(57)【要約】【課題】リードフレームにおける銀めっき層とモールド樹脂との密着性の向上を図る。信頼性の高い半導体層儀を「提供する。【解決手段】リードフレーム２１は、半導体チップを固定するダイパット部２２と、インナーリード部２３と、アウターリード部２４とを有する。少なくともインナーリード部２３のワイヤボンディング部２３ａの表面に、銀の結晶核を析出する下地銀めっきと、本銀めっきの２段階銀めっきによる表面が粗面化された銀めっき層２８が形成されて成る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップを固定するダイパット部と、
インナーリード部と、
アウターリード部とを有し、
少なくとも前記インナーリード部のワイヤボンディング部の表面に、銀の結晶核を析出する下地銀めっきと、本銀めっきの２段階銀めっきによる表面が粗面化された銀めっき層が形成されて成る
ことを特徴とするリードフレーム。
【請求項２】
前記銀めっき層の表面の粗さＲａが、１．１５μｍ≦Ｒａ≦２．１１μｍに設定されて成る
ことを特徴とする請求項１記載のリードフレーム。
【請求項３】
前記ダイパッド部の表面に、銀の結晶核を析出する下地銀めっきと、本銀めっきの２段階銀めっきによる表面が粗面化された銀めっき層が形成されて成る
ことを特徴とする請求項１記載のリードフレーム。
【請求項４】
前記銀めっき層の表面の粗さＲａが、１．１５μｍ≦Ｒａ≦２．１１μｍに設定され、
前記銀めっき層の膜厚ｔが、４．５μｍ≦ｔ≦２３．０μｍに設定されて成る
ことを特徴とする請求項３記載のリードフレーム。
【請求項５】
半導体チップを固定するダイパット部と、インナーリード部と、アウターリード部を有するリードフレーム本体を形成する工程と、
少なくとも前記インナーリード部のワイヤボンディング部の表面に、非シアン系銀めっき浴を用い、銀の結晶核を析出する前段の下地銀めっきと、後段の本銀めっきとの２段階銀めっきにより、表面が粗面化された銀めっき層を形成する工程と
を有することを特徴とするリードフレームの製造方法。
【請求項６】
前記２段階銀めっきにより、前記銀めっき層の表面粗さＲａを、１．１５μｍ≦Ｒａ≦２．１１μｍに設定する
ことを特徴とする請求項５記載のリードフレームの製造方法。
【請求項７】
前記ワイヤボンディング部の表面への前記銀めっき層の形成と同時に、前記ダイパッド部の表面に、銀の結晶核を析出する前段の下地銀めっきと、後段の本銀めっきとの２段階銀めっきにより、表面が粗面化された銀めっき層を形成する工程と
を有することを特徴とする請求項５記載のリードフレームの製造方法。
【請求項８】
前記２段階銀めっきにより、前記ワイヤボンディング部及び前記ダイパッド部の前記銀めっき層の表面粗さＲａを、１．１５μｍ≦Ｒａ≦２．１１μｍに設定し、
前記銀めっき層の膜厚ｔを、４．５μｍ≦ｔ≦２３．０μｍに設定する
ことを特徴とする請求項７記載のリードフレームの製造方法。
【請求項９】
前記下地銀めっきを、銀イオン濃度が前記本銀めっきにおける非シアン系メッキ浴の銀イオン濃度より低濃度の非シアン系メッキ浴を用いて行う
ことを特徴とする請求項６又は８記載のリードフレームの製造方法。
【請求項１０】
ダイパット部と、インナーリード部と、アウターリード部とを有し、少なくとも前記インナーリード部のワイヤボンディング部の表面に、銀の結晶核を析出する下地銀めっきと、本銀めっきの２段階銀めっきによる表面が粗面化された銀めっき層が形成されてなるリードフレームと、
前記ダイパッド上に固定され、前記インナーリード部の前記銀メッキ層との間で金属細線によりワイヤボンディングされた半導体チップと、
前記半導体チップ、前記インナーリード部及び前記金属細線の全体を封止するモールド樹脂とを有して成る
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
前記銀めっき層の表面の粗さＲａが、１．１５μｍ≦Ｒａ≦２．１１μｍに設定されて成る
ことを特徴とする請求項１０記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記ダイパッド部の表面に、銀の結晶核を析出する下地銀めっきと、本銀めっきの２段階銀めっきによる表面が粗面化された銀めっき層が形成されて成る
ことを特徴とする請求項１０記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記銀めっき層の表面の粗さＲａが、１．１５μｍ≦Ｒａ≦２．１１μｍに設定され、
前記銀めっき層の膜厚ｔが、４．５μｍ≦ｔ≦２３．０μｍに設定されて成る
ことを特徴とする請求項１２記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リードフレームとその製造方法、及び半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、超微細加工技術の進歩により、シリコンウェハから切り出された半導体チップの１個のサイズは、数百μｍレベルにまで小型化でき、半導体集積回路（ＩＣ）やトランジスタ１個のサイズが１ｍｍ程度の超小型製品が作成可能となっている。図１４に、一般的な半導体集積回路（ＩＣ）、大規模集積回路（ＬＳＩ）等の半導体装置の概略構成を示す。この半導体装置１は、リードフレーム２のダイパッド３上にシリコンからなる半導体チップ６が固定され、半導体チップ６のＡｌ電極パッド７とインナーリード部４とが金属細線、例えば金（Ａｕ）細線８によるワイヤボンディングで接続される。そして、半導体装置１は、アウターリード部５を除く全体をモールド樹脂９により封止して構成される。
【０００３】
リードフレーム２は、そのリードフレーム本体２ａが、銅合金（Ｃｕ−Ｎｉ合金）あるいは鉄合金（Ｆｅ−Ｎｉ合金）などで形成され、半導体チップとの接着および金細線とのワイヤボンディングのために、ダイパッド部３の表面及びインナーリード部４のワイヤボンディング部の表面に、銀（Ａｇ）めっき層１１が形成される。モールド樹脂９の樹脂材としては、例えば、ハロゲンフリー型熱硬化性エポキシ樹脂が用いられる。
【０００４】
半導体チップをリードフレーム上に配置し、金属細線によりヤイヤボンディングした後、全体を樹脂モールドしてなる半導体装置は、例えば特許文献１などで一般に知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平２００９−４９０７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、大規模集積回路（ＬＳＩ）、半導体集積回路（ＩＣ）やトランジスタ等の半導体装置においては、サイズの超小型化と共に、信号処理速度も高速化してきている。これに伴い、素子からの発熱および半田の鉛フリー化によるリフロー温度の上昇等に起因して、リードフレームとモールド樹脂との剥離現象による品質劣化が問題となっている。
【０００７】
半導体装置の組み立て工程では、リードフレームのダイパッド部上に半導体（Ｓｉ）チップを接着するダイボンディング工程、半導体チップとインナーリード部を金（Ａｕ）線で接続するワイヤボンディング工程、さらにアウターリード部以外を熱硬化性エポキシ樹脂により封止するモールディング工程の３工程に大きく分類される。半導体装置のパッケージ技術と実装技術は、半導体素子が飛躍的に高集積化可能となったことや、パッケージを高密度に実装したいというニーズなどから画期的な発展を続けている。
【０００８】
しかし、半導体素子の高集積化とプリント基板への実装方式の変化により発熱が増大し、熱放散が困難となり、樹脂モールドによるプラスチックパッケージタイプの半導体装置の信頼性が低下している。そのため、リードフレームは、従来より多用されてきた４２合金（Ｆｅ−４２％Ｎｉ合金）から高熱伝導性の銅合金リードフレームが主流となってきている。一方、封止用エポキシ樹脂の多くは、ガラス転移点温度が半田付け温度よりも低く、リフロー半田付け時に樹脂密着強度が低下してしまう。
【０００９】
従来、上述した剥離現象は、次のように考えられていた。リードフレームをハロゲンフリー型熱硬化性エポキシ樹脂でモールドする際、２００℃付近までの加熱が必要であり、また、製品使用時の素子からの発熱量の増大および半田の鉛フリー化でリフロー温度が上昇する。これに伴い、外部からモールド樹脂、あるいはモールド樹脂とリードフレーム本体との界面を通じて侵入した水分が、モールド樹脂とリードフレーム本体との界面で蒸発し、膨張し、上記界面から剥離が起こるものと考えられていた。剥離が起こると、ワイヤボンディングされているＡｕ細線が断線し、不良となる。
【００１０】
本発明者らは、剥離現象をさらに詳しく検証した結果、銀めっき層と樹脂との密着性が非常に弱く、この銀めっき層と樹脂間での剥離によってＡｕ細線の断線が顕著に起こることを突き止めた。また、銀めっき層の表面が、リードフレーム本体、例えば銅合金リードフレームの表面に比べて平滑面であることも突き止めた。銀めっき等の貴金属めっきは、難しい技術であり、通常毒性の強いシアン系のアルカリ性めっき浴を用いて行われる。通常、金属めっきは表面が平滑面となるような条件で行われ、シアン系めっき浴を用いた銀めっき層においても、表面が平滑面に形成される。
【００１１】
本発明は、上述の点に鑑み、リードフレームにおける銀めっき層とモールド樹脂との密着性が向上する、リードフレームとその製造方法を提供するものである。
また、本発明は、かかるリードフレームを用いて高信頼性化を図った半導体装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係るリードフレームは、半導体チップを固定するダイパット部と、インナーリード部と、アウターリード部とを有し、少なくともインナーリード部のワイヤボンディング部の表面に、銀の結晶核を析出する下地銀めっきと本銀めっきの２段階銀めっきによる表面が粗面化された銀めっき層が形成されて成ることを特徴とする。
【００１３】
本発明のリードフレームでは、少なくともインナーリード部のワイヤボンディング部の表面に、２段階銀めっきによる表面が粗面化された銀めっき層が形成されるので、樹脂モールドした樹脂と銀めっき層との密着強度が向上する。
【００１４】
本発明に係るリードフレームの製造方法は、半導体チップを固定するダイパット部と、インナーリード部と、アウターリード部を有するリードフレーム本体を形成する工程と、少なくともインナーリード部のワイヤボンディング部の表面に、非シアン系銀めっき浴を用い、銀の結晶核を析出する前段の下地銀めっきと、後段の本銀めっきとの２段階銀めっきにより、表面が粗面化された銀めっき層を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００１５】
本発明のリードフレームの製造方法では、インナーリード部のワイヤボンディング部の表面に対して、前段の下地銀めっきで銀の結晶核を析出し、その後に銀の本めっきを行うことにより、所要の膜厚を有し表面が粗面化した銀めっき層を形成することができる。非シアン系銀めっき浴を用いるので、環境にも優しい。
【００１６】
本発明に係る半導体装置は、ダイパット部と、インナーリード部と、アウターリード部とを有し、少なくともインナーリード部のワイヤボンディング部の表面に、銀の結晶核を析出する下地銀めっきと、本銀めっきの２段階銀めっきによる表面が粗面化された銀めっき層が形成されてなるリードフレームと、ダイパッド上に固定され、前記インナーリード部の銀メッキ層との間で金属細線によりワイヤボンディングされた半導体チップと、半導体チップ、インナーリード部及び金属細線の全体を封止するモールド樹脂とを有して成ることを特徴とする。
【００１７】
本発明の半導体装置では、少なくともインナーリード部のワイヤボンディング部の表面に、２段階銀めっきによる表面が粗面化された銀めっき層を形成したリードフレームが用いられるので、樹脂モールドした樹脂とインナーリード部の銀めっき層との密着強度が上がり、樹脂と銀めっき層の界面からの剥離がし難くなる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係るリードフレームによれば、インナーリード部のボンディング部に、表面が粗面化した銀めっき層が形成されるので、この銀めっき層と樹脂モールドした樹脂との密着性を向上することができる。従って、半導体装置に適用したとき、リードフレームとモールド樹脂との剥離を抑制することができる。
【００１９】
本発明に係るリードフレームの製造方法によれば、銀の結晶核を析出する下地銀めっきと、本銀めっきの２段階銀めっきにより、インナーリード部のボンディング部の表面に、所要の膜厚で表面が粗面化した銀めっき層を形成することができる。従って、モールド樹脂と、インナーリード部の銀めっき層との密着性が向上するリードフレームを製造することができる。
【００２０】
本発明に係る半導体装置によれば、上記リードフレームを用いて構成されるので、リードフレームのワイヤボンディング部の銀めっき層と、モールド樹脂との密着性が向上し、樹脂と銀めっき層との界面からの剥離が抑制され、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】Ａ，Ｂ  本発明に係るリードフレームの一実施の形態を示す概略構成図およびそのＡ−Ａ線上の拡大断面図である。
【図２】Ａ〜Ｅ  本発明に係るリードフレームの製造方法の実施の形態を示す製造工程図である。
【図３】Ａ，ＢおよびＣ  本発明に係る半導体装置の一実施の形態を示す概略構成図、その領域Ａの拡大断面図およびその領域Ｂの拡大断面図である。
【図４】本発明の検証に用いた試料の斜視図である。
【図５】本発明の検証に用いた係る非シアン系銀めっきのめっき装置の概略構成図である。
【図６】各サンプルにおける樹脂密着性と表面粗さＲａの関係を示すグラフである。
【図７】本発明の説明に供する銀めっきの断面組織観察図である。
【図８】本発明の検証に係る６種類の銀めっきサンプルの表面外観図（写真）である。
【図９】Ａ〜Ｃ  本発明の検証に係るダイボンディング外観図（写真）と、ダイシェア強度および破断モード図（写真）である。
【図１０】Ａ〜Ｃ  本発明の検証に係るワイヤボンディング外観図（写真）と、ワイヤプル強度および破断モード図（写真）である。
【図１１】ダイシェア強度と銀めっき条件（銀めっき膜厚）の関係を示すグラフである。
【図１２】ワイヤプル強度と銀めっき条件（銀めっき膜厚）の関係を示すグラフである。
【図１３】表面粗さＲａの定義の説明に供する説明図である。
【図１４】従来の半導体装置を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２３】
本発明の実施の形態では、リードフレームのワイヤボンディング部における銀めっき層とモールド樹脂との密着性を強化するために、銀めっき層表面の粗面化に着目した。しかし、従来のリードフレームの銀めっきは、シアン系銀めっき浴を用いて表面を平滑面にする銀めっきであり、表面粗化することを考えていない。本実施の形態は、シアンを全く含まない非シアン系銀めっき浴を用い、しかも２段階銀めっき工程により銀めっき層の表面粗化を可能にしたリードフレームの表面処理方法を開発した。同時に本実施の形態における銀めっき層は、ダイボンディング特性、ワイヤボンディング特性が使用に耐えるもの、あるいは従来のシアン系銀めっき浴で得られる基準レベルを超える特性を有するものである。この２段階銀めっきは、後で詳述するが、初めに、銀イオン濃度が低い非シアン系銀めっき浴を用いて、銀の結晶核のみを析出する下地銀めっき（以下、ストライク銀めっきという）とする。次に、前段のストライク銀めっき浴より銀イオン濃度が高い非シアン系銀めっき浴を用いて銀の本めっきを行うようにする。
【００２４】
図１に、本発明に係るリードフレームの実施の形態を示す。図１Ａは平面図、図１Ｂは図１ＡのＡ−Ａ線上の拡大断面図である。本実施の形態に係るリードフレーム２１は、半導体チップが接着固定されるダイパッド部２２と、複数のインナーリード部２３と、インナーリード部２３より延長したアウターリード部２４を有し、この単位が、両側に設けた一対の外枠２５に連結されて複数配列して構成される。インナーリード部２３とアウターリード部２４との境を横切るようにモールド樹脂の流れ止めに供するダムバー２６が一体に設けられ、このダムバー２６が外枠２５に連結される。また、ダイパッド２２は、連結部２７を介して外枠２５に連結される。
【００２５】
本実施の形態においては、少なくともインナーリード部２３の先端に位置するワイヤボンディング部２３ａの表面に、選択に表面が粗面化した銀めっき層２８が形成される。本例では、ワイヤボンディング部２３ａの表面の銀めっき層２８と共に、ダイパッド部２２の半導体チップが接着する表面にも、表面が粗面化した銀めっき層２９が形成される。これら両銀めっき層２８，２９は、同じめっき工程で同時に形成される。
【００２６】
銀めっき層２８、２９は、非シアン系銀めっき浴を用いた２段階銀めっきによる表面が粗面化した銀めっき層として形成される。すなわち、前段の銀イオン濃度が低いめっき浴を用いたストライク銀めっきにより、上記ワイヤボンディング部２３ａの表面、およびダイパッド２２の表面に銀の結晶核が析出する。次に、この銀の結晶核が析出されたワイヤボンディング部２３ａおよびダイパッド部２２の表面に、銀イオン濃度が高いめっき浴を用いた後段の本銀めっきすることにより、表面が粗面化された所要の膜厚の銀めっき層２８，２９が形成される。
【００２７】
非シアン系銀めっき浴の一例を示す。この例の非シアン系銀めっき浴は、メタンスルホン酸と、メタンスルホン酸銀と、水（Ｈ２Ｏ）とから成り、例えばｐＨが２程度の強酸性の溶液で形成される。メタンスルホン酸銀の含有量を制御して、ストライク銀めっきに適した銀イオン濃度、本銀めっきに適した銀イオン濃度を設定することができる。ストライク銀めっきのめっき浴の銀イオンＡｇ＋濃度としては、例えば３ｇ／ｌ、本銀めっきのめっき浴の銀イオンＡｇ＋濃度としては、例えば３０ｇ／ｌ程度とすることができる。この濃度は適宜変更可能である。
【００２８】
銀めっき層２８、２９の表面粗さＲａは、後述の検証で明らかであるが、モールド樹脂、例えば熱硬化性エポキシ樹脂との密着性を確保するために、１．１５μｍ≦Ｒａ≦２．１１μｍに設定する。表面粗さＲａが１．１５μｍ未満であると、密着性が２ＭＰａ未満となり、十分な密着性が得られない。表面粗さＲａが２．１１μｍを超えると、銀めっき自体の付きが悪くなり、めっき剥がれが生じる。
【００２９】
銀めっき層２８，２９の膜厚ｔは、後述の検証で明らかであるが、ワイヤボンディング特性、ダイボンディング特性、すなわち銀めっき層とボンディングワイヤとの接着強度であるワイヤプル強度、銀めっき層と半導体チップとの接着強度であるダイシェア強度に影響する。銀めっき層２８、２９の膜厚ｔは、４．５μｍ≦ｔ≦２３．０μｍに設定する。膜厚ｔが４．５μｍ未満であると、ボンディング特性において、ボンディングワイヤの金属、例えば金（Ａｕ）と溶着し難い。膜厚ｔが２３．μｍを超えると、銀めっきの内部応力発生により、銀めっきが剥がれてしまう。
【００３０】
図２に、本実施の形態に係るリードフレーム２１の製造方法の一例を示す。図２は、図１のＡ−Ａ線上の断面に対応する。先ず、図２Ａに示すように、リードフレーム本体２１Ａを形成する。このリードフレーム本体２１Ａは、例えば銅合金の薄板からなり、図１に示したと同様の構成、すなわち半導体チップを接着し固定するダイパッド部２２と、インナーリード部２３と、インナーリード部２３より延長するアウターリード部２４を有する。
【００３１】
次に、図２Ｂに示すように、銀めっき層を形成すべきダイパッド部２２およびインナーリード部２３の先端のワイヤボンディン部２３ａを除く、他の表面全面に耐めっき用マスク３１を被着形成する。
【００３２】
次に、図２Ｃに示すように、このリードフレーム本体２１Ａを、銀イオン濃度が本めっき浴の銀イオン濃度より低い非シアン系銀めっき浴中に配置し、所要の電流、所要の時間でストライク銀めっきを施す。このストライク銀めっきにより、ダイパッド部２２およびインナーリード部２３のワイヤボンディン部２３ａの表面上にそれぞれ銀の結晶核２９Ｂ、２８Ｂが析出する。
【００３３】
次に、図２Ｄに示すように、銀の結晶核２９Ｂ、２８Ｂが析出したリードフレーム本体２１を、銀イオン濃度が高い非シアン系銀めっき浴中に配置し、所要の電流、所要の時間で本銀めっきを施す。これにより、インナーリード部２３のワイヤボンディング部２３ａの表面、およびダイパッド部２２の表面に、それぞれ表面粗さＲａが１．１５μｍ≦Ｒａ≦２．１１μｍに設定され、膜厚ｔが４．５μｍ≦ｔ≦２３．０μｍに設定された、銀めっき層２８および２９を形成する。
【００３４】
次に、図２Ｅに示すように、耐めっき用マスク３１を除去して、目的とするリードフレーム２１を得る。
【００３５】
上述の本実施の形態に係るリードフレーム２１によれば、少なくともインナーリード部２３のワイヤボンディング部２３ａの表面に２段階銀めっきにより、表面が粗面化された銀めっき層２８が形成される。このように、インナーリード部２３のワイヤボンディング部２３ａ上に粗面化した銀めっき層２８を有することにより、モールド樹脂と銀めっき層２８との密着性を向上することができる。特に、表面粗さＲａが１．１５μｍ≦Ｒａ≦２．１１μｍである銀めっき層２８を形成することにより、モールド樹脂との密着強度が向上する。従って、本実施の形態のリードフレーム２１をプラスチックパケージタイプの半導体装置に適用したときに、リードフレーム、特にインナーリード部２３の銀めっき層２８とモールド樹脂との界面での剥離を抑制することができる。
【００３６】
本実施の形態に係るリードフレーム２１によれば、インナーリード部２３のワイヤボンディング部２３の表面およびダイパッド部２２の表面に、膜厚ｔが４．５μｍ≦ｔ≦２３．０μｍの銀めっき層２８および２９が形成されるので、基準レベル以上のワイヤプル強度、ダイシェア強度が得られる。
【００３７】
そして、本実施の形態では、表面粗さＲａが１．１５μｍ≦Ｒａ≦２．１１μｍ、膜厚ｔが４．５μｍ≦ｔ≦２３．０μｍにそれぞれ設定された銀めっき層２８および２９を有するので、モールド樹脂との剥離を抑制するとともに、ワイヤボンディング特性およびダイボンディング特性に優れたリードフレームを提供することができる。
【００３８】
本実施の形態に係るリードフレームの製造方法によれば、２段階めっきを用いることにより少なくともインナーリード部２３のワイヤボンディング部２３ａの表面に、表面が粗面化した銀めっき層２８を形成することができるので、モールド樹脂との剥離を抑制できるリードフレームを製造することができる。特に、表面粗さＲａが１．１５μｍ≦Ｒａ≦２．１１μｍである銀めっき層２８を形成することにより、モールド樹脂との密着強度が向上したリードフレームを製造することができる。
【００３９】
また、本実施の形態では、２段階銀めっきにより表面粗さＲａが１．１５≦Ｒａ≦２．１１、膜厚ｔが４．５μｍ≦ｔ≦２３．０μｍにそれぞれ設定された銀めっき層２８および２９を同時に形成することができるので、モールド樹脂との剥離を抑制するとともに、ワイヤボンディング特性およびダイボンディング特性に優れたリードフレームを製造することができる。
さらに、銀めっき浴として非シアン系銀めっき浴を用いるので、環境負荷を低減することができる。
【００４０】
なお、上例ではリードフレーム本体２１Ａを銅合金薄板で形成したが、その他、例えば鉄合金薄板などの金属薄板でリードフレーム本体を形成した場合にも、本発明は適用できる。
【００４１】
図３に、本発明に係る半導体装置の実施の形態を示す。図３Ａは全体の概略構成図、図３Ｂはリードフレームのワイヤボンディングされた部分の拡大断面図、図３Ｃは半導体チップがダイボンディングされた部分の拡大断面図である。
【００４２】
本実施の形態に係る半導体装置３３は、上述したリードフレーム２１を用いて構成される。すなわち、このリードフレーム２１は、少なくともインナーリード部２３のワイヤボンディング部２３ａ上に表面が粗面化した銀めっき層２８が形成される。本例では上記ワイヤボンディング部２３ａ上とダイパッド部２２上に、表面粗さＲａが１．１５≦Ｒａ≦２．１１、膜厚ｔが４．５μｍ≦ｔ≦２３．０μｍにそれぞれ設定された銀めっき層２８および２９が形成される。
【００４３】
リードフレーム２１におけるダイパッド２２の銀めっき層２９上に、半導体チップ３４が固定される。すなわち、リードフレームが４００℃に加熱された状態で半導体チップ（Ｓｉチップ）を乗せると、半導体チップ下面にスパッタ被覆されているＡｕ膜とＳｉチップが３８０℃で共晶反応により溶融し、Ｓｉチップがリードフレームに溶着される。一方、半導体チップ３４の電極パッド３５とインナーリード部２３のワイヤボンディング部２３ａとが、金属細線、例えば金（Ａｕ）細線３６のワイヤボンディングにより接続される。そして、アウターリード部２４を除いて、半導体チップ３４、リードフレーム２１及び金（Ａｕ）細線３６を含む全体がモールド樹脂、例えば熱硬化性エポキシ樹脂３７にて封止される。
【００４４】
本実施の形態の半導体装置３３によれば、インナーリード部２３のワイヤボンディング部２３ａ上に粗面化した銀めっき層２８を有するので、モールド樹脂３７と銀めっき層２８との密着性が向上し、銀めっき層２８とモールド樹脂３７との界面での剥離を抑制することができる。特に、表面粗さＲａが１．１５≦Ｒａ≦２．１１である銀めっき層２８を形成することにより、モールド樹脂との密着強度が向上する。従って、信頼性の高いこの種の半導体装置を提供することができる。
【００４５】
本実施の形態に係る半導体装置３３によれば、インナーリード部２３のワイヤボンディング部２３の表面およびダイパッド部２２の表面に、膜厚ｔが４．５μｍ≦ｔ≦２３．０μｍの銀めっき層２８および２９が形成されるので、基準レベル以上のワイヤプル強度、ダイシェア強度が得られ、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【００４６】
そして、本実施の形態では、表面粗さＲａが１．１５μｍ≦Ｒａ≦２．１１μｍ、膜厚ｔが４．５μｍ≦ｔ≦２３．０μｍにそれぞれ設定された銀めっき層２８および２９を有する。これにより、リードフレーム２１とモールド樹脂３７との剥離を抑制するとともに、ワイヤボンディング特性およびダイボンディング特性に優れた高品質の半導体装置を提供することができる。
【００４７】
次に、本実施の形態の検証を行った実験について説明する。
【００４８】
［実験例１］
最初に、銀めっき層のない銅合金板と樹脂との密着性を検証するための実験を行った。２５ｍｍ×２５ｍｍ×０．５ｍｍの銅合金板をリードフレームと見立てた。銅合金板の成分は、Ｎｉが２．２〜２．８ｗｔ％、Ｓｉが０．３〜０．７ｗｔ％、Ｚｎが１．５〜２．０ｗｔ％、Ｐが０．０１５〜０．０６ｗｔ％、Ｃｕが残りである。図４に示すように、この銅合金板４１に直径１３ｍｍ、高さ１７ｍｍの円柱状の樹脂４２を接着させ、矢印方向にせん断応力Ｆ１を与えて、その密着性の評価を行った。樹脂４２の成分は、シリカ６７％、エポキシ樹脂１５％、フェノールノボラック１０％、その他８％である。
【００４９】
まず、アンカー効果の密着性への影響を評価するために、人工的手法によりエメリー研磨紙を用いて銅合金板４１の表面を研磨し、アセトン脱脂、硫酸水溶液における酸化物除去、超音波洗浄を経て、銅合金板４１を専用金型に挿入し、ホットプレス機にて１８５℃まで加熱した。１８５℃に到達後、樹脂４２を挿入し、８ＭＰａの圧力で５分間圧着させた。そして、密着性評価用治具と引張試験機を用いて評価した。次に、レーザ顕微鏡を用いてエメリー研磨紙で研磨した銅合金板４１の表面の表面粗さＲａを測定し、表面粗さＲａと密着性の関係を調査した。後述の表１に樹脂密着性と表面粗さＲａのデータを示す。
【００５０】
［実験例２］
次に、銀めっきを施した銅合金板と樹脂との密着性を検証するための実験を行った。本実験では、環境に有害なシアンを全く含まない非シアン系銀めっき浴を用いて銅合金板の表面に銀めっきを施し、樹脂との密着において最適な表面粗さＲａを得る為のめっき条件、密着性の変化を調査した。
【００５１】
図５に銀めっき装置の概略構成を示す。銀めっき装置５１は、銀イオン濃度が選択された非シアン系の銀めっき浴４９を有し、この銀めっき浴４９中に陰極となる試験片４４と陽極となる金（Ａｕ）電極４８が配置される。
【００５２】
銅合金板４５の表面にめっき処理すべき領域４６を除いてポリイミドテープ４７を貼着して試験片４４を作製し、アセトン脱脂、硫酸水溶液による酸化物除去を行う。この試験片４４及び金電極４７を銀イオン濃度が低いストライク銀めっき用の非シアン系銀めっき浴４９中に浸し、定電流でストライク銀めっきを行った。その後、水洗を経て、銀イオン濃度が高い本銀めっき用の非シアン系銀めっき浴中４９に浸し、定電流で本銀めっきを行った。銀めっきが完了した後、実験例１と同様の温度条件、圧着条件で、銀めっき層上に円柱状の樹脂４２を接着させ、矢印方向にせん断応力Ｆ１を与えて（図4参照）、その密着性の評価を行った。すなわち、レーザ顕微鏡を用いて密着面の表面粗さＲａを測定し、表面粗さＲａと密着性の関係を調査した。後述の表２に樹脂密着性と表面粗さＲａのデータを示す。
【００５３】
［実験例３］
次に、上記銅合金板の試験片４４に対して、シアン系銀めっき浴を用いて銀めっきを施し、この銀めっき層上に円柱状の樹脂４２を接着させ、矢印方向にせん断応力Ｆ１を与えて（図４参照）、その密着性の評価を行った。すなわち、レーザ顕微鏡を用いて密着面の表面粗さＲａを測定し、表面粗さＲａと密着性の関係を調査した。後述の表３に樹脂密着性と表面粗さＲａのデータを示す。
【００５４】
ここで、表面粗さＲａを図１３に定義する。図１３に示す粗さ曲線から、その平均線ｍ１の方向に基準長さＬだけ抜き取り、この基準長さＬで切り取られた部分の平均線ｍ１からの測定曲線までの偏差の絶対値を合計し、平均した値（算術平均粗さ）を、表面粗さＲａとする。数１に、この表面粗さＲａの式を示す。
【００５５】
【数１】
2010287741.tif 000003
【００５６】
【表１】
2010287741.tif 000004
【００５７】
【表２】
2010287741.tif 000005
【００５８】
【表３】
2010287741.tif 000006
【００５９】
表１〜表３における密着性は、剥離されたときの引っ張り圧力［ＭＰａ］で表す。表１は、銀めっき無しの銅合金リードフレームにおける表面粗さＲａと密着性の関係を示し、研磨条件の数値はエメリー研磨紙の番号を示す。表２は、非シアン系銀めっき浴による２段階銀めっきした銅合金リードフレームにおける表面粗さＲａと密着性の関係を示す。表２では、ストライク銀めっき（ＳＴ）条件を電流５ｍＡ、時間２０分で一定として、各サンプル（仕様）Ａ〜Ｊ毎に本銀めっき（ＰＬ）条件（電流、時間）を変化させた。表３は、シアン系銀めっき浴により銀めっきを施した銅合金リードフレームにおける表面粗さＲａと密着性の関係を示す。表３では同じめっき条件で銀めっきした４つのサンプル（１）〜（４）について示す。
【００６０】
図６は、表１〜表３の実験データに基く樹脂密着性と表面粗さＲａの関係を示すグラフであり、横軸が表面粗さＲａ、縦軸が密着強度ＭＰａである。図６において、曲線ａはエメリー研磨紙により表面粗化した銀めっき無しの銅合金リードフレーム（表１）である。曲線ｂは２段階の非シアン系銀めっき浴を用いて銀めっきを施した銅合金リードフレーム（表２）である。曲線ｃはシアン系銀めっき浴を用いて銀めっきを施した銅合金リードフレーム（表３）でる。
【００６１】
図６の曲線ｂ及び表２から明らかなように、非シアン系銀めっき浴を用いた２段階銀めっき層においては、比較的電流密度の大きな条件ほど表面粗さＲａを増大させ、併せて樹脂密着性も増加している。曲線ｂにおいて、表面粗さＲａが約１．７を超えると樹脂密着性が減少に転じるのは、銀表面に硫化物など何らかの金属状態が生じており、樹脂密着性と表面粗さＲａが比例関係にならなかったものと考えられる。
【００６２】
図７に、銀めっきの断面組織観察図を示す。同図において、５３は銅合金によるリードフレーム本体、５４は銀めっき層、５５はエポキシ樹脂を示す。図７ａはシアン系銀めっき浴から得られた銀めっき層の断面（表３のサンプル（１））、図７ｂは非シアン系銀めっき浴か得られた銀めっき層の断面（表２の仕様Ｄ）、図７ｃは非シアン系銀めっき浴か得られた銀めっき層の断面（表２の仕様Ｈ）を示す。
【００６３】
図７の結果からも明らかなように、シアン系銀めっき浴から得られた銀めっき層の表面（図７ａ）は、平滑であるのに対して、非シアン系銀めっき浴から得られた銀めっき層の表面（図７ｃ）は凹凸が顕著に現れており、エポキシ樹脂との密着性において、アンンカー効果の差が明確である。図７ｂは、非シアン系銀めっき浴から得られた平滑銀メッキ層の断面写真を示しており、図７ａのシアン系銀めっき浴から得られた平滑銀メッキ層と同等レベルの表面粗さである。このように、非シアン系銀めっき浴の場合、めっき条件を制御することにより、図７ｂや図７ｃのように幅広く表面粗さをコントロールできる。また、同等レベルの表面粗さで比較した場合でも、非シアン系の方がシアン系より高い密着性を示す（表２の仕様Ｄ、表３のサンプル１参照）。
【００６４】
表２、図６及び図７の実験データによる検証結果に基き、本実施の形態に係るリードフレームの銀めっき層の表面粗さＲａは、１．１５μｍ以上で２．１１μｍ以下の範囲に設定することが望ましい。表面粗さＲａが１．１５μｍ未満の場合には、密着性が２ＭＰａ未満となり、十分な密着が得られない。表面粗さＲａが２．１１μｍを超える場合には、銀めっき自体の付着が悪くなり銀めっき剥が生じる。
【００６５】
［実験例４］
次に、本実施の形態に係る非シアン系銀めっき層を有するリードフレームが、従来の基準レベルのダイボンディング特性およびワイヤボンディング特性をクリアできるか評価・検証した。
【００６６】
表４に６種類の銀めっきサンプル（仕様Ａ〜仕様Ｆ）の作製条件を示す。ストライク銀めっき（ＳＴ）条件は、電流５ｍＡで２０分間行い、本銀めっき（ＰＬ）条件の電流と時間を変化させた。
【００６７】
【表４】
2010287741.tif 000007
【００６８】
【表５】
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【００６９】
【表６】
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【００７０】
図８に、得られた銀めっきサンプル（仕様Ａ〜仕様Ｆ）の表面外観写真を示す。銀めっき層の膜厚は仕様Ａ側が薄く、仕様Ｆ側が厚い。これらの６種類の銀めっきサンプルに対して、表５および表６に示すダイボンディング条件およびワイヤボンディング条件にて、半導体（Ｓｉ）チップおよび金（Ａｕ）細線を接着させた。表５のダイボンディング条件における評価仕様のボンデンディン時間は、基準モデルの１７ｍｓに比べて長い５００ｍｓとした。これは次の理由による。基準モデルでは、数ミリサイズの小さなリードフレームを使用するのに対し、評価仕様では、数センチサイズの大きな銅合金板を使用したため、熱容量が大きくなり、それに合わせてボンディング時間を長くしないと接着しないためである。表６のワイヤボンディング条件における評価仕様の前発振超音波出力（前発振ＵＳ（Ultra Sonic）−パワー）は、基準モデルの０（ｂｉｔ）に比べて大きい７０（ｂｉｔ）とした。理由は、評価仕様では、リードフレームの熱容量が大きいため、超音波出力を大きくして、接着出来るようにしたためのである。
【００７１】
図９に、ダイボンディング外観（図９Ａ）と、破壊試験によるダイシェア強度および破断モード（図９Ｂ）と、基準モデルのダイボンディング外観および破断モード（図９Ｃ）の関係を示す。ダイシェア強度（破壊強度）では、平均（ＡＶＥ）、最大（ＭＡＸ）、最小（ＭＩＮ）を示す。基準モデルは、シアン系銀めっき浴から得られた銀めっき層を有する。仕様Ａは全て不着であり濡れ性が不足していた。仕様Ｂは、全て不着であり濡れ性が不足していた。仕様Ｃは銀めっき剥がれが有り濡れ性が不足していた。仕様Ｄは銀めっき剥がれが有り濡れ性が不足していた。仕様Ｅは銀めっき剥がれが有り濡れ性が不足していた。仕様Ｆは銀めっき剥がれが６０％で、１０％Ｓｉ残りが有った。ここで、１０％Ｓｉ残りとは、トータルＳｉチップ数の１０％が銀めっきと溶着したことを意味する。つまり、この仕様Ｆでは、密着性が非常に良いサンプルがあり、シリコン結晶部で破壊しシリコンが残ったことを意味する。濡れ性とは、半導体チップ下面にスパッタ被覆されているＡｕ膜とＳｉチップが３８０℃で共晶反応により溶融し、これが銀めっき表面に濡れ広がる状況を意味する。
【００７２】
図９に示すように、仕様Ａ〜仕様Ｂでは、半導体チップと銀めっきが接着せず、十分なダイシェア強度が得られなかったが、仕様Ｃ〜仕様Ｆでは、利用可能な２００ｇ以上のダイシェア強度が得られた。特に、仕様Ｆでは、基準レベルを上回る良好なダイシェア強度６３５．６ｇが達成された。
【００７３】
図１０に、ワイヤボンディング外観（図１０Ａ）と、ワイヤプル強度（破壊強度）および破断モード（図１０Ｂ）と、基準モデルのステッチ外観および破断モード（図１０Ｃ）の関係を示す。仕様Ａはワイヤ不着のため結果無し。仕様Ｂはワイヤ不着のため結果無し。仕様Ｃは全てステッチが残る、但しボール剥がれが７％。仕様Ｄは全てステッチが残る、但しボール剥がれが４４％。仕様Ｅは全てステッチが残る、但しボール剥がれが４２％。仕様Ｆは全てステッチが残る。
【００７４】
図１０に示すように、仕様Ａ〜仕様Ｂでは、金線と銀めっきが接着せず、十分なワイヤプル強度が得られなかったが、仕様Ｃ〜仕様Ｆでは、利用可能な５ｇ以上のワイヤプル強度が得られた。特に、仕様Ｆでは、基準レベルを上回る良好なワイヤプル強度６．８９ｇが達成された。
【００７５】
図１１に、ダイシェア強度と銀めっき層のめっき条件（銀めっき膜厚）の関係のグラフを示し、図１２に、ワイヤプル強度と銀めっき層のめっき条件（銀めっき膜厚）の関係のグラフを示す。図１１に示すように、基準レベルのダイシェア強度範囲は、４００ｇ〜７００ｇであり、平均基準値が５５０ｇ程度である。図１２に示すように、基準レベルのワイヤプル強度範囲は、５ｇ〜８ｇであり、平均基準値が６．５ｇ程度である。図１１および図１２から明らかなように、銀めっき膜厚が１０μｍ以上のサンプル（仕様Ｆ）において、基準レベルを上回る良好なダイシェア強度およびワイヤプル強度が得られることが分かる。仕様Ｃ、Ｄ、Ｅにおいても、使用可能である。つまり、ダイボンディング特性およびワイヤボンディング特性には、銀めっき膜厚が大きく影響している。
【００７６】
表７に、前述の表２で示したと同様の銀めっき条件で作製した仕様Ａ〜Ｊにおける銀めっき膜厚を示す。
【００７７】
【表７】
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【００７８】
上述のボンディング特性の検証および表７の実験データに基き、本実施の形態のリードフレームの銀めっき層の膜厚ｔは、４．５μｍ以上で２３．０μｍ以下の範囲内に設定することが望ましい。好ましくは、上記範囲内で１０μｍ以上に設定する。膜厚ｔが４．５μｍ未満の場合には、ボンディング特性において、仕様Ａおよび仕様Ｂの結果のようにボンディングワイヤである金（Ａｕ）細線と溶着し難い。膜厚ｔが２３．０μｍを超える場合には、銀めっきに発生する内部応力により、銀めっきが剥がれてしまう。
【００７９】
上述の検証により、樹脂密着性とボンディング特性の両方をクリアできる仕様は、仕様Ｃ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊの６つになる。
【００８０】
上述の実験による検証結果により、非シアン系銀めっき浴を利用し、２段階銀めっきにおけるめっき条件を制御することにより、銀めっき層と樹脂間において高い密着強度が得られることが確認できた。そして、銀めっき層の表面粗さＲａを１．１５〜２．１１μｍのレベルまで増大させることができ、密着強度を従来のシアン系銀めっき浴を利用した平滑な銀めっき層としたときの密着強度１ＭＰａ未満より大きい２ＭＰａ〜５．８ＭＰａのレベルまで向上できた。また、めっき条件を制御して銀めっき層の膜厚ｔを４．５μｍ〜２３．０μｍとすることにより、ダイボンディング特性およびワイヤボンディング特性を使用に耐えるレベルにすることが確認できた。
【符号の説明】
【００８１】
２１・・リードフレーム、２１Ａ・・リードフレーム本体、２２・・ダイパッド、２３・・インナーリード部、２３ａ・・ワイヤボンディング部、２４・・アウターリード部、２８，２９・・銀めっき層、３３・・半導体装置、３４・・半導体チップ、３５・・電極パッド、３６・・金（Ａｕ）細線、３７・・モールド樹脂
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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