JPH08274233A - 半導体装置とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半田レスの外装メッキを提供すると共に、外
装メッキとベース金属との電池腐食を完全に防止するこ
とができる半導体装置を提供する。 【構成】外部接続リード１２のベース金属１３の表面に
パラジウムメッキ層１４を形成する。外部接続リード１
２の切断端面を含め、外部接続リード１２をトリアジン
ジチオール類からなる有機化合物水溶液に浸してパラジ
ウムメッキ層１４の表面に保護膜１５を形成し、析出粒
子１４ａ間の気孔を封孔する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特にリードフレームの
半田メッキを廃止した半導体装置とその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】集積回路のリードフレームに対しては、
半導体チップの接着性、及びボンディングワイヤの接着
性を円滑に行うために、表面に内装メッキとしての金メ
ッキまたは銀メッキを施すことq多い。この場合、メッ
キする範囲によってリードフレームの全面にメッキを施
す全面メッキ法と、半導体チップのチップ搭載部分とボ
ンディングワイヤの接着部分にのみメッキを施す部分メ
ッキ法とに分類され、後者の方が使用する貴金属の絶対
量が少ないのでコスト適に望ましいとされている半導体
集積回路装置の製造は、このような内装メッキを施した
リードフレームに、ダイボンド、ワイヤボンド、および
樹脂モールド工程を施して行われる。

【０００３】上記の内装メッキに対し、樹脂モールド後
に樹脂の外部に導出されたリードに対して行うメッキを
外装メッキと言う（リードフィニッシュとも言う）。外
装メッキは半導体装置を実装する際に実装基板の接続端
子とリードとの電気的接続を容易ならしめる目的で施す
もので、材料としては安価で信頼性の高い半田が多用さ
れており、手法としては単体トランジスタなどのピンピ
ッチが大きいものに適用される半田ディップ法と、大規
模集積回路等のピンピッチの狭い半導体装置に適用され
る半田メッキ法が一般的である。半田ディップ法は極め
て厚い膜圧の半田をコーティングするため、ピンピッチ
の狭いリードフレームではブリッジが生じて実用的でな
いので、半田メッキ法が使用されている。

【０００４】ところで、近年環境問題が急浮上している
ことから、半田に含まれる鉛もその対象となりつつあ
る。従って半導体装置製造の分野においても、半田レス
の外装メッキを実現することが急務になりつつある。こ
の事情を受け、半田にとって代わる外装メッキ材料とし
て、その耐食性と信頼性の点で、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ等の
貴金属類が注目されている。特にＰｄはＡｕに比較して
コストが安く、Ａｇマイグレーションの心配がない等の
優れた特徴を有するので、現在多様の手法が検討されて
いるものである（たとえば、特公昭６３ー４９３８２
号）。

【０００５】図３を参照して、特公昭６３ー４９３８２
号に記載の技術は、リードフレームのベース金属１（銅
又は４２アロイ）の表面に３〜５μのニッケルメッキ層
２を介して０．１〜０．２μのパラジウムメッキ層３を
形成する。パラジウムＰｄは貴金属類に属し、他のメッ
キ析出金属に比べて析出金属粒子３ａの粒径が大きく、
金属粒子３ａ間の隙間が大きい。このことは、水分が粒
子間に進入しやすく、ベース金属１に到達しやすい事を
意味する。水分がベース金属１に到達した時点でベース
金属１とパラジウムメッキ層３との間で局部電池を形成
し、電気化学的腐食を発生させることになる。その為、
ベース金属１とパラジウムメッキ層３との間に両者の中
間の電気化学的ポテンシャルを持つニッケルメッキ層２
を介在させ、電気化学的腐食の進行を実用上差し支えの
ない範囲に抑えている。尚、パラジウムメッキ層３を５
〜１０μと厚付けすれば問題を解決できるが、コスト的
に実用的でない。また、リードフォーミングによってベ
ース金属１が露出しないように、ニッケルメッキ層２の
膜厚は比較的厚く付けることが必要である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のニッケルメッキ
層２は電気化学的腐食の進行を防止するという意味で必
要不可欠のものであるが、ニッケルＮｉは、もし酸化さ
れると半田付け性を極端に低下させる不動態層を形成す
るという特質がある。半導体装置は、組立後、電子機器
へ実装するために外部接続リードと実装基板の配線とを
半田付けするので、前記不動態層が形成されると実装工
程に多大なる不具合があるという欠点があった。その
為、特にメッキ工程においてニッケルメッキ層２を酸化
させないような注意が必要であるという欠点があった。

【０００７】さらに、ダイボンド前に施す金属メッキを
もってリードフィニッシュとすることは、リードフレー
ムの状態から個別の半導体素子にカットベンドした後
で、リードフレームの素材が切断面に露出することを意
味する。このことは、ベース金属１とパラジウムメッキ
層３との間で金属間電界が生じ、水分の介在によって電
界腐食が進行することを意味する。半田メッキでは前記
電界が小さいので電界腐食の発生は殆どないが、貴金属
類では前記電界が大きいので腐食の進行が進行が極めて
速い。また、進行の度合いはリードフレームの素材によ
っても左右され、銅系の素材よりは、微細加工に適した
鉄系の素材の方が前記電界が大きいので腐食の進行も速
い。

【０００８】また、金属メッキを複数回行うので、工程
数が増加しコスト高である欠点があった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記従来の課題
に鑑みなされたもので、パラジウムメッキ層の表面を有
機保護膜で表面処理し、粒子間を有機保護膜で被覆する
ことを骨子とするものである。また、有機保護膜の処理
をリードのカットベンド後に行うことにより、ベース金
属と貴金属メッキ層との局部電池腐食を発生させること
のない半導体装置とその製造方法を提供するものであ
る。

【００１０】

【作用】本発明によれば、有機保護膜がパラジウムメッ
キ層の粒子間の隙間を密閉するので、粒子間への水分の
進入を許さず、局部電池の発生を防止することができ
る。これによってニッケルメッキ層を廃止することがで
きる。さらに、カットベンド後にリードフィニッシュを
行うので、切断面を全てパラジウムメッキ層と有機保護
膜とで覆うことができる。従って、外気からリードフレ
ームの素材を遮断できるので、電界腐食の発生を完全に
防止できる。

【００１１】

【実施例】以下に本発明の一実施例を図面を参照しなが
ら詳細に説明する。図１はＱＦＰ型の半導体装置を示す
斜視図である。装置本体のモールド樹脂１１内部には半
導体チップが封止してあり、樹脂１１内部において半導
体チップの電極と内部リードとが金ワイヤでワイヤボン
ドされ、前記内部リードから連続するリードが外部接続
リード１２として樹脂１１の側面から外部に導出され、
外部接続リード１２は表面実装用のＺ字型形状にリード
フォーミングされている。外部接続リード１２が実装基
板表面に形成されたプリント配線に半田付けされて固
定、および回路間接続がなされる。

【００１２】図２はリード１２表面の断面図である。リ
ード１２のベース金属１３は、放熱特性に優れた銅又は
銅合金か、微細加工性に優れ多ピン又は表面実装用に多
用される鉄系の合金（４２アロイなど）からなる。ベー
ス金属１３の表面はパラジウムメッキ層１４で被覆さ
れ、更にパラジウムメッキ層１４の表面を本発明の特徴
となる保護膜１５が被覆する。パラジウムメッキ層１４
は無電界メッキ（化学メッキ）または電界メッキで行
い、膜厚は１μ以下で、コスト的、能力的には０．１〜
０．３μ程度で十分な特性を発揮できる。尚、ベース金
属１３表面にパラジウム層１４が点在するような形にな
る、パラジウムの単原子膜程度（５０オングストローム
程度）の膜厚でも良い。パラジウム以外の材料では、Ｒ
ｕ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔなどの白金族または金（Ａ
ｕ）、銀（Ａｇ）等の貴金属類を利用することができ
る。保護膜１５は、柱状結晶であるパラジウムメッキ層
１４の析出粒子１４ａの粒子間の隙間を塞ぎ、パラジウ
ムメッキ層１４を外気から遮断する。保護膜１５の膜厚
は１０００オングストローム以下で、実用上、５０〜１
００オングストロームあればパラジウムメッキ層１４を
密閉できる。保護膜１４の素材については後述する。

【００１３】図３はリード１２の先端部分を示す斜視図
である。外部接続リード１２は、リードフレームの枠体
から切断されるので、その端面１６に素材が露出する。
パラジウム層１４とベース金属１３とでは局部電池を形
成するので、ベース金属１３を露出するのは腐食の要因
となる。その為、外部接続リード１２の切断端面１６を
もパラジウムメッキ層１４と保護膜１５とで被覆するか
（図３Ａ）、又はリード１２の表裏側面をパラジウムメ
ッキ層１２で被覆し、切断端面１６だけは保護膜１５の
みで被覆する（図３Ｂ）。

【００１４】以下、本発明による半導体装置の製造方法
を説明する。先ず図４に示すようなリードフレームを準
備する。同図は一例としてＱＦＰ（クァッド・フラット
・パッケージ）型半導体装置に使用されるリードフレー
ムを示す。ＤＩＰ型、ＳＩＰ型のリードフレームでも良
い。リードフレームは、一定厚みの板状材料をエッチン
グ又は打ち抜き加工することにより所望形状のパターン
に形成したものである。材料は上記したように銅または
鉄系の合金である。このリードフレームは、半導体チッ
プを固着するためのタブ部１７と、チップと外部との電
気的接続をとるためのリード１２群と、これらを保持す
るための枠体１８、およびタブ部１７を枠体１８に保持
するための吊りリード１９からなる。尚、図４ではリー
ドフレームの一部しか図示していないが、実際は図４と
同じパターンが複数個並列に形成された短冊状のフレー
ムである。

【００１５】続いて、図５Ａに示すように、金属メッキ
を施してリードフレーム表面のダイボンド及びワイヤボ
ンド用の領域に内装メッキ２０を施す。内装メッキ２０
は、図４の図示一点鎖線２１で示すように、半導体チッ
プを搭載するタブ部１７と、タブ部１７に近接するリー
ド１２の先端部を含むワイヤボンディングエリアの表面
である。メッキ材料は、Ａｕ、Ａｇ等の貴金属類であ
る。この内装メッキ２０は半導体チップとタブ部１７と
の電気的接続を容易ならしめるほか、半導体チップ表面
の接続パッドとリード１２の先端部とをワイヤボンディ
ングする際の電気的接続を容易ならしめるものである。
尚、素材との密着性その他により、前記ボンディングエ
リアに下地金属として部分的なＮｉメッキ等を施してか
ら前記貴金属メッキを施しても良い。

【００１６】以上がリードフレームの製造フローであ
る。以降は、半導体装置の製造フローになる。図５Ｂを
参照して、先ず半導体チップ２２をタブ部１７に固着す
るダイボンド工程を行う。タブ部１７上にＡｇペースト
等のソルダ材料を供給し、タブ部１７を加熱しつつ半導
体チップ２２を載置し、これを固着する。

【００１７】続いて、固着した半導体チップ２２上のボ
ンディングパッドとリード１２とを接続するワイヤボン
ド工程を行う。Ａｕ、Ａｌなどの金属細線２３により前
記ボンディングパッドとリードの先端部を各々接続す
る。図５Ｃを参照して、固着した半導体チップ２２を含
む主要部を熱硬化性樹脂２４で封止するモールド工程を
行う。リードフレームをモールド金型にセットし、図４
の図示一点鎖線２５の部分を樹脂２４で封止する。内装
メッキ２０部分は樹脂２４の内部に封止される。

【００１８】図５Ｄを参照して、リード１２を枠体１８
から切断して樹脂モールドした半導体装置本体を個々に
分離し、外部接続リード１２の形状を整えるカットベン
ド工程を行う。本実施例ではリード１２をＺ字型の形状
にリードフォーミングして表面実装型の半導体装置とす
る。図５Ｅを参照して、樹脂２４の側面から外部に導出
された外部接続リード１２の表面にパラジウムメッキ層
１４を無電界メッキ法により形成し、続いて外部接続リ
ード１２を、溶媒として水を用いた有機化合物の槽に数
秒〜数十秒浸すことによってパラジウムメッキ層１４の
表面に膜厚５０〜１０００オングストロームの保護膜１
５を形成する。溶液としては１００ＰＰＭ〜０．５重量
％のものを用いることができるが、濃度の制御性などを
考慮すると、０．１〜０．５重量％のものが適当であ
る。液温は室温（１５〜４０℃）である。そして、パラ
ジウムメッキ層１４と保護膜１５とが外装メッキ（リー
ドフィニッシュ）となる。

【００１９】その後、試験測定工程を行って組立工程が
終了する。以上の工程で製造された半導体装置のリード
１２の切断端面は、図３（Ａ）に示す構造となる。図５
（Ａ）の段階でリード１２先端部分にも外装メッキを施
すか、あるいは図５（Ｃ）の工程の次に外装メッキを施
すと、図５（Ｂ）に示した構造になる。

【００２０】上記本発明の製造方法によれば、パラジウ
ムメッキ層１４の表面を保護膜１５が被覆し、パラジウ
ムメッキ層１４の粒子間の気孔を保護膜１５が密閉す
る。保護膜１５は、電気陰性度の大きなＮ、Ｏ、Ｐ、
Ｓ、等を含有した有機化合物であり、Ｎ、Ｏ、Ｐ、Ｓ、
等が極性基（親水基）を形成し、該極性基の孤立電子対
が金属表面の電子と共有結合するものである。そして保
護膜１５がパラジウムメッキ層１４の表面に安定なバリ
アを形成し、バリアの外側には非極性基（疎水基）が露
出して、電解質やその溶媒となる水分の進入を阻止す
る。従ってパラジウムメッキ層１４とベース金属１３と
の局部電池の発生を防止できる。しかもリード１２のカ
ットベンド工程の後に保護膜１５で被覆するので、リー
ド１２の切断端面１６を含み、局部電池の発生を完全に
防止することができる。

【００２１】ところで、半導体装置のリード１２に求め
られる特性としては、上記のような耐腐食性の他に、半
導体装置をプリント基板などに実装する為の半田付け工
程における半田濡れ性を満足することが必要不可欠であ
る。また、環境問題にも対応した方が良い。半田付け工
程は、リード１２を含め半導体装置をあらかじめ１５０
〜１８０℃程度にプリヒートしておき、あらかじめ半田
材料を乗せたプリント配線に当接した後、前記半田材料
に半田溶解温度である２４０℃程度の熱処理を与えるこ
とにより、リード１２とプリント配線との半田付けを行
うものである。そのため保護膜１５としては、前記プリ
ヒートの温度に耐えること、即ち沸点が２００℃以上で
あることが望まれる。また、保護膜１５のコーティング
工程及び洗浄工程に溶媒として水を用いることができる
水溶性であれば、環境問題への対応も容易である。この
ような特性を満足すべき有機化合物としては、イミノ基
−ＮＨ−を持つアミン類、メルカプト基−ＳＨを持つチ
オール類が有力である。このほかにイミダゾール類、ト
リアゾール類、インドール類、ベンズアミジン類を用い
ることができる。

【００２２】一例として、保護膜１５として化０２で表
されるトリアジンジチオール類を用いた半導体装置の耐
食性試験の結果を図７に示す。

【化０２】 尚、化０２で示したトリアジンジチオール類でいえば、
ＨＳとＳＮａが極性基となり、置換基Ｒが非極性基とな
る。図７中、半田メッキは膜厚５μ、Ｐｄメッキは膜厚
０．２μ、封孔剤処理は、トリアジンジオールが０．１
重量％の水溶液にリード１２を２０秒間浸した後水洗処
理を行ったものである。試験方法は２４時間の塩水噴霧
試験と５時間の亜硫酸ガス試験である。本発明の処理を
行ったリードは、どちらの試験においても、そしてベー
ス金属１３が銅、鉄に関わらず、半田メッキ処理品と同
等の耐食性を示している。

【００２３】図８は、同じくトリアジンジチオール類を
用いた半導体装置の半田付け性の試験結果を示すもので
ある。図８中、前処理１は１８０℃４８時間のベーキン
グ処理を、前処理２は８時間のスチームエージングを各
々示す。同じくＦ有は半田付け時にフラックスを用いた
もの、Ｆ無はフラックスを用いなかったもの、Ａは膜厚
５μの半田メッキを行った銅フレームを、Ｂは本発明の
処理を行った銅フレームを各々示す。試験方法はメニス
カスフォース法により、ゼロクロスタイムとメニスカス
フォースを測定した。

【００２４】フラックス有りの条件下では、本発明品は
従来の半田メッキ品と同等以上の良好な結果を示すこと
が確認された。そればかりでなく、フラックス無しの条
件下でもある程度の半田濡れ性を示すことが確認され
た。半田メッキ品では全く濡れない。一般的に、実装工
程においては半田濡れ性が２秒（ゼロクロスタイム試
験）以下であれば実用に耐えるとされているので、本発
明品はフラックスを用いずに半田付けを行うことも可能
である。

【００２５】

【発明の効果】以上に説明した通り、本発明によれば、
保護膜１５を形成することにより、リード１２の半田付
け性を保ちつつ、耐腐食性を大幅に向上できる利点を有
する。よって従来のニッケルメッキ層を廃止してパラジ
ウムメッキ層１４を形成できるので、外装メッキに要す
るコストと時間を大幅に低減できる利点を有する。これ
らにより、環境問題に対応した半田レスの半導体装置を
提供できる利点を有する。

【００２６】また、カットベンド後に保護膜１５を形成
するフローとすれば、リードフレームの素材を露出する
ことが無く、よってリードフレームの素材とメッキ金属
との間で発生する電池腐食を完全に防止できる利点を有
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を説明するための斜視図。

【図２】本発明を説明するための断面図。

【図３】リードフレームの先端部分を示す斜視図。

【図４】リードフレームを示す平面図。

【図５】本発明の製造方法を説明するための断面図。

【図６】従来例を説明するための断面図。

【図７】耐腐食性を説明するための図。

【図８】半田濡れ性を説明するための断面図。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内部に半導体チップを樹脂封止した半導体
   装置本体と、 該半導体装置本体から複数本外部に導出された外部接続
   リードと、 前記外部接続リードの素材表面を被覆する貴金属メッキ
   層と、 前記貴金属メッキ層の表面を被覆する、アミン類、チオ
   ール類、イミダゾール類、またはトリアゾール類の有機
   化合物からなる封孔剤で表面処理した保護膜を具備する
   ことを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】前記外部接続リードの切断端面は前記保護
   膜が素材表面を直接被覆したことを特徴とする請求項１
   記載の半導体装置。
3. 【請求項３】前記保護膜の膜厚が５０から１０００オン
   グストロームであることを特徴とする請求項１記載の半
   導体装置。
4. 【請求項４】前記外部接続リードの素材が鉄または銅系
   の素材であることを特徴とする請求項１記載の半導体装
   置の製造方法。
5. 【請求項５】前記貴金属メッキ層が、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏ
   ｓ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇの中から選択された
   金属であることを特徴とする請求項１記載の半導体装
   置。
6. 【請求項６】リードフレームを準備する工程と、 前記リードフレームに半導体チップを搭載し、前記半導
   体チップの電極と前記リードフレームのリードとを電気
   的に接続する工程と、 前記半導体チップを含む前記リードフレームの主要部を
   封止する工程と、 前記リードを前記リードフレームから切断して個々の半
   導体装置に分離する工程と、 前記リードの素材表面に貴金属メッキを施す工程と、 前記リードの表面を、アミン類、チオール類、イミダゾ
   ール類、またはトリアゾール類の有機化合物からなる封
   孔剤で表面処理して前記貴金属層の表面に有機保護膜を
   形成する工程と、を具備することを特徴とする半導体装
   置の製造方法。
7. 【請求項７】前記保護膜の膜厚が５０から１０００オン
   グストロームであることを特徴とする請求項７記載の半
   導体装置。
8. 【請求項８】前記外部接続リードの素材が鉄または銅系
   の素材であることを特徴とする請求項６記載の半導体装
   置の製造方法。
9. 【請求項９】前記貴金属メッキ層が、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏ
   ｓ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇの中から選択された
   金属であることを特徴とする請求項６記載の半導体装
   置。
10. 【請求項１０】前記保護膜が化０１で表される有機化合
    物であることを特徴とする請求項１又は６記載の半導体
    装置。 【化０１】