JPH05226540A - 半導体装置用リードフレーム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】フラックスの使用を必要としない半導体装置用
リードフレーム得ること。 【構成】基体金属上の所望箇所に燐無添加の鉄含有ニッ
ケル合金からなる下地めっき膜を形成し、当該めっき膜
の上に燐添加の鉄含有ニッケル合金からなる表面めっき
膜を形成する。鉄の含有量は、０．５重量％を超え１０
重量％以内の範囲であることが望ましく、燐の添加量
は、１重量％を超え２０重量％以内の範囲であることが
望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置用のリード
フレーム、特にトランジスタや半導体集積回路を実装す
る際に使用して好適なリードフレームに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、トランジスタや半導体集積回路の
実装に当っては、銅や銅合金又は鉄合金等からなる基体
金属を所望の形状に打ち抜いて製造したリードフレーム
が広く使用されている。半導体チップの搭載は、リード
フレームのタブ部に半導体チップを半田付けすることに
よって行なう。また、組み立てた半導体回路素子の印刷
配線基板への装着は、リードフレームのアウターリード
端部（ピン）を配線基板の端子部に半田付けすることに
よって行なう。このため、リードフレームは、半導体チ
ップと印刷配線基板の双方に対して良好な半田付け性能
を有するものであることが必要であり、この要求を満足
させる一手段として、リードフレーム基体上の所望箇所
に光沢ニッケルめっきを施す方法が採用されている。

【０００３】半田付けは、被接着金属と半田材料（錫及
び鉛）との間で金属間化合物を生成させることによって
金属相互間の接着を行なうものである。ニッケルは、半
田との間で容易に金属間化合物を生成するが、その反
面、金属間化合物の生成を阻害する表面酸化膜を形成し
易いという欠点がある。このため、リードフレームの半
田付けに当っては、ニッケルめっき表面に生じた酸化膜
を除去することによって半田の濡れ特性を高めてやる必
要がある。

【０００４】ニッケルめっき表面の酸化膜は、フラック
スを用いて除去することが可能である。しかし、この種
のフラックスは、塩素その他の活性イオンを多量に含有
しているため、酸化膜を除去した後、フロンやトリクロ
ルエチレン等の有機溶剤を使用してリードフレームを洗
浄する必要がある。しかも、これらの有機溶剤は、環境
汚染の防止、有害物取扱の安全性その他の観点から、そ
の使用が厳しく規制されつつあるため、昨今では、フラ
ックスを使用しなくても半田付けをすることが可能なリ
ードフレームの開発が急務となっている。

【０００５】リードフレームの半田付け性能の改善に関
しては、ニッケル単体又はコバルト含有ニッケル合金か
らなるめっき膜を基体金属上に形成した後、当該めっき
膜の上に、燐添加のニッケル単体又は燐添加のコバルト
含有ニッケル合金からなるめっき膜を重ねて形成するこ
とにより、燐の還元作用を利用してニッケルの酸化を未
然に防止する方法（特公昭６０−３３３１２号公報及び
特公昭６１−２２４５８号公報参照）が提案されてい
る。しかし、これらの従来技術は、フラックスの使用を
全く不要とする程度の優れた半田付け性能をリードフレ
ームに付与するものではない点で問題がある。

【０００６】別の従来技術として、１０乃至４０重量％
の鉄を含有するニッケル合金のめっき膜をリードフレー
ムの基体金属上に形成する方法（実開昭６１−８９９４
８号公報参照）が提案されているが、この従来技術は、
非鉄金属からなるリードフレームの磁気吸引ハンドリン
グを可能にするためのものであって、リードフレームの
半田付け性能を改善させることを目的とするものではな
い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、フラ
ックスの使用を必要としない改良された半導体装置用リ
ードフレームを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題は、基体金属上
の所望箇所に燐無添加の鉄含有ニッケル合金からなる下
地めっき膜を形成した後、当該めっき膜の上に燐添加の
鉄含有ニッケル合金からなる表面めっき膜を形成するこ
とによって解決することが出来る。下地めっき膜を構成
するニッケル合金の組成は、鉄の含有量が０．５重量％
超から１０重量％までの範囲であり、残部がニッケルで
あることが望ましい。一方、表面めっき膜を構成するニ
ッケル合金の組成は、鉄の含有量が０．５重量％超から
１０重量％までの範囲、燐の添加量が１重量％超から２
０重量までの範囲であり、残部がニッケルであることが
望ましい。

【０００９】

【作用】本発明者等は、試作実験の結果、鉄含有ニッケ
ル合金からなるめっき膜は、半田との間で金属間化合物
を生成する性質が特に顕著であるほか、金属間化合物の
生成を阻害する表面酸化膜の生成が極めて少ないことを
見出した。しかし、このような優れためっき膜といえど
も、ニッケル酸化膜の生成を完全に防止することは本質
的に困難であり、その半田付け性能、特に半田濡れ特性
は、時間経過と共に徐々に劣化する傾向がある。

【００１０】このため、本発明者等は、鉄含有ニッケル
合金に対して適量の燐を添加することにより、燐の還元
作用を利用してニッケル酸化膜の生成を防止することを
試みた結果、燐添加の鉄含有ニッケル合金は、半田の濡
れ特性が極めて良好である反面、非常に硬くて脆いとい
う困った性質があり、通常必要とする厚さでリードフレ
ームにめっきした場合、当該めっき膜は、リードフレー
ムの折曲加工に伴って簡単に割れてしまうことが判明し
た。しかしながら、この種の問題は、燐無添加の鉄含有
ニッケル合金を使用して必要な厚さの下地めっき膜を形
成した後、当該めっき膜の表面に燐添加の鉄含有ニッケ
ル合金からなる表面めっき膜を薄く形成することによっ
て容易に解消する。

【００１１】下地めっき膜及び表面めっき膜に対する鉄
含有量は、いずれのめっき膜の場合も０．５重量％超か
ら１０重量％までの範囲（より好ましくは１．５乃至１
０重量％）であることが望ましい。鉄の含有量が０．５
重量％以内である場合は、鉄を添加したことの効果（金
属間化合物の生成促進効果）が殆ど現われず、一方、鉄
の含有量が１０重量％を超えた場合は、電気めっき工程
（ワット浴）における合金の析出効率が急激に低下する
という実用上の別の困った問題が生ずるからである。な
お、下地めっき膜は、従来のニッケルめっき膜と同様、
光沢めっき処理を施す方が有利である。このため、下地
めっき膜を形成する際は、めっき液に適量の光沢剤や応
力緩和剤を添加することが望ましい。

【００１２】表面めっき膜に対する燐添加量は、１重量
％超から２０重量％までの範囲（より好ましくは４乃至
１５重量％）であることが望ましい。燐の添加量が１重
量％以内である場合は、燐の還元作用（ニッケル酸化物
の生成を抑制する効果）が殆ど機能せず、一方、燐の添
加量が２０重量％を超えた場合は、鉄が過剰である場合
と同様、めっき工程における合金の析出効率が急激に低
下するからである。

【００１３】下地めっき膜の厚さは１乃至５μｍの範囲
であることが望ましく、表面めっき膜の厚さは０．０５
乃至０．２μｍの範囲であることが望ましい。なお、表
面めっき膜の厚さは、所望の半田付け機能をリードフレ
ームに持たせるために特に重要であって、０．０５μｍ
未満である場合は、燐の還元作用が殆ど機能せず、一
方、０．２μｍを超える場合は、リードフレームの折曲
加工の際、好ましくないめっき割れ現象が起きてしまう
可能性が多分にある。

【００１４】

【実施例】以下、実施例を参照して本発明を更に詳細に
説明する。

【００１５】〈実施例１〉銅合金からなるリードフレー
ムに対して脱脂処理及び酸洗処理を施すことによって清
浄化した後、表１の組成の電気めっき液を使用し、図１
に示す如く、基体金属１の全面に燐無添加の鉄含有ニッ
ケル合金からなる下地めっき膜２を約３μｍの厚さで形
成した。電流密度は、４Ａ／ｄｍ² に維持した。次に、
表２の組成の別の電気めっき液を使用し、下地めっき膜
２の表面に燐添加の鉄含有ニッケル合金からなる表面め
っき膜３を約０．２μｍの厚さで形成した。電流密度
は、下地めっき膜形成の場合と同様、４Ａ／ｄｍ² に維
持した。なお、表面めっき膜３の形成に当っては、めっ
き液中の亜燐酸（Ｈ₃ＰＯ₃）の添加量を０ｇ／ｌ（無添
加）から２０ｇ／ｌまで変化させることにより、燐の添
加量が異なる複数の試料を作製した。

【００１６】

【表１】

【００１７】

【表２】

【００１８】作製した試料の半田付け性能は、フラック
スを塗布しない状態で当該試料を１個ずつクリップに挟
み、共晶半田（錫６２％、鉛３８％）を溶融した槽中に
１０秒間、自動昇降装置を用いて浸漬して引き上げるこ
とによって試験した。温度の相違による半田付け性能の
変化を調べるため、半田浴温度は、２４０乃至３２０℃
の範囲において２０℃毎に段階的に変化させた。一般的
には、半田が濡れ始める温度が低ければ低いほど、半田
付け性能の良いめっき膜である。半田浴の浸漬試験は、
同一条件について少なくとも３回以上行なうことによ
り、夫々の条件における半田付け性能を平均的に評価し
た。また、リードフレームは、半導体素子を組み立てる
際に必ず熱履歴を受けるものであることを考慮し、熱履
歴を経た後の半田付け性能を模擬的に評価するため、２
層のめっき膜を形成した後の一部の試料を１００℃の温
度で３０分間又は１５０℃の温度で３０分間熱処理し、
当該試料を併用して半田浴の浸漬試験を行なった。リー
ドフレームに対する半田の濡れ状態は、目視によって観
察し、次の三つのランクに格付けした。

【００１９】 ○：めっき膜の全面が半田によって均一に濡れたもの。 △：めっき膜のほぼ全面が半田によって濡れたが、めっ
き面が僅かに露出したり、ディウェッティング現象が認
められたもの。 ×：半田がはじかれて、めっき面の露出がはっきりと分
かったもの。

【００２０】なお、同じ銅合金からなるリードフレーム
を別に用意し、表３の組成のめっき液を使用して約３μ
ｍの厚さの光沢ニッケルめっき膜を形成することによっ
て比較用の試料を作製した。更に、表２のめっき液を使
用して前記と同様の手順により、光沢ニッケルめっき膜
の表面に燐添加の鉄含有ニッケル合金からなる合金めっ
き膜を約０．２μｍの厚さで形成し、別の比較試料とし
た。そして、これらの比較試料についても、前記と同様
の半田浴浸漬試験を行なった。

【００２１】

【表３】

【００２２】半田付け性能の評価結果を表４及び表５に
示す。表４から明らかなように、本発明のリードフレー
ムは、表面めっき膜中の燐添加量が１重量％を超え２０
重量％以内である場合、熱履歴の有無に拘わらず、半田
浴温度が２６０℃以下の場合の半田濡れ特性が特に優れ
ていることが判明した。これに対し、ニッケルめっき膜
のみの比較試料及びニッケルめっき膜に燐添加の鉄含有
ニッケル合金めっき膜を重ねて形成した比較試料は、表
５から明らかなように、いずれも半田浴温度が低い場合
の半田濡れ状態が良好でない。なお、合金めっき膜の組
成は、容量分析法によって定量した。

【００２３】

【表４】

【００２４】

【表５】

【００２５】〈実施例２〉銅合金からなるリードフレー
ムを使用し、その表面を清浄化した後、実施例１の場合
と同様の方法により、基体金属の全面に燐無添加の鉄含
有ニッケル合金からなる下地めっき膜を約３μｍの厚さ
で形成した後、当該めっき膜の上に燐添加の鉄含有ニッ
ケル合金からなる表面めっき膜を約０．２μｍの厚さで
重ねて形成した。なお、表面めっき膜の形成に当って
は、めっき液中の亜燐酸の濃度を１０ｇ／ｌに維持し、
硫酸鉄（ＦeＳＯ₄・７Ｈ₂Ｏ）の添加量を０ｇ／ｌ（無添
加）乃至１０ｇ／ｌの範囲で変化させることにより、鉄
の含有量が異なる複数の試料を作製した。

【００２６】前記の同様の半田付け性能試験法を行なっ
た結果を表６に示す。本発明のリードフレームは、表面
めっき膜中の鉄含有量が０．５重量％を超え１０重量％
以内である場合、熱履歴の有無に拘わらず、半田浴温度
が２６０℃以下の場合の半田濡れ特性が特に優れてい
る。

【００２７】

【表６】

【００２８】

【発明の効果】本発明に係るリードフレームは、半田付
けの際にフラックスを必要としないので、残留フラック
スによる汚染の心配がなく、半導体の信頼性が著しく向
上させることが出来る。素子組立後の洗浄を必要としな
いため、経済的にもメリットが大きい。また、合金めっ
き膜を形成する際に使用する鉄塩は、ニッケル塩やコバ
ルト塩に比べて廉価であることから、めっき液のコスト
低減を併せて期待することが出来る。なお、本発明は、
銅、銅合金、鉄合金その他の種々の金属素材からなるリ
ードフレームに対して広く適用することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体装置用リードフレームを説
明するための部分断面図。

【符号の説明】

１…基体金属（リードフレーム） ２…下地めっき膜（燐無添加の鉄含有ニッケル合金） ３…表面めっき膜（燐添加の鉄含有ニッケル合金）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基体金属上の所望箇所に燐無添加の鉄含有
   ニッケル合金からなる下地めっき膜を形成し、当該めっ
   き膜の上に燐添加の鉄含有ニッケル合金からなる表面め
   っき膜を重ねて形成したことを特徴とする半導体装置用
   リードフレーム。
2. 【請求項２】下地めっき膜を構成するニッケル合金の組
   成は、鉄の含有量が０．５重量％超から１０重量％まで
   の範囲であり、残部がニッケルであることを特徴とする
   請求項１に記載の半導体装置用リードフレーム。
3. 【請求項３】表面めっき膜を構成するニッケル合金の組
   成は、鉄の含有量が０．５重量％超から１０重量％まで
   の範囲、燐の添加量が１重量％超から２０重量％までの
   範囲であり、残部がニッケルであることを特徴とする請
   求項１又は請求項２に記載の半導体装置用リードフレー
   ム。
4. 【請求項４】表面めっき膜の厚さが０．０５乃至０．２
   μｍであることを特徴とする請求項１又は請求項３のい
   ずれか一に記載の半導体装置用リードフレーム。