(57)【要約】【課題】  リードフレーム及びその製造方法を提供する。【解決手段】  金属材質の基底金属層にニッケルまたはニッケル合金よりなるＮｉメッキ層を形成する段階と、Ｎｉメッキ層上にパラジウムまたはパラジウム合金よりなるＰｄメッキ層を形成する段階と、Ｎｉメッキ層及びＰｄメッキ層を熱処理する段階と、熱処理されたＰｄメッキ層上に保護メッキ層を形成する段階と、を含むリードフレームの製造方法。これにより、それぞれのメッキ層間のガルバニック電位差が小さくなって、メッキ層形成中に含まれる水素を外部に放出できる。【選択図】  図９
2005311353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材質の基底層を提供する段階と、
前記基底層にニッケルまたはニッケル合金よりなるＮｉメッキ層を形成する段階と、
前記Ｎｉメッキ層上にパラジウムまたはパラジウム合金よりなるＰｄメッキ層を形成する段階と、
前記Ｎｉメッキ層及びＰｄメッキ層を熱処理する段階であって、少なくとも前記Ｐｄメッキ層に拡散層の金属成分を有する拡散層を提供する、該段階と、
前記熱処理されたＰｄメッキ層上に保護メッキ層を形成する段階と、を含むリードフレームの製造方法。
【請求項２】
前記熱処理段階で、熱処理温度は１５０℃以上であることを特徴とする請求項１に記載のリードフレームの製造方法。
【請求項３】
前記熱処理段階は、前記パラジウムまたはパラジウム合金の一部が前記Ｎｉメッキ層に広がり、前記ニッケルまたはニッケル合金の一部が前記Ｐｄメッキ層に広がって、前記パラジウム及びニッケルが含まれた金属拡散層を形成する段階を含み、
前記金属拡散層は、Ｎｉメッキ層と接する下面から上面までパラジウムの濃度が徐々に高くなるように形成さ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の製造方法。
【請求項４】
前記金属拡散層の上面でのパラジウムの濃度は５％ないし８０％であることを特徴とする請求項３に記載のリードフレームの製造方法。
【請求項５】
前記熱処理段階は、前記金属拡散層の形成後に前記金属拡散層の表面に生成された酸化膜を除去する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載のリードフレームの製造方法。
【請求項６】
前記保護メッキ層はＡｕまたはＡｕ合金よりなることを特徴とする請求項１に記載のリードフレームの製造方法。
【請求項７】
前記Ｎｉメッキ層形成段階では、Ｎｉメッキ層を２０μインチないし８０μインチの厚さに形成し、前記Ｐｄメッキ層形成段階では、Ｐｄメッキ層を０．５μインチないし０．８μインチの厚さに形成し、前記保護メッキ層形成段階では、保護メッキ層を、Ａｇを含むＡｕ合金とし、その厚さが０．８ないし１．５μインチになるように形成することを特徴とする請求項６に記載のリードフレームの製造方法。
【請求項８】
前記基底層は４２アロイ素材よりなることを特徴とする請求項１に記載のリードフレームの製造方法。
【請求項９】
金属材質の基底層にニッケル合金よりなる第１メッキ層を形成する段階と、
前記第１メッキ層を熱処理する段階と、
前記熱処理された第１メッキ層上に保護メッキ層を形成する段階と、を含むリードフレームの製造方法。
【請求項１０】
前記第１メッキ層はニッケルとパラジウムの合金よりなることを特徴とする請求項９に記載のリードフレームの製造方法。
【請求項１１】
前記第１メッキ層上にはパラジウムまたはパラジウム合金よりなる第２メッキ層が形成され、前記熱処理段階は、前記第１メッキ層及び第２メッキ層が形成された後に行われることを特徴とする請求項９に記載のリードフレームの製造方法。
【請求項１２】
前記熱処理段階は、前記パラジウムまたはパラジウム合金の一部が前記第１メッキ層に広がり、前記第１メッキ層のニッケルまたはニッケル合金の一部が前記第２メッキ層に広がって、前記パラジウム及びニッケルが含まれた金属拡散層を形成する段階を含み、
前記金属拡散層は、第１メッキ層と接する下面から上面までパラジウムの濃度が徐々に高くなるように形成されることを特徴とする請求項１１に記載のリードフレームの製造方法。
【請求項１３】
前記金属拡散層の上面でのパラジウムの濃度は５％ないし８０％であることを特徴とする請求項１２に記載のリードフレームの製造方法。
【請求項１４】
前記熱処理段階で、熱処理温度は１５０℃以上であることを特徴とする請求項９に記載のリードフレームの製造方法。
【請求項１５】
前記熱処理段階は、前記金属拡散層の形成後に前記金属拡散層の表面に生成された酸化膜を除去する段階を含むことを特徴とする請求項９に記載のリードフレームの製造方法。
【請求項１６】
前記保護メッキ層はＡｕまたはＡｕ合金よりなることを特徴とする請求項９に記載のリードフレームの製造方法。
【請求項１７】
前記基底層は４２アロイ素材よりなることを特徴とする請求項９に記載のリードフレームの製造方法。
【請求項１８】
金属材質の基底層と、
前記基底層上に積層され、ニッケルまたはニッケル合金よりなるＮｉメッキ層と、
前記Ｎｉメッキ層の上部に形成されたものであり、パラジウム及びニッケルを含んで下面から上面までパラジウムの濃度が高まる金属拡散層と、
前記金属拡散層上に形成される保護メッキ層と、を具備するリードフレーム。
【請求項１９】
前記金属拡散層は、前記Ｎｉメッキ層上にパラジウムまたはパラジウム合金よりなるＰｄメッキ層が形成された後に熱処理されて得られることを特徴とする請求項１８に記載のリードフレーム。
【請求項２０】
前記保護メッキ層はＡｕまたはＡｕ合金よりなることを特徴とする請求項１８に記載のリードフレーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はリードフレーム及びその製造方法に関する。より詳細には、半導体チップと外部回路とを連結して一つの半導体パッケージをなすリードフレーム及び前記リードフレームを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リードフレームは半導体チップと共に半導体パッケージをなす核心構成要素の一つであり、半導体パッケージを外部と連結する導線（ｌｅａｄ）の役割と、半導体チップを支持する支持体（ｆｒａｍｅ）の役割とを行う。
【０００３】
このような半導体リードフレームは、通常スタンピング方式またはエッチング方式により製造される。
【０００４】
スタンピング方式は、順次に移送されるプレス金型装置を利用して薄板素材を所定形状に打抜きして製造する方法であり、リードフレームを大量生産する場合に主に適用される。エッチング方式は、化学薬品を利用して素材の一定部位を腐食除去することで製品を形成する化学的蝕刻方法であり、リードフレームを少量生産する場合に主に適用される製造方法である。
【０００５】
図１は、通常的なリードフレームの平面図である。図１に示すように、リードフレーム１００はダイパッド１１０、及びリード１２０を具備する。
【０００６】
ダイパッド１１０は、パッド支持部１８０によりレール１７０に連結されて半導体チップを支持する機能を持つ。
【０００７】
リード１２０は、内部リード１３０及び外部リード１４０を具備し、前記内部リード１３０と外部リード１４０との間には各リード間の間隔を保持するダムバー１６０が形成されている。半導体パッケージの組立が完了すれば、レール１７０及びダムバー１６０は除去される。
【０００８】
このような構造を持つリードフレームは、記憶素子である半導体チップとの組立過程を経て半導体パッケージをなす。半導体組立過程には、ダイボンディング工程、ワイヤーボンディング工程、モールディング工程が含まれる。ダイボンディング工程は、半導体チップ（ダイ）をリードフレームのパッドに付着させる工程であり、ワイヤーボンディング工程は、半導体チップの端子部とリードフレームの内部リードとを金などで接合して連結する工程であり、モールディング工程は、熱硬化性樹脂などの絶縁体でチップとワイヤー及び内部リード部分を密封する工程である。
【０００９】
前記半導体の組立工程のうちダイボンディング工程で半導体チップとの接着力を高め、ワイヤーボンディング工程で内部リードのワイヤーボンディング性を改善するために、ダイパッド１１０及び内部リード１３０に所定の特性を持つ金属素材を塗布する場合が多い。これと共にモールディング工程後、外部リード１４０が基板実装される工程でハンダ濡れ性を向上させるために、外部リードの所定部位に錫と鉛との合金（Ｓｎ−Ｐｂ）よりなるハンダ付け基礎メッキを行う。
【００１０】
しかし、前記ハンダ付け基礎メッキ過程が面倒であり、露出された鉛及び鉛メッキ溶液による環境問題が引き起こされるだけでなく、ハンダ付け基礎メッキ過程で、リードフレーム表面とエポキシモールディングとの間にメッキ液が侵入して半導体チップ不良を引き起こす場合が頻繁に発生し、メッキ層の不均一を除去するための追加工程が必要であるという問題点がある。
【００１１】
前記問題点を解決するために先メッキ方法が提案された。この方法では、半導体パッケージ工程前にハンダ濡れ性に優れた素材を金属素材にあらかじめ塗布することによって、半導体後工程での鉛メッキ工程を省略可能にした。前記先メッキ方法を使用したリードフレームは後工程が簡便になるだけでなく、半導体パッケージ工程で鉛メッキという環境汚染工程を減らすことができるため最近脚光を浴びている。
【００１２】
図２は、特許文献１に開示された従来の先メッキ方法を利用したリードフレームメッキ層製造方法によって製造されたリードフレームの概略的な断面図を表す。
【００１３】
図面を参照すれば、銅を主成分とする基底金属層１２１の上層部にＮｉメッキ層１２２が全面的に形成され、前記Ｎｉメッキ層１２２の直上部にＰｄメッキ層１２３が形成されたことが分かる。すなわち、基底金属層１２１の上層部にニッケルとパラジウムとが順に全面メッキされる。
【００１４】
Ｎｉメッキ層１２２は、基底金属層１２１の銅または鉄成分がリードフレームの表面に広がって酸化物または硫黄化物を生成することを防止する。そして、前記Ｐｄメッキ層１２３はハンダ濡れ性に非常に優れた金属であり、Ｎｉメッキ層１２２の表面を保護する。
【００１５】
前記のようなリードフレームのリード１２０の製造時、メッキを行う前に事前処理を行うが、基底金属層１２１の表面に欠陥部が存在する場合、その欠陥部位の表面エネルギーが高くて、周囲の他の部分に比べて前記欠陥部位でのＮｉメッキ層のメッキが局部的に急速に進められるため、周囲部分との凝集性が低下してメッキ表面が非常に荒くなる。
【００１６】
特に、Ｐｄメッキ層１２３を形成させる場合には、水素との電極電位差がほとんどないために、メッキ時に水素が多量吸着されるようになる。このように吸着された水素は前記Ｐｄメッキ層の内部応力を増加させ、特に前記欠陥部位に形成されたＮｉメッキ層１２２の表面にＰｄメッキ層１２３を電気メッキする場合、パラジウム析出電位が水素析出電位とほぼ同じなので、パラジウム析出時に多量の水素が混入される。前記水素混入によってＰｄメッキ層の内部応力が増加することによって、Ｐｄメッキ層の緻密性が低下してメッキ層の一部が剥離される現象が発生する。
【００１７】
前記Ｐｄメッキ層１２３の緻密性低下はＮｉメッキ層１２２の酸化を誘発して、ワイヤーボンディング性及びハンダ濡れ性を低下させる。これと共に、熱的履歴工程によって最外郭層であるＰｄメッキ層表面が酸化されることによって、本来のパラジウムの良好なハンダ濡れ性が低下する。
【００１８】
前記のような問題点を解決するために、特許文献２に開示されたリードフレームのリード１２０は、図３に示すようにＰｄメッキ層１２３上に保護メッキ層１２４が形成されている。
【００１９】
すなわち、リードフレームの基底金属層１２１は、銅、または銅合金または鉄−ニッケル合金素材よりなる。前記基底金属層１２１の少なくとも一側面上に形成され、かつニッケルまたはニッケル合金よりなるＮｉメッキ層１２２と、前記Ｎｉメッキ層上に形成されてパラジウムまたはパラジウム合金よりなるＰｄメッキ層１２３、及び前記Ｐｄメッキ層上に形成され、かつ銀（Ａｇ）またはは合金よりなる保護メッキ層１２４とを含んでいる。
【００２０】
この方法は、銀の高い耐酸化性を利用してＰｄメッキ層上に銀をメッキすることによって、前記Ｐｄメッキ層１２３の表面の酸化を効果的に防止してハンダ濡れ性を向上させたことであり、先メッキされたリードフレームの表面が外部から物理的に損傷されていない状態では良好な効果を持つ。
【００２１】
しかし、半導体パッケージ組立や取り扱い段階などの間に表面メッキ組織のクラックが発生し、前記クラックによってメッキ層が剥離されてＮｉメッキ層及びＰｄメッキ層の一部が外部に露出され、これによってガルバニック電位差が誘発されて腐食が促進される。
【００２２】
この場合、基底金属層１２１の素材が４２アロイである場合に腐食の問題点がさらに発生する。すなわち、前記４２アロイはＮｉ４２％、Ｆｅ５８％及び少量の他の元素で構成されてリードフレーム素材として広く使われるが、前記４２アロイをなす素材であるＦｅまたはＮｉ成分と、Ｐｄメッキ層１２３や保護メッキ層１２４の成分であるＡｇとの間ではガルバニック系列上の差が大きい。このようなガルバニック系列上の差によってガルバニック作用が生じ、腐食が激しく発生してしまう。
【００２３】
特に図３に示すように、リードフレーム製造工程中にクラックや欠陥が容易に発生し、前記クラックや欠陥によって前記保護メッキ層１２４が剥離されることによって、前記Ｐｄメッキ層１２３及びＮｉメッキ層１２２が、外部空気に含まれた酸素に露出される。この外部空気に露出された外部露出部１２０ｃでガルバニック作用が生じることによって腐食が促進されるという問題点は依然として存在する。
【００２４】
【特許文献１】特許第１５０１７２３号公報
【特許文献２】米国特許第４５２９６６７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
本発明の目的は、それぞれのメッキ層間のガルバニック電位差が低くなる構造を持つリードフレーム及び前記リードフレームを製造する方法を提供することを目的とする。
【００２６】
本発明の他の目的は、メッキ層形成中に含まれる水素が外部に放出され、メッキ層の気泡が減少する構造を持つリードフレーム及び前記リードフレームを製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
前記目的を解決するための本発明のリードフレームの製造方法は、Ｎｉメッキ層を形成する段階と、Ｐｄメッキ層を形成する段階と、熱処理する段階と、保護メッキ層を形成する段階とを含む。
【００２８】
すなわち、金属材質の基底層にニッケルまたはニッケル合金よりなるＮｉメッキ層を形成する。次いで、前記Ｎｉメッキ層上にパラジウムまたはパラジウム合金よりなるＰｄメッキ層を形成する。次いで、前記Ｎｉメッキ層及びＰｄメッキ層を熱処理する。
【００２９】
ここで、前記熱処理段階は、前記Ｎｉメッキ層及びＰｄメッキ層を熱処理する段階、及び前記Ｐｄメッキ層素材であるパラジウムまたはパラジウム合金の一部を前記Ｎｉメッキ層に拡散し、前記Ｎｉメッキ層素材のニッケルまたはニッケル合金の一部を前記Ｐｄメッキ層に拡散させて、前記パラジウム及びニッケルが含まれた金属拡散層を形成する段階を含み、前記金属拡散層は、Ｎｉメッキ層と接する下面から上面までパラジウムの濃度が徐々に高くなるように形成されることが望ましい。
【００３０】
ここで、前記熱処理段階は、前記金属拡散層の形成後に前記金属拡散層の表面に生成された酸化層を除去する段階を含むことが望ましく、この場合、前記酸化層を除去する段階は、塩酸が添加された有機酸系のニッケル活性化溶剤を使用して行われうる。
【００３１】
前記基底層は、４２アロイ素材よりなりうる。
【００３２】
一方、本発明の他の側面では、金属材質の基底層にニッケル合金よりなる第１メッキ層を形成する段階と、前記第１メッキ層を熱処理する段階と、前記熱処理された第１メッキ層上に保護メッキ層を形成する段階と、を含むリードフレームの製造方法を提供する。
【００３３】
一方、本発明の他の側面ではリードフレームが提供される。リードフレームは基底金属層と、Ｎｉメッキ層と、金属拡散層と、保護メッキ層とを具備する。金属材質の基底層上にはニッケルまたはニッケル合金よりなるＮｉメッキ層が積層される。前記Ｎｉメッキ層の上部には、パラジウム及びニッケルを含み、かつ前記Ｎｉメッキ層と接する下面から上面までパラジウムの濃度が徐々に高くなる金属拡散層が積層される。前記金属拡散層上には保護メッキ層が形成される。
【００３４】
この場合、前記金属拡散層は、前記Ｎｉメッキ層上にＰｄメッキ層が形成された後に熱処理されて得られ、前記保護メッキ層はＡｕまたはＡｕ合金よりなることが望ましい。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、保護メッキ層を形成する前に熱処理する段階を経ることにより、パラジウムの濃度が下面から次第に高くなる構造を持つ金属拡散層が形成される。これによって、メッキ層間のガルバニック電位差が抑えられてリードフレーム表面に腐食が発生することを防止できる。
【００３６】
さらに、メッキ層の形成時に含まれた水素が熱処理段階を経つつ高温になってメッキ層の表面に放出されて除去されることによって、メッキ層が緻密になって腐食が防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施例について詳細に説明する。
【００３８】
図４は、本発明の望ましい第１実施例によるリードフレームの製造工程を示すフローチャートであり、図５Ａないし図５Ｄは、リードフレームのそれぞれの製造段階を示す断面図である。この場合、リードフレームの主素材である基底金属層上にメッキ層を形成する工程は、半導体チップ及びリードフレームをパッケージングする半導体パッケージング工程前に行われる。
【００３９】
図を参照すれば、リードフレームのベアフレームである基底金属層２２１が供給される。前記基底金属層２２１は銅または４２アロイなどの金属材質よりなる。
【００４０】
次いで、化学メッキ法または電気メッキ法などを利用して、基底金属層の表面にニッケルまたはニッケル合金をメッキしてＮｉメッキ層２２２を形成させる段階（Ｓ１０）を経る。前記Ｎｉメッキ層２２２は、基底金属層２２１の素材であるＣｕ、Ｎｉ、Ｆｅなどがリードフレーム表面に広がることを防止する機能をする。
【００４１】
次いで、前記Ｎｉメッキ層２２２上にパラジウムまたはパラジウム合金をメッキしてＰｄメッキ層２２３ａを形成する（Ｓ２０）。前記Ｐｄメッキ層２２３ａをなすパラジウムまたはパラジウム合金はハンダ濡れ性に非常に優れた金属であり、Ｎｉメッキ層２２２の表面を保護する機能をする。
【００４２】
この場合、Ｎｉメッキ層２２２をなすニッケルまたはニッケル合金は、Ｐｄメッキ層２２３ａをなすパラジウムまたはパラジウム合金とのガルバニック電位差が大きい。前記ガルバニック電位差によって、特にＮｉメッキ層及びＰｄメッキ層が外部に露出される場合、前記Ｎｉメッキ層及びＰｄメッキ層でガルバニック作用が誘発されてリードフレームの腐食を促進させる。
【００４３】
これと合せて、パラジウムの析出電位が水素の析出電位と近似している。したがって、Ｐｄメッキ層２２３ａを形成させるために電気メッキする場合に、Ｐｄ析出時に多量の水素が含まれる。前記含まれた水素はＰｄメッキ層の内部応力を増加させ、かつ欠陥を加速化させて結局リードフレームの腐食を促進させる。
【００４４】
したがって、本発明はＮｉメッキ層２２２とＰｄメッキ層２２３ａとのガルバニック電位差を減らし、Ｐｄメッキ層２２３ａに含まれた水素を表面に放出除去するために、Ｎｉメッキ層及びＰｄメッキ層を熱処理して金属拡散層２２３を形成する段階（Ｓ３０）を経る。
【００４５】
すなわち、前記Ｐｄメッキ層２２３ａ及びＮｉメッキ層２２２を熱処理することで、前記Ｎｉメッキ層素材であるニッケルまたはニッケル合金の一部が前記Ｐｄメッキ層２２３ａに広がる。これと合せて、前記Ｐｄメッキ層をなす素材であるパラジウムまたはパラジウムの一部は前記Ｎｉメッキ層２２２に広がる。これによって、Ｐｄメッキ層、またはＰｄメッキ層及びＮｉメッキ層の一部にパラジウム及びニッケルが混在された層が形成される。前記パラジウムとニッケルが混在された層を金属拡散層２２３という。
【００４６】
ガルバニック電位差が相異なるＮｉメッキ層１２２及びＰｄメッキ層１２３が境界をはさんで形成された従来のリードフレームと違って、本発明に採択された金属拡散層２２３は、Ｎｉメッキ層２２２との境界から徐々にニッケルの濃度が減少し、パラジウムの濃度が高まる構造を持つことが望ましい。
【００４７】
そのために、図４ないし図６に示すように、Ｎｉメッキ層２２２、及びＰｄメッキ層２２３ａを形成した後に熱処理工程（Ｓ３１）を経て、Ｎｉメッキ層と接する下面２２３”から上面２２３’までパラジウムの濃度が徐々に高くなる構造を持つ金属拡散層２２３を形成すること（Ｓ３２）が望ましい。これによって、Ｎｉメッキ層と金属拡散層との間にガルバニック電位差が発生せず、結果的にガルバニック電位差による腐食が発生しないからである。
【００４８】
この場合、前記金属拡散層の上面２２３’でのパラジウムの濃度は５％ないし８０％であることが望ましいが、これは、パラジウムの濃度が５％未満である場合には金属拡散層２２３が適切なハンダ濡れ性を得られず、パラジウムの濃度が８０％を超過した場合にはＮｉメッキ層と接する下面からのパラジウム濃度勾配が急激になされて、Ｎｉメッキ層２２２と金属拡散層２２３との間にガルバニック電位差が発生する恐れがあるからである。
【００４９】
このような熱処理段階は、特に基底金属層２２１が４２アロイ材質よりなる場合にさらに特に有効である。Ｐｄメッキ層素材であるパラジウムと基底金属層の主素材であるニッケル及び鉄との間に発生するガルバニック電位差を前記熱処理により最小化させうるからである。
【００５０】
これと共に、ニッケル及びパラジウムを熱処理すれば、特にパラジウムがメッキされる時に含まれた水素が高温の熱により活性化されつつ金属拡散層の表面に広がり水素原子同士の反応を通じて外部に放出されて除去される。これによって、水素による応力集中現象が解消され、それによって金属拡散層の緻密性が向上して耐食性が向上する。
【００５１】
また、硬度の高いニッケル及びパラジウムを熱処理すれば、アニーリング効果によってニッケル及びパラジウムの組織が均一に変化し、基底金属層２２１をメッキする時に発生した内部応力が除去されてＮｉメッキ層２２２及び金属拡散層２２３の延性が増加し、結晶構造を再配列させて気泡の数を最小化し、メッキ層構造が緻密になる。
【００５２】
前記熱処理工程（Ｓ３１）で熱処理温度は１５０℃以上であることが望ましい。その温度が１５０℃未満である場合には最適の構造を持つ金属拡散層が形成されないからである。この場合、熱処理温度が９００℃未満であることがさらに望ましい。その温度が９００℃以上である場合には、金属拡散層の上面に酸化膜が形成されそれが厚くなって、前記酸化膜を除去し難くてハンダ濡れ性が低下するためである。
【００５３】
また、前記熱処理段階で、熱処理時間は２０分以下であることが望ましい。この場合にも、熱処理時間が２０分以上である場合には、金属拡散層の上面に酸化膜が形成されそれが厚くなるためである。
【００５４】
この場合、前記熱処理するための熱処理手段としてオーブンを使用する場合、熱処理時間が１０秒以上であることが望ましい。前記熱処理時間が１０秒未満である場合には金属拡散層が形成され難いためである。これと違って、熱処理手段がレーザーである場合には１０秒以下の短時間に熱処理する場合にも金属拡散層の形成が可能である。したがって、前記熱処理時間は少なくとも金属拡散層が形成されうる時間以上であることが望ましい。
【００５５】
このような条件は、金属の拡散に必要な活性化エネルギーを当該金属に伝達するための最小限の時間及び半導体パッケージに損傷を加えない条件を考慮したものであり、他の方法によっても金属の拡散のためのエネルギーを供給できる。
【００５６】
一方、図６に示すように、前記熱処理工程（Ｓ３１）を経つつ、Ｐｄメッキ層の上面２２３’が大気中の酸素と結合して金属拡散層２２３上に酸化膜２２３ｂが形成されうる。前記酸化膜２２３ｂは、特にメッキ層の内部に存在する水素の拡散経路を遮断することによって、Ｐｄメッキ層２２３ａを形成する時に含まれて残留する水素がメッキ層の外部に抜け出せなくなって、保護メッキ層の緻密性及び密着性を低下させる。
【００５７】
したがって、熱処理工程（Ｓ３１）後に金属拡散層２２３上に酸化膜２２３ｂが生成される場合、物理的または化学的に酸化膜を除去する工程（Ｓ３３）を経ることが望ましい。前記酸化膜を除去する方法の例としては、アルゴンと酸素との混合ガスを使用してプラズマ処理して酸化膜を除去するか、塩酸が添加された有機酸系のニッケル活性溶剤を使用して酸化膜２２３ｂを除去できる。
【００５８】
前記熱処理段階（Ｓ３０）を経た後には、前記金属拡散層２２３上に保護メッキ層２２４を形成する工程を経る。前記保護メッキ層２２４は、貴金属よりなることが望ましい。貴金属は高い耐酸化性を持っている。したがって、前記金属拡散層２２３上に前記貴金属をメッキすることによって、前記金属拡散層２２３の表面の酸化を防止できる。
【００５９】
前記保護メッキ層２２４は、Ａｕ、またはＡｕ系合金よりなることが望ましい。ここで、Ａｕ系合金とは、Ａｕと類似した性質を持つ合金であって、Ａｇ合金であるか、ＡｕにＡｇ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｄよりなる群のうち選択された少なくとも一つの金属を含んでなされた合金を意味する。
【００６０】
本発明による半導体パッケージの製造方法による効果は次の実施例によりさらに明確に理解されうる。この場合、本発明は本実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００６１】
本実験で使われた試料は、５４ＴＳＯＰ２の４２アロイの先メッキリードフレームであり、４２アロイ素材の基底金属層２２１上にＮｉメッキ層２２２を８０μインチ（マイクロインチ）の厚さに形成し、次いで、前記Ｎｉメッキ層２２２上にＰｄメッキ層２２３ａを０．５μインチないし０．８μインチの厚さに形成し、次いで、前記Ｎｉメッキ層及びＰｄメッキ層を熱処理した後に、Ａｕ及びＡｇよりなる保護メッキ層を０．８ないし１．５μインチの厚さに形成したリードフレームを使用した。
【００６２】
特に、熱処理方法はリードフレームリール・ツー・リール熱処理装置を使用し、リードフレームを９ｍ／ｍｉｎの速度で移送させつつ熱処理した。この時の熱処理温度を６９０℃とし、高温によってＮｉメッキ層及びＰｄメッキ層が急速に酸化されることを防止するために窒素−水素ガスを注入しつつ工程を進行した。
【００６３】
〔１．熱処理直後のＡＥＳ表面成分〕
熱処理直後にＡＥＳ（Auger Electron Spectroscopy）装置を使用してリードフレームの表面成分を分析した。この時のリードフレームは、保護メッキ層がその上側に形成される前の状態である。図７に示すように、前記リードフレームの最外郭に形成された金属拡散層の上面２２３’のパラジウム濃度は２０％を占めており、金属拡散層の内部へ行くほど徐々にその濃度が減少する。これによって、熱処理段階（Ｓ３１）を経ることにより、金属拡散層のパラジウム濃度が下面２２３”から上面２２３’へ行くほど徐々に高まる構造を持つことが分かる。
【００６４】
〔２．塩水噴霧試験〕
耐食性の評価は塩水噴霧試験により実施した。ここで、チャンバ温度は３５℃の状態で、濃度５％の塩化ナトリウムが２４時間当り４０ｇ／ｍ２で噴霧されるようにした。この時のリードフレームは、基底金属層上にＮｉメッキ層、金属拡散層、及び保護メッキ層が形成された状態であった。
【００６５】
図８Ａは、熱処理段階を経ないリードフレームが塩水噴霧試験を終えた後の状態を表す。図８Ａを参照すれば、熱処理段階を経ないリードフレーム１００に腐食された部分Ｃが多いということが分かる。
【００６６】
図８Ｂは、熱処理段階を経たリードフレーム２００が塩水噴霧試験を終えた後の状態を表す。図８Ｂに示すように、熱処理段階を経たリードフレーム２００には腐食された部分がほとんど現れていないことが分かる。
【００６７】
本試験を通じて、基底金属層２２１上にＮｉメッキ層２２２、及びＰｄメッキ層２２３ａを順次形成した後に熱処理して金属拡散層２２３を形成し、前記金属拡散層２２３上に保護メッキ層２２４を形成してリードフレーム２００を製造する場合に、金属拡散層においてパラジウムの濃度が下面から上面へ行くほど高まる構造を持ち、これによってリードフレーム２００に腐食が発生しないか、発生するとしても最小限に抑えられるということが分かる。
【００６８】
一方、本発明の第２実施例によるリードフレームの製造方法は、図９に示すように、金属材質の基底層にニッケル合金よりなる第１メッキ層を形成する段階（Ｓ１００）と、前記第１メッキ層を熱処理する段階（Ｓ３００）と、前記熱処理された第１メッキ層上に保護メッキ層を形成する段階（Ｓ４００）とを含む。
【００６９】
熱処理段階（Ｓ３００）は、第１メッキ層熱処理段階（Ｓ３１０）後に金属拡散層を形成する段階（Ｓ３２０）と、金属拡散層上に形成された酸化層を除去する段階（Ｓ３３０）とを含む。この場合、前記熱処理段階（Ｓ３００）及び保護メッキ層形成段階（Ｓ４００）は、本発明の第１実施例によるリードフレーム製造方法と同一なので詳細な説明を省略する。
【００７０】
前記第１メッキ層に含まれる材料は、ニッケルよりハンダ濡れ性に優れた材料を有することが望ましい。この場合、ハンダ濡れ性に優れた素材としてパラジウムが望ましいので、第１メッキ層は、ニッケル及びパラジウムが含まれたニッケル合金よりなることが望ましい。前記第１メッキ層を形成させた後に熱処理段階に入る。
【００７１】
一方、前記第１メッキ層上にはパラジウムまたはパラジウム合金よりなる第２メッキ層が形成され、前記熱処理段階（Ｓ３００）は、前記第１メッキ層及び第２メッキ層が形成された後に行われることがさらに望ましい。
【００７２】
ここで、前記熱処理段階（Ｓ３００）は、前記パラジウムまたはパラジウム合金の一部が前記第１メッキ層に広がり、前記第１メッキ層のニッケルまたはニッケル合金の一部が前記第２メッキ層に広がって、前記パラジウム及びニッケルが含まれた金属拡散層を形成する段階を含み、この場合、前記金属拡散層は、第１メッキ層と接する下面から上面へ行くほどパラジウムの濃度が徐々に高くなるように形成されることが望ましい。
【００７３】
本発明の他の側面での望ましい実施例によるリードフレーム２００及びそれを具備した半導体パッケージ２０５が図１０に示されている。図１０を参照すれば、本発明の実施例によるリードフレーム２００は、基底金属層２２１と、Ｎｉメッキ層２２２と、金属拡散層２２３及び保護メッキ層２２４を具備する。
【００７４】
基底金属層２２１は、リードフレームのベアフレームであって、ニッケル及び鉄、またはＣｕなどを主素材とした金属素材よりなる。この場合、基底金属層２２１の素材としては４２アロイが使われることが望ましい。
【００７５】
前記基底金属層２２１上にはＮｉメッキ層２２２が積層される。前記Ｎｉメッキ層２２２はニッケルまたはニッケル合金よりなり、基底金属層の４２アロイまたはＮｉまたはＣｕがリードフレーム表面に広がることを防止する。
【００７６】
前記Ｎｉメッキ層２２２の上部には金属拡散層２２３が積層される。前記金属拡散層２２３はパラジウム及びニッケルを含み、前記Ｎｉメッキ層と接する下面から上面へ行くほどパラジウムの濃度が徐々に高まる構造を持つ。
【００７７】
これは、ガルバニック電位差が相異なるＮｉメッキ層及びＰｄメッキ層が境界をはさんで形成された従来のリードフレーム１００と違って、本発明に採択された金属拡散層２２３は、Ｎｉメッキ層との境界から徐々にニッケルの濃度が減少し、パラジウムの濃度が高まる構造を持ち、Ｎｉメッキ層と金属拡散層との間にガルバニック電位差が発生しなくなって結果的にガルバニック電位差による腐食が発生しないためである。
【００７８】
この場合、前記金属拡散層の上面２２３’でのパラジウムの濃度は５％ないし８０％であることが望ましいが、これは、パラジウムの濃度が５％未満である場合には金属拡散層が適切なハンダ付け性を得られず、パラジウムの濃度が８０％を超過した場合には、Ｎｉメッキ層と接する下面からのパラジウム濃度勾配が急激になされてＮｉメッキ層と金属拡散層との間にガルバニック電位差が発生する恐れがあるためである。
【００７９】
この場合、前記金属拡散層は本発明のリードフレームの製造方法による熱処理工程によって形成されることが望ましい。
【００８０】
すなわち、図５Ａないし図５Ｄに示すように、基底金属層２２１にＮｉメッキ層２２２、及びＰｄメッキ層２２３ａを形成した後に熱処理することで、前記Ｎｉメッキ層の素材であるニッケルまたはニッケル合金の一部が前記Ｐｄメッキ層２２３ａに拡散し、前記Ｐｄメッキ層をなす素材であるパラジウムまたはパラジウム合金の一部が前記Ｎｉメッキ層２２２に拡散する。これによって、Ｐｄメッキ層、またはＰｄメッキ層及びＮｉメッキ層の一部がパラジウム及びニッケルを含み、パラジウムの濃度が下面から上面へ行くほど高まる濃度勾配を持つ金属拡散層２２３が形成される。
【００８１】
前記熱処理工程によって、特にパラジウムがメッキされる時に含まれた水素が高温の熱により活性化されつつ金属拡散層の表面に広がり、水素原子同士の反応を通じて外部に放出されて除去される。これによって水素による応力集中現象が解消され、これによって金属拡散層の緻密性が向上して耐食性が向上する。
【００８２】
また、硬度の高いニッケル及びパラジウムを熱処理すればアニーリング効果によってニッケル及びパラジウムの組織が均一に変化され、基底金属層をメッキする時に発生した内部応力が除去されてＮｉメッキ層及び金属拡散層の延性が増加し、結晶構造を再配列させて気泡の数を最小化させ、メッキ層構造が緻密化される。
【００８３】
前記金属拡散層２２３の上部には保護メッキ層２２４が形成される。前記保護メッキ層２２４は、前記金属拡散層２２３表面の酸化を防止する機能を行う。ここで、前記保護メッキ層２２４は、Ａｕ、またはＡｕ系合金よりなることが望ましい。ここで、Ａｕ系合金とは、Ａｕと類似した性質を持つ合金であり、Ａｇ合金であるか、またはＡｕにＡｇ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｄよりなる群のうち選択された少なくとも一つの金属を含んでなる合金を意味する。
【００８４】
このような構造を持つリードフレーム２００に半導体チップ５０が実装され、電気的に半導体チップ及び外部回路と連結されることによって一つの半導体パッケージ２０５をなしうる。
【００８５】
この場合、図１０を参照して半導体パッケージの一例を挙げれば、前記ダイパッド２１０上に半導体チップ５０が載置され、前記内部リード２３０と前記半導体チップ５０とが、ワイヤー２５２によってワイヤーボンディングされて連結され、外部リード２４０は外部回路と電気的に連結される。前記半導体チップ５０と内部リード２３０とが樹脂２５５でモールディングされて半導体パッケージ２０５をなす。ここで図１０は、本発明の実施例によるリードフレームを具備した半導体パッケージの一つの例を示すものであり、本発明は、図１０に示す半導体パッケージ構造に採択されたリードフレームに限定されるものではない。
【００８６】
本発明は、前記実施例に限定されず、特許請求の範囲で定義された発明の思想及び範囲内で当業者によって変形及び改良されうる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明は、半導体リードフレーム技術分野に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】通常的なリードフレームを示す平面図である。
【図２】従来のリードフレームの断面を示す断面図である。
【図３】従来のリードフレームの断面を示す断面図である。
【図４】本発明の第１実施例によるリードフレームの製造方法を示すフローチャートである。
【図５Ａ】本発明の実施例によるリードフレームの製造方法の１段階を示す断面図である。
【図５Ｂ】本発明の実施例によるリードフレームの製造方法の１段階を示す断面図である。
【図５Ｃ】本発明の実施例によるリードフレームの製造方法の１段階を示す断面図である。
【図５Ｄ】本発明の実施例によるリードフレームの製造方法の１段階を示す断面図である。
【図６】図５ＣのＳ３０段階を細分して示す断面図である。
【図７】本発明の実施例によるリードフレームの製造方法によって製造されたリードフレームの熱処理直後のＡＥＳ表面成分の分析結果を示すグラフである。
【図８Ａ】従来のリードフレームの塩水噴霧試験結果を示す図である。
【図８Ｂ】本発明のリードフレームの製造方法によって製造されたリードフレームの塩水噴霧試験結果を示す図である。
【図９】本発明の第２実施例によるリードフレームの製造方法を示すフローチャートである、
【図１０】本発明の他の側面で、望ましい実施例によるリードフレーム及びこれを具備した半導体パッケージを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００８９】
２００  リードフレーム
２２０  リード
２２１  基底金属層
２２２  Ｎｉメッキ層
２２３  金属拡散層
２２３’  金属拡散層の上面
２２３”  金属拡散層の下面
２２３ａ  Ｐｄメッキ層
２２３ｂ  酸化膜
２２４  保護メッキ層
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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