JPS6257257B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体装置に係り、特に、アルミニウ
ムワイヤにて、半導体素子上の電極とリードフレ
ームとを導電接続した半導体装置に関する。

従来のIC，LSI等の半導体装置における、半導
体素子上の電極とリードフレームとの接続は、金
またはアルミニウム（合金）ワイヤボンデイング
によつてなされている。

金ワイヤボンデイングの場合には、リードフレ
ームの表面にAuめつき膜が設けられ、一方、ア
ルミニウム（合金）ワイヤボンデイングの場合に
は、化学的にめつきしたNiめつき膜が、リード
フレームの表面に設けられている。

金ワイヤとAuめつき膜との導電接続は、性能
の面では極めて優れているが、ワイヤ及びリード
フレームに金を用いているため、コストが高いと
いう欠点がある。

一方、アルミニウムワイヤと、その表面に化学
的にめつきしたNiめつき膜を施したFe―Ni合金
のリードフレームとの接続は、 (1) リードフレームのNiめつき膜のめつき速度
が遅いため長時間を要することからコストが高
いことと、 (2) Niめつき膜の表面が比較的あらいため、ボ
ンデイング時にアルミニウムワイヤと接合しに
くいこと、 (3) また、接合したとしても、剥離し易いため、
良好で信頼性のある接続が得られないこと、 などという欠点がある。

さらに又、アルミニウムワイヤによる半導体素
子上の電極とリードフレームとの接続には、直径
30μｍのアルミニウム細線が普通に使用されてい
る。

このため、ボンデイング後、プラスチツクパツ
ケージする時に、リードフレーム側のワイヤ切れ
や、接合部の剥離を生ずるという問題がある。そ
の上に、製品として稼動中に室温以上の温度―例
えば150℃、200℃などの温度に長時間加熱される
ため接合部が劣化し、同様にワイヤ切れ、または
剥離が生ずるという問題がある。

そのため、アルミニウムワイヤとリードフレー
ムのNiめつき膜との接合部の強度を向上し、好
適な接続を実現して信頼性の高い半導体装置を開
発することは、極めて重要である。また、一方、
半導体装置は低コストを指向しているため、リー
ドフレームのコスト低減も重要である。

したがつて、本発明の目的は、アルミニウムワ
イヤを接合されるNiめつき膜リードフレームの
コストを低減し、さらに前記Niめつき膜リード
フレームとアルミニウムワイヤとの容易かつ強固
な接合を得ることのできる半導体装置を提供する
にある。

前記目的を達成するため、本発明においては、
リードフレームの表面に形成されるNiめつき膜
の表面あらさを0.5μｍ以下にし、アルミニウム
ワイヤとの接合性を改善している。

本発明は、つぎのような新規な事象の確認に基
づいてなされたものである。

(1) Fe―Ni製リードフレームの表面へのNiめつ
き膜形成は、電気的な方法でも可能であるこ
と。この場合のNiめつき膜の生成時間は、化
学的方法に比べて1/5に短縮されること。これ
によつて、リードフレームの製造能率を上げ、
コストの低減をはかることができること。

(2) 表面にNiめつき膜を有するリードフレーム
に対するアルミニウムワイヤの接合強度は、前
記Niめつき膜の表面あらさが小さいほど大き
くなること。特に、Niめつき膜の表面あらさ
が0.5μｍ以下の場合には、十分な接合強度が
得られること。

(3) リードフレーム表面のNiめつき膜のあさ
は、電気的にめつきすることにより、小さくで
きること。

以下に、本発明を詳細に説明する。

まず初めに、電気的にNiめつき膜を表面にめ
つきしたFe―Niリードフレームと、化学的にNi
めつき膜を表面にめつきしたFe―Niリードフレ
ームの表面のあらさを測定した。

この場合の表面あらさの測定方法は、Niめつ
き膜を20000倍に拡大し、ボンデイング時のアル
ミニウムワイヤのつぶれ幅にほぼ合わせた50μｍ
間を１サンプル区間とし、その区間内での凹凸の
最大値を表面あらさの値とした。同様の測定を30
サンプル区間について行なつた。第１図にその測
定結果の分布範囲を示す。

化学的にNiめつきしたリードフレームのあら
さは、同図Ｃに示すように、0.5〜0.8μｍと大き
い。一方、電気的にめつきしたNiめつき膜は、
同図Ｅに示すように、0.1〜0.3μｍと非常に小さ
かつた。また、電気的にNiめつきを施こしたリ
ードフレームは化学的にめつきしたものに比べ、
あらさにばらつきが少ないことが確認された。

第２図、直径30μｍのアルミニウムワイヤを、
あらさの異なるNiめつき膜に、そのつぶれ幅を
同一にしてボンデイングした後の、接合部のせん
断強度を測定した結果である。

これから、Niめつき膜のあらさが0.5μｍ以下
の範囲では、せん断強度は23ｇのほゞ一定値を示
すが、0.5μｍ以上のあらさになると、せん断強
度が急激に減少することが知られる。

第２図の測定結果から、アルミニウムワイヤボ
ンデイングにおいて、Niめつき膜との強固な接
合強度が得られるNiめつき膜のあらさは、0.5μ
ｍ以下が適していることが確認された。

第３図に、Niめつき膜のあらさと、アルミニ
ウムワイヤボンデイング時のアルミニウムワイヤ
のNiめつき膜への接合率との関係を示す。

ここでいう接合とは、ボンデイング後のアルミ
ニウムワイヤが、ほぼ０の力で引剥がされない状
態をさしている。

この測定結果から、Niめつき膜表面のあらさ
が0.5μｍ以下では、接合率は100％を示すが、
0.5μｍ以上のあらさのNiめつき膜では接合率が
低下することが確認された。すなわち、例えば
0.6μｍのあらさのNiめつき膜に対する接合率は
80％、0.8μｍのあらさのNiめつき膜に対する接
合率は40％というように、Niめつき膜の表面が
あらくなるほど、接合率は低下する。

第２図に関して前述したようにアルミニウムワ
イヤボンデイングにおいてNiめつき膜のあらさ
の違いによりせん断強度に差が認められた。これ
はアルミニウムワイヤとNiめつき膜の接合部の
面積に関係していると考えられる。この場合、ワ
イヤのつぶれ幅は同一にしているので、見掛けの
接合面積は同じであるが、真に接合している面積
に違いがあると考えられる。

このことを確認するために、あらさ0.2，0.5及
び0.6μｍのNiめつき膜に、つぶれ幅を一定にし
てアルミニウムワイヤをボンデイングしたとき
の、接合部の真の接合面積を、見掛けの接合面積
との比で示したのが第４図である。

0.2及び0.5μｍあらさの場合の、見掛けの接合
面積に対する真の接合面積の比は、いずれも0.8
〜1.0を示し、真の接合面積が大きいことが認め
られた。しかし、あらさが0.6μｍのNiめつき膜
の場合は0.5〜0.8を示し、真の接合面積が小さい
ことが認められた。

リードフレームの表面は、シリコンペレツトを
ハンダ付けする時に、150〜250℃で、数分間大気
中で加熱されるため酸化される。そのため、酸化
されたNiめつき膜とアルミニウムワイヤボンデ
イングした場合の接合部のせん断強度を検討し
た。

第５図は、あらさの異なるNiめつき膜リード
フレームを、250℃の大気中で１時間加熱した
後、その表面にアルミニウムワイヤをボンデイン
グして、接合部のせん断強度を求めた結果であ
る。

この結果から、Niめつき膜のあらさが0.5μｍ
以下では、せん断強度が23ｇのほゞ一定値を示す
が、0.5μｍ以上のあらさになると急激に低下
し、0.6μｍのあらさでは、わずか５ｇにまで低
下したことがわかる。このことから、熱酸化した
Niめつき膜でも、ワイヤボンデイングにおいて
あらさが0.5μｍ以下であれば、強固な接合部を
もつたワイヤボンデイングが得られることが確認
された。

半導体装置は、製品として稼動中に、室温以上
の温度に長時間加熱され、アルミニウムワイヤと
の接合部が劣化し剥離し易くなる。

そこで、接合部の経時劣化をあらさ0.2，0.5及
び0.6μｍのNiめつき膜について、試験温度200℃
で検討した結果を、第６図に示す。同図におい
て、黒丸、白丸、四角の各印は、それぞれNiめ
つき膜のあらさが0.2μｍ，0.5μｍ，0.6μｍの場
合の測定値を示している。

第６図の曲線イで示すように、Niめつき膜の
あらさが0.2及び0.5μｍの接合部の劣化は、1000
時間後でも生じない。しかし、同図の曲線ロで示
すように、0.6μｍのあらさの場合は、500時間
で、せん断強度が13ｇに低下し、以下時間の経過
と共に減少した。

このことから、接合部の経時劣化についても、
Niめつき膜のあらさを0.5μｍ以下にした方が良
いことが確認された。

以上の各測定結果から明らかなように、アルミ
ニウムワイヤを、表面にNiめつき膜を有するリ
ードフレームにボンデイングする場合は、Niめ
つき膜の表面あらさを0.5μｍ以下にする必要が
ある。この場合、Niめつき膜の表面あらさは、
前記膜中に含まれる燐や光沢剤の割合が多いほ
ど、小さくできることが知られている。

第７図は、本発明の半導体装置の一実施例の断
面図である。図において、１はアルミニウム（合
金）ボンデイングワイヤ、２はリードフレーム７
の表面に形成されたNiめつき膜である。前記Ni
めつき膜は、本実施例では、電気メツキによつて
形成され、その表面あらさは0.5μｍ以下になる
ように制御されている。

３は半導体ペレツト、５はアルミニウム電極、
６は半導体ペレツト３をリードフレーム７上に固
着するためのはんだ層であり、４はアルミニウム
ワイヤ１、半導体ペレツト３、Niめつき膜２を
有するリードフレーム７等を一体的に被覆保護す
るモールド・レジンである。

この発明によれば、Niめつき膜２のあらさが
0.5μｍ以下に調整されているので、アルミニウ
ムワイヤ１とNiめつき膜２およびリードフレー
ム７との接合が強固にでき、又経年変化等による
劣化も極めて小さくして、十分に高い信頼性を得
ることができる。

なお、本発明がトランジスタ、サイリスタ等の
あらゆる半導体装置や集積化半導体装置に適用で
きることは、容易に理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は電気的並びに化学的にめつきしたNi
めつき膜のあらさを測定した結果を示す図、第２
図はNiめつき膜のあらさと、前記Niめつき膜に
接合されたアルミニウムワイヤのせん断強度との
関係を示す図、第３図はNiめつき膜のあらさと
前記Niめつき膜に対するアルミニウムワイヤの
接合率との関係を示す図、第４図はNiめつき膜
のあらさと前記Niめつき膜に対するアルミニウ
ムワイヤの接合面積との関係を示す図、第５図は
熱酸化したNiめつき膜のあらさと前記Niめつき
膜に接合されたアルミニウムワイヤの接合部のせ
ん断強度との関係を示す図、第６図はアルミニウ
ムワイヤをボンデイングした後の、Niめつき膜
のあらさと接合部の経時劣化との関係を示す図、
第７図は本発明の半導体装置の一実施例の断面図
である。 １……アルミニウム（合金）ボンデイングワイ
ヤ、２……Niめつき膜、３……半導体ペレツ
ト、４……モールド・レジン、７……リードフレ
ーム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体チツプをリードフレーム上に固着し、
   かつ半導体チツプ素子上の電極とリードフレーム
   とをアルミニウムワイヤにて接続した半導体装置
   において、上記リードフレームはNiめつき膜で
   おおわれており、前記Niめつき膜は、その表面
   あらさが0.5μｍ以下であることを特徴とする半
   導体装置。 ２ Niめつき膜は、電気的めつき膜であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体
   装置。