときにもリード
フレーム上の防錆被膜がすでに分解除去されているの
で、樹脂の密着性はきわめて良好であり、信頼性の高い
封止が可能である。
樹脂で封止する（ステップＳ５）。このときにもリード
フレーム上の防錆被膜がすでに分解除去されているの
で、樹脂の密着性はきわめて良好であり、信頼性の高い
封止が可能である。
【００４０】この封止の良好性を判定する方法として超
音波探傷装置（ＳＡＴ：Scanning Acoustic Tomograp
h）がある。この超音波探傷法は、異なる物質間の接合
界面の状態を超音波の反射波形によって観察する非破壊
検査方法である。具体的には、モールド樹脂とリード間
の密着性が悪いときには両者間に空気層が発生し、この
空気層が超音波を１００％反射させることから、反射波
形による画像が密着している部分の画像とは異なって表
示されることを利用する。
音波探傷装置（ＳＡＴ：Scanning Acoustic Tomograp
h）がある。この超音波探傷法は、異なる物質間の接合
界面の状態を超音波の反射波形によって観察する非破壊
検査方法である。具体的には、モールド樹脂とリード間
の密着性が悪いときには両者間に空気層が発生し、この
空気層が超音波を１００％反射させることから、反射波
形による画像が密着している部分の画像とは異なって表
示されることを利用する。
【００４１】図３は従来のＢＴＡ系防錆剤を使用しワイ
ヤボンディング箇所に銀めっきを行ったリードフレーム
を使用して樹脂封止を行ったＳＡＴ画像（図３（ａ））
と、本発明の実施の形態による非ＢＴＡ系防錆剤を使用
し、銀めっきを行わなかったリードフレームを使用して
樹脂封止を行ったＳＡＴ画像（図３（ｂ））とを比較し
たものである。
ヤボンディング箇所に銀めっきを行ったリードフレーム
を使用して樹脂封止を行ったＳＡＴ画像（図３（ａ））
と、本発明の実施の形態による非ＢＴＡ系防錆剤を使用
し、銀めっきを行わなかったリードフレームを使用して
樹脂封止を行ったＳＡＴ画像（図３（ｂ））とを比較し
たものである。
【００４２】図３（ａ）によれば、剥離が生じている部
分２０は白く表示されており、剥離面積はダイパッド面
積の２０％程度と認められる。発明者らの実験によれ
ば、従来のリードフレームを用いた樹脂封止では初期状
態からかなりの率で剥離が認められるのに対し、本発明
の実施の形態によるリードフレームを用いて樹脂封止を
行ったものは剥離がほとんど認められないという顕著な
差が認められた。
分２０は白く表示されており、剥離面積はダイパッド面
積の２０％程度と認められる。発明者らの実験によれ
ば、従来のリードフレームを用いた樹脂封止では初期状
態からかなりの率で剥離が認められるのに対し、本発明
の実施の形態によるリードフレームを用いて樹脂封止を
行ったものは剥離がほとんど認められないという顕著な
差が認められた。
【００４３】図４はこの剥離の発生の状況を示すグラフ
であって、銀めっきを行わないリードフレームを用いて
樹脂封止を行った半導体装置において、（ａ）は本発明
により非ＢＴＡ系防錆剤を用いたもの、（ｂ）は従来の
ＢＴＡ系防錆剤を用いたものを示しており、各３０個の
サンプルについて剥離率が００〜４０％、２０〜４０
％、４０〜６０％、６０〜８０％の範囲にあったサンプ
ル数をヒトスグラム化したものである。
であって、銀めっきを行わないリードフレームを用いて
樹脂封止を行った半導体装置において、（ａ）は本発明
により非ＢＴＡ系防錆剤を用いたもの、（ｂ）は従来の
ＢＴＡ系防錆剤を用いたものを示しており、各３０個の
サンプルについて剥離率が００〜４０％、２０〜４０
％、４０〜６０％、６０〜８０％の範囲にあったサンプ
ル数をヒトスグラム化したものである。
【００４４】このグラフから本発明の実施の形態では剥
離しているものが少なく、剥離していてもその面積が小
さいことがわかる。
離しているものが少なく、剥離していてもその面積が小
さいことがわかる。
【００４５】次にダムバーの切断およびアウタリードの
折り曲げ成形が行われ、半導体装置が得られる（ステッ
プＳ６）。
折り曲げ成形が行われ、半導体装置が得られる（ステッ
プＳ６）。
【００４６】このアウタリードの酸化を防止するため
に、この時点でアウタリード部に水溶性防錆剤が塗布さ
れる（ステップＳ７）。銅用の水溶性防錆剤としてはモ
ノエタノールアミンを主成分とするものが使用される。
に、この時点でアウタリード部に水溶性防錆剤が塗布さ
れる（ステップＳ７）。銅用の水溶性防錆剤としてはモ
ノエタノールアミンを主成分とするものが使用される。
【００４７】この水溶性防錆剤を使用することにより、
Ｓｎ−ＰｂはんだめっきやＰｄめっきと比較して、防錆
効果・変色効果・半田付け性等において遜色の無い特性
が得られ、半導体価格の低減を図ることができた。ま
た、水溶性であることにより、通常の外装めっきと比較
して廃液、排水処理などが不要となり、さらに取り扱い
や作業性も向上して、コスト低減にも貢献する。
Ｓｎ−ＰｂはんだめっきやＰｄめっきと比較して、防錆
効果・変色効果・半田付け性等において遜色の無い特性
が得られ、半導体価格の低減を図ることができた。ま
た、水溶性であることにより、通常の外装めっきと比較
して廃液、排水処理などが不要となり、さらに取り扱い
や作業性も向上して、コスト低減にも貢献する。
【００４８】なお、水溶性防錆剤の代わりに鉛を含有し
ない、例えばＳｎ−Ｂｉ，Ｓｎ−Ｃｕ，Ｓｎ−Ａｇ，Ｓ
ｎ−Ｉｎ，Ｓｎ−Ｚｎ組成のはんだ膜あるいは錫のみの
膜をアウタリードの表面に形成するようにしても良い。
この被膜形成は通常溶融はんだにディップする方法によ
り行われる。
ない、例えばＳｎ−Ｂｉ，Ｓｎ−Ｃｕ，Ｓｎ−Ａｇ，Ｓ
ｎ−Ｉｎ，Ｓｎ−Ｚｎ組成のはんだ膜あるいは錫のみの
膜をアウタリードの表面に形成するようにしても良い。
この被膜形成は通常溶融はんだにディップする方法によ
り行われる。
【００４９】このような鉛フリーのはんだめっきを施す
際にも非ＢＴＡ系防錆剤を採用することに伴う生産性の
向上が見られた。図５はこのような様子を示すもので、
従来のＢＴＡ系防錆剤を使用しワイヤボンディング箇所
に銀めっきを行ってリードフレームと、本発明の実施の
形態による非ＢＴＡ系防錆剤を使用し、銀めっきを行わ
なかったリードフレームとで比較すると、アウタリード
にはんだめっきを行うための電界脱脂時間、硫酸系の前
処理時間のいずれも１０％の短縮が可能であった。
際にも非ＢＴＡ系防錆剤を採用することに伴う生産性の
向上が見られた。図５はこのような様子を示すもので、
従来のＢＴＡ系防錆剤を使用しワイヤボンディング箇所
に銀めっきを行ってリードフレームと、本発明の実施の
形態による非ＢＴＡ系防錆剤を使用し、銀めっきを行わ
なかったリードフレームとで比較すると、アウタリード
にはんだめっきを行うための電界脱脂時間、硫酸系の前
処理時間のいずれも１０％の短縮が可能であった。
【００５０】以上のように各部分で材料を再検討するこ
とにより、貴金属を全く用いない半導体装置が得られ
た。
とにより、貴金属を全く用いない半導体装置が得られ
た。
【００５１】
【発明の効果】本発明によれば、貴金属を含まないリー
ドフレーム、ダイボンディング剤、銅ワイヤ、アウタリ
ードの表面処理を採用しているため、高価な貴金属を含
まず、製造コストを著しく低下させことができるととも
に人体に有害な鉛をいずれの工程でも使用していないた
め、環境汚染を招くことがない。
ドフレーム、ダイボンディング剤、銅ワイヤ、アウタリ
ードの表面処理を採用しているため、高価な貴金属を含
まず、製造コストを著しく低下させことができるととも
に人体に有害な鉛をいずれの工程でも使用していないた
め、環境汚染を招くことがない。
【００５２】また、本発明にかかる半導体装置の製造方
法によれば、リードフレームを作成後すぐに比較的低温
で分解する非ＢＴＡ系防錆剤を塗布するとともに、最終
的にアウタリードの防錆を図っているので、貴金属の使
用を避けてコストダウンに寄与するとともに、後の工程
で有害な残留物を残さず、特に樹脂封止の信頼性を向上
させることができる。
法によれば、リードフレームを作成後すぐに比較的低温
で分解する非ＢＴＡ系防錆剤を塗布するとともに、最終
的にアウタリードの防錆を図っているので、貴金属の使
用を避けてコストダウンに寄与するとともに、後の工程
で有害な残留物を残さず、特に樹脂封止の信頼性を向上
させることができる。
【図１】本発明にかかる半導体装置の実施の形態を示す
素子断面図である。
素子断面図である。
【図２】本発明にかかる半導体装置の製造方法における
工程を示すフローチャートである。
工程を示すフローチャートである。
【図３】超音波探傷装置を使用して発見された剥離部分
の表示の様子を示す説明図である。
の表示の様子を示す説明図である。
【図４】防錆剤の相違による剥離発生状況の相違を示す
グラフである。
グラフである。
【図５】非ＢＴＡ系防錆剤の使用による生産性向上の一
例を示す図表である。
例を示す図表である。
【図６】典型的なリードフレームの形状を示す平面図で
ある。
ある。
１１ 半導体チップ
１２ ダイパッド
１３ リード
１４ ワイヤ
１５ 銅ペースト
１６ 樹脂封止体
１７ 外部リード
１８ 水溶性防錆剤
１８’ 鉛フリーのはんだ被膜
１００ リードフレーム
１０１ 外枠
１０２ タイバー
１０３ ダイパッド
１０４ リード
１０４ａ アウタリード
１０４ｂ インナリード
１０５ ダムバー
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 深 谷 忠 男
福岡県北九州市小倉北区下到津１丁目10番
１号 株式会社東芝北九州工場内
Ｆターム(参考） 4M109 AA01 BA01 CA21 FA06 FA10
5F044 FF06 GG01 GG10
5F047 AA11 BA21 BB13 BB16 BC37
5F061 AA01 BA01 CA21 CB12 DD14
5F067 DD07 DE01 EA04
Claims (16)
- 【請求項１】半導体チップと、 前記半導体チップを搭載するダイパッド部と、このダイ
バッド部の周囲に内端が位置するように配設された複数
のリードとを有し、防錆被膜残査のない銅系リードフレ
ームと、 前記半導体チップ上の電極と前記複数のリードの内端部
とを直接接続する銅ワイヤと、 前記半導体チップ、前記リードフレームの大部分、前記
銅ワイヤを気密封止する樹脂封止体とを備え、 前記複数のリードのうち前記樹脂封止体から突出する外
部リード部分には水溶性防錆剤が塗布されたことを特徴
とする半導体装置。 - 【請求項２】前記水溶性防錆剤はアミン系防錆剤である
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。 - 【請求項３】前記半導体チップは前記ダイパッド部に卑
金属系ペーストにより固着されたものであることを特徴
とする請求項１または２に記載の半導体装置。 - 【請求項４】前記卑金属系ペーストは銅を主体とする導
電性ペーストであることを特徴とする請求項３に記載の
半導体装置。 - 【請求項５】ダイパッド部とその周囲に内端が位置する
ように配設された複数のリードとを有する銅系リードフ
レームを準備し、 前記リードフレームの表面に非ベンゾトリアゾール系防
錆剤を塗布し、 加熱雰囲気中で前記ダイパッド上に非金属系ペーストを
用いて半導体チップを固着させるダイボンディングを行
い、 前記半導体チップ上の電極と前記リードフレームのリー
ド内端部を銅ワイヤを用いて接続するワイヤボンディン
グを行い、 リードの一部を除き樹脂で封止して樹脂封止体を形成
し、 前記樹脂封止体より突出したリードの成形を行い、 前記樹脂封止体より突出したリードに水溶性防錆剤を塗
布する半導体装置の製造方法。 - 【請求項６】前記非ベンゾトリアゾール系防錆剤は脂肪
酸エステル系防錆剤あるいはアミン系防錆剤であること
を特徴とする請求項５記載の半導体装置。 - 【請求項７】前記ワイヤボンディングは前記非ベンゾト
リアゾール系防錆剤が分解する温度で行われることを特
徴とする請求項５または６に記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項８】前記分解温度が２５０℃以上であることを
特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項９】半導体チップと、 前記半導体チップを搭載するダイパッド部と、このダイ
バッド部の周囲に内端が位置するように配設された複数
のリードとを有し、防錆被膜残査のない銅系リードフレ
ームと、 前記半導体チップ上の電極と前記複数のリードの内端部
とを直接接続する銅ワイヤと、 前記半導体チップ、前記リードフレームの大部分、前記
銅ワイヤを気密封止する樹脂封止体とを備え、 前記複数のリードのうち前記樹脂封止体から突出する外
部リード部分には鉛を含まないはんだ被膜を有すること
を特徴とする半導体装置。 - 【請求項１０】前記鉛を含まないはんだはＳｎ−Ｂｉ，
Ｓｎ−Ｃｕ，Ｓｎ−Ａｇ，Ｓｎ−Ｉｎ，Ｓｎ−Ｚｎのう
ちのいずれかの組成を有していることを特徴とする請求
項９に記載の半導体装置。 - 【請求項１１】前記半導体チップは前記ダイパッド部に
卑金属系ペーストにより固着されたものであることを特
徴とする請求項９または１０に記載の半導体装置。 - 【請求項１２】前記卑金属系ペーストは銅を主体とする
導電性ペーストであることを特徴とする請求項１１に記
載の半導体装置。 - 【請求項１３】ダイパッド部とその周囲に内端が位置す
るように配設された複数のリードとを有する銅系リード
フレームを準備し、 前記リードフレームの表面に非ベンゾトリアゾール系防
錆剤を塗布し、 加熱雰囲気中で前記ダイパッド上に非金属系ペーストを
用いて半導体チップを固着させるダイボンディングを行
い、 前記半導体チップ上の電極と前記リードフレームのリー
ド内端部を銅ワイヤを用いて接続するワイヤボンディン
グを行い、 リードの一部を除き樹脂で封止して樹脂封止体を形成
し、 前記樹脂封止体より突出したリードの成形を行い、 前記樹脂封止体より突出したリードに鉛を含まないはん
だめっき処理を行う、半導体装置の製造方法。 - 【請求項１４】前記非ベンゾトリアゾール系防錆剤は脂
肪酸エステル系防錆剤あるいはアミン系防錆剤であるこ
とを特徴とする請求項１３記載の半導体装置。 - 【請求項１５】前記ワイヤボンディングは前記非ベンゾ
トリアゾール系防錆剤が分解する温度で行われることを
特徴とする請求項１３または１４に記載の半導体装置の
製造方法。 - 【請求項１６】前記分解温度が２５０℃以上であること
を特徴とする請求項１５に記載の半導体装置の製造方
法。
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|---|---|---|---|
| JP2001392707A JP3537417B2 (ja) | 2001-12-25 | 2001-12-25 | 半導体装置およびその製造方法 |
| CNB021412308A CN1258816C (zh) | 2001-12-25 | 2002-06-28 | 半导体装置及其制造方法 |
| US10/194,302 US6664136B2 (en) | 2001-12-25 | 2002-07-15 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|
| JP2004038959A Division JP2004158884A (ja) | 2004-02-16 | 2004-02-16 | 半導体装置およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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