(57)【要約】【課題】リードフレームとモールド樹脂との密着強度と、リードフレームとＺｎ−Ａｌ系はんだとの接合強度と、を何れも向上させることが可能な半導体装置及びその製造方法を提供すること。【解決手段】本発明の一態様に係る半導体装置１は、リードフレーム１１と、リードフレーム１１の一部に搭載される半導体素子１２と、半導体素子１２とリードフレーム１１とを少なくとも接合するＺｎ−Ａｌ系はんだ１３と、半導体素子１２を封止するモールド樹脂１７と、リードフレーム１１の表面のうちＺｎ−Ａｌ系はんだ１３との接合面に形成されＣｕ，Ａｕ，Ａｇのうちの何れかの金属からなる第１めっき層１４と、リードフレーム１１の表面のうちモールド樹脂１７との密着面に形成されＮｉ，Ａｌ及びそれらの酸化物のうちの何れかの金属からなる第２めっき層１５と、を備えるものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リードフレームと、
前記リードフレームの一部に搭載される半導体素子と、
前記半導体素子と前記リードフレームとを少なくとも接合するＺｎ−Ａｌ系はんだと、
前記半導体素子を封止する封止樹脂と、
前記リードフレームの表面のうち前記Ｚｎ−Ａｌ系はんだとの接合面に形成され、Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇのうちの何れかの金属からなる第１めっき層と、
前記リードフレームの表面のうち前記封止樹脂との密着面に形成され、Ｎｉ，Ａｌ及びそれらの酸化物のうちの何れかの金属からなる第２めっき層と、を備えた半導体装置。
【請求項２】
前記リードフレームは、
前記封止樹脂との密着面に、前記Ｚｎ−Ａｌ系はんだとの接合面よりも粗い凹凸形状を有する、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記リードフレームはＣｕによって構成される、請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記リードフレームは、クラッド材であって、
前記Ｚｎ−Ａｌ系はんだとの接合面を有し、Ｃｕからなる第１リードフレーム部材と、
前記封止樹脂との密着面を有し、Ｎｉ，Ａｌ及びそれらの酸化物のうちの何れかの金属からなる第２リードフレーム部材と、を備える、請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項５】
リードフレームの表面のうちＺｎ−Ａｌ系はんだとの接合面に、Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇのうちの何れかの金属からなる第１めっき層を形成し、
前記リードフレームの表面のうち封止樹脂との密着面に、Ｎｉ，Ａｌ及びそれらの酸化物のうちの何れかの金属からなる第２めっき層を形成し、
前記リードフレームと半導体素子とを前記Ｚｎ−Ａｌ系はんだにより接合し、
前記半導体素子を封止樹脂により封止する、半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記リードフレームの表面のうち前記封止樹脂との密着面を前記Ｚｎ−Ａｌ系はんだとの接合面よりも粗くし、
前記第１及び前記２めっき層を形成する、請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記リードフレームをＣｕによって構成する、請求項５又は６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記リードフレームを、前記Ｚｎ−Ａｌ系はんだとの接合面を有しＣｕからなる第１リードフレーム部材と、前記封止樹脂との密着面を有しＮｉ，Ａｌ及びそれらの酸化物の何れかの金属からなる第２リードフレーム部材と、によって構成する、請求項５又は６に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、銅材からなるリードフレームの表面にニッケルめっき処理を施した半導体装置が開示されている。それにより、この半導体装置は、リードフレームと封止樹脂との密着性を向上させて、クラックの発生を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３９８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、高温耐久性が求められる半導体装置では、半導体素子（半導体チップ）とリードフレーム（より詳細にはダイパッド）との接合に高融点のＺｎ−Ａｌ系はんだが用いられる。この半導体装置のリードフレームの表面にニッケルめっき処理が施された場合、リードフレームと封止樹脂との密着性（密着強度）は向上するが、Ｚｎ−Ａｌ系はんだの濡れ性（即ち、リードフレームとＺｎ−Ａｌ系はんだとの接合強度）は低下してしまう。
【０００５】
このように、関連する技術の半導体装置は、半導体素子とリードフレームとの接合にＺｎ−Ａｌ系はんだを用いた場合、リードフレームと封止樹脂との密着強度を向上させつつ、リードフレームとＺｎ−Ａｌ系はんだとの接合強度を向上させることができないという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記を鑑みなされたものであって、リードフレームと封止樹脂との密着強度と、リードフレームとＺｎ−Ａｌ系はんだとの接合強度と、を何れも向上させることが可能な半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係る半導体装置は、リードフレームと、前記リードフレームの一部に搭載される半導体素子と、前記半導体素子と前記リードフレームとを少なくとも接合するＺｎ−Ａｌ系はんだと、前記半導体素子を封止する封止樹脂と、前記リードフレームの表面のうち前記Ｚｎ−Ａｌ系はんだとの接合面に形成され、Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇのうちの何れかの金属からなる第１めっき層と、前記リードフレームの表面のうち前記封止樹脂との密着面に形成され、Ｎｉ，Ａｌ及びそれらの酸化物のうちの何れかの金属からなる第２めっき層と、を備えるものである。それにより、リードフレームと封止樹脂との密着強度と、リードフレームとＺｎ−Ａｌ系はんだとの接合強度と、を何れも向上させることができる。
【０００８】
前記リードフレームは、前記封止樹脂との密着面に、前記Ｚｎ−Ａｌ系はんだとの接合面よりも粗い凹凸形状を有することが好ましい。それにより、リードフレームと封止樹脂との密着強度をさらに向上させることができる。
【０００９】
前記リードフレームはＣｕによって構成されることが好ましい。
【００１０】
前記リードフレームは、クラッド材であって、前記Ｚｎ−Ａｌ系はんだとの接合面を有しＣｕからなる第１リードフレーム部材と、前記封止樹脂との密着面を有しＮｉ，Ａｌ及びそれらの酸化物のうちの何れかの金属からなる第２リードフレーム部材と、を備えることが好ましい。それにより、リードフレームと封止樹脂との密着強度をさらに向上させることができる。
【００１１】
本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法は、リードフレームの表面のうちＺｎ−Ａｌ系はんだとの接合面に、Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇのうちの何れかの金属からなる第１めっき層を形成し、前記リードフレームの表面のうち封止樹脂との密着面に、Ｎｉ，Ａｌ及びそれらの酸化物のうちの何れかの金属からなる第２めっき層を形成し、前記リードフレームと半導体素子とを前記Ｚｎ−Ａｌ系はんだにより接合し、前記半導体素子を封止樹脂により封止するものである。それにより、リードフレームと封止樹脂との密着強度と、リードフレームとＺｎ−Ａｌ系はんだとの接合強度と、を何れも向上させることができる。
【００１２】
前記リードフレームの表面のうち前記封止樹脂との密着面を前記Ｚｎ−Ａｌ系はんだとの接合面よりも粗くし、前記第１及び前記２めっき層を形成することが好ましい。それにより、リードフレームと封止樹脂との密着強度をさらに向上させることができる。
【００１３】
前記リードフレームをＣｕによって構成することが好ましい。
【００１４】
前記リードフレームを、前記Ｚｎ−Ａｌ系はんだとの接合面を有しＣｕからなる第１リードフレーム部材と、前記封止樹脂との密着面を有しＮｉ，Ａｌ及びそれらの酸化物の何れかの金属からなる第２リードフレーム部材と、によって構成することが好ましい。それにより、リードフレームと封止樹脂との密着強度をさらに向上させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、リードフレームと封止樹脂との密着強度と、リードフレームとＺｎ−Ａｌ系はんだとの接合強度と、を何れも向上させることが可能な半導体装置及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態１にかかる半導体装置の構成例を示す断面模式図である。
【図２】各種めっき処理が施された被着材へのＺｎ−Ａｌ系はんだの濡れ性を比較した図である。
【図３】各種めっき処理が施された被着材とモールド樹脂との密着性を比較した図である。
【図４】実施の形態２にかかる半導体装置の構成例を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００１８】
＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１にかかる半導体装置１の構成例を示す断面模式図である。図１に示す半導体装置１は、リードフレーム１１と、半導体素子１２と、Ｚｎ−Ａｌ系はんだ１３と、第１めっき層１４と、第２めっき層１５と、ボンディングワイヤ１６と、モールド樹脂１７と、を備える。例えば、半導体装置１は、半導体素子１２の動作温度が高い（例えば、１５０℃以上、２５０℃程度の）パワーモジュールである。そのため、半導体装置１には、高融点のＺｎ−Ａｌ系はんだ１３が用いられている。
【００１９】
リードフレーム１１は、半導体素子１２を搭載するダイパッドと、複数のリードと、を少なくとも有する。本実施の形態では、リードフレーム１１がＣｕにより構成されている場合を例に説明する。
【００２０】
なお、図１の例では、半導体素子１２の上部にもリードフレーム１１の一部が形成されている。半導体素子１２上部に形成されたリードフレーム１１は、銅板を介して、半導体素子１２を上から押さえつける。半導体素子１２は、上下からリードフレーム１１に挟まれることで支持される。
【００２１】
半導体素子１２とリードフレーム１１（より詳細にはダイパッド）とは、Ｚｎ−Ａｌ系はんだ１３によって接合される。
【００２２】
半導体素子１２の複数の入出力パッドと、リードフレーム１１の一部である複数のリードとは、それぞれボンディングワイヤ１６を介して接続される。
【００２３】
そして、半導体素子１２は、リードフレーム１１とともに、モールド樹脂（封止樹脂）１７によって封止される。
【００２４】
ここで、リードフレーム１１の表面のうちＺｎ−Ａｌ系はんだ１３との接合面には、Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇのうちの何れかの金属のめっき処理が施される。（なお、下地処理として、Ｎｉめっき処理が事前に施されてもよい。）つまり、リードフレーム１１の表面のうちＺｎ−Ａｌ系はんだ１３との接合面には、Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇのうちの何れかの金属からなる第１めっき層１４が形成される。それにより、Ｚｎ−Ａｌ系はんだ１３の濡れ性が向上する。換言すると、リードフレーム１１とＺｎ−Ａｌ系はんだ１３との接合強度が向上する。
【００２５】
また、リードフレーム１１の表面のうちモールド樹脂１７との密着面には、Ｎｉ，Ａｌ及びそれらの酸化物のうちの何れかの金属のめっき処理が施される。つまり、リードフレーム１１の表面のうちモールド樹脂１７との密着面には、Ｎｉ，Ａｌ及びその酸化物のうちの何れかの金属からなる第２めっき層１５が形成される。それにより、リードフレーム１１とモールド樹脂１７との密着性（密着強度）が向上する。
【００２６】
さらに、リードフレーム１１の表面のうちモールド樹脂１７との密着面には、リードフレーム１１の表面のうちＺｎ−Ａｌ系はんだ１３との接合面よりも粗い凹凸形状が設けられてもよい。より具体的には、モールド樹脂１７との密着面の表面粗さを３μｍ以下とし、Ｚｎ−Ａｌ系はんだ１３との接合面の表面粗さを０．３μｍ程度としてもよい。それにより、リードフレーム１１とモールド樹脂１７との接触面積が増加するため、リードフレーム１１とモールド樹脂１７との密着性がさらに向上する。
【００２７】
（各種めっき処理が施されたリードフレームへのＺｎ−Ａｌ系はんだの濡れ性比較）
続いて、図２を参照して、各種めっき処理が施されたリードフレーム１１へのＺｎ−Ａｌ系はんだ１３の濡れ性について説明する。図２は、各種めっき処理が施された被着材へのＺｎ−Ａｌ系はんだの濡れ性を比較した図である。図２の例では、各種被着材とダミー素子とをＺｎ−Ａｌ系はんだで接合したときにダミー素子外周から濡れ広がったＺｎ−Ａｌ系はんだの量（平均値）が示されている。なお、被着材の表面粗さＲｚは０．３μｍである。
【００２８】
図２に示すように、被着材にＮｉ，Ａｌのめっき処理が施された場合、被着材とダミー素子とは接合しなかった。一方、被着材にＣｕ，Ａｕ，Ａｇのめっき処理が施された場合、被着材とダミー素子とは接合した。なお、濡れ量（即ち、接合強度）は、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕのめっき処理の順に大きかった。
【００２９】
このことからも分かるように、リードフレーム１１の表面のうちＺｎ−Ａｌ系はんだ１３との接合面にＣｕ，Ａｕ，Ａｇのうちの何れかの金属のめっき処理が施されることにより、リードフレーム１１とＺｎ−Ａｌ系はんだ１３との接合強度が向上する。
【００３０】
（各種めっき処理が施されたリードフレームとモールド樹脂との密着性比較）
続いて、図３を参照して、各種めっき処理が施されたリードフレーム１１とモールド樹脂１７との密着性について説明する。図３は、各種めっき処理が施された被着材とモールド樹脂との密着性を比較した図である。図３の例では、各種被着材に密着したモールド樹脂を剥離する際に加えられた強度（密着強度）が示されている。なお、モールド樹脂としてエポキシ樹脂が用いられている。また、密着強度の目標値は２０ＭＰａ以上である。
【００３１】
図３に示すように、被着材にＣｕ，Ａｕのめっき処理が施された場合、密着強度は２０ＭＰａ未満となり目標値を下回った。一方、被着材にＮｉ，Ａｌのめっき処理が施された場合、密着強度は２０ＭＰａ以上となり目標値を上回った。さらに、３μｍ以下の凹凸形状を有する被着材にＣｕのめっき処理が施された場合（図３のＣｕ＋α）、０．３μｍ程度の凹凸形状を有する被着材にＣｕのめっき処理が施された場合（図３のＣｕ）と比較して、密着強度が向上している。
【００３２】
このことからも分かるように、リードフレーム１１の表面のうちモールド樹脂１７との密着面にＮｉ，Ａｌ（及びそれらの酸化物）のうちの何れかの金属のめっき処理が施されることにより、リードフレーム１１とモールド樹脂１７との密着性（密着強度）が向上する。さらに、リードフレーム１１の表面のうちモールド樹脂１７との密着面を粗くすることにより、リードフレーム１１とモールド樹脂１７との密着性がさらに向上する。
【００３３】
このように、本実施の形態にかかる半導体装置１では、リードフレーム１１の表面のうちＺｎ−Ａｌ系はんだ１３との接合面に、Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇのうちの何れかの金属からなる第１めっき層１４が形成され、リードフレーム１１の表面のうちモールド樹脂１７との密着面に、Ｎｉ，Ａｌ及びそれらの酸化物のうちの何れかの金属からなる第２めっき層１５が形成されている。それにより、本実施の形態にかかる半導体装置１は、リードフレーム１１とＺｎ−Ａｌ系はんだとの接合強度と、リードフレーム１１とモールド樹脂１７との密着強度と、を何れも向上させることができる。その結果、クラックの発生などが抑制される。
【００３４】
さらに、本実施の形態にかかる半導体装置１は、リードフレーム１１の表面のうちモールド樹脂１７との密着面を粗くすることにより、リードフレーム１１とモールド樹脂１７との密着強度と、さらに向上させることができる。
【００３５】
なお、本実施の形態にかかる半導体装置１では、リードフレーム１１の表面のうちＺｎ−Ａｌ系はんだ１３との接合面以外には、Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇのうちの何れかの金属からなる第１めっき層１４は形成されない。それにより、Ｚｎ−Ａｌ系はんだ１３の濡れ広がりが抑制されるため、Ｚｎ−Ａｌ系はんだ１３の厚みを所望の厚み以上に維持することができる。
【００３６】
＜実施の形態２＞
図４は、実施の形態２にかかる半導体装置１ａの構成例を示す断面模式図である。図４に示す半導体装置１ａでは、図１に示す半導体装置１と比較して、リードフレーム１１の材質が異なる。以下、具体的に説明する。
【００３７】
図４に示すリードフレーム１１は、クラッド材であって、Ｚｎ−Ａｌ系はんだ１３との接合面を有する第１リードフレーム部材１１−１と、モールド樹脂１７との密着面を有する第２リードフレーム部材１１−２と、を備える。
【００３８】
第１リードフレーム部材１１−１は、熱伝導性の高い金属（例えば、Ｃｕ）によって構成される。第２リードフレーム部材１１−２は、Ｎｉ，Ａｌ及びそれらの酸化物のうちの何れかの金属によって構成される。それにより、リードフレーム１１とモールド樹脂１７との密着強度をさらに向上させることができる。
【００３９】
以上、本発明を上記実施形態および実施例に即して説明したが、上記実施形態および実施例の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。
【符号の説明】
【００４０】
１，１ａ  半導体装置
１１  リードフレーム
１１−１  第１リードフレーム部材
１１−２  第２リードフレーム部材
１２  半導体素子
１３  Ｚｎ−Ａｌ系はんだ
１４  第１めっき層
１５  第２めっき層
１６  ボンディングワイヤ
１７  モールド樹脂
【図３】
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【図１】
2014192202.tif 000004
【図２】
2014192202.tif 000005
【図４】
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