JPH02174148A - 半導体装置用リードフレームおよびその製造方法 - 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、半導体装置用リードフレームおよびその製造
方法に関し、より詳細には半導体装置を組立てる際のリ
ードフレームと半導体チップとの半田接合性を改善した
半導体装置用リードフレームおよびその製造方法に関す
るものである。

［従来の技術］ 一般に、パワートランジスタ等の半導体装置は、半導体
チップとリードフレームを半田によって加熱接合し、半
導体チップの電極部とリードフレームの内部リード部と
の間をＡλまたはＡｕワイヤーで配線した後、このリー
ドフレームの外部リード部以外の部分と半導体チップと
を樹脂封止して製造されている。

半導体チップの半田接合においては、接合性の良否が半
導体装置の性能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る。

従来、半導体チップの半田接合法としては、フラックス
を含んだ半田ペーストを用いる方法が主流であった。

この半田接合法は、フラックスを用いるためリードフレ
ーム表面のめっきの種類、表面の状態等の影響を受けに
くく、良好な半田接合性が容易に得られるという利点を
有していた。しかし、その反面、フラックスの洗浄工程
が必要であり、組立て工程の省工程や低コスト化の障害
となっているとともに、フラックスに起因して半導体チ
ップを汚染するおそれがあるという課題を有していた。

これに対して、生産性の向上、低コスト、省工程のニー
ズに答えるため、フラックスを用いない半田接合法が考
案され、一部で採用されている。

フラックスを用いない半田接合法としては、酸素濃度を
低濃度（１０ｐｐｍ）に管理したＮ２あるいはＮ２＋８
２混合ガス雰囲気で、半導体装置用リードフレームを、
ブロック上にて２５０〜４００℃に加熱し、ダイボンデ
ィング部に半田ボールあるいは半田リボン等を置いて溶
融させ、この半田上に半導体チップを置いて、リードフ
レームと半導体チップとを接合させる方法が一般的であ
る。

また、この場合、リードフレーム表面のめっきとして、
５〜２０％のＰを含んだＮ１−Ｐ合金めっきを使用する
方法が知られている（特開昭５７−１９２０５７）。Ｎ
１−Ｐ合金めつきはめっき皮膜の硬さが通常のＮｉめつ
き皮膜に比べて硬いため外部リード部の曲げ加工を行な
う際にクランクが発生するなどの問題はあるものの、Ｎ
１−Ｐ合金めっきのＰが半田接合時に用いられる半田組
成のＳｎ、ＰｂやＮ１−Ｐ合金めつぎのＮｉより酸化さ
れやすい性質を有しているため、半田接合時に半田ボー
ル表面やＮ１−Ｐ合金めつきの表面の酸化物を還元する
作用を発揮する。すなわち、Ｐは、フラックスを用いな
いことに対する補いを目的としたものである。

しかし、Ｐを含有させることによる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
り、効果的な解決方法とはいえなかった。

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、酸化物等を十分除去す
る作用を有さないため、特にめっきの表面状態の影響を
受けやすく、実用的に安定した半田接合性を得ることは
困難であった。

この課題の対策として、リードフレーム表面にＮｉある
いはＮｉ合金めっきを形成し、かかる後にそのダイボン
ディング部に予めＳｎあるいはＳｎ合金めっき（半田め
っき）を形成させたリードフレームが提案されている（
特公昭６２−４４８１７、特開昭６２−２９８４５１）
。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このようなリードフレームにおいては、
めっきの表面状態の影響は受けにくいものの、半導体チ
ップを接合後、半導体チップの接合不良や位置ズレを生
じ、後のワイヤボンディングができなくなるという新た
な課題を生じた。

本発明は、上述のごときリードフレーム、すなわち、全
面にＮｉあるいはＮｉ合金めつき層が設けられ、かつダ
イボンディング部にＳｎあるいはＳｎ合金めっき層が設
けられたリードフレームが有する課題である、リードフ
レームと半導体チップとの接合性を改善するためになさ
れたものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明の第１の要旨は、半導体装置用リードフレームの
全面または外部リード部を除いた部分にＮｉあるいはＮ
ｉ合金めつき層を有し、少なくともダイボンディング部
の前記ＮｉあるいはＮｉ合金めっき層上にＮｉ−Ｓｎ合
金層を有し、さらに、少なくともダイボンディング部の
前記Ｎｉ−Ｓｎ合金層上にＳｎあるいはＳｎ合金めつき
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
ムに存在する。

本発明の第２の要旨は、ＮｉあるいはＮｉ合金めっき層
上にＳｎあるいはＳｎ合金めっき層を形成した後加熱す
ることにより、該ＮｉあるいはＮｉ合金めっき層と該Ｓ
ｎあるいはＳｎ合金めっき層の間にＮｉ−Ｓｎ合金層を
形成することを特徴とする上記半導体装置用リードフレ
ームの製造方法に存在する。

［作用］ 本発明によれば、リードフレーム表面のＮｉあるいはＮ
ｉ合金めフき層と当該ＮｉあるいはＮｉ合金めつき層の
上に形成されたＳｎあるいはＳｎ合金めっき層との間に
Ｎｉ−Ｓｎ合金層を形成させたので、半導体装置用リー
ドフレームと半導体チップとの半田接合性を改善するこ
とができる。

以下、詳細に説明する。

本発明者は、上記半田接合性不良の原因を究明するため
に鋭意検討を行なりた。その結果、半導体チップとリー
ドフレームとの接合不良は、ＳｎあるいはＳｎ合金めっ
き層と半導体チップと接合面に原因があるのではなく、
ダイボンディング時の加熱によフてＮｉあるいはＮｉ合
金めっき層とＳｎあるいはＳｎ合金めっき層との間で半
田のズレやボイドが形成されることに起因していること
がわかった。

本発明者は、かかる知見をもとに、ダイボンディング部
に施されたＮｉあるいはＮｉ合金めっぎの表面に半田め
っきを行った場合の加熱時の半田ぬれ性の不良原因につ
いて調査した。その結果、半田ぬれ不良は、半田めっき
前のＮｉめっき表面の酸活性処理が不十分な場合に生じ
やすいとの結論を得、酸活性処理の程度と半田ぬれ不良
とに相関があるとの知見を得た。

さらに本発明者は、かかる知見をもとにＮｉあるいはＮ
ｉ合金めっき表面の酸活性処理を確実に行うための検討
をおこなった。しかし、ある程度の改善効果は認められ
たもののＮｉあるいはＮｉ合金めっき表面の酸化状態の
ばらつきが大きく、一定の処理条件で活性化をおこなう
ことにより安定した活性化表面を得ることは困難である
との結論に至った。

このため本発明者は、新たな改善方法について鋭意検討
をおこない、その結果、ＮｉあるいはＮｉ合金めっきと
半田めっき（ＳｎあるいはＳｎ合金めっき）の結合力を
向上させることにより、ダイボンディング時の加熱によ
る半田ズレやボイドの発生を防止できるとの知見を得た
。さらに、ＮｉあるいはＮｉ合金めっきとＳｎあるいは
Ｓｎ合金めっきとの結合力を向上させる方法としては、
Ｎｉ−Ｓｎ合金層を形成させることが最も効果的である
との結論を得るに至った。

Ｎｉ−Ｓｎ合金層の形成は、ＮｉあるいはＮｉ合金めっ
き層およびＳｎあるいはＳｎ合金めっき層の形成後にお
いて、１００〜１８０℃の温度で加熱処理することによ
り行うことができる。なお、この時の加熱は、還元雰囲
気中で行うことが望ましいが、大気中で加熱後酸活性処
理しても良い。

Ｎｉ−Ｓｎ合金層の形成により半田ぬれ性が安定化でき
るのは、ダイボンディングの前にすてにＮｉ−Ｓｎ合金
層が形成されていることにより、たとえＮｉまたはＮｉ
合金めっぎ表面にわずかな密着不良があっても、Ｎｉ−
Ｓｎ合金層の結合力が強いためＳｎまたはＳｎ合金層の
ズレや凝集を抑えることができるためであると考えられ
る。

なお、本発明においては、Ｎｉ−Ｓｎ合金層の厚みがＮ
ｉ−Ｓｎ合金層を含むＳｎあるいはＳｎ合金めっき層の
全厚みの５０％を越えないことが望ましい。なぜなら、
Ｎｉ−Ｓｎ合金層の厚みがＳｎあるいはＳｎ合金めっき
層の全厚みの５０％よりも厚い場合、ＳｎあるいはＳｎ
合金めっきの溶融時にＮｉ−Ｓｎ合金層が露出し、Ｓｎ
あるいはＳｎ合金めっき層にズレを生じやすくなるから
である。

また、Ｎｉ−Ｓｎ合金層の厚みは、０．１〜０．５μｍ
であることが望ましい。０．１μｍ以上であることが望
ましいとした理由は、厚みが０．１μｍ以上あればＮｉ
−Ｓｎ合金層を均一に形成することが容易であり、安定
した結合力を得やすいからである。一方、０．５μｍ以
下が望ましいとしたのは、厚みが０．５μｍを越えた場
合、上述のごとく表面にＮｉ−Ｓｎ合金層が露出するこ
とがあり、却ってズレやぬれ不良を生じやすくなるから
である。

なお、本発明は、フラックスを用いない半田ダイボンデ
ィングのみならず、フラックスを用いた半田ダイボンデ
ィングにおいても同様の効果を有する。

［実施例コ 供試材としては、りん脱酸銅異形条（板厚２ｍｍ）をプ
レスにて成型したパワートランジスタ形状のリードフレ
ームを用い、通常用いられる電解脱脂、酸洗のめっき前
処理を行なった後、以下に示す条件にて全面にＮｉめっ
きを２μｍ形成し、さらにダイボンディング部にＳｎ合
金めっきとしての半田部分めっきを０．５〜５μｍ形成
した。次いで、このしたフレームを温度１５０℃にて１
〜５時間加熱し、Ｎｉめっき層と半田めっき層の間に各
橿原みの異なるＮｉ−Ｓｎ合金層を形成させ、ダイボン
ディング性評価のための試片を作成した。

（めっき条件） （１）Ｎｉめっき ■めっき浴の組成 Ｎｉ５０４６Ｈ２ｉ０４　；３００ｇ／λＮ１ＣＬｚ　
６Ｈ２０；　　６０ｇ／ＪＺ８　３　ＢＯ３：　　　　
３５ｇ／ｌ 市販光沢剤＃６１”　　；　　５ｍ１ｌ／Ｉｔ＃６３”
　　；１０ｍｕ／ｆ （”１・″荏原ニーシライト社製） ■めっき温度　　　　　；６０℃ ■電流密度　　　　　　；３Ａ／ｄｍ２■めっき厚み　
　　　　；２μｍ （２）Ｓｎ合金（半田）めっき ■部分めっき装置　　；ノズル噴射式部分めっき装置 ■めっき液　　　　　；市販半田めっき液（上材工業製
５Ｂ−ＨＴ浴） ■めっき粗性　　　　；Ｐｂ９Ｏ−ＳｎｌＯ■温度　　
　　　　　；２５℃ ■電流密度　　　　　；３０Ａ／ｄｍ２■めっき厚み　
　　　；０．５〜５μｍ各試片について、半田ダイボン
ディングを想定した３５０℃×１５秒の加熱を行ない、
半田めっき層の外観を評価判定した。この結果を第１表
に示す。外観判定では、半田めっき層がめつき時の形状
をそのまま維持したものを良好とし、半田めっき層が凝
集したり、表面に厚みの不均一を生じたものを不良とし
た。

第１表において、　Ｎｏ、　　１〜Ｎｏ、１０は本発明
の請求項１を満たす試片であり、このうちＮｏ、　　１
〜Ｎｏ、　７は請求項２をも満たす試片である。また、
Ｎｏ、１１およびＮｏ、１２は従来例試片である。

まずＮｏ、　　１１〜Ｎｏ、１２は従来例、すなわち、
Ｎｉめプき層と半田めっき層の間に合金層が形成されて
いない試片である。加熱の結果、５０個中５個の試片が
外観不良、すなわち半田めっき層のズレまたは、厚みの
不均一を生じた。

Ｎ０８８〜Ｎｏ、１０は請求項１は満たすが、請求項２
は満たさない試片である。Ｎｏ、　８は、Ｎｉ−Ｓｎ合
金層の厚みと半田めっき層の全厚みとの比は５０％以下
であるが、Ｎｉ−Ｓｎ合金層の厚みが薄すぎる試片であ
る。Ｎｏ、　９はＮｉ−Ｓｎ合金層の厚みと半田めっき
層の全厚みとの比は５０％以下であるが、Ｎｉ−Ｓｎ合
金層の厚みが厚すぎる試片である。Ｎｏ、１０はＮｉ−
Ｓｎ合金層の厚みは０．１〜０．５μｍの範囲内である
が、半田めっきの全厚みの５０％を越える試片である。

これらの試片は、それぞれ若干の不良が肥られるものの
従来例よりは少なかった。

Ｎｏ、　　１〜Ｎｏ、　７は本発明の請求項１および請
求項２を満たす試片である。加熱の結果、いずれも不良
の発生はなかった。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によればＮｉあるいは半導
体装置用リードフレームと半導体チップとの接合性を改
善することができる。従って、半導体組立て工程におい
てダイボンディングの歩留まりの向上が図れるとともに
、ダイボンデイング部の信頼性を大きく向上させること
ができる。すなわち本発明によれば、信頼性の高い半導
体装置を、きわめて安価に提供することができる。

第１表

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体装置用リードフレームの全面または外部リ
   ード部を除いた部分にＮｉあるいはＮｉ合金めっき層を
   有し、少なくともダイボンディング部の前記Ｎｉあるい
   はＮｉ合金めっき層上にＮｉ−Ｓｎ合金層を有し、さら
   に、少なくともダイボンディング部の前記Ｎｉ−Ｓｎ合
   金層上にＳｎあるいはＳｎ合金めっき層を有することを
   特徴とする半導体装置用リードフレーム。
2. （２）Ｎｉ−Ｓｎ合金層の厚みが、０．１〜０．５μｍ
   であり、かつ、Ｎｉ−Ｓｎ合金層を含むＳｎあるいはＳ
   ｎ合金めっき層の全厚みの５０％を越えないことを特徴
   とする請求項１記載の半導体装置用リードフレーム。
3. （３）ＮｉあるいはＮｉ合金めっき層上にＳｎあるいは
   Ｓｎ合金めっき層を形成した後加熱することにより、該
   ＮｉあるいはＮｉ合金めっき層と該ＳｎあるいはＳｎ合
   金めっき層との間にＮｉ−Ｓｎ合金層を形成することを
   特徴とする請求項１または請求項２記載の半導体装置用
   リードフレームの製造方法。