JPH01146347A - 半導体装置用リードフレーム - Google Patents

半導体装置用リードフレーム

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JPH01146347A
JPH01146347A JP30661487A JP30661487A JPH01146347A JP H01146347 A JPH01146347 A JP H01146347A JP 30661487 A JP30661487 A JP 30661487A JP 30661487 A JP30661487 A JP 30661487A JP H01146347 A JPH01146347 A JP H01146347A
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JP
Japan
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lead frame
solder
plating
concentration
plated
Prior art date
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Pending
Application number
JP30661487A
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English (en)
Inventor
Masumitsu Soeda
副田 益光
Shin Ishikawa
伸 石川
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Publication date
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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、トランジスタ等の半導体装このり一ドフレー
ムに係り、より詳細には上記半導体を組立てる際の半導
体素子との半田接合性を改善し、接合部の信頼性を向上
させた半導体装置用リードフレームに関するものである
[従来の技術] 一般にパワートランジスタ用半導体装置は、半導体素子
とリードフレームとを半田によって加熱接合し、半導体
素子の電極部とリードフレームとの1irIをAnまた
はAuワイヤで配線した後、この配線部を樹脂モールド
し、最後にアウターリード部を半田付けして製造されて
いる。
上記半導体装置とリードフレームとの半田接合において
は、接合性の良否が半導体装置の性濠や信頼性に大きく
影響することから、信頼性の高い接合方法が要求されて
いるが、現状では一般にフラックスを含んだ半田ペース
トを用いた半田接合法が主流となっている。
このフラックスを用いた半田接合法は、フラックスを用
いることによりリードフレーム表面のめっきの種類、表
面の状態等の影響を受けに〈〈、良好な半田接合性が容
易に得られる利点を有している。しかし反面、フラック
スを用いることによりフラックスの洗浄工程を必要とし
、組立て工程の省工程、低コスト化の障害となっている
と共にフラックスによる半導体素子の汚染の問題を含ん
でいる。
このような状況において、生産性の向上、低コスト、省
工程のニーズが高まり、フラックスを川いない半田接合
方法が考案され、一部に採用されている。
この方法は酸素濃度を低濃度(10p pm前後)に管
理したN2あるいはN2 +H2混合ガス雰囲気中で、
ブロック上でリードフレームを250〜400℃に加熱
し、半導体素子を接合させる部分に半田ポールあるいは
半田リボン等を鐙いて溶融させ、この半田上に半導体素
子をおいて接合させる方式が一般的である。
フラックスを用いない半田接合には、一般に5〜20w
t%Pを含んだNi−P合金めっきが施されたリードフ
レームが使用されている。これは、Ni−Pめっき皮膜
中のPが、半田接合時に用いられる半田の構成元素であ
るSn、PbやNi−PめっきのNiより酸化されやす
い性質を有しており、そのため半田接合時、半田ポール
表面やNi−P合金めっき表面の酸化物を還元する作用
を発揮するためであり、フラックスを用いなくても、P
がフラックスの役目をはだすこととなる。しかし、この
効果はフラックスの効果と比較すると比べものにならな
いほど弱いものである。
このようにフラックスを用いない接合方法は、半田接合
される表面や半田表面の汚れ、酸化物等を十分に除去す
る作用を有さないため、このような表面状態の影響を受
けて、実用的に安定した半田接合性を得ることが難しい
、このため本方法は、生産性、低コスト、省工程等の優
位性を有するにも拘らず未だ広く採用されるにいたって
いない、従ってフラックスを用いない方法における半田
接合性の改善が現状では切望されている。
[発明が解決しようとする問題点] 本発明は、半導体素子との接合における低コスト化、省
工程化等に有望であるにもかかわらず、半田接合性が不
安定なため優位性を発揮できず、一部の実用化にとどま
っている。フラックスを用いない半田接合法の問題点を
解決するためになされたものであって、半田接合性の改
善されたリードフレームを提供するものである。
[問題点を解決するための手段] 本発明は1表面にNi−P合金めっきが施されている半
導体装置用リードフレームであって、当該めっき表面に
は濃度0.3〜2%のC旦eim層を有することを特徴
とする半導体装置用リードフレームに要旨が存在する。
[作用] 本発明者等は、フラックスを用いないで行う半導体素子
とリードフレームとの接合性に影響するリードフレーム
側の因子について検討を行なった。その結果、半田接合
性にはNi−Pめっき表面の汚染状態や酸化状態の影響
が大きいことが判明したため、めっき後の表面汚染の防
止方法について効果を確認したところ、半田接合性が幾
分改善されるが、前記した問題点を解決するには不十分
であることがわかった。
以上の反省により、半田接合性の良いものおよび悪いも
のの比較を中心にめっき皮膜の性状、および、めっき工
程条件について鋭意研究を行った。その結果、半田接合
性の良いものには、めっき皮膜表面にCIが検出される
ものが多いとの知見を得るにいたった0本知見をもとに
C!;Lの効果を最大限に活用すべく試験に着手し、N
i−Pめっき表面にCl濃縮層を形成させたことにより
半田接合性が改善される事実を確認し1.上記問題点を
解決できる方法であることを確信した。
以下にCl量5縮層の作用について説明する。
一般にClイオンを含むめっき液より形成されためっき
皮膜には、極微量のC!;Lが含まれることが確認され
ており、めっき皮膜中に含まれるCl量はめっき液中の
Clイオン濃度が高いほど多くなる。しかし、Ni−P
めっきではClイオンは通常0.01〜0.05ato
mic%のm囲の濃度で含まれるにすぎない。
このようにClを微量含んだNi−Pめっき皮膜のまま
では、何ら半田接合性に効果が認められないため、本発
明では半田接合性に関与する表面層に0文を濃縮させる
方法を検討し、めっき後に100〜200℃にて加熱す
ることにより好適なg5縮層を形成させる方法を確立し
た。
第1図(a)、(b)は、加熱処理にょるCfL濃縮層
の形成状況を光電子スペクトルで示したものであり、第
1図(a)はNi−PめっきのままのときのCJ12p
スペクトルを示したものであるが、C文濃縮層の形成は
みられない、第1図(b)は、Ni−Pめっきを180
℃×5分加熱したときのCl2pスペクトルであり、明
らかにCl濃度が高くなっている。
なお、この濃縮層は第2図に示すようにめっき表面の約
201程度の極薄い層として形成されている。さらに好
適なことに半田接合を行う温度においては、濃縮層が消
失する性質を有しており、半導体の汚染などの問題を生
じることはない、すなわち、第2図(a)、(b)、(
c)はNi−Pめっき表面に形成されたC文濃縮層の深
さ方向の濃度分布を光電子スペクトルにより示したもの
である。第2図(a)は表面でのCl2pスペクトルを
示すものであり、C文濃度が高い、(b)は表面から約
15人付近のCl2pスペクトルを示すものであるが、
はとんどCl2pスペクトルは見られず(C)において
は1表面より約20人深さ部分ではまった<Cl2pス
ペクトルは見られない、このようなことから、半田接合
性に対するC立濃縮層の効果を推察すると、半田接合時
の予熱段階において、Ni−Pめっき表面に予め形成さ
れたC文濃縮層のC!;Lが、Ni−Pめっきあるいは
半田ポールの表面酸化物に対して、フラックスと同様の
作用をなしたものと考えられる。
以下に数値限定理由について説明する。Cl濃度の下限
を0.3%としたのは、半田接合性の改善効果が得られ
る下限であるためであり、上限を2%としたのは、2%
の濃度を得るために行う加熱処理によりNi−Pめっき
表面の酸化が進み、半田接合性を悪化させるためである
なお1本発明に使用されるリードフレーム材料としては
りん脱酸銅、無酸素銅などがあげられる。
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。
[実施例1 リードフレーム材料としてりん脱酸銅の一般的なパワー
トランジスタ形状の試片を用い、通常用いられるめっき
前処理を施したあと以下に示すめっきを行い、次いで7
0〜b 熱処理を行い評価試片を作成した。
評価試片についてESCA分析によるめっき表面のCl
濃度分析および深さ方向の濃度分布ならびに半田接合性
の簡易評価として半田拡がり性の評価を行った。
なお、めっき条件、ESCA分析条件、半田拡がり性試
験条件は、以下のようにした。
くめつき条件〉 ・液組成:NNi5041H20−150/u  −N
 i Cl2・6H20・・・150 gl立H3PO
4−Log/l H3PO4・・・  2g/文 ・温度:65℃ ・PH:0.6〜0.7 ・電流密度: 2A/drn’ ・めっき厚み:1.5p−m <ESCA分析条件〉 ・励起光 :MgK ・励起電圧:8kV ・励起電流:30mA く半田拡がり性試験条件〉 φ雰囲気二N2ガス(02濃度10 p pm以下)・
半田ポール=90Pb−10sn  1.5φmm・温
度=450℃ ・フラックス:使用せず ・評価方法(簡易方法):450℃に加熱されたヒート
ステージに試片をセットし、試片が450℃に達してか
ら半田ポールを試片上に置き、半田が自然に拡がるまで
の時間(秒)を測定した。
第1表に示すごとく、従来例N009およびNo、10
では、Ni−Pめっき表面に0文は検出されず、半田拡
がり時間は、平均1.7〜1.8秒であり、ばらつき範
囲も1.2〜2.5秒と広い。
また、比較例NO66およびN017においてはC文濃
度が本発明の範囲の下限を下回っておリ、半田拡がり性
は、従来例に比較して改善されているものの十分ではな
く、また、比較例No、8は、CI濃度が本発明の範囲
の上限を上回っており、半田拡がり性は、モ均1.3秒
と比較例No、6およびNo、7より改善されているも
のの、ばらつきの範囲が広くなっている。
以上のように、比較例No、6およびN097では0文
の濃度が本発明の濃度範囲に達していないために、その
効果が得られなかった。比較例N098では0文の濃度
は本発明の濃度範囲に達しており、Clの効果は認めら
れるものの、半田拡がり性のばらつきは、加熱処理の酸
化が進んだことによる影響が生じたと考えられる。
一方、実施例No、1〜N095においては、半[■拡
がり性の平均値が0.5〜0.9秒の範囲と良好であり
、また、ばらつきの範囲も従来例および比較例に比べて
格段に狭くなった。
[発明の効果] 本発明は以上のように構成されているので、従来優位性
を有しながら半田接合性が不安定なだめ一般に採用され
なかったフラックスを用いない半田接合法の半田接合性
を格段に改善したリードフレームを提供することができ
、半導体の組立て工程における省工程、低コスト化とと
もに半導体装置の信頼性の向上に寄与することができた
第1表 注1.CMe度はNi−Pめっき表面のESCA分析結
果よりNi。
p、o、c、ciの組成比より求めた原子濃度(ato
mic%)で示
【図面の簡単な説明】
第1図(a) 、 (b)はNi−Pめっき層において
、加熱処理によりCl5縮形成状況をを示すためのCJ
12Fの光電子スペクトルを示す図であり、第2図(a
)、(b)、(c)はNi−Pめっき表面に形成された
C文濃縮層の深さ方向への濃度分布を示すCl2Pの光
電子スペクトルを示す図で−ある。 (a ) 2f15      200 結合エネルキ−[ev] (b) 第2図 (a ) 結合工:r、、lLキーTLe V E(b) 結合二ネルホーCevj 2H2f1つ 結合工1.ルキー[ev4

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  表面にNi−P合金めっきが施されている半導体装置
    用リードフレームであって、当該めっき表面には濃度0
    .3〜2%(atomic%;以下同じとする)のCl
    濃縮層を有することを特徴とする半導体装置用リードフ
    レーム。
JP30661487A 1987-12-02 1987-12-02 半導体装置用リードフレーム Pending JPH01146347A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2299590A (en) * 1995-04-06 1996-10-09 Samsung Aerospace Ind Lead frame manufacturing method involving annealing
US5780931A (en) * 1995-06-09 1998-07-14 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Surface mounting semiconductor device and semiconductor mounting component
EP1576203A4 (en) * 2002-11-27 2007-10-24 Technic Reduction of surface oxidation during electroplating

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