(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体装置内に設けられる電子部品の複数の電極とリードとを接続する異なる金属製の接続部材とリードとの接着強度を改善できる半導体装置及びリードフレーム組立体の製法を提供する。【解決手段】第１のリード4の内端部4aの表面に第１のメッキ層20aを形成し、第２のリード5の内端部5aの表面に第１のメッキ層20aと、第１のメッキ層20aの表面に形成された第２のメッキ層20bとを形成する。第１の接続部材6により第１のリード4の内端部4aと第１の電子部品2とを電気的に接続すると共に、第２の接続部材7により、第２のリード5の内端部5aと第２の電子部品3とを電気的に接続する。さらに支持板1から離間して、第１のリード4の内端部4aを配置することにより、金属のマイグレーションによる接続強度の低下を防止できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性及び放熱性を有する支持板と、
該支持板の一方の主面上に互いに離間して固着された第１の電子部品及び第２の電子部品と、
前記支持板から離間して配置された内端部及び該内端部の表面に形成された第１のメッキ層を有する第１のリードと、
それぞれ前記支持板から離間して配置された各内端部、該内端部の表面に形成された前記第１のメッキ層及び該第１のメッキ層の表面に形成された第２のメッキ層を有する第２のリードと、
前記第１のメッキ層を介して前記第１のリードの内端部と前記第１の電子部品とを電気的に接続する金属製の第１の接続部材と、
前記第１のメッキ層及び前記第２のメッキ層を介して前記第２のリードの内端部と前記第２の電子部品とを電気的に接続する金属製の第２の接続部材と、
前記支持板の少なくとも一方の主面、前記第１の電子部品、前記第２の電子部品、前記第１の接続部材、前記第２の接続部材並びに前記第１のリードの内端部及び第２のリードの内端部を封止する樹脂封止体とを備え、
前記第１のメッキ層と前記第２のメッキ層とを互いに異なる金属により形成し且つ前記第１の接続部材と前記第２の接続部材とを互いに異なる金属により形成し、
前記第１のリードの内端部を前記第２のリードの内端部より前記支持板から離間して配置したことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１のメッキ層をニッケル又はその合金により形成し、前記第２のメッキ層を銀又はその合金により形成し、前記第１の接続部材をアルミニウム又はその合金により形成し、前記第２の接続部材を金又はその合金により形成した請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
導電性及び放熱性を有する支持板、該支持板からそれぞれ略等しく離間して配置される第１のリード及び複数の第２のリードをリードフレームに形成する工程と、
前記第１のリードの内端部及び前記第２のリードの内端部上に第１のメッキ層を形成する工程と、
前記第１のリードの内端部の前記第１のメッキ層上及び前記第２のリードの前記第１のメッキ層上に第２のメッキ層を重ねて形成する工程と、
前記第２のメッキ層が被着された前記第１のリードの内端部の一部を除去する工程と、
前記支持板上に第１の電子部品及び第２の電子部品を固着する工程と、
前記第１のメッキ層を介して前記第１のリードの内端部と前記第１の電子部品の電極とを第１の接続部材により電気的に接続すると共に、前記第１のメッキ層及び第２のメッキ層を介して前記第２のリードの内端部と前記第２の電子部品の電極とを第２の接続部材により電気的に接続して、リードフレーム組立体を形成する工程とを含むことを特徴とするリードフレーム組立体の製法。
【請求項４】
導電性及び放熱性を有する支持板、該支持板からそれぞれ略等しく離間して配置される第１のリード及び複数の第２のリードをリードフレームに形成する工程と、
前記第１のリードの内端部の一部を部分的に除去する工程と、
前記第１のリードの内端部及び前記第２のリードの内端部上に第１のメッキ層を形成する工程と、
前記第２のリードの第１のメッキ層上に第２のメッキ層を重ねて形成する工程と、
前記支持板上に第１の電子部品及び第２の電子部品を固着する工程と、
前記第１のメッキ層を介して前記第１のリードの内端部と前記第１の電子部品の電極とを第１の接続部材により電気的に接続すると共に、前記第１のメッキ層及び前記第２のメッキ層を介して前記第２のリードの内端部と前記第２の電子部品の電極とを第２の接続部材により電気的に接続して、リードフレーム組立体を形成する工程とを含むことを特徴とするリードフレーム組立体の製法。
【請求項５】
前記第１のメッキ層をニッケル又はその合金により形成し、前記第２のメッキ層を銀又はその合金により形成し、前記第１の接続部材をアルミニウム又はその合金により形成し、前記第２の接続部材を金又はその合金により形成する工程を含む請求項３又は４に記載のリードフレーム組立体の製法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なる金属製の接続部材により電子部品の複数の電極とリードとを接続して、接続部材とリードとの接着強度を改善できる半導体装置及びリードフレーム組立体の製法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
リードフレームの支持板上に複数の半導体素子又は回路基板等の電子部品を搭載し、電子部品の複数の上面電極とリードフレームのリードとの間をリード細線等の接続部材によって電気的に接続するリードフレーム組立体は公知である。
【０００３】
リードフレーム組立体を製造する際に、まず周知のプレス加工により銅板からリードフレームを一体に打ち抜き加工して、第１のメッキ層としてニッケルメッキがリードフレームの母材表面全体に施される。半田濡れ性の良好なニッケルによりリードフレームを被覆すると、電力用半導体素子等を半田により支持板の主面に強固に固着できると共に、プリント基板搭載時に半導体装置のリードを外部プリント基板に強固に固着することができる。また、電力用半導体素子等とリードとを接続する接続部材のうち、大電流容量を要するリード細線に線径の大きなアルミニウム細線を使用し、全方向にルーピングが必要なリード細線にボールボンディング接続可能な金細線が使用される。ニッケル等の耐食性と密着性に優れる金属材料でメッキ被覆される各リードの接続面に、アルミニウム等の金属から成るリード細線をワイヤボンディングによりリードに接続すれば、十分に大きい接続強度が得られる。また、リード細線を接続する位置を決める工程は、コンピュータが画像解析等により決定する場合が多い。
【０００４】
ところで、金等の異なる金属から成るリード細線をリードのニッケルメッキ層上にワイヤボンディングで接続すると、十分な接続強度が得られない場合があった。これは、ワイヤボンディング時に、リード上のニッケルメッキ層を構成するニッケルとリード細線を構成する金属とが反応して、金属間化合物を形成し、この金属間化合物が接続部（ボンディング部）の機械的強度を低下するためと考えられる。
【０００５】
このような、ボンディング部の接続強度の低下を防止する半導体装置が提案されている。例えば、図４に示す半導体装置(111)は、支持板(101)と、支持板(101)の縁部側に並列に配置される５本のリード(104, 105)と、支持板(101)の主面(101a)に固着される電子部品としての電力用半導体素子(102)及び制御用半導体素子(103)と、各半導体素子(102, 103)の上面電極(102a, 103a)と各リード(104, 105)上に形成された金属メッキ層(120a, 120b)とをそれぞれ電気的に接続する材質及び形状の異なる第１並びに第２の接続部材(106, 107)と、支持板(101)の少なくとも一方の主面(101a)、各半導体素子(102, 103)、第１及び第２の接続部材(106, 107)、第１及び第２のリード(104, 105)の各内端部(104a, 105a)を封止する樹脂封止体(108)とを備える。
【０００６】
図４のＶ−Ｖ線部分断面図である図５に示すように、母材の表面全体にニッケルを主成分とする第１のメッキ層(120a)を施し、更に、第１及び第２のリード(104, 105)の各内端部(104a, 105a)の一部に、銀を主成分とする第２のメッキ層(120b)を積層して、第１及び第２のリード(104, 105)が形成される。また、電流用半導体素子(102)の上面電極(102a)と第１のリード(104)とは、第１のメッキ層(120a)を介してアルミニウム製の第１の接続部材(106)により接続される。そして、制御用半導体素子(103)の上面電極(103a)と第２のリード(105)の第２のメッキ層(120b)とを、金から成る第２の接続部材(107)により接続する。つまり、アルミニウムから成る第１の接続部材(106)が、内端部(104a)上のニッケルを主成分とする第１のメッキ層(120a)上にボンディングされ、金から成る第２の接続部材(107)が内端部(105a)上の銀を主成分とする第２のメッキ層(120b)上にボンディングされる。このため、異なる材質の各接続部材(106, 107)とリード(104, 105)との間に形成されるボンディング界面が強固となり、機械的な接続強度が向上する。
【０００７】
この種の半導体装置は、例えば、本特許出願人による下記特許文献１に開示される。
【特許文献１】特許第３７７２７４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図４及び図５に示す従来の半導体装置(111)では、異なる金属メッキである第１のメッキ層(120a)上に第２のメッキ層(120b)が積層して形成されるため、半導体装置(111)に大電流が流れる場合に、第１のメッキ層(120a)の表面上に第２のメッキ層(120b)の金属成分が広がる金属移動現象（マイグレーション）が発生し、第２のメッキ層(120b)を構成する金属が、第１の接続部材(106)を構成する金属と反応して合金化する現象が発生する。金属移動現象が発生すると、ボンディング界面を脆弱化し、第１のリード(104)と第１の接続部材(106)との接続強度が低下する欠点がある。
【０００９】
更に、図示しないが、積層ではなく、第１のメッキ層(120a)と第２のメッキ層(120b)とをそれぞれ母材上に隣接して形成しても、マイグレーションが発生し、第１のリード(104)と第１の接続部材(106)との接続強度が低下する。
【００１０】
また、各リード(104, 105)上にそれぞれ接続部材(106, 107)をボンディングする際の位置決め工程では、各リード(104, 105)上に単一のメッキ層のみを形成する従来の製法では、各リード(104, 105)の内端部(120)上のどこへでもボンディングしてよかった。しかし、単一のリード上に異なる複数の金属メッキ層を形成すると、リード(104, 105)上の特定のメッキ層(120a, 120b)に区別して各接続部材(106, 107)をボンディングする必要がある。それにより、各メッキ層(120a, 120b)の位置情報を制御コンピュータにより比較し区別しなければならず、高度な位置決め判別精度が要求される難点があった。このため、銀を主成分とする第２のメッキ層(120b)上にアルミニウムから成る第１の接続部材(106)をボンディングにより不適切な位置に接続して、接続不良になるおそれもあった。
【００１１】
そこで、本発明は、電子部品の複数の電極とリードとを接続する異なる金属製の接続部材とリードとの接着強度を改善できる半導体装置及びリードフレーム組立体の製法を提供することを目的とする。また、本発明は、従来使用されるリードフレームを用いて、異なる金属製の接続部材とリードとの接着強度を改善できる半導体装置及びリードフレーム組立体の製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】
【００１２】
本発明の半導体装置は、導電性及び放熱性を有する支持板(1)と、支持板(1)の一方の主面(1a)上に互いに離間して固着された第１の電子部品(2)及び第２の電子部品(3)と、支持板(1)から離間して配置された内端部(4a)及び内端部(4a)の表面に形成された第１のメッキ層(20a)を有する第１のリード(4)と、それぞれ支持板(1)から離間して配置された各内端部(5a)、内端部(5a)の表面に形成された第１のメッキ層(20a)及び第１のメッキ層(20a)の表面に形成された第２のメッキ層(20b)を有する第２のリード(5)と、第１のメッキ層(20a)を介して第１のリード(4)の内端部(4a)と第１の電子部品(2)とを電気的に接続する金属製の第１の接続部材(6)と、第１のメッキ層(20a)及び第２のメッキ層(20b)を介して第２のリード(5)の内端部(5a)と第２の電子部品(3)とを電気的に接続する金属製の第２の接続部材(7)と、支持板(1)の少なくとも一方の主面(1a)、第１の電子部品(2)、第２の電子部品(3)、第１の接続部材(6)、第２の接続部材(7)並びに第１のリード(4)の内端部(4a)及び第２のリード(5)の内端部(5a)を封止する樹脂封止体(8)とを備える。第１のメッキ層(20a)と第２のメッキ層(20b)とを互いに異なる金属により形成し且つ第１の接続部材(6)と第２の接続部材(7)とを互いに異なる金属により形成し、第２のリード(5)の内端部(5a)より支持板(1)から離間して、第１のリード(4)の内端部(4a)を配置する。
【００１３】
製造の際に、第２のメッキ層(20b)は、図示しないメッキ塗布装置により第２のリード(5)の内端部(5a)上に形成される。メッキ塗布装置は、各リード(4, 5)の配列方向に対して平行に配置され、複数のリード(4, 5)へ同時に第２のメッキ層(20b)を形成する。従って、第２のリード(5)上の第２のメッキ層(20b)が形成されるべき領域より、支持板(1)から離間する形状を第１のリード(4)の内端部(4a)に付与すれば、第１のリード(4)の内端部(4a)上に第２のメッキ層(20b)のない半導体装置を製造することができる。このため、比較的大電流が流れる第１のリード(4)と第１の接続部材(6)との接続界面で、金属のマイグレーションによる接続強度の低下を確実に防止できる。また、第１のメッキ層(4a)のみを第１のリード(4)上に形成するので、ボンディング時の第１の接続部材(6)の位置決めが容易となる。
【００１４】
また、本発明の第１のリードフレーム組立体の製法は、導電性及び放熱性を有する支持板(1)、支持板(1)からそれぞれ略等しく離間して配置される第１のリード(4)及び複数の第２のリード(5)をリードフレーム(10)に形成する工程と、第１のリード(4)の内端部(4a)及び第２のリード(5)の内端部(5a)上に第１のメッキ層(20a)を形成する工程と、第１のリード(4)の内端部(4a)の第１のメッキ層(20a)上及び第２のリード(5)の第１のメッキ層(20a)上に第２のメッキ層(20b)を重ねて形成する工程と、第２のメッキ層(20b)が被着された第１のリード(4)の内端部(4a)の一部を除去する工程と、支持板(1)上に第１の電子部品(2)及び第２の電子部品(3)を固着する工程と、第１のメッキ層(20a)を介して第１のリード(4)の内端部(4a)と第１の電子部品(2)の電極とを第１の接続部材(6)により電気的に接続すると共に、第１のメッキ層(20a)及び第２のメッキ層(20b)を介して第２のリード(5)の内端部(5a)と第２の電子部品(3)の電極とを第２の接続部材(7)により電気的に接続して、リードフレーム組立体(11)を形成する工程とを含む。第２のメッキ層(20b)を形成した第１のリード(4)の内端部(4a)を部分的に除去するため、従来のリードフレームをそのまま使用することができる。
【００１５】
更に、本発明による第２のリードフレーム組立体の製法は、導電性及び放熱性を有する支持板(1)、支持板(1)からそれぞれ略等しく離間して配置される第１のリード(4)及び複数の第２のリード(5)をリードフレーム(10)に形成する工程と、第１のリード(4)の内端部(4a)の一部を部分的に除去する工程と、第１のリード(4)の内端部(4a)及び第２のリード(5)の内端部(5a)上に第１のメッキ層(20a)を形成する工程と、第２のリード(5)の第１のメッキ層(20a)上に第２のメッキ層(20b)を重ねて形成する工程と、支持板(1)上に第１の電子部品(2)及び第２の電子部品(3)を固着する工程と、第１のメッキ層(20a)を介して第１のリード(4)の内端部(4a)と第１の電子部品(2)の電極とを第１の接続部材(6)により電気的に接続すると共に、第１のメッキ層(20a)及び第２のメッキ層(20b)を介して第２のリード(5)の内端部(5a)と第２の電子部品(3)の電極とを第２の接続部材(7)により電気的に接続して、リードフレーム組立体(11)を形成する工程とを含む。第２のメッキ層(20b)を形成する前に、第１のリード(4)の内端部(4a)を部分的に除去するため、従来のリードフレームをそのまま使用することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、従前のリードフレームを用いて、リードと接続部材との接続強度が低下する欠陥を解消できると同時に、半導体装置を安価に製造することができる。また、ボンディングにより接続部材をリード上の不適切な位置に誤接続する接続不良を解消することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明による半導体装置の実施の形態を図１から図３について説明する。
【００１８】
図１に示す実施の形態の半導体装置を製造する際に、まず、銅等の金属製の板材から周知のプレス加工により所望な形状のリードフレーム(10)を形成する。リードフレーム(10)は、支持板(1)と、第１のリード(4)及び複数の第２のリード(5)と、これらを連結する細条とを有する。次に、ニッケルを主成分とする第１のメッキ領域(20a)をリードフレーム(10)の表面全体に被覆形成する。その後、図２に示すように、第１及び第２のリード(4, 5)の内端部(4a, 5a)の一部に、銀を主成分とする第２のメッキ層(20b)を形成する。第１及び第２のリード(4, 5)の配置方向と平行に伸びるブラシ又はスプレーにより、全リード(4, 5)の内端部(4a, 5a)の略半分の領域にメッキ液を同時に塗布して、第２のメッキ層(20b)が形成される。第２のメッキ層(20b)が形成される第１及び第２のリード(4, 5)の内端部(4a, 5a)は、支持板(1)から等距離に配置される。
【００１９】
更に、図２のIII−III線に沿う部分断面図である図３に示すように、第１のリード(4)上に形成された第２のメッキ層(20b)を、切除線(21)に沿ってカッター等により切除する。切除線(21)は、リード(4)の内端部(4a)内で且つ切除後のリード(4)が第２のメッキ層(20b)を有さない範囲であればよい。
【００２０】
第２のメッキ層(20b)が除去された第１のリード(4)では、第１のメッキ層(20a)を介して第１のリード(4)の内端部(4a)と第１の接続部材(6)との間に安定な接続状態が保持され、マイグレーションに伴う脆弱化を確実に防止することができる。また、本発明の製法では、複数のリードフレームを複数形成した場合にも、各リードフレームの切除線(21)が平行であるので、切除線(21)の設定が容易になる。その後、電力用半導体素子(2)及び制御用半導体素子(3)をそれぞれ半田付け等により支持板(1)の上面(1a)に固着し、電力用半導体素子(2)の上面電極(2a)と、電力用リードである第１のリード(4)のニッケルを主成分とする第１のメッキ層(20a)とを、アルミニウムから成る第１の接続部材(6)により電気的に接続する。また、制御用半導体素子(3)の上面電極(3a)と、制御用リードである第２のリード(5)の銀を主成分とする第２のメッキ層(20b)とを、金から成る第２の接続部材(7)により電気的に接続する。上記の工程により、リードフレーム組立体(10)が形成される。
【００２１】
更に、リードフレーム組立体(10)は、例えば、周知のトランスファモールド法により、支持板(1)の少なくとも主面(1a)、電力用半導体素子(2)及び制御用半導体素子(3)、第１及び第２の接続部材(6, 7)、各リード(4, 5)の内端部(4a, 5a)が、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂から成る樹脂封止体(8)（図１の破線に示す）により、被覆される。連結細条等の不要部を除去して、各リードフレーム組立体(10)を個別化することにより、ハイブリッドＩＣ（集積回路）等の樹脂封止型電子部品としての半導体装置(11)が形成される。
【００２２】
本発明の実施の態様は前記実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。図示しないが、例えば、リードフレーム(10)を形成した後であって第１及び第２の接続部材(6, 7)を接続する以前であれば、いつでも第１のリード(4)の一部を切除することができる。即ち、第１のリード(4)及び複数の第２のリード(5)をリードフレーム(10)に形成した後に第１のリード(4)の内端部(4a)の一部を部分的に除去し、更に、第１のリード(4)の内端部(4a)及び前記第２のリード(5)の内端部(5a)上に第１のメッキ層(20a)を形成して、第２のリード(5)の第１のメッキ層(20a)上に第２のメッキ層(20b)を重ねて形成することもできる。各メッキ層(20a, 20b)の形成前に第１のリード(4)の内端部(4a)の一部を切除しても、第１のリード(4)上に第２のメッキ層が形成されないので、同様の効果が得られる。
【００２３】
また、第２のメッキ層(20b)は、メッキ浴槽内にリードフレームを浸漬させて形成することもできる。この場合、リードフレームの第２のメッキ層(20b)を形成しない領域にマスク等を施してメッキすると良い。
【００２４】
また、第１及び第２の電子部品として、半導体素子の代わりに回路部品（電子回路基板）等を使用しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明は、異なる金属製の複数の接続部材により、電子部品の複数の電極とメッキされたリードとを接続するリードフレーム組立体及びそのリードフレーム組立体を使用する半導体装置に良好に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態を示す半導体装置の平面図
【図２】第１及び第２のメッキ層を形成したリードフレームを示す平面図
【図３】図２のIII−III線に沿う部分断面図
【図４】従来の半導体装置を示す平面図
【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿う部分断面図
【符号の説明】
【００２７】
(1)・・支持板、  (1a)・・主面、  (2)・・第１の半導体素子（電力用半導体素子）、  (3)・・第２の半導体素子（制御用半導体素子）、  (2a, 3a)・・上面電極、  (4)・・第１のリード、  (5)・・第２のリード、  (6)・・第１の接続部材、  (7)・・第２の接続部材、  (8)・・樹脂封止体、  (10)・・リードフレーム組立体、  (11)・・半導体装置、  (20)・・内端部、  (20a)・・第１のメッキ層、  (20b)・・第２のメッキ層、  (21)・・接除線、
【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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