(57)【要約】      （修正有）【課題】リード端子による応力緩和機能を損なうことなく十分なはんだ厚さを確保し得るリードフレームおよび半導体装置並びに電子装置を提供する。【解決手段】ランド４にはんだ接合されるリード端子２１には、はんだ濡れ性を高めるはんだめっき２７が施され、このはんだめっき２７が施された高濡れ性領域のうち当該リード端子２１の長手方向中間部位は、他の領域よりもはんだ濡れ性を低めた低濡れ性部材２８により環状に覆われているリードフレームとした【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子（１１）が封止された封止部材（１３）から導出される複数のリード端子（２１）を備え、
前記リード端子の端部（２４）が回路基板（３）のランド（４）にはんだ接合されるリードフレーム（２０）において、
前記リード端子には、はんだ濡れ性を高める表面処理（２７）が施され、
前記表面処理が施された高濡れ性領域のうち当該リード端子の長手方向中間部位は、他の領域よりもはんだ濡れ性を低めた低濡れ性部材（２８）により環状に覆われることを特徴とするリードフレーム。
【請求項２】
前記リード端子は、半導体素子側の第１端子部（２２）とランド側の第２端子部（２３）とが屈曲して連結されるように形成され、
前記第２端子部の長手方向中間部位が、前記低濡れ性部材により環状に覆われることを特徴とする請求項１に記載のリードフレーム。
【請求項３】
前記低濡れ性部材は、非導電性の材料により構成され、隣り合うリード端子を覆う他の低濡れ性部材と連結するように形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のリードフレーム。
【請求項４】
半導体素子（１１）が封止された封止部材（１３）から導出される複数のリード端子（３１）を備え、
前記リード端子の端部（２４）が回路基板（３）のランド（４）にはんだ接合されるリードフレーム（３０）において、
前記リード端子は、ランド側にはんだ濡れ性を高める表面処理（２７）が施されることで、半導体素子側が前記ランド側よりもはんだ濡れ性が低くなるように形成されることを特徴とするリードフレーム。
【請求項５】
前記リード端子は、半導体素子側の第１端子部（２２）とランド側の第２端子部（２３）とが屈曲して連結されるように形成され、
前記第２端子部は、ランド側にはんだ濡れ性を高める表面処理が施されることで、第１端子部側が前記ランド側よりもはんだ濡れ性が低くなるように形成されることを特徴とする請求項４に記載のリードフレーム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のリードフレームと、
前記リードフレームに電気的に接続される半導体素子（１１）と、
半導体素子と前記リードフレームの一部とを封止する封止部材（１３）と、
を備えることを特徴とする半導体装置（１０）。
【請求項７】
請求項６に記載の半導体装置と、
前記リード端子の端部（２４）がそれぞれはんだ（５）を介してはんだ接合されるランド（４）を有する回路基板（３）と、
を備えることを特徴とする電子装置（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、はんだ接合される複数のリードを備えるリードフレームおよび半導体装置並びに電子装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＳＯＰ（Small Outline Package）やＱＦＰ（Quad Flat Package）のような半導体装置は、そのリードフレームの各リード端子が回路基板上のランドにはんだ接合されることで回路基板に実装される。このように、半導体装置と回路基板との電気的接続にはんだが使用される場合、半導体装置と回路基板との熱膨脹係数の差に起因する熱疲労が蓄積されてはんだにクラックが生じるおそれがある。そこで、めっき等の表面処理を各リード端子に施してリード端子のはんだ濡れ性を向上させることで、はんだがリード端子を濡れ上がりやすくなり、リード端子とはんだとの接合面積を増加させて、はんだ接合強度を向上させている。
【０００３】
このようなはんだ接合に関する技術として、下記特許文献１に開示される半導体パッケージのリードフレームが知られている。このリードフレームには、アウターリードの導出方向の各端部における上端近傍を支持する枠状部材が設けられており、アウターリードと枠状部材との境界部分が、アウターリードの側面に沿ったラインにおいて切断される。このため、アウターリードの側面の上端部近傍に、アウターリードの下地が露出しためっきがない切断面が形成され、この切断面を除いた下方の部分は、めっきが施された状態となる。これにより、はんだは、濡れ性が悪い切断面に接触することがなくその下方の側面に沿って濡れ上がるため、はんだとアウターリードのとの接合面積が増大してその接合強度を高めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２１４１８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、はんだ寿命を向上させるためには、ランドとこのランドに対向するリード端子の端部との距離（以下、はんだ厚ともいう）を長くする必要がある。十分なはんだ厚を確保することで、熱膨脹係数の差に起因するせん断応力をはんだにより吸収することができるからである。
【０００６】
しかしながら、上述のように各リード端子の表面のはんだ濡れ性を高めていると、はんだがリード端子を濡れ上がり過ぎる場合があり、この場合には、ランドとリード端子の端部との間に介在するはんだの量が減ってしまうことから、はんだ厚が十分に確保されないおそれがある。
【０００７】
また、濡れ上がったはんだにより各リード端子の大部分が覆われると、リード端子の剛性が不必要に上がる場合がある。このように剛性が上がってしまうと、リード端子に求められる応力緩和機能が低下してしまい、熱応力等に起因したクラックがはんだに生じやすくなるという問題が生じる。
【０００８】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、リード端子による応力緩和機能を損なうことなく十分なはんだ厚さを確保し得るリードフレームおよび半導体装置並びに電子装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、特許請求の範囲の請求項１に記載の発明は、半導体素子（１１）が封止された封止部材（１３）から導出される複数のリード端子（２１）を備え、前記リード端子の端部（２４）が回路基板（３）のランド（４）にはんだ接合されるリードフレーム（２０）において、前記リード端子には、はんだ濡れ性を高める表面処理（２７）が施され、前記表面処理が施された高濡れ性領域のうち当該リード端子の長手方向中間部位は、他の領域よりもはんだ濡れ性を低めた低濡れ性部材（２８）により環状に覆われることを特徴とする。
なお、特許請求の範囲および上記手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明では、回路基板のランドにはんだ接合されるリード端子には、はんだ濡れ性を高める表面処理が施され、この表面処理が施された高濡れ性領域のうち当該リード端子の長手方向中間部位は、他の領域よりもはんだ濡れ性を低めた低濡れ性部材により環状に覆われている。
【００１１】
これにより、リード端子の端部から高濡れ性領域を濡れ上がったはんだは、長手方向中間部位に配置される低濡れ性部材に到達したところで、その濡れ上がりが抑制されることとなる。すなわち、低濡れ性部材によりはんだの濡れ上がりが抑制される一方で、低濡れ性部材の位置に応じてはんだの濡れ上がり量や濡れ上がる位置を制御することができる。したがって、リード端子による応力緩和機能を損なうことなく十分なはんだ厚さを確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態に係る電子装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１の半導体装置を示す上面図である。
【図３】図２のＸ−Ｘ線相当の切断面による断面図である。
【図４】図３のリード端子近傍を拡大して示す拡大断面図である。
【図５】第１実施形態の第１変形例に係るリードフレームを拡大して示す拡大断面図である。
【図６】第１実施形態の第２変形例に係る半導体装置を示す上面図である。
【図７】第２実施形態に係るリードフレームの要部を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［第１実施形態］
以下、本発明に係るリードフレームおよび半導体装置並びに電子装置を具現化した第１実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に示す電子装置１は、温度変化が大きな使用環境にて採用されており、例えば、車両に搭載されたエンジン等の車載機器を制御する電子制御装置（Electronic Control Unit）として構成されている。電子装置１は、筐体２内にプリント基板（回路基板）３や他の基板等を収容して構成されている。
【００１４】
プリント基板３の実装面３ａには、半導体装置１０や外部コネクタ３ｂ等が実装されている。半導体装置１０は、実装面３ａの所定の位置に配置されるランド４とはんだ５を介してはんだ接合されている。
【００１５】
次に、半導体装置１０の構成について、図２および図３を用いて説明する。なお、図２は、図１の半導体装置１０を示す上面図である。図３は、図２のＸ−Ｘ線相当の切断面による断面図である。
図２および図３に示すように、半導体装置１０は、ＱＦＰ型の半導体パッケージであり、主に、半導体素子１１、ヒートシンク１２およびリードフレーム２０を備え、半導体素子１１とヒートシンク１２およびリードフレーム２０の一部とがエポキシ系樹脂等をモールドして形成される封止部材１３により封止されて構成されている。
【００１６】
半導体素子１１は、シリコン基板などからなるもので、半導体プロセス技術を用いてトランジスタなどの素子が形成されたＩＣチップ等である。ヒートシンク１２は、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｏ、４２アロイ、コバールなどの金属など、放熱性に優れた材料からなる矩形板状の放熱部材として構成されている。このヒートシンク１２の一面側に接着剤１４を介して半導体素子１１の裏面が固定され、ヒートシンク１２の他面側１２ａが封止部材１３から露出することで、半導体素子１１の放熱性を向上させている。
【００１７】
次に、本発明の特徴的部分であるリードフレーム２０の形状について、図面を用いて詳述する。図４は、図３のリード端子２１近傍を拡大して示す拡大断面図である。なお、図４では、便宜上、下地めっき２６、はんだめっき２７および低濡れ性部材２８等の厚さを誇張して図示している。
【００１８】
リードフレーム２０は、銅や４２合金（４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金）等の金属薄板をエッチングや金型プレスによりパターニングすることで複数のリード端子２１を有するように形成されている。各リード端子２１は、そのアウターリード側が封止部材１３の四辺から導出するように配置されている（図２および図３参照）。
【００１９】
図４に示すように、リード端子２１は、第１端子部２２、第２端子部２３および第３端子部２４を備えており、第１端子部２２および第３端子部２４が第２端子部２３の一端側および他端側に対して屈曲部２５ａおよび屈曲部２５ｂを介して連結されている。すなわち、第１端子部２２と第２端子部２３とが屈曲部２５ａを介して屈曲するように連結されており、第２端子部２３と第３端子部２４とが屈曲部２５ｂを介して屈曲するように連結されている。
【００２０】
第１端子部２２は、封止部材１３により封止されるインナーリード部分にて、ボンディングワイヤ１５等を介して半導体素子１１に電気的に接続されている（図３参照）。第３端子部２４は、リード端子２１の端部としてランド４に対して対向するように配置され、はんだ５を介してランド４に電気的に接続されている。
【００２１】
各リード端子２１には、その全面に、めっき用の下地膜（以下、下地めっき２６ともいう）が施された後に、はんだ濡れ性を高める表面処理として、亜鉛（Ｚｎ）や錫（Ｓｎ）等の材料によるめっき（以下、はんだめっき２７ともいう）がそれぞれ施されている。このようにはんだめっき２７が施された領域は、はんだ濡れ性を高められた高濡れ性領域として機能する。
【００２２】
はんだめっき２７が施された高濡れ性領域のうち第２端子部２３の長手方向中間部位は、他の領域よりもはんだ濡れ性を低めた低濡れ性部材２８により環状に覆われている。この低濡れ性部材２８は、非導電性の材料により構成され、例えば、エポキシ樹脂からなるソルダーレジストにより形成されている。なお、低濡れ性部材２８は、第１端子部２２のインナーリード部分が封止部材１３により封止された後に、第２端子部２３に対して形成されてもよいし、封止部材１３により封止される前工程での部品レベルのリードフレーム２０の第２端子部２３に対して形成されてもよい。
【００２３】
次に、上述のように構成される半導体装置１０の各リード端子２１とランド４とのはんだ５を用いたはんだ接合について詳述する。
各リード端子２１の第２端子部２３に低濡れ性部材２８がそれぞれ形成された半導体装置１０を用意する。そして、各リード端子２１の第３端子部２４がペースト状のはんだ５を介してプリント基板３の各ランド４に乗るように、半導体装置１０をプリント基板３の実装面３ａに載置する。
【００２４】
続いて、プリント基板３に載置された半導体装置１０をリフロー工程へ搬送し、炉内ではんだ５をリフローさせる。このとき、第３端子部２４とランド４との間に介在されたはんだ５は、溶融すると、第２端子部２３を濡れ上がり低濡れ性部材２８まで到達するが、この低濡れ性部材２８によりさらに第１端子部２２側への濡れ上がりが抑制される。これにより、図４に示すように、低濡れ性部材２８により濡れ上がりが妨げられ、十分な厚さのはんだ厚ｔが確保された状態ではんだフィレットが良好に形成されて、各リード端子２１とランド４とのはんだ５を用いたはんだ接合が完了する。
【００２５】
第１端子部２２および第２端子部２３が屈曲して連結されるリード端子２１では、第２端子部２３を濡れ上がるはんだ５が屈曲部２５ａまで達すると、硬化したはんだ５により屈曲部２５ａが弾性変形しにくくなり、リードフレーム２０による応力緩和機能が低下しやすくなる。
【００２６】
本実施形態では、上述したように、低濡れ性部材２８が第２端子部２３に形成されているので、第２端子部２３におけるはんだ５の濡れ上がりが低濡れ性部材２８により抑制され、上記屈曲部２５ａまではんだ５が濡れ上がることもない。
【００２７】
以上説明したように、本実施形態に係るリードフレーム２０では、ランド４にはんだ接合されるリード端子２１には、はんだ濡れ性を高めるはんだめっき２７が施され、このはんだめっき２７が施された高濡れ性領域のうち当該リード端子２１の長手方向中間部位は、他の領域よりもはんだ濡れ性を低めた低濡れ性部材２８により環状に覆われている。
【００２８】
これにより、第３端子部２４から高濡れ性領域を濡れ上がったはんだ５は、第２端子部２３の長手方向中間部位に配置される低濡れ性部材２８に到達したところで、その濡れ上がりが抑制されることとなる。すなわち、低濡れ性部材２８によりはんだ５の濡れ上がりが抑制される一方で、低濡れ性部材２８の位置に応じてはんだ５の濡れ上がり量や濡れ上がる位置を制御することができる。したがって、リード端子２１による応力緩和機能を損なうことなく十分なはんだ厚さｔを確保することができる。
【００２９】
そして、上述のように構成されるリードフレーム２０と半導体素子１１および封止部材１３とを備えるように半導体装置１０を構成することで、リード端子２１による応力緩和機能を損なうことなく十分なはんだ厚さｔを確保し得る効果を奏する半導体装置１０を実現することができる。そして、上述のように構成される半導体装置１０と、リード端子２１の端部がそれぞれはんだ５を介してはんだ接合されるランド４を有するプリント基板３とを備えるように電子装置１を構成することで、リード端子２１による応力緩和機能を損なうことなく十分なはんだ厚さｔを確保し得る効果を奏する電子装置１を実現することができる。
【００３０】
特に、第２端子部２３の長手方向中間部位が、低濡れ性部材２８により環状に覆われているため、第２端子部２３の内側（図４の左側）におけるはんだ５の濡れ上がりを抑制することができるだけでなく、外側（図４の右側）等におけるはんだ５の濡れ上がりをも抑制することができる。これにより、屈曲部２５ａまではんだ５が濡れ上がることもないので、リードフレーム２０による応力緩和機能の低下を確実に抑制することができる。
【００３１】
図５は、第１実施形態の第１変形例に係るリードフレームを拡大して示す拡大断面図である。図６は、第１実施形態の第２変形例に係る半導体装置を示す上面図である。
第１実施形態の第１変形例として、低濡れ性部材２８は、第２端子部２３の長手方向中間部位を環状に覆うように形成されることに限らず、異なる面を複数箇所覆うように形成されてもよい。例えば、図５に例示する低濡れ性部材２８ａ，２８ｂのように、第２端子部２３の内側（図５の左側）に形成されるとともに第３端子部２４の反ランド側（図５の上側）に形成されてもよい。このようにしても、低濡れ性部材２８ａ，２８ｂによりはんだ５の濡れ上がりを抑制することができる。
【００３２】
また、第１実施形態の第２変形例として、低濡れ性部材２８は、非導電性であることから、図６に例示するように、隣り合うリード端子２１を覆う他の低濡れ性部材２８と連結するように形成されてもよい。これにより、第１端子部２２のインナーリード部分が封止部材１３により封止された後に各第２端子部２３の長手方向中間部位に対してまとめて低濡れ性部材２８を形成するための表面処理等を施すことで、各低濡れ性部材２８を容易に形成することができる。
【００３３】
なお、本実施形態および変形例において、低濡れ性部材２８，２８ａ，２８ｂは、エポキシ樹脂からなるソルダーレジストにより形成されることに限らず、例えば、他の樹脂材料により形成されてもよいし、金属酸化物、フッ素やシリコンにより形成されてもよい。また、低濡れ性部材２８，２８ａ，２８ｂは、隣り合うリード端子を覆う他の低濡れ性部材２８と接触しない構成であれば、例えば、はんだと合金をつくらない金属めっきにより形成されてもよい。
【００３４】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係るリードフレームおよび半導体装置並びに電子装置について、図７を用いて説明する。なお、図７は、第２実施形態に係るリードフレーム３０の要部を示す拡大断面図である。
本第２実施形態では、上述したリードフレーム２０に代えてリードフレーム３０を採用する点が主に上記第１実施形態と異なる。このため、第１実施形態と実質的に同様の構成部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００３５】
本実施形態に係る半導体装置１０のリードフレーム３０のリード端子３１は、図７に示すように、上述したリードフレーム２０に対して、低濡れ性部材２８が廃止されるとともに、はんだめっき２７が第２端子部２３の内側（図７の左側）のランド側および第３端子部２４のランド側（図７の下側）のみに形成されるように構成されている。
【００３６】
このはんだめっき２７は、例えば、全面に下地めっき２６が施された各リード端子３１のうちはんだめっき２７を施す領域と異なる領域にマスキングしてめっき処理を施すことで形成される。
【００３７】
このため、はんだめっき２７が施される領域は、高濡れ性領域として機能し、はんだめっき２７が施されずに下地めっき２６が露出する領域は、低濡れ性領域として機能する。すなわち、各リード端子３１は、ランド側にはんだ濡れ性を高める表面処理が施されることで、半導体素子側がランド側よりもはんだ濡れ性が低くなるように形成される。
【００３８】
このように構成することで、第３端子部２４とランド４との間に介在されたはんだ５は、溶融すると、第２端子部２３のうちはんだめっき２７が施される高濡れ性領域を濡れ上がるが、下地めっき２６が露出する低濡れ性領域によりその濡れ上がりが抑制される。
【００３９】
これにより、はんだめっき２７が施される高濡れ性領域によりはんだ５の濡れ上がりが抑制される一方で、下地めっき２６が露出する低濡れ性領域の位置に応じてはんだ５の濡れ上がり量や濡れ上がる位置を制御することができる。したがって、リード端子３１による応力緩和機能を損なうことなく十分なはんだ厚さｔを確保することができる。
【００４０】
そして、上述のように構成されるリードフレーム３０と半導体素子１１および封止部材１３とを備えるように半導体装置１０を構成することで、リード端子３１による応力緩和機能を損なうことなく十分なはんだ厚さｔを確保し得る効果を奏する半導体装置１０を実現することができる。そして、上述のように構成される半導体装置１０と、リード端子３１の端部がそれぞれはんだ５を介してはんだ接合されるランド４を有するプリント基板３とを備えるように電子装置１を構成することで、リード端子３１による応力緩和機能を損なうことなく十分なはんだ厚さｔを確保し得る効果を奏する電子装置１を実現することができる。
【００４１】
特に、第２端子部２３は、ランド側にはんだ濡れ性を高める表面処理としてはんだめっき２７が施されることで、第１端子部側がランド側よりもはんだ濡れ性が低くなるように形成されている。このため、屈曲部２５ａまではんだ５が濡れ上がることもないので、リードフレーム３０による応力緩和機能の低下を確実に抑制することができる。
【００４２】
また、はんだめっき２７が施される領域が、リード端子全面に施される従来の構成と比較して狭くなるため、必要なめっき量が削減されるので、はんだめっき２７から針状等の金属突起部分が成長するウィスカ発生を好適に抑制することができる。
【００４３】
なお、はんだめっき２７は、第２端子部２３の内側（図７の左側）のランド側および第３端子部２４のランド側（図７の下側）のみに形成されることに限らず、例えば、第２端子部２３の長手方向中間部位より下方にのみに形成されてもよい。このようにしても、はんだめっき２７が施される高濡れ性領域によりはんだ５の濡れ上がりが抑制される一方で、下地めっき２６が露出する低濡れ性領域の位置に応じてはんだ５の濡れ上がり量や濡れ上がる位置を制御することができる。
【００４４】
なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下のように具体化してもよい。
（１）はんだめっき２７は、亜鉛（Ｚｎ）や錫（Ｓｎ）の材料による表面処理により形成されることに限らず、例えば、錫、金、銀、パラジウム、ニッケル等の材料によるめっきなどの表面処理により形成されてもよい。また、高濡れ性領域は、はんだめっき２７が施されることで形成されることに限らず、他の表面処理等によりはんだ濡れ性を高めることで形成されてもよい。
【００４５】
（２）半導体装置１０は、半導体素子１１の発熱量に応じてヒートシンク１２を採用しないように構成されてもよい。
【００４６】
（３）本発明の特徴的構成は、ＱＦＰのリードフレームに適用されることに限らず、例えば、リード端子が封止部材１３の２側面からガルウィング状（略Ｌ字状）またはストレート状に取り出される半導体パッケージ（例えば、ＳＯＰ）のリードフレームや、リード端子が封止部材１３の４側面からガルウィング状またはストレート状に取り出される半導体パッケージのリードフレームなど、半導体素子が封止された封止部材から導出される複数のリード端子を備えるリードフレームに適用することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１…電子装置  ３…プリント基板（回路基板）  ４…ランド  ５…はんだ
１０…半導体装置  １１…半導体素子  １３…封止部材
２０，３０…リードフレーム
２１，３１…リード端子
２２…第１端子部
２３…第２端子部
２４…第３端子部
２５ａ，２５ｂ…屈曲部
２７…はんだめっき
２８…低濡れ性部材
【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７】
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