(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと接続させる接続部を有する基材を備えたリード部品であって、
前記基材上の前記接続部を含む所定領域に、Ｚｎ接合材、Ａｌ接合材を前記基材側より順次積層し圧延されてクラッド接合されてなるはんだ材を有し、
さらに前記Ａｌ接合材の表面が、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔのうちの１種又は２種以上からなる金属薄膜で覆われており、
前記基材と前記はんだ材との間に、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉのうちの１種からなる金属
層、又はこれらのいずれかを含む合金層が形成されていることを特徴とするリード部品。
【請求項２】
前記Ｚｎ接合材は、Ｚｎ−Ａｌ系接合材からなる請求項１に記載のリード部品。
【請求項３】
前記接続部が、前記半導体チップとの接続面側に凸型となるよう形成されている請求項１または２に記載のリード部品。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のリード部品と、該リード部品の接続部を含む所定領域に接続される半導体チップとを備えた半導体パッケージ。
【請求項５】
前記半導体チップが、表面にエミッタ電極とゲート電極とを有し、裏面にコレクタ電極を有するパワー半導体チップであり、
前記エミッタ電極、前記ゲート電極、前記コレクタ電極のうちの少なくとも一つの電極が前記リード部品の前記所定領域に接続されている請求項４に記載の半導体パッケージ。
【請求項６】
半導体チップと接続させる接続部を有する基材を備えたリード部品の製造方法であって、
前記基材上に、Ｚｎ接合材、Ａｌ接合材、およびＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔのうちの１種又は２種以上からなる金属薄膜材を、前記基材側より順次積層してはんだ部を形成する工程と、
前記はんだ部を前記基材とともに圧延してクラッド接合する工程と、
前記クラッド接合したはんだ部のうち、前記基材上の前記接続部を含む所定領域以外の領域のはんだ部をエッチング除去して、前記半導体チップと接続させる前記接続部を形成する工程と、
を含むことを特徴とするリード部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リード部品及びその製造方法、並びに半導体パッケージに関し、特に半導体パッケージ内部に用いられるリード部品に好適なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体パッケージでは、リード部品であるリードフレーム上に半導体チップをダイボンディングし、ワイヤーボンディングにより、リードフレームの端子と半導体チップの電極を電気的に接続し、その後、モールド樹脂を用いてトランスファーモールドするものが一般的である。ダイボンディングには、古くは金−シリコン接合などが用いられてきたが、金が高コストであることから、近年は鉛を９割近く含有し、融点が約３００℃の高鉛はんだが多く用いられてきている。特に半導体チップからの放熱性を良くしたい製品では、半導体パッケージ内部の半導体チップとリードフレームのダイボンディングに高鉛はんだが用いられている。また、樹脂モールドした半導体パッケージをプリント基板などに実装するには、融点１８３℃のいわゆる鉛−錫共晶はんだが使用されている。一方、発熱の心配の小さい製品では、ダイボンディング用の有機物フイルムなどが用いられることもある。
【０００３】
しかしながら、環境意識の高まりとともに、各国で環境影響物質の規制が進められており、はんだ中の鉛使用も一部では規制対象となっている。この規制に対応するため、鉛−錫共晶はんだは、錫−銀−銅はんだなどに置き換えられてきた。これに対し、半導体パッケージ内部の半導体チップとリードフレームとのダイボンディングに用いられる高鉛はんだは、置き換え可能な接合材が見当たらないため、これまでのところ環境規制からは除外されてきた。しかし、はんだ材の鉛フリー化は時代の趨勢であり、発熱量の大きなパワー半導体チップのダイボンディングにも適用できる鉛フリーの高耐熱はんだ材の開発が望まれている。
【０００４】
このような状況に対応するため、例えば特許文献１には、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｇａ組成の高温はんだの技術が開示されている。この特許文献１では、Ｇａを加えることで、高鉛はんだに近い融点を実現する技術が開示されている。さらに、特許文献１では、ペースト状のはんだを用いる技術についても開示されているが、ペースト状のはんだでは、一般的には接続後の洗浄が必要なことが多く、通常、洗浄を行わずに済むようにフラックスレスで接続を行っているパワー半導体チップの実装には、汎用的には適用できない可能性がある。
【０００５】
また、特許文献２には、最適なＺｎ−Ａｌ組成のはんだが開示されている。
【０００６】
特許文献３には、Ｚｎ／Ａｌ／Ｚｎの三層にクラッドしたはんだ構造が開示されている。一般的に強固な酸化膜を形成するＡｌをＺｎでクラッドすることで、Ａｌ酸化膜の形成を回避して、濡れ性向上を図るものである。このはんだ構造では、Ａｌの酸化が回避されるため、はんだの濡れは向上すると考えられるが、Ｚｎそのものも酸化しやすい金属であるため、適切な接続構造、接続条件や接続装置を選択する必要があると考えられる。
【０００７】
また、特許文献４には、Ｚｎ−Ａｌ系はんだの表面に、ＡｕまたはＡｇ層を形成する技術が開示されている。この技術は、Ｚｎ−Ａｌ系はんだの表面の酸化を抑止するものである。一般的に、Ｚｎ−Ａｌ系はんだは酸化しやすく、単純にＡｕめっきやＡｇめっきを施そうとしても、すでに一部酸化したＺｎやＡｌの上にめっきされて、接続時に酸化物を巻き込む虞がある。
【０００８】
上記に高鉛はんだの代替材としての従来技術を記載したが、これらのものは、いずれも、はんだ材をリードフレーム上に個別に供給し、その上に半導体チップを載せてリフローすることを想定したものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−１７２３５２号公報
【特許文献２】特開平１１−２８８９５５号公報
【特許文献３】特開２００８−１２６２７２号公報
【特許文献４】特開２００２−２６１１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
半導体チップのリードフレームとの接続では、はんだ材をリードフレーム上に個別に供給して半導体チップを載せ、リフローすることで接続を得る。しかし、はんだ材を所定の位置にセットするのに手間がかかる場合がある。また、せっかくセットしたはんだ材がリフロー中にずれる場合もある。特に、下面にコレクタ電極、上面にエミッタ電極を有するパワー半導体チップにあっては、コレクタ側のリードフレーム上に、はんだ材、コレクタ電極を下に向けた半導体チップを順次載せる。次に半導体チップ上面にあるエミッタ電極上に、はんだ材、エミッタ側のリードフレームを順次載せ、荷重をかけてリフローする工程では、各部材の位置合わせが非常に煩雑であり、高コストの原因となる。
【００１１】
また、はんだ材自身の接続も課題となる。Ｚｎ−Ａｌ系はんだにおける課題は、フラックスレスで行われる半導体チップのダイボンディングに適用できるように、はんだ箔表面の酸化を抑止したり、接続性を確保したりできる接続構造とすることである。
【００１２】
特許文献１は、上述したようにペースト状のはんだに関するものであり、完全に無洗浄で行う接続には汎用的には適用できない可能性がある。
【００１３】
特許文献２は、はんだ表面の酸化抑止が困難と予想される。また特許文献３では、Ａｌの酸化は回避できるが、Ｚｎの酸化が問題となる可能性がある。これら２つの従来技術では、はんだ材の酸化による濡れの劣化を考慮した対策が必要と思われる。
【００１４】
また、特許文献４は、はんだ材の酸化を抑止できるが、高コストになる可能性がある。
【００１５】
上述したように従来技術のリード部品は、半導体チップとの接続が困難であり、接続性も悪く、高価であった。
【００１６】
本発明の目的は、半導体チップと簡単に接続でき、接続性に優れ、しかも安価なリード部品、及びその製造方法、並びに半導体パッケージを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものである。
【００１８】
本発明の一実施の形態によれば、半導体チップと接続させる接続部を有する基材を備えたリード部品であって、
前記基材上の前記接続部を含む所定領域に、Ｚｎ接合材、Ａｌ接合材を前記基材側より順次積層し圧延されてクラッド接合されてなるはんだ材を有し、
さらに前記Ａｌ接合材の表面が、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔのうちの１種又は２種以上からなる金属薄膜で覆われていることを特徴とするリード部品が提供される。
【００１９】
この場合、前記Ｚｎ接合材は、Ｚｎ−Ａｌ系接合材からなっていてもよい。
【００２０】
また、前記基材と前記はんだ材との間に、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉのうちの１種からなる金属層、又はこれらのいずれかを含む合金層が形成されていることが好ましい。
【００２１】
また、前記接続部が、前記半導体チップとの接続面側に凸型となるよう形成されていることが好ましい。
【００２２】
また、本発明の他の実施の形態によれば、上述したリード部品と、このリード部品の接続部を含む所定領域に接続される半導体チップとを備えた半導体パッケージが提供される。
【００２３】
この場合、前記半導体チップが、表面にエミッタ電極とゲート電極とを有し、裏面にコレクタ電極を有するパワー半導体チップであり、
前記エミッタ電極、前記ゲート電極、前記コレクタ電極のうちの少なくとも一つの電極が前記リード部品の前記所定領域に接続されていることが好ましい。
【００２４】
また、本発明の他の実施の形態によれば、半導体チップと接続させる接続部を有する基材を備えたリード部品の製造方法であって、
前記基材上に、Ｚｎ接合材、Ａｌ接合材、金属薄膜を前記基材側より順次積層してはんだ部を形成する工程と、
前記はんだ部を前記基材上とともに圧延してクラッド接合する工程と、を含むリード部品の製造方法が提供される。
【００２５】
この場合、前記クラッド接合したはんだ部のうち、前記基材上の前記接続部を含む所定領域以外の領域のはんだ部をエッチング除去して、前記半導体チップと接続させる前記接続部を形成する工程をさらに含むことが好ましい。
【００２６】
また、本発明の他の実施の形態によれば、半導体チップと接続させる接続部を有する基材を備えたリード部品の製造方法であって、
前記基材上の前記接続部を含む所定領域に、Ｚｎ接合材、Ａｌ接合材、金属薄膜を基材側より順次積層してはんだ部を形成する工程と、
前記はんだ部を前記基材上の前記接続部を含む所定領域に圧延して埋め込んで、前記半導体チップと接続させる前記接続部を形成する工程と
を含むリード部品の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、半導体チップと簡単に接続でき、接続性に優れ、安価なリード部品、及びその製造方法、並びに半導体パッケージを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るエミッタ側のリード部品を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の変形例（第１の変形例）に係るエミッタ側のリード部品を示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の変形例（第２の変形例）に係るエミッタ側のリード部品を示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の変形例（第３の変形例）に係るエミッタ側のリード部品を示す断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態の変形例（第４の変形例）に係るエミッタ側のリード部品を示す断面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態の変形例（第５の変形例）に係るエミッタ側のリード部品を示す断面図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態の変形例（第６の変形例）に係るエミッタ側のリード部品を示す断面図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態の変形例（第７の変形例）に係るエミッタ側のリード部品を示す断面図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係るコレクタ側のリード部品を示す上面図及び要部断面図である。
【図１０】図９の製造工程の一部を示す半導体チップ三つ分のリードフレーム（リード部品）の上面図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係る半導体チップを実装したリードフレームの上面図であって、図１０のコレクタ側のリードフレーム上に、半導体チップと、図１から図８のいずれかの構成のエミッタ側のリード部品とを、順次接続した状態を示す図である。
【図１２】図１１のリードフレームを半導体チップ一つ分に分割したうえで、さらにゲート電極をゲートリードに結線した状態を示す上面図である。
【図１３】本発明の第４の実施の形態に係るコレクタ側のリード部品を示す上面図および断面図である。
【図１４】本発明の第５の実施の形態に係るエミッタ側のリード部品を示す上面図および断面図である。
【図１５】本発明の第６の実施の形態に係る半導体パッケージを示す断面図であって、図１３のコレクタ側のリード部品、及び図１４のエミッタ側のリード部品に半導体チップを実装した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明の実施の形態について述べる。
【００３０】
（実施の形態の概要）
本実施形態に係るリード部品について概要を説明する。
【００３１】
本実施の形態のリード部品は、半導体チップと接続させる接続部を有する基材を備えたリード部品であって、前記基材上の前記接続部を含む所定領域に、Ｚｎ接合材、Ａｌ接合材を前記基材側より順次積層し圧延されてクラッド接合されてなるはんだ材を有し、さらに前記Ａｌ接合材の表面が、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔのうちの１種又は２種以上からなる（例えば複合した）金属薄膜で覆われているものである。
【００３２】
前記リード部品は、半導体パッケージの内部配線として使われる薄板の金属のことで、外部の配線との橋渡しの役目を果たす部品である。このようなリード部品には、（１）プリント基板へ電極を挿入してフローはんだ付けにより実装するリードフレームのみならず、（２）表面実装用の電極を有するリードフレーム、（３）並びにリードフレーム上にダイボンドされた半導体チップ上面の電極とリードフレームの電極とを電気的に接続するリード状のリードフレームなどが含まれる。
【００３３】
半導体チップは、パワー半導体などのディスクリート半導体、フォトカプラー、ＬＥＤなどの光半導体以外に、ＩＣやＬＳＩなどの集積回路にも使われる。基材上の接続部とは、半導体チップと接続されるはんだ部分をいい、接続部を含む所定領域とは、はんだ部が形成されて接続部となりうる領域をいう。リード部品の基材上の接続部を含む所定領域については、所定領域の全てが半導体チップと接続させる接続部になることも、あるいは所
定領域の一部のみが接続部になることもある。Ａｌ接合材の表面を金属薄膜で覆うには、めっきによってもクラッド接合によってもよい。なお、前記Ｚｎ接合材は、Ｚｎ−Ａｌ系合金からなるＺｎ接合材からなっていてもよい。
【００３４】
リード部品は、その基材上の接続部を含む所定領域にはんだ材がクラッド接合されているので、このリード部品を用いると、はんだ材を基材上の所定位置に個別に供給する場合と比べて、半導体チップと簡単に接続でき、接続性に優れる。
【００３５】
また、基材上の接続部を含む所定領域にはんだ材が圧延されるため、これらが引き伸ばされ、新生な界面が形成されて良好なクラッド接合が得られる。また、Ａｌ接合材の表面が金属薄膜で覆われているので、はんだ材としてのＡｌ接合材の酸化を抑止できる。また、ＺｎとＡｌは共晶溶解により液体となり、金属薄膜もこの液体に溶解して、半導体チップに濡れ広がるので、半導体チップとリード部品とを容易に接続することができる。したがって、半導体チップとの接続性を高めることができる。
【００３６】
また、Ａｌ接合材の表面が、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔのうちの１種又は２種以上からなる金属薄膜で覆われているので、Ａｌ接合材の表面の酸化を抑制できる。この場合、Ｚｎ−Ａｌ系はんだの表面の酸化をＡｕめっきやＡｇめっき層の形成により抑止しようとする場合とは異なり、金属薄膜を覆うのはＡｌ接合材であるので、Ｚｎ−Ａｌ系はんだの表面をＡｕめっきやＡｇめっき層で覆う場合に比べて、ＺｎとＡｕやＡｇとが拡散する速度を遅くすることができるため、金属薄膜で覆われた状態を長期にわたり維持することができる。これにより、接続時に酸化物を巻き込む虞を低減できる。
【００３７】
さらに半導体チップを接続するはんだ材にＺｎ−Ａｌ系はんだ材を用いるので鉛フリー化を実現できる。
【００３８】
以下、このリード部品について図を用いて説明する。なお、半導体チップはパワー半導体チップを例として述べる。
【００３９】
図１から図１１は、エミッタ、コレクタ、ゲートのそれぞれのリードを、プリント基板の穴に挿入して、フローはんだ接続を得るための挿入実装型のリード部品を示す。また、図１２は、図１から図１１に示すリード部品を用いて半導体チップを実装したものである。この半導体チップ周りを樹脂モールドすることで、半導体パッケージを製造することができる。半導体パッケージは、その一つの側面からリードが出ている挿入実装型のパッケージである。また、放熱器に付けるタブ（ヘッダ）を持ち、積極的に放熱できるパッケージでもある。
【００４０】
これに対して、図１３および図１４は、プリント基板上に表面実装するためのリードをフォーミングした表面実装型のリード部品（リードフレーム）である。また、図１５は、図１３と図１４に示すリード部品を用いて半導体チップ周りを樹脂モールドして半導体パッケージ化したものである。半導体パッケージは、その二つの側面からガルウイング状（Ｌ字状）のリードが出ている表面実装用の半導体パッケージである。
【００４１】
Ａ．挿入実装型の実施の形態
（第１の実施の形態）
（リード部品）
リード部品には、主として、半導体チップのエミッタ電極と接続するためのエミッタ側のリード部品と、半導体チップのコレクタ電極と接続するためのコレクタ側のリード部品とがある。なお、ゲート電極と接続するためのゲート側のリード部品もあり得る。
【００４２】
（エミッタ側のリード部品）
図１は、第１の実施の形態に係るパワー半導体チップ１２のエミッタ電極１２ａを接続するためのエミッタ側のリード部品１１を示す。図１の右側のＡ側部分（インナ）の接続部が、コレクタ側リード部品のヘッダ２１上にダイボンドされたパワー半導体チップ１２上面のエミッタ電極１２ａに接続される。Ｂ側部分（アウタ）の接続部が、コレクタ側リード部品のエミッタリード１０の電極に接続される。これらの接続のために、リード部品１１は、Ａ側部分（インナ）よりもＢ側部分（アウタ）を押し下げるダウンセット加工がされている。
【００４３】
エミッタ側のリード部品１１は、リード部品の基材（以下、リードフレーム基材ともいう）４を有する。このリードフレーム基材４上の接続部を含む所定領域に、Ｚｎ接合材、Ａｌ接合材がリードフレーム基材４側より順次積層され、圧延されてクラッド接合されている。このクラッド接合は、図示例では、リードフレーム基材４の上面にＺｎ層１を形成するＺｎ接合材、Ａｌ層２を形成するＡｌ接合材が埋入圧接され、表面が平坦なインレイクラッド接合となっている。また、図示例では、所定領域の全部が接続部になっている。
【００４４】
このインレイクラッド接合により、リードフレーム基材４上の表面に、はんだ材５として、Ｚｎ接合材からなるＺｎ層１と、Ａｌ接合材からなるＡｌ層２とが形成されている。このＡｌ層２の表面は、さらに金属薄膜３で覆われている。上述したＺｎ層１、Ａｌ層２、金属薄膜３からはんだ部２２が構成される。
【００４５】
この金属薄膜３には、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔのいずれか、またはこれらからなる金属薄膜を用いることができる。金属薄膜３はコストを考慮すると、ＣｕあるいはＮｉが良く、その中でも比較的低い温度で水素還元が可能なＣｕが好適である。以降、金属薄膜３はＣｕを例として述べる。
【００４６】
ＡｌとＺｎは３８２℃以上に加熱することで共晶溶解を起こすため、リードフレーム基材４の表面に形成されるＡｌ層２とＺｎ層１は接続することができる。Ｚｎ−Ａｌ系合金では、Ａｌ濃度が１６．９％以下で、３８２℃でのＺｎ−Ａｌ共晶溶解を起こすので、Ｚｎ層１とＡｌ層２の平均組成は、Ａｌ濃度１６．９％以下とする構成がよく、その中でもＺｎ−６ｍａｓｓ％Ａｌが共晶であり、この組成を狙って各層の厚さを決定するのが好適である。金属薄膜３のＣｕは、Ｚｎ−Ａｌの共晶溶解した液体中に溶解して、はんだ成分の一部となる。
【００４７】
リードフレーム基材４については、ＣｕおよびＣｕ合金、低熱膨張なインバー合金、４２アロイ、インコネル合金、コバール合金、ステンレス、Ｎｉ基合金など、用途に合せて選択することができる。一般的には熱伝導率や電気伝導度を考慮して、Ｃｕが用いられることが多いので、リードフレーム基材をＣｕとして説明する。
【００４８】
（リード部品の製造方法）
図１のような形態のリード部品を製造するには、まず、リードフレーム基材４のＣｕ、はんだ材５のＺｎ、Ａｌ、金属薄膜３のＣｕの圧延率を考慮して、これらについて所定の板厚、板幅を有する条材からなる素材をそれぞれ準備する。リードフレーム基材４のＣｕ素材上の接続部を含む所定領域に、Ｚｎ素材、Ａｌ素材、Ｃｕ素材を順次積層して圧延を行う。圧延によって各金属素材は引き伸ばされ、新生な界面が形成されて良好なクラッド接合を得ることができる。その後、条材であるクラッド材を所定の幅、所定の長さに切断し、ダウンセット加工して図１のような形に成形する。
【００４９】
図１の実施の形態では、リードフレーム基材４の幅Ｗ０に対して、インナ側Ａに位置するＺｎ層１、Ａｌ層２、金属薄膜３の幅Ｗ１、およびアウタ側Ｂに位置するＺｎ層１、Ａ
ｌ層２、金属薄膜３の幅Ｗ２が狭くなっている。これはそれぞれの素材の幅を所定の幅としておき、それらを接続部を含む所定領域に重ね合わせた状態で圧延することで作製可能である。例えば、リードフレーム基材４のＣｕ素材上の所定領域に、所定幅のＺｎ接合材、Ａｌ接合材、金属薄膜３のＣｕ材を圧延して埋め込むことにより、表面を平坦面としたインレイクラッド材を作製することができる。このようにして、リードフレーム基材４の表面にはんだ部２２が露出したリード部品１１を製造することができる。
【００５０】
もっとも、パワー半導体チップ１２をリード部品１１に接続するときに、短絡等の心配がなければ、全ての素材の幅をそろえて、リードフレーム基材４のインナ側Ａとアウタ側との連結部分を含む全面に、はんだ材５及び金属薄膜３がクラッド接合される状態であっても構わない。
【００５１】
（はんだ材を積層する理由）
図１のように、リードフレーム基材４の上にＺｎ層１、Ａｌ層２、金属薄膜３という順序で積層する理由を述べる。リード部品１１のインナＡ側において、パワー半導体チップ１２を接合する時には、金属薄膜３をパワー半導体チップ１２のエミッタ電極１２ａに押し付けた状態で加熱して、はんだ部２２を溶融させて行う。この時の雰囲気は、通常、酸素濃度を低減させた窒素雰囲気か、あるいはそれに水素を数％加えたガスを用いる。水素を加えるのは、金属薄膜３のＣｕや、パワー半導体チップ１２のエミッタ電極部を還元して、濡れ性を向上させるためであるが、いずれも表面が清浄でその必要が無い場合には、水素を添加する必要は無い。ここでは、金属薄膜３の表面が若干酸化している状態を想定し、水素添加雰囲気として述べる。
【００５２】
リード部品１１の全体が加熱されると、水素による還元作用が生じ、２００℃程度からＣｕ表面の酸化物の還元が起こり始める。またこの加熱により、Ｃｕ、Ａｌ、Ｚｎの界面で、それぞれの金属が拡散を始める。Ｚｎはこれらの金属の中では拡散しやすい元素である。このため、例えばＺｎ表面をＣｕの金属薄膜３で覆っても、比較的短時間でＣｕ表面までＺｎが拡散する。この時、雰囲気にはわずかではあるが酸素が混入している場合が多く、この酸素によりＺｎが酸化する可能性がある。このＺｎ酸化膜は水素でも還元するのは難しく、Ｚｎ酸化膜がはんだ部の表面全体を覆ってしまうと、濡れを阻害する可能性がある。したがって、Ｚｎが表面に現れるのを抑制する必要がある。このような目的から、ＣｕとＺｎの拡散よりも、ＺｎとＡｌの拡散が遅いので、Ｚｎ層１上にＡｌ層２を配置し、そのＡｌ表面を金属薄膜３で覆う構造としている。Ａｌ層２の層厚は、均一で緻密な膜であれば１μｍ程度でもＺｎの拡散を抑制する効果が得られるが、概ね３μｍ以上で抑制効果が高まり、７μｍ程度で安定した抑制効果が得られるようになる。なおＣｕ／Ａｌの拡散の影響も考えられるが、この拡散は比較的遅く、Ａｌが拡散してＣｕ表面に露出してくる心配は少ない。
【００５３】
（はんだ部の好適な構成の一例）
図１におけるはんだ部２２の好適な構成の一例としては、インナＡ側において、Ｚｎ層厚４５μｍ、Ａｌ層厚８μｍ、Ｃｕ金属薄膜厚１μｍである。このような厚さとすることで、概ねＺｎ−６ｍａｓｓ％Ａｌの共晶組成が得られ、ＡｌによるＺｎの拡散抑制効果も得られ、またＣｕによるＺｎやＡｌの酸化防止効果が得られる。前述のようにＣｕ自体は若干の酸化を生じる場合があるが、接合時の雰囲気を調整し、加熱することで還元することができるので接合性を阻害しない。
【００５４】
このような状態で３８２℃以上に加熱されると、ＺｎとＡｌの共晶溶解により溶解し金属薄膜３のＣｕもＺｎ−Ａｌ液体に溶解し、この液体がパワー半導体チップ１２のエミッタ電極１２ａに濡れ広がることで接続が得られる。アウタＢ側についても同様に、リードフレームヘの接続が得られる。
【００５５】
以下に第１の実施の形態の変形例（第１〜第７の変形例）について述べる。なお、これらの変形例において、第１の実施の形態と同一乃至同様な構成については、同じ符号を付して説明は省略する。
【００５６】
（第１の変形例）
図２はエミッタ側のリード部品１１の第１の実施の形態の第１の変形例を示す。第１の実施の形態と異なる点は、Ｚｎ層１に替えてＺｎ−Ａｌ系合金からなるＺｎ接合材でＺｎ層６を形成し、これをリードフレーム基材４にクラッドしている点である。その表面にＡｌ層２と金属薄膜３を積層してリードフレーム基材４にクラッドする点は第一の実施の形態と同じである。Ｚｎ−Ａｌ系合金からなるＺｎ接合材で形成したＺｎ層６とＡｌ層２の平均組成はＺｎ−６ｍａｓｓ％Ａｌなどになるように設計すればよい。このようにすることで、第一の実施例と同様な接続性が得られる。
【００５７】
（第２の変形例）
図３は、エミッタ側のリード部品１１の第１の実施形態の第２の変形例を示す。第１の実施の形態と異なる点は、Ｚｎ層１とリードフレーム基材４との間に、Ｎｉ層７を配置した点である。リードフレーム基材４には、前述のように各種の金属を用いることができるが、Ｃｕを用いた場合、はんだ成分のＺｎとリードフレーム基材４のＣｕとが反応して金属間化合物を多く生成する場合も考えられる。そのような場合には、図３のように、Ｎｉ層７を下地とすることで、はんだ５とリードフレーム基材４との反応を抑制することができる。この下地層はＮｉに限定されるものではなく、一般的にはんだへの溶解が遅くバリアメタルとして用いられるＰｔ、Ｐｄ、Ｔｉなども適用することができる。Ｎｉを代表例として説明している。
【００５８】
（第３の変形例）
図４はエミッタ側のリード部品１１の第１の実施の形態の第３の変形例を示す。第２の変形例に加えて異なる点は、Ｎｉ層７がはんだ部２２以外のリードフレーム基材４の表面にも形成されている状態を示している。このようにすることで、はんだ部２２の成分とリードフレーム基材４との反応を確実に抑制することができる。
【００５９】
図４のような構成を実現するには、次のような工程によって可能となる。リードフレーム基材４に同じ幅でＮｉ板をクラッドするか、Ｎｉめっきを施す。このＮｉがＮｉ層７になる。このＮｉ層７の上から、Ｚｎ層１、Ａｌ層２、金属薄膜３をクラッド圧延する。
【００６０】
（第４〜第７の変形例）
図５〜図８は、エミッタ側のリード部品１１の第１の実施の形態の第４〜第７の変形例を示す。これらが第３の変形例に加えて異なる点は、接続性を高めるために、はんだ部２２の接続部を凸型に加工した点である。以下、具体的に説明する。
【００６１】
図５の第４の変形例は、リード部品１１のインナ、アウタの所定領域の裏面を押し上げて表面を浮かし、はんだ部２２が凸型になるようにしている。凸型の頂部がフラットに形成され、凸型の頂部を有するはんだ部２２のフラットな頂部が半導体チップにしっかりと押し付けられる構造である。リード部品をこのような構造に加工するには、条材をプレス加工により成形してリードフレームを製造する場合には、プレスの金型を図のような形になるように設計すればよく、はんだ部２２を容易に凸型にすることができる。
【００６２】
図６の第５の変形例は、図５の凸型の頂部を有するはんだ部２２において、フラットな頂部を半導体チップとの接続方向に対して突出するような、さらに山形に形成した構造である。半導体チップに押し付けられた凸型はんだ部の頂部の山形の中央付近からはんだが
濡れ広がるので、ボイドの巻き込みが少ない構造である。
【００６３】
図７の第６の変形例と図８の第７の変形例とは、プレス加工の際に、はんだ部２２の反対側のリードフレーム基材４の裏面は平坦部としておき、主にはんだ部２２の外周部を押しつぶすことで凸型を形成する構造であり、図５と図６にそれぞれ対応したものである。このように、はんだ部２２と反対側のリードフレーム基材４の裏面を平坦にしておくことで、図５や図６の構造に比べて、樹脂モールドした際の樹脂の厚さが薄くなり、放熱性を高めることができる。
【００６４】
（第２の実施の形態）
（コレクタ側のリード部品）
これまでは、パワー半導体チップのエミッタ電極を接続するためのエミッタ側のリード部品について述べたが、つぎにパワー半導体チップのコレクタ電極と接続するためのコレクタ側のリード部品について述べる。なお、第２の実施の形態において、第１の実施の形態と同一乃至同様な構成については、同じ符号を付して説明は省略する。
【００６５】
図９は挿入実装型リードフレームにおけるコレクタ電極と接続するためのコレクタ側のリード部品を有するリードフレーム２０を示す。リード部品はヘッダ２１とコレクタリード９、ゲートリード８、エミッタリード１０とから構成される。リードフレーム２０の形態は、エミッタリード１０、コレクタリード９、ゲートリード８のそれぞれを、プリント基板（図示略）の穴に挿入して、フローはんだ接続を得るためのものである。リードフレーム２０はパワー半導体チップ一つ分を示す。
【００６６】
図９（ａ）に示すように、リードフレーム２０はヘッダ２１と３本のリード８、９、１０とから構成される。コレクタリード９がヘッダ２１と一体になっている。中央に位置するコレクタリード９の両側に、コレクタリード９と並列にゲートリード８とエミッタリード１０とが、コレクタリード９から切り離されて設けられている。ヘッダ２１には取付用孔２４と半導体チップ搭載部２３とが設けられる。半導体チップ搭載部２３にはんだ部２２が形成されている。はんだ部２２にパワー半導体チップのコレクタ電極が接続される。この接続はダイボンディングである。
【００６７】
はんだ部２２の構成や凸型構造については、これまでに述べたエミッタ電極を接続するためのリード部品１１の実施の形態と類似している。このためヘッダ２１におけるＣ−Ｃ’での断面構造は、図９中に（ｂ）から（ｅ）の形でまとめて示した。はんだ部２２をフラット型にした構造は（ｂ）の１種類を図示し、凸型にした構造については（ｃ）〜（ｅ）の３種類を図示した。
【００６８】
はんだ部２２の構成は、（ｂ）〜（ｅ）において共通しており、はんだ材５の上に金属薄膜３が積層され、はんだ材５とリードフレーム基材４との間にＮｉ層７が配置されている。このＮｉ層７は、はんだ部２２以外のリードフレーム基材４４の表面にも形成されており、リードフレーム基材４の表面（片面）が全てＮｉ層７で覆われた構造である。
【００６９】
はんだ材５は、図１に示すＺｎ層１とＡｌ層２の積層、あるいは図２に示すＺｎ−Ａｌ系合金からなるＺｎ層６とＡｌ層２の積層のどちらの形態でも構わない。リードフレーム基材４の表面は、ここでは全てＮｉ層７で覆われた構造で示したが、用途によってはＮｉ層７が無い構造でも構わない。
【００７０】
凸型構造を図示した図９（ｃ）ははんだ部２２の頂部が、半導体チップが搭載される方向に突出するように山形に形成された凸型をして、リードフレーム基材４の裏面が凹型をしている。図９（ｄ）ははんだ部２２の頂部がフラットな台形状凸型をして、リードフレ
ーム基材４の裏面が台形状凹型をしている。図９（ｅ）は、頂部がフラットな台形状凸型をして、リードフレーム基材４の裏面がフラットになっている。
【００７１】
図１０は、図９のコレクタ側のリード部品を有するリードフレームを用いた形態であるリードフレーム３０を示す。いわゆるＴＯ−２２０と呼ばれるリードフレームをイメージして描いたものである。ここでは、パワー半導体チップ三つ分のリードフレームを図示しているが、実際にはもっと多くのパワー半導体素子分の数を持つ横方向に長いものが用いられることが多い。
【００７２】
リードフレーム３０の各ヘッダ２１は支持片３２で連結支持されている。リードフレーム３０の各リード８、９、１０はダイバー３４及び外枠３６で連結支持されている。リードフレーム３０の表面の半導体チップの搭載部２３に、クラッド圧延したはんだ部２２が形成されている。このはんだ部２２にパワー半導体チップ１２がダイボンディングして搭載される。
【００７３】
（第３の実施の形態）
図１１に、本発明の第２の実施の形態に係るリード部品を有するリードフレームにパワー半導体チップを搭載した上面図を示す。パワー半導体チップ１２は、下面にコレクタ電極が、上面にエミッタ電極及びゲート電極１３がそれぞれ形成されている。図１１に示すように、リードフレーム３０のはんだ部２２の上にパワー半導体チップ１２がダイボンドされ、その下面のコレクタ電極１２ｂがコレクタリード９とつながれる。パワー半導体チップ１２の上面に設けたエミッタ電極には、図１〜図８で述べたようなエミッタ側のリード部品１１のインナＡ側が接続される。エミッタ側リード部品のアウタＢ側はエミッタリード１０に接続される。これによりエミッタ電極はエミッタリード１０とつながれる。
【００７４】
リードフレーム３０は、この後、図１２に示すように、パワー半導体チップ一つ分に分割されて、ゲート電極１３がボンディングワイヤ１５でゲートリード８とつながれる。このような構造でリードフレーム３０にパワー半導体チップ１２を実装し、パワー半導体チップ１２の周りを樹脂モールドすることで、コレクタ電極側からだけでなく、エミッタ電極側からもリードフレーム３０によって積極的に放熱できる半導体パッケージを製造することができる。
【００７５】
Ｂ．表面実装型の実施の形態
（第４〜第６の実施の形態）
（コレクタ側のリード部品）
図１３および図１４は、表面実装型リードフレームにおけるコレクタ側のリード部品を示す第４、第５の実施の形態の例を示す。上述した図１２のリード部品の形態は、エミッタ、コレクタ、ゲートのそれぞれのリードを、プリント基板の穴に挿入して、フローはんだ接続を得るためのリードフレームである。これに対して、図１３および図１４は、プリント基板上に表面実装するためのリードをフォーミングしたリード部品（リードフレーム）である。また、図１５は、図１３と図１４を用いて半導体チップ周りを樹脂モールドしてパッケージ化した第６の実施の形態の半導体パッケージを示すものであり、半導体パッケージの二つの側面からガルウイング状（Ｌ字状）のリードが出ている表面実装用のパッケージである。以下、これらについて説明する。なお、第４〜第６の実施の形態において、第１の実施の形態と同一乃至同様な構成については、同じ符号を付して説明は省略する。
【００７６】
（第４の実施の形態）
図１３に表面実装型のコレクタ側のリード部品を示す。コレクタ側のリード部品は、リードフレーム基材４を有する。リードフレーム基材４は、ヘッダ２１と、これに一体形成
された複数本のコレクタリード９とを有する。複数本になっている理由は電流容量を大きく取るためである。複数本のコレクタリード９は、長さＸのヘッダ２１の長さ方向の一側から同じピンピッチで同じ方向に出ている。ここではコレクタリード９の本数は４本の例を示す。コレクタリード９は、表面実装するために、コレクタリード９を押し下げるダウンセット加工がされている。ヘッダ２１の半導体チップを実装するはんだ部２２の構成と凸型構造はこれまでに述べた挿入実装型のヘッダと類似している。このため図１３（ａ）のＤ−Ｄ’線での断面構造は、図９（ｂ）〜（ｅ）と同様に、これらとそれぞれ対応するように、図１３（ｂ）〜（ｅ）にまとめて図示した。
【００７７】
（第５の実施の形態）
（エミッタ側のリード部品）
図１４に表面実装型のエミッタ側のリード部品を示す。エミッタ側のリード部品は、基本的には図１３に示すコレクタ側のリード部品と類似している。図１４（ａ１）、（ａ２）のＥ−Ｅ’線での断面構造は、図９（ｂ）〜（ｅ）と同様に、これらとそれぞれ対応するように、図１４（ｂ）〜（ｅ）にまとめて図示した。エミッタリード１０も、電流容量を大きく取るため複数本形成されている。
【００７８】
エミッタ側のリード部品が、コレクタ側のリード部品と異なる点は３つある。１つは、コレクタリードに代えてエミッタリード１０とゲートリード８がヘッダ２１に形成されている点である。２つは、リードではなくヘッダ２１がダウンセット加工がされている点である。３つめは、ゲートリード８の構造がエミッタリード１０と異なっている点である。
【００７９】
ゲートリード８の構造は、図１４（ａ１）、（ａ２）に２例を示した。同図中において、エミッタ側のリード部品のＧ領域はゲート電極との接続部を示し、Ｆ領域はエミッタ電極との接続部を示す。
【００８０】
図１４（ａ１）は、ゲートリード８にも、エミッタ側のリード部品のクラッドされたはんだ部２２ａと同様に、クラッドされたはんだ部２２ｂを有する構造である。クラッドされたはんだ部２２ｂに半導体チップのゲート電極を接続するだけで、ゲート電極をゲートリード８に接続できる。
【００８１】
図１４（ａ２）はゲートリード８にクラッドされたはんだ部が無い構造である。この構造では、ゲートリードと連接する一部残したゲートヘッド２２ｃと半導体チップのゲート電極とをボンディングワイヤにより接続して、ゲート電極をゲートリード８に接続する。
【００８２】
（第６の実施の形態）
図１５は、図１３および図１４のリードフレームを用いてパワー半導体チップ１２を接続し、モールド樹脂１７でパッケージ化した半導体パッケージ４０を複数例示したものである。この半導体パッケージ４０は、半導体パッケージの二つの側面からガルウイング状（Ｌ字状）のリードフレーム基材４から構成されたリードが出ている。半導体パッケージ４０の一つの側面から出るエミッタリード１０は、半導体パッケージ４０の他の側面から出るコレクタリード９よりもダウンセット加工の押し下げ距離を大きくして、両アウタが同一実装面上に揃うようにしてある。ここで、半導体パッケージ４０は、パワー半導体チップ１２と、リードフレームと、モールド樹脂１７とから主に構成される。
【００８３】
パワー半導体チップ１２に形成されたチップ電極は図示していないが、パワー半導体チップ１２の上方側がエミッタ電極及びゲート電極で、下方側がコレクタ電極となる。ゲート電極の接続については、図１４で述べたように、はんだ接続でもワイヤーボンディングでも構わない。エミッタ電極とコレクタ電極とは、いずれもはんだ１６で接続されている。このはんだ１６は、クラッドで形成されたはんだ部が溶解して、半導体チップの電極に
濡れ広がり、その後冷却によって凝固されたものである。以下、それぞれの半導体パッケージについて説明する。
【００８４】
図１５（ａ）に示す半導体パッケージ４０は、エミッタ側及びコレクタ側のリードフレームのＮｉ層７が、モールド樹脂１７の外まで形成されているものである。
【００８５】
図１５（ｂ）に示す半導体パッケージは、Ｎｉ層７が無い構造である。この場合は、リードフレーム基材４には、ＣｕよりもＮｉを多く含む４２アロイなどを用いた方が、はんだ１６とリードフレーム基材４の反応を抑制できるので好適である。
【００８６】
図１５（ｃ）に示す半導体パッケージは、コレクタ側のみリードフレーム基材４にクラッドしたはんだ材で接続する。コレクタ側のリードフレーム基材４のＮｉ層７は、モールド樹脂１７の中だけ形成されている。エミッタ側はパワー半導体チップ１２に設けたバンプ１８を用いてリードフレーム基材４のＮｉ層７と接続した構造である。したがって、エミッタ側用のリードフレームは、図１４で示したようなクラッド材が積層されたはんだ材を使用していない。バンプ１８は、例えば、ＡｕやＡｌワイヤーボンディングのスタッドバンプ、別途供給したはんだバンプなどが好適である。
【００８７】
（実施の形態の効果）
本実施の形態によれば、以下に挙げる一つ又はそれ以上の効果を有する。
【００８８】
（１）本実施の形態によれば、リード部品が、その基材上の接続部を含む所定領域にはんだ材がクラッド接合されていることで、このリード部品を用いると、はんだ材を基材上の所定位置に個別に供給する場合と比べて、半導体チップと簡単に接続でき、接続性に優れ、安価なリード部品を提供できる。
【００８９】
また、基材上の接続部にはんだ材が圧延されることで、これらが引き伸ばされ、新生な界面が形成されて良好なクラッド接合が得られる。また、Ａｌ接合材の表面が金属薄膜で覆われていることで、はんだ材の酸化を抑止できる。また、ＺｎとＡｌは共晶溶解により液体となり、金属薄膜もこの液体に溶解して、半導体チップに濡れ広がるので、半導体チップとリード部品とを容易に接続することができる。したがって、半導体チップとの接続性を高めることができる。
【００９０】
また、金属薄膜で覆うのは、リード部品の基材に接合したはんだ材であるので、リード部品よりも長尺なはんだ箔にＡｕまたはＡｇ層をめっき処理する場合に比して安価である。また、従来、高鉛はんだが使用されてきたパワー半導体チップのダイボンディングなどに、Ｚｎ−Ａｌ系はんだ材を適用することができるため、鉛フリー化を実現できる。
【００９１】
（２）本実施の形態のように、はんだ材の基材側をＺｎからなるＺｎ接合材ではなく、Ｚｎ−Ａｌ系合金からなるＺｎ接合材にすることで、半導体チップとリード部品とを上述したはんだ材の基材側をＺｎからなるＺｎ接合材としたものと同様に、半導体チップと簡単に接続でき、接続性に優れたリード部品を提供できる。
【００９２】
（３）本実施の形態のように、はんだ材とリード部品の基材との間に、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉのいずれかの金属層、あるいはこれらのいずれかを含む合金層が形成されていることにより、はんだ材とリード部品の基材との反応を抑制して、金属間化合物が多く生成されるのを防止できる。したがって、半導体チップと簡単に接続でき、接続性に優れたリード部品を提供できる。
【００９３】
（４）本実施の形態のように、接続部は、はんだ材が半導体チップの接続面側に凸型とな
るよう形成されていることにより、半導体チップと簡単に接続でき、接続性に優れたリード部品を提供できる。
【００９４】
（５）本実施の形態のように、上述したうちのいずれかのリード部品が半導体チップに接続されていることにより、安価な半導体パッケージを提供できる。
【００９５】
（６）半導体チップがパワー半導体チップであり、そのエミッタ電極、ゲート電極、コレクタ電極のうちの少なくとも一つの電極が前記リード部品の前記所定領域に接続されていることにより、安価なパワー半導体パッケージを提供できる。この場合において、パワー半導体チップのコレクタ側電極に加えて、エミッタ側電極に上記リード部品を接続することにより、パワー半導体チップのエミッタ側電極からも積極的な放熱が可能となり、チップサイズを小さくすることができる。その結果、ウェハからのチップの取れ数が増大して、パワー半導体の低価格化に更に貢献することができる。
【００９６】
（７）本実施の形態のように、リード部品の基材の半導体チップ接続予定領域に、はんだ材を圧延し埋め込んではんだ部を形成することで、はんだ材位置合わせを必要とするリフローと比べて、はんだ材位置合わせなどの手間を省くことができ、はんだ部の形成が容易となる。したがって、半導体チップと簡単に接続でき、接続性に優れたリード部品を容易に製造することができる。
【００９７】
（エッチング除去による接続部の形成）
上述した実施の形態は、はんだ部をリード部品の基材上の一部に圧延してクラッド接合し、クラッド接合したはんだ部をそのまま半導体チップと接続させる接続部とするものであった。しかし、はんだ部をリード部品の基材上の片面全面に圧延してクラッド接合し、クラッド接合したはんだ部のうち、リード部品の基材上の接続部を含む所定領域以外の領域のはんだ部をエッチング除去して、半導体チップと接続させる接続部を形成するリード部品の製造することも可能である。
【００９８】
この場合にも、リード部品の基材の片面にはんだ材を圧接して接着することで、半導体チップの実装を無洗浄で行うアセンブリ側でのはんだ材位置合わせなどの手間を省き、はんだの酸化を抑止でき、安価とすることができる。また、圧接して接着されたはんだ材の半導体チップ接続予定領域を残すようエッチングして、半導体チップ接続予定領域にはんだ部を形成することで、はんだ材位置合わせを必要とするリフローと比べて、はんだ部の形成が容易となる。したがって、半導体チップと簡単に接続でき、接続性に優れたリード部品を容易に製造することができる。
【００９９】
（モジュール化されたパワー半導体製品への適用）
また、上述した実施の形態は、主に個別に樹脂モールドされたパワー半導体パッケージに関するものであるが、いわゆるモジュール化されたパワー半導体製品に対しても適用することができる。例えば、大電力を扱うインバータモジュールでは、セラミック上にＣｕを貼り付けた基板に、パワー半導体チップを接続し、セラミック基板を別のフレームに固定し、全体をゲル状の樹脂で封止した構造などが用いられる。このようなモジュールでは、例えばこれまでに述べてきたようなコレクタ側のＣｕ電極には、はんだ材をクラッド圧延したものを適用するのは難しい。その理由は、一般的にはＣｕとセラミックの接合は、更に高融点のろう材でろう付けされており、はんだ層をクラッドでＣｕ上に形成しておいても、ろう付け時にはんだ層が溶解してしまうためである。
【０１００】
しかし、エミッタ側については、図１から図８で述べたようなリードフレームを適用することができる。このようなリードフレームを適用することのメリットは、信頼性が向上することである。従来、エミッタ電極の接続には、ワイヤーボンディングが用いられてき
た。しかし、発熱量の大きなインバータモジュールでは、繰り返しの温度変化によって、ワイヤーの伸び縮みなども影響し、徐々に結線部が疲労して、最終的には大電流による断線が起こる懸念があった。図１から図８のようなリードフレームを適用することで、上記に述べた問題を解決することができる。
【０１０１】
また、上述した実施の形態では、はんだ部を基材中に埋め込むインレイクラッド材で構成した、金属基板の片面または両面の一部にはんだ部を圧接して、凸状に接着したトップレイクラッド材とすることも可能である。
【実施例】
【０１０２】
本発明の実施例について述べる。フロー用、リフロー用のリードフレームのいずれであっても、基本的には同じプロセスとなる。本実施例では、リードフレーム基材としては、Ｎｉめっきを施したＣｕ、あるいはＮｉを多く含む４２アロイ、あるいはインバー合金のいずれかを用いる。
【０１０３】
クラッド圧延によりリードフレーム基材上にＺｎ接合材、Ａｌ接合材、金属薄膜のＣｕ材を供給するので、クラッド圧延での加工度を考慮して、初期材の厚さを決定する。加工度を８０％、すなわち初期材の１／５の厚さにすることを前提として説明する。
【０１０４】
Ｎｉめっきを施したＣｕをリードフレーム基材として用いる場合、Ｃｕ層厚は５ｍｍ程度、Ｎｉ層めっき厚は、比較的厚い方が望ましく、５〜１０μｍ程度が好適である。リードフレーム基材にインバー合金か４２アロイを用いる場合は、Ｎｉめっきは不要であり、基材の厚さは同様に５ｍｍ程度が好適である。はんだ材となるＺｎ素材は０．２３ｍｍ、Ａｌ素材は４０μｍ、Ｃｕ素材は５μｍなどの素材を用いる。これらの素材をリードフレーム基材に所定の位置になるように調整して、加工度８０％でクラッド圧延を実施する。これにより、全体の厚さは１／５になり、はんだ部以外のリードフレーム基材の厚さが１ｍｍ程度である。リードフレーム基材にＣｕを用いた場合には、Ｎｉめっき層がクラッド圧延後に１〜２μｍ程度になる。
【０１０５】
クラッド工程では、事前に素材表面の清浄化処理を行うことで、界面での密着性を高めることができる。この処理の際に、極端に薄い材では材が切れたりする懸念もある。例えば５μｍのＣｕ材などはその懸念がある。このような場合には、予め、Ｃｕ５０μｍ、Ａ１４００μｍなどの素材を準備しておき、これを加工度９０％、すなわち１／１０の厚さまでクラッド圧延することで、厚さ４５μｍのＣｕ／Ａｌクラッド箔を作製し、これをＺｎおよびリードフレーム基材用の素材とクラッド圧延することで解決できる。クラッド圧延後のはんだ部は、Ｚｎが４５μｍ、Ａｌが８μｍ、Ｃｕが１μｍとなる。この構成は、概ねＺｎ−６Ａｌ−３Ｃｕの組成になる。
【０１０６】
半導体チップの接合は、水素を４％程度含む窒素雰囲気中で加熱して実施する。３８２℃に到達する前に、はんだ表面のＣｕ層が還元されて、酸化膜の存在しない状態が作られる。その後、３８２℃に到達すると、Ｚｎ／Ａｌ界面から、共晶溶解反応が起こり、はんだの液体中に表面のＣｕの薄膜が溶解し、はんだ液体が、半導体チップの電極に濡れ広がることで接続が得られる。このはんだは、再び３８２℃以上に加熱すれば溶解するが、それ以下の温度では溶解しないので、従来の高Ｐｂはんだ（融点約３００℃）等に比べて、高耐熱性が得られる。
【０１０７】
以上に述べた実施例が、本発明において最適な実施例と思われる理由を以下に述べる。
【０１０８】
リードフレーム基材にはＮｉめっきを施したＣｕ、あるいはＮｉを多く含むインバー合金、あるいは４２アロイを用いている。Ｃｕを用いる場合は、熱伝導、電気伝導が良好な
ので、放熱性を重視したパッケージに用いる。インバー合金、４２アロイは熱膨張率が小さく、半導体チップに近い熱膨張率を有するので、接合後の残留応力が小さくなる。したがって、大型のチップなどに適用する場合に好適である。
【０１０９】
Ｃｕをリードフレーム基材に用いた場合には、表面にＮｉめっきを施している。これは、Ｚｎ−ＡｌはんだがＣｕと反応して、脆弱なＣｕ−Ｚｎ化合物などを多く形成すると、低強度で破損する懸念が生じるためである。なお、この化合物生成量は、接合時、およびその後の半導体使用時の温度、時間の影響を強く受ける。したがって、必ず化合物成長が問題になる、というわけでは無い。Ｎｉ層を形成した場合は、はんだ中の主にＡｌと反応してＮｉ−Ａｌ化合物を形成するが、この化合物は成長が遅いので、界面の劣化を引き起こしにくい。４２アロイやインバーを用いた場合も同様である。
【０１１０】
リードフレーム基材にＣｕを用いた場合に、Ｎｉをめっきにより供給した理由は、例えばＣｕにクラッドでＮｉを供給する場合に比べて素材の厚さを考慮すると取り扱いが容易と考えられるためである。例えば、１０μｍのＮｉ層が表面に形成された、厚さ５ｍｍのＣｕ材をクラッドで作るには、加工度を８０％と考えると、元の素材は、Ｎｉ５０μｍ、Ｃｕ２５ｍｍとなる。このような素材をクラッドできる設備があれば問題は無いが、設備によってはある程度、素材の厚さの範囲が限定されるので、実施例では、めっきでＮｉ層を形成する場合を述べた。
【０１１１】
各層の厚さで、Ｚｎ層が４５μｍ、Ａｌ層が８μｍ、Ｃｕ層が１μｍとなり、概ねＺｎ−６Ａｌ−３Ｃｕの組成になるはんだを形成したのは、まずこの程度の厚さのはんだが、現状のパワー半導体チップのダイボンドに多く用いられているからである。組成は、既に述べたようにＺｎ−Ａｉ共晶近傍を狙っており、溶解性に優れているためである。Ｃｕは表面の酸化抑制のために存在しており、極端に厚い必要は無く、Ａｌが拡散を抑制するので、１μｍ程度の厚さで充分である。
【０１１２】
上記実施の形態、変形例、及び図示例の中で説明した特徴の組合せの全てが本発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らず、このほかにも、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で種々様々変形実施可能なことは勿論である。
【符号の説明】
【０１１３】
１、６  Ｚｎ層
２      Ａｌ層
３      金属薄膜
４      リードフレーム基材
５      はんだ材
７      Ｎｉ層
８      ゲートリード
９      コレクタリード
１０    エミッタリード
１１    リード部品
１２    パワー半導体チップ
１２ａ  エミッタ電極
１２ｂ  コレクタ電極
１３    ゲート電極
１４    一旦溶融した後凝固したはんだ材
１５    ボンディングワイヤ
１６    はんだ
１７    モールド樹脂
１８    バンプ
２０    リードフレーム
２２    はんだ部
２１    ヘッダ
２２ａ  コレクタ電極
２３    半導体チップ搭載部
２４    取付用孔
３０    リードフレーム
３２    支持片
３４    ダイバー
３６    外枠
４０    半導体パッケージ
【図１】
0005578326.tif 000002
【図２】
0005578326.tif 000003
【図３】
0005578326.tif 000004
【図４】
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【図５】
0005578326.tif 000006
【図６】
0005578326.tif 000007
【図７】
0005578326.tif 000008
【図８】
0005578326.tif 000009
【図９】
0005578326.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0005578326.tif 000013
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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