(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄合金素材の基板上に、Ｐｄ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ及びＡｇの中から選択された金属またはこの合金からなる第１貴金属ストライクメッキ層、中間メッキ層、パラジウムメッキ層及び、Ｐｄ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ及びＡｇの中から選択された金属またはこの合金からなる第２貴金属メッキ層が順次積層されていることを特徴とする多層メッキリードフレーム。
【請求項２】
前記中間メッキ層が銅メッキ層とニッケルメッキ層よりなることを特徴とする請求項１に記載の多層メッキリードフレーム。
【請求項３】
前記銅メッキ層が銅またはＳｎ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｍｎ及びＣｏの中から選択された、少なくとも１種の金属が添加された銅合金よりなることを特徴とする請求項２に記載の多層メッキリードフレーム。
【請求項４】
前記ニッケルメッキ層がニッケルまたはＣｕ、Ｓｎ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｃｏ、及びＷの中から選択された、少なくとも１種の金属が添加されたニッケル合金よりなることを特徴とする請求項２に記載の多層メッキリードフレーム。
【請求項５】
前記パラジウムメッキ層が前記ニッケルメッキ層と第２貴金属メッキ層の間に積層されていることを特徴とする請求項２に記載の多層メッキリードフレーム。
【請求項６】
前記パラジウムメッキ層がパラジウムまたはＭｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ及びＣｏの中から選択された、少なくとも１種の金属が添加されたパラジウム合金よりなることを特徴とする請求項１に記載の多層メッキリードフレーム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はリードフレームに係り、より詳細には鉄合金素材の基板に先メッキフレーム工程が適用できるようにメッキ層の構造を改善した多層メッキリードフレームに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体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成す中心構成要素の１つであって、半導体パッケージの内部と外部とを連結する導線の役割と半導体チップを支持する支持体の役割をする。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。
【０００３】
スタンピング方式はプレス金型装置を利用して薄板の素材を所定形状に製造する方法であって、これはリードフレームを大量生産する場合に主に適用される。
【０００４】
エッチング方式は化学薬品を利用して素材の局所部位を腐蝕させる化学的食刻方法により所定形状に製造する方法であって、リードフレームを少量生産する場合に主に適用される。
【０００５】
前記した２つの製造方法中何れか１つの方法により製造される半導体リードフレームは基板に実装される形態等によって多様な構造を有するが、一般的な構造は図１に示した通りである。
【０００６】
図１は一般的なリードフレームの構造を示す図面である。具体的に、記憶素子のチップを搭載して静的の状態に維持させるダイパッド１１、ワイヤボンディングによりチップと連結される内部リード１２及び外部回路との連結のための外部リード１３を含む構造よりなっている。
【０００７】
このような構造を有する半導体リードフレームは半導体の他の部品、例えば記憶素子のチップなどとの組立過程を経て半導体パッケージを成す。
【０００８】
前記半導体の組立過程中半導体チップとリードフレームの内部リードとのワイヤボンディングを改善するために、ダイパッド１１と内部リード１２に所定の特性を有する金属素材をメッキする場合が多い。またハンダ付け性向上のために外部リード１３の一定部位にハンダメッキ(Ｓｎ-Ｐｄ)を行なう。
【０００９】
しかし、前記ハンダメッキ過程においてメッキ液が内部リード１２の領域にまで浸透する場合が頻繁に発生するので、これを除去するための追加工程を必ず経るべきであるという問題点があった。
【００１０】
このような問題点を解決するために提案されたのが先メッキフレーム方法である。この方法によれば、半導体パッケージ工程前に基板にハンダ付け濡れ性が良好な素材をあらかじめ塗布してメッキ層を形成する方法である。このような方法により製造されたメッキ層の構造は図２、図３及び図４に示した通りである。
【００１１】
図２を参照すると、リードフレームはＣｕ基板２１の上にＮｉメッキ層２２と、ＰｄまたはＰｄ／Ｎｉ合金メッキ層２３が順次積層されている多層構造のメッキ層から成る。
【００１２】
図３に示したリードフレームはＣｕ基板３１の上にＮｉメッキ層３２とＰｄ／Ｎｉ合金メッキ層３３が順次積層されており、前記Ｐｄ／Ｎｉ合金メッキ層３３の上部にＮｉメッキ層３４とＰｄメッキ層３５が順次形成されている多層構造のメッキ層を具備している。
【００１３】
図４に示したリードフレームはＣｕ基板４１の上にＮｉメッキ層４２と、ＰｄまたはＡｕメッキ層４３が順次積層されている。そして前記ＰｄまたはＡｕメッキ層４３の上部にはＰｄ／Ｎｉ合金メッキ層４４、ＰｄまたはＡｕメッキ層４３エ及びＰｄメッキ層４５が順次形成されている構造を成す。
【００１４】
ところが、前記図２乃至図４に示したリードフレームは基板の素材がＣｕまたはＣｕ合金の場合に先メッキフレーム方法を適用して製造しており、Ｎｉ等の元素を少量含有している鉄合金素材である合金４２素材には適用が難しかった。合金４２はＮｉ、Ｆｅ及び少量の他の元素よりなり、リードフレームの基板素材として広く使われるが、塩水雰囲気下の組立工程中に発生する腐蝕がひどいという問題点があった。これは合金４２素材の鉄系合金とメッキ層成分のＰｄの電気化学ポテンシャルの差が大きいためにガルバーニ腐蝕現象を起こすことによる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は前記問題点を解決するためにメッキ層の構造を改善することによって、ハンダ付け性とワイヤボンディング性に優れているばかりでなく、非常に耐腐食性にも優れたリードフレームを提供することである。
【００１６】
【発明を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明では、鉄系合金素材の基板上に第１貴金属メッキ層、中間メッキ層及び第２貴金属メッキ層が順次積層されていることを特徴とする多層メッキリードフレームを提供する。
【００１７】
前記中間メッキ層は銅メッキ層とニッケルメッキ層よりなる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明は鉄合金素材の基板上に貴金属またはその合金を予めメッキすることにその特徴がある。このような貴金属メッキ層形成以後に中間メッキと最外郭メッキ層を形成して全体的なメッキ層構造が完成するようになる。この際中間メッキ層と最外郭メッキ層の間にはパラジウムメッキ層が形成できる。ここでパラジウムメッキ層は全体的なメッキ層表面の照度を向上させるだけでなく、中間メッキ層と最外郭メッキ層との密着性を向上させてハンダ付け性、ワイヤボンディングなどの特性を向上させる役割をする。
【００１９】
［基本的な原理］ワグナー混合電極理論を参照して、本発明の基本的な原理を説明する。
【００２０】
電気化学分野において、金属の腐食速度は一般的に下記の数式１に示される。
【００２１】
【数１】
i=i0exp(ΔE/β)
ここで、i0は交換電流密度、βはターフェル係数、ΔEは酸化反応電位と還元反応電位の差である。
【００２２】
混合電極理論によると、金属の腐食反応は酸化反応と還元反応よりなっている。そして腐食反応速度は酸化反応速度と還元反応速度が同一である時決定される。
【００２３】
金属の腐食反応は数式１のΔEと電流密度iとの関係を片対数形式で示した図５のエバンスダイアグラムより容易に分かる。
【００２４】
一般的に原子がvを有する金属Mの腐食は下記酸化反応と還元反応により起こる。
【００２５】
酸化反応(リードフレーム/メッキ層の界面)：M＝Mv+＋ve-
還元反応(メッキ層/外部大気の界面)；O2＋2H2O＋4e-＝4(OH)-
金属の腐食速度は酸化反応の“ΔE vs．log I”カーブを還元反応の“ΔE vs．log i”カーブが相接する点から決定される。
【００２６】
金属の腐食速度を落とすためには酸化反応及び還元反応の速度を各々落とすべきである。しかし、通常的な塩水雰囲気下で還元反応は酸素還元反応に固定されている。従って、金属の腐食速度を落とすためには金属の酸化反応速度を変化させる必要がある。
【００２７】
前述したように、金属酸化反応は主にリードフレームと第１メッキ層間の界面から起こる。従って第１メッキ層の電気化学ポテンシャルの大きさは非常に重要である。腐食速度は酸化反応と還元反応の電気化学ポテンシャルの差が小さくなるほど減少される。
【００２８】
例えば、図５から分かるように金属の電気化学ポテンシャルがＭｎ、Ｆｅ、Ｃｕ及びＰｄの順序で増加する。そして、全体的な金属腐食速度がＭｎ、Ｆｅ、Ｃｕ及びＰｄの順序で顕著に減少する。
【００２９】
基本的な原理として段落００１９から段落００２８にて説明した、このような原理を利用して本発明では鉄リードフレーム上部にパラジウム等のような貴金属ストライク層をメッキし、その上部に従来の手法と同様にメッキ層を順次積層して酸化反応速度を落とし、これにより全体的な腐食速度を減少させている。
【００３０】
以下、図６を参照して、本発明の好ましい実施例によるリードフレームの構造を調べる。
【００３１】
鉄合金素材の基板６１の上部に形成された第１貴金属メッキ層６２はＰｄ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ及びＡｇの中選択された金属またはこれらの合金よりなる。この際前記基板６１の厚さは０.０１乃至５ｍｍある。
【００３２】
前記第１貴金属合金の具体的な例には、合金総重量に対して５０％未満のＡｕ成分を有するＰｄ−Ａｕ合金、全体組成において５０％未満のＣｏ成分を有するＰｄ−Ｃｏ合金、全体組成において５０％未満のＷ成分を有するＰｄ−Ｗ合金、全体組成において５０％未満のＴｉ成分を有するＰｄ−Ｔｉ合金、全体組成において５０％未満のＳｎ成分を有するＰｄ−Ｓｎ合金、全体組成において５０％未満のＮｉ成分を有するＰｄ−Ｎｉ合金、全体組成において５０％未満のＭｏ成分を有するＰｄ−Ｍｏ合金などがある。第１貴金属メッキ層は前述したように酸化反応と還元反応の電気化学ポテンシャル差を減らすことによって耐腐食性を向上させる役割をするが、適正な厚さは０．０１乃至１０μｍである。
【００３３】
前記第１貴金属メッキ層６２の上部に形成されている銅メッキ層６３は銅または合金重量に対し５０％未満のＳｎ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｍｎ及びＣｏの中選択された、少なくとも１種の金属が添加された銅合金よりなる。この層の厚さは０．０１乃至１０μｍであることが望ましい。
【００３４】
前記銅メッキ層６３は第１貴金属メッキ層６２とニッケルメッキ層６４の間の密着性を向上させ、基板素材の金属原子が広がることを防止する役割をする。
【００３５】
ニッケルメッキ層６４は中間層であって、銅原子が最外郭表面まで広がって銅酸化物や銅黄化物のような反応性銅化合物を生成することを防止するために形成してある。このようなニッケルメッキ層６４はニッケルまたは合金総重量に対し５０％未満のＣｕ、Ｓｎ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｃｏ及びＷの中選択された、少なくとも１種の金属が添加されたニッケル合金よりなる。そして前記ニッケルメッキ層６４の厚さは０．０１乃至１０μｍであることが望ましい。
【００３６】
前記ニッケルメッキ層６４の上部に形成されたパラジウムメッキ層６５はパラジウムまたはＭｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ及びＣｏの中選択された、少なくとも１種の金属パラジウム合金を利用して０．０１乃至１０μｍの厚さで形成する。前記パラジウムメッキ層６５はニッケルメッキ層６４の表面の気孔を隠して表面粗度を均一化させられるので、後続に形成される最外郭メッキ層の厚さを均一に維持する作用をする。
【００３７】
前述のようなパラジウムメッキ層６５を形成すると、塩水雰囲気下での局部腐食現象が著しく減少する。そしてニッケルメッキ層５４と最外郭メッキ層の第２貴金属メッキ層６２′の間の結合力が増大する。このように２つの層間の結合力が増大すると、リードフレームのパッド上に半導体チップを実装した後の後続工程のトリミング過程及びフォーミング過程で亀裂が発生したり、またはこの亀裂によって生成された隙間がさらに大きくなる現象を最小化できる。その結果、耐腐食性が非常に向上するだけでなく、ニッケルメッキ層６４のニッケルが広がることを防止することによってハンダ付け性とワイヤボンディングも向上する。
【００３８】
前記パラジウムメッキ層６５の上部に形成された第２貴金属メッキ層６２′はＰｄ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｒｕ及びＲｈの中選択された金属またはこれらの合金よりなる。この層の役割は下部層を保護する最外郭メッキ層であって、全体メッキ層の酸化防止とハンダ付け性、ワイヤボンディング性などを向上させる役割を果たす。
【００３９】
前記第２貴金属メッキ層６２´の厚さは０．０１乃至１０μｍであることが望ましい。
【００４０】
前記のような構造を有するリードフレームにおいて、メッキされる部位はワイヤボンディング領域またはこの 領域を含んだリードフレーム全体である。
【００４１】
以下、本発明を実施例を挙げて詳細に説明するが、本発明が下記実施例にだけ限定されることではない。
【００４２】
鉄−ニッケル基板を前処理した後、約３μインチのパラジウムストライクメッキ層を形成した。前記パラジウムストライクメッキ層上部に約２μｍの厚さで銅をメッキした後、ニッケルとニッケル−パラジウム合金を順次メッキして約１μｍ厚さのニッケルメッキ層と３μインチのニッケル−パラジウム合金メッキ層を形成した。次いで、前記ニッケル−パラジウム合金メッキの上部に約３μインチのパラジウムメッキ層を形成した。
【００４３】
ここでパラジウムとニッケル-パラジウムメッキ液としてはMo.GL-2(S)(Degussa社)溶液を、銅メッキ液としてはピロリン酸塩銅(Copper pyrophosphate;豊元化学製)溶液を、そしてニッケルメッキ液としてはMo.6450(Degussa社)を各々使用した。
【００４４】
以下比較例について説明する。
【００４５】
合金４２基板を前処理した後、この基板上に銅、ニッケル及びパラジウムを順次メッキして３層メッキ層構造を有するリードフレームを完成した。
【００４６】
以下別の比較例について説明する。
【００４７】
合金４２基板を前処理した後、この基板上にニッケル、銅、ニッケル及びパラジウムを順次メッキして４層メッキ層構造を有するリードフレームを完成した。
【００４８】
前記実施例及び２つの比較例によって製造された多層リードフレームのハンダ付け性実験(solderability test:MIL-STD-883D、Method 2003.7)、塩水噴霧実験(salt water spray test:MIL-STD-883D、Method 1009.8)、ワイヤボンディング実験を実施した。その結果を下記の表１に示した。
【００４９】
【表１】
0004489193.tif 000002
【００５０】
上記の表１より、実施例に従って製造されたリードフレームは２つの比較例によって製造されたリードフレームに比べてハンダ付け性、ワイヤボンディング性及び耐腐食性に優れていることが分かった。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によるリードフレームはワイヤボンディング性、耐腐食性、ハンダ付け性などの諸特性が非常に向上するため、半導体パッケージ工程において高い収益率が期待でき、製品の生産性を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【図１】通常的なリードフレームの構造を概略的に示した平面図である。
【図２】従来の技術によるリードフレームのメッキ層構造を示した図面である。
【図３】従来の技術によるリードフレームのメッキ層構造を示した図面である。
【図４】従来の技術によるリードフレームのメッキ層構造を示した図面である。
【図５】エバンスダイアグラム(Evans diagram)を示した図面である。
【図６】本発明によるリードフレームのメッキ層構造を概略的に示した断面図である。
【符号の説明】
１１  ダイパッド
１２  内部リード
１３  外部リード
２１  Ｃｕ基板
２２  Ｎｉメッキ層
２３  ＰｄまたはＰｄ／Ｎｉ合金メッキ層
３１  Ｃｕ基板
３２  Ｎｉメッキ層
３３  Ｐｄ／Ｎｉ合金メッキ層
３４  Ｎｉメッキ層
３５  Ｐｄメッキ層
４１  Ｃｕ基板
４２  Ｎｉメッキ層
４３  Ａｕメッキ層
４３′  ＰｄまたはＡｕメッキ層
４４  Ｐｄ／Ｎｉ合金メッキ層
４５  Ｐｄメッキ層
６１  鉄合金基板
６２  第１貴金属メッキ層
６２′  第２貴金属メッキ層
６３  銅メッキ層
６４  ニッケルメッキ層
６５  パラジウムメッキ層
【図１】
0004489193.tif 000003
【図２】
0004489193.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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