(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄板素材の表面を電解脱脂する電解脱脂段階と、
脱脂済みの前記薄板素材を電解研磨する電解研磨段階と、
電解研磨済みの前記薄板素材の表面に現れる介在物を除去する介在物除去段階と、
介在物の除去段階が完了した前記薄板素材を酸性溶液で洗浄する洗浄段階と、
洗浄済みの前記素材に多層のめっき層を形成するめっき層形成段階とを含んでなることを特徴とするリードフレームの製造方法。
【請求項２】
前記電解脱脂段階が、
少なくとも、前記薄板素材を陰極脱脂する第１脱脂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３】
前記電解脱脂段階が、
前記薄板素材を陰極脱脂する第１脱脂段階と、
陰極脱脂済みの前記薄板素材を陽極脱脂する第２脱脂段階と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４】
前記介在物除去段階が、前記薄板素材を陽極脱脂する第３陽極脱脂工程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５】
前記介在物が非伝導性の場合に、前記介在物除去段階が薄板素材の表面に超音波を照射することによって介在物を除去する段階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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体リードフレームに係り、特にリードフレーム素材の前処理工程が改善されたリードフレームとこのリードフレームのめっき方法に関する。
【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なす重要な構成要素の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(lead)の役割と半導体チップを支持する支持体の役割とを兼ねる。このような半導体リードフレームは通常スタンピングプロセス(Stamping process)又はエッチングプロセス(Etching process)により製造される。
【０００３】
これらの方法のうち何れか1つの方法により製造される半導体リードフレームの構造は、基板に実装される形態によって様々である。
【０００４】
図１は従来型の半導体リードフレームの構造を示した概略的な平面図である。
【０００５】
図面を参照すれば、半導体リードフレーム８０は、記憶素子の半導体チップを搭載して静的状態を保つダイパッド(die pad)部８１、ワイヤボンディングによりチップに連結された内部リード(internal lead)８２、及び外部回路との連結のための外部リード(external lead)８３とを含む構造よりなる。
【０００６】
このような構造を有する半導体リードフレーム８０は、半導体の他の部品、例えば、記憶素子のチップとの組立過程を経て半導体パッケージを形成する。このような半導体パッケージの組立過程においては、半導体チップとリードフレーム８０の内部リード８２とのワイヤボンディング特性とダイパッド部８１の半田付け特性とを向上させるために、ダイパッド部８１とリードフレーム８０の内部リード８２に所定の特性を有する金属材料をめっきする場合が多く、また樹脂保護層のモールディングの後、基板実装のための半田付け特性向上のために外部リード８３の一定の部位に半田(Sn-Pb)めっき(solder plating)を行なう。
【０００７】
ところが、前記半田めっき過程においてめっき液が内部リード８２まで浸透することが多発するので、これを除去するための追加工程を必要とする問題点があった。
【０００８】
このような問題点を解決するために提案されたのが日本国特開昭63-2358号公報に開示されている事前めっきリードフレーム(Pre-Plated Frame、以下“PPF”とする)方式である。この方式は半導体パッケージング工程の前に半田濡れ性(solder wettability)に優れた素材の基板をあらかじめ形成して中間めっき層を形成する。
【０００９】
前述したようにPPFは薄板素材の全面にめっきが行われるのでめっきの前に前処理工程を行うことになる。このような前処理工程はめっきされる表面を清浄かつ平滑にしてめっき層間の密着性を良好にすることであって、かかる前処理工程が不完全な場合にはめっきが剥げたり、膨らみの発生、斑及び光沢のバラツキ、めっき層の凹凸、ピンホールの発生など多様な不良が発生する。
【００１０】
前述したような不良の発生を抑制するための前処理工程は通常電解脱脂段階であって、この段階は有機溶剤脱脂工程、無機物脱脂工程、酸浸漬及び洗浄工程よりなる。また、素材の表面とめっき層間の表面密着性を高めるために前記電解脱脂段階を経た後に電解研磨工程をさらに実施して素材の表面を活性化する。
【００１１】
前記電解研磨工程は、金属基体の表面を活性化してニッケルめっきの際にニッケルめっきと金属基体との界面接合性を向上させる効果がある。通常の圧延によって製造される半導体装置用リードフレームの素材は巻き戻しのような工程を経ても製造時の応力が完全に解消されず、素材の表面には局部的に微細クラックと応力が存在することになる。
【００１２】
このような金属基体には通常の原材料の表面に存する防錆油や無機物を除去するための脱脂工程を経ても、相変らず前記微細クラックが存在することになる。前記表面に通常の多層めっきを実施すればめっき層の表面は比較的平滑な面を有することになる。しかし、半導体を基板に実装するためにリードフレームを曲げるベンディング工程を経ると、金属基体の表面に残存していた応力と微細クラックとがベンディングにより成長し続けてクラックが大きくなり、結局、金属基体表面に積層されためっき側にクラックを生じさせて金属基体の腐食と酸化を招く。また、微細クラック部分と残留応力部分にめっきが施されても微細クラック部分に対して完全なめっきが行えずに空隙が残存することがあり、このような空隙が通常の半導体製造工程で加えられる熱のような劣化条件に置かれると微細クラックから腐食が促進される。また、半導体回路の連続的な作動による内部熱によってもリードフレームの素材の腐食が発生しうる。また、残存するベンディングの内部応力により経時的にクラックが成長する問題を含んでいる。従って、電解研磨工程によって金属基体の表面に残っている微細クラック部分をエッチングし、表面に残存する応力残留部位と共に微細クラックを除去することになる。この場合、金属基体の表面に被着された保護めっき層が相当に厚い場合にはある程度は前記問題を防止する効果があるが、下地めっきと保護層めっきとが厚くなると、むしろ半田濡れ性が低下してベンディング時のクラックを誘発する原因となる。
【００１３】
ところが、前記前処理過程で電解研磨工程を行うと、図２及び図３のように薄板素材内の金属若しくは非金属の介在物(inclusion)が薄板素材の表面に露出される。即ち、下地の主要な金属材料の他に製造時に添加された合金元素物質は、薄板素材の圧延時に原材料と共に薄板素材表面に圧着されているために突出せず、また表面酸化膜や防錆油、無機物などによって見えないが、電解研磨のように表面を削ると、介在物が表面に露出されることになる。このように露出された状態でNiなどでめっきを行うと、図４に示すように薄板素材の表面に散在している結節(nodule)上にめっきされる。このようにめっきされた結節は下地金属との界面接着力が弱いため、薄板素材のベンディング時に結合が切離される問題がある。また、通常の半導体製造工程でリードフレームに施される老化過程(aging process)によって、最終的に半導体装置が基板に表面実装される際に半田濡れ性が低下する問題を有する。これは金属基体の表面に存在する介在物が本実施例で示したようなFeの場合において、Feは前記半導体製造過程で加えられる熱によって主素材のCuより容易に酸化され、熱拡散が上層めっき層に至ってめっき層の表面まで拡散されて半田濡れ性を低下させる。また、ワイヤボンディング時にキャピラリによる機械的な衝撃や熱圧力によって前記結節を基点としてめっき層が剥げることもある。また、剥げた結節がキャピラリのヘッド部分に電着されてキャピラリが激しく汚染または摩耗されることによってキャピラリを頻繁に取替える必要性が生じる。さらに、ワイヤボンディングの際に、薄板素材から離脱してキャピラリに電着された結節(めっきの破片)によって、めっきが完了したリードフレームのボンディング部分の下層まで損傷する問題点がある。しかし、従来は原材料上の厚い多層めっき層によって金属基体の表面上にある程度の介在物が残存しても前記問題は発生しなかった。通常、PPFのめっきは下地層としてニッケルめっきを使用し、前記めっき層上に機能性めっきとしての保護層をめっきして前記問題の発生を防止した。しかし、保護層のめっき層が厚くなると、実際に半田濡れが生じる下地層と半田との接合待ち時間が延びて、むしろ半田濡れ性に劣る。通常、保護層のパラジウムめっきは厚さ6乃至7μmで行うが、この場合にも金属基体の表面の介在物による前記問題が発生する。また、最近多用される事前めっきにおいて保護めっき層として用いられるパラジウムのコストアップによって、前記めっき層を厚くする場合には商業上の利用性がきわめて低下する問題点がある。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記問題点を解決するために案出されたものであって、本発明の目的は、耐食性を向上させ、電解研磨時に露出される結節の発生を抑制し、めっき層の形成時に界面密着性を強化し、平滑なめっき層の形成が可能なリードフレームの製造方法を提供することにある。
【００１５】
本発明の別の目的は、多層めっきリードフレームにおいてその保護層のめっき厚さを薄く形成しながらもワイヤボンディング性と半田濡れ性に優れた半導体装置用リードフレームを提供することである。
【００１６】
本発明のさらに別の目的は、前記製造方法により製造された素材よりなるリードフレームを提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明のリードフレームの製造方法は、薄板素材の表面を電解脱脂する電解脱脂段階と、脱脂済みの薄板素材を電解研磨する電解研磨段階と、電解研磨済みの薄板素材の表面に現れる介在物を除去する介在物除去段階と、介在物の除去段階が完了した薄板素材を酸性溶液で洗浄する洗浄段階と、洗浄済みの原材料に多層のめっき層を形成するめっき層形成段階とを含んでなることを特徴とする。
【００１８】
本発明において、前記介在物除去段階は薄板素材を陽極脱脂する脱脂段階よりなる。
【００１９】
前記目的を達成するための本発明のリードフレームは、洗浄済みの薄板素材を電解研磨し、この電解練磨された薄板素材の表面に現れる介在物を除去及び洗浄した後、多層のめっき層が形成された素材よりなるインナーリード部とアウターリード部とを含んでなる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づいて本発明に係る好適実施例を詳しく説明する。
【００２１】
図５は本発明に係るリードフレームの製造方法を示したものであって、リードフレームを製造するための薄板素材を前処理する方法の一実施例を示した図面である。
【００２２】
本発明に係る前処理は原材料上の圧延油や防錆油のような油を除去するための工程を経ることになる。このために薄板素材を有機溶剤で脱脂する脱脂工程１０やアルカリ浸漬脱脂段階または電解脱脂する電解脱脂段階２０とを行う。前記電解脱脂段階２０は陰極脱脂する第1脱脂段階および陰極脱脂済みの薄板素材を陽極脱脂する第2脱脂段階よりなるか、或いは例えば陰極脱脂段階のみからなってもよい。
【００２３】
本実施例では前記電解脱脂段階２０を行うのに、陰極脱脂する第1脱脂段階と、陰極脱脂済みの薄板素材を陽極脱脂する第2脱脂段階とを実施した。前記電解脱脂段階の電解液であるNaOH 120g/lのアルカリ溶液に電流90Aを印加し、無接点脱脂としてそれぞれの電解槽に陽極及び陰極を用いた。この場合、アルカリ性電解液中に浸けられた薄板素材上に電流が印加されてその表面に発生する気泡により薄板素材の表面に付着した前記油と無機物とが除去される。前記電解脱脂は薄板素材表面から発生する水素による金属表面の還元作用と、汚れの酸化作用などで金属表面の化合物及び汚れが除去される。
【００２４】
前記電解脱脂が完了した薄板素材を電解研磨４０して表面を研磨する。本実施例では75%の酸性溶液の燐酸と硝酸との混合溶液を電解液として使用して薄板素材に90Aの電流を印加した。前述したような環境で電解研磨を行うと、前記陰極及び陽極脱脂により異物が最初に除去された状態で薄板素材の表面が削られるため、図６に示すように薄板素材に含まれた原材料の製造時に原材料と共に完全に溶融されずに残っているFe結節が表面に露出される。
【００２５】
前述したような薄板素材の表面に結節が表面に露出された状態で、薄板素材の表面に露出された介在物を除去するための介在物除去段階５０を行う。
【００２６】
本実施例ではこの介在物の除去段階５０を行うのに陽極脱脂する第３脱脂工程段階５１を行う。前記陽極脱脂段階５１は、陽極として薄板素材を、陰極として所定の金属板を用いて電解液に浸けてなされたものであって、陽極から陰極への電荷移動によって陽極で発生する酸素と陽極溶解により前記薄板素材の結節部分が除去される。本実施例では電解液として水酸化ナトリウム溶液120g/lに40Aの電流を印加することで実施した。
【００２７】
前記段階で金属基体の素材の成分によって電解研磨段階後に現れる介在物の成分が異なる。例えば、C7025素材の場合にはFe結節でないSiのような介在物が電解研磨後に素材の表面に露出される。この場合、Siは非伝導性物質なので前記陽極脱脂方法の代りに超音波を表面に照射して除去することになる。
【００２８】
前記介在物の除去段階の陽極脱脂５１が完了すると、薄板素材を酸性溶液で洗浄して異物を完全に洗浄する洗浄段階６０を行う。前記介在物を除去するための工程を行うと、図７と図８に示されたように薄板素材の表面の結節が完全に除去される。前述したように前処理工程が完了すると、薄板素材に保護層を含む多層のめっき層を形成するめっき層形成段階７０を行う。
【００２９】
図９は前処理された薄板素材にめっき層が形成された状態を示す写真である。
【００３０】
写真に示したように薄板素材の表面に結節が形成されないことからめっき表面の粗度が改善されることが分かる。従って、薄板素材を用いたリードフレームの製造時に、折曲げられる部位から従来のように結節が取れることを防止し、めっき層の浮上がりを防止しうる。また、ワイヤボンディング工程でキャピラリのヘッド部分に薄板素材から剥がれた結節が付着してキャピラリが激しく摩耗することを防止しうる。
【００３１】
前記方法を用いて製造されたリードフレーム８０は、図１に示されたように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８２と外部回路との連結のための外部リード８３とを含む。
【００３２】
前述したように構成されたリードフレーム８０は、素材の表面から結節が除去されて表面粗度が改善された状態なので、前述したように結節によりキャピラリの摩耗及び汚染を防止し、ワイヤボンディング不良の主原因であるめっき層と下地素材(下地金属)との接着力の低下の問題を根本的に解決し得る。
【００３３】
図４及び図９は、各々従来の技術と本発明に係るリードフレームの表面状態を3000倍に拡大したものであって、縦横の長さが各々40μm（即ち、表面積が1600μm2）である。前記問題を引き起こす直径約1μmの結節が従来は約50個であったのに対して、本発明では平均0乃至5個以下に著しく減少したことがわかる。また図１０乃至１３は、本発明によって製造されたリードフレームと従来のリードフレームに対して通常の半導体製造工程でリードフレームに適用される条件を基準として試験を行ったものである。
【００３４】
まず、図１０と図１２の各々は、従来のリードフレームと本発明の方法により製造されたリードフレームであり、前記それぞれのリードフレームにニッケルとパラジウムとを順次に多層めっきした後、175℃で2時間オーブンキュアリングを行ない、再び93℃で8時間スチームエージングを行った後の従来のリードフレームと本発明のリードフレームとの表面を示す写真である。
【００３５】
図１１と図１３は、前記熱的湿潤によって老化させた前記リードフレーム表面に半田活性剤(R-Fluxタイプ)を塗って、それを温度235℃の溶融した半田に2秒間浸けた後の従来のリードフレームと本発明のリードフレームの半田の濡れの状態を各々示した写真である。写真から分かるように、金属基体の表面に突出した介在物上に従来の多層めっきされたリードフレームは前記老化過程を経ながら介在物を中心に酸化が起こって半田濡れ性に劣ることがわかる。これに対し、本発明のリードフレームは金属基体の表面に残存する介在物を除去することによって前記老化を行った後にも半田濡れ性に優れていることがわかる。
【００３６】
このように、前記方法によって製造される本発明に係る多層めっき層を有するリードフレームは、その表面において表面実装のための半田濡れ性を阻害する介在物が著しく減少して前記半田濡れ性の問題が解決される効果がある。
【００３７】
前述したような方法により製造される事前めっきを適用する半導体装置用リードフレームは、中間の下地層を含んでその上層に貴金属よりなる保護層を形成し、前記貴金属にはパラジウム、パラジウム合金、金、金合金などが使用されうる。本発明の実施例において、めっきされた多層めっき層は保護層のパラジウム層めっきの厚さが0.05乃至2μmである。この際、下地層のNiの厚さは20乃至40μmである。
【００３８】
【発明の効果】
前述したように本発明に係るリードフレームとその製造方法は、薄板素材の前処理過程で半導体装置の製造時のワイヤボンディング性と表面実装時の半田濡れ性を阻害する薄板素材の表面の結節を除去することによって、該結節によるめっき層の浮上がり、クラックの発生及びワイヤボンディング時に発生するキャピラリの摩耗、結節のキャピラリのヘッドへの積層及びこれによるワイヤボンディング時のめっき層の圧痕を除去しうる。また、リードフレームの表面実装時の外部リードの半田濡れ性を改善し、ベンディングによるクラックを防止しうる。
【００３９】
本発明は図面に示した一実施例に基づいて説明したが、これは例示的なもの過ぎず、当業者ならこれより多様な変形及び均等な他実施例が可能なのを理解しうるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般の半導体リードフレームの概略的な平面図である。
【図２】従来の薄板素材の電解研磨後の表面の状態を示す顕微鏡写真である。
【図３】前処理段階以前の素材の断面を示す断面図である。
【図４】電解研磨の後の薄板素材の表面にめっき層が形成された状態を示す顕微鏡写真である。
【図５】本発明に係るリードフレームの製造方法のうち前処理段階を示すブロック図である。
【図６】電解研磨段階後の素材の断面を示す断面図である。
【図７】薄板素材を陰極脱脂及び陽極脱脂した後の表面の状態を示す顕微鏡写真である。
【図８】介在物除去段階後の素材の断面を示す断面図である。
【図９】薄板素材の表面にめっき層を形成（図５参照）した状態を示す顕微鏡写真である。
【図１０】従来のリードフレームに多層めっきを行った後に加熱老化及び湿潤老化を実施した表面の顕微鏡写真である。
【図１１】老化工程を経た後の図７の表面の半田の濡れ状態を示す顕微鏡写真である。
【図１２】本発明のリードフレームに多層めっきを行った後に加熱老化及び湿潤老化を実施した表面の顕微鏡写真である。
【図１３】老化工程を経た後の図１２の表面の半田の濡れ状態を示す顕微鏡写真である。
【符号の説明】
１０  有機溶剤脱脂段階
２０  電解脱脂段階
４０  電解研磨段階
５０  介在物除去段階
５１  前記陽極脱脂段階
６０  洗浄段階
７０  めっき層形成段階
８０  半導体リードフレーム
８１  ダイパッド部
８２  内部リード
８３  外部リード
【図１】
0003921341.tif 000002
【図２】
0003921341.tif 000003
【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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【図８】
0003921341.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0003921341.tif 000011
【図１１】
0003921341.tif 000012
【図１２】
0003921341.tif 000013
【図１３】
0003921341.tif 000014