(57)【要約】半導体パッケージの外装めっき構造において、ロウ付け金属としての従来のはんだめっきに代わる材料として、Ｐｄ又はＰｄ合金皮膜を用い、端子間におけるウィスカー等による短絡等の問題を生ずることなく、信頼性の高い半導体部品の外装めっき構造を提供する。本発明の外装めっき構造では、銅又は銅合金系素材を使用した半導体部品の外部接続端子（１０，１２）の表面に、ロウ付け金属としての従来のはんだめっきに代わる材料として、Ｐｄ又はＰｄ合金（２６）を用い、０．３μｍ以下の厚さのめっき皮膜を形成する場合に、前記素材とめっきしたＰｄ又はＰｄ合金層との間に、下地層又は中間金属層を介在させることなく、前記めっきを施す、また場合によっては、更にその上に０．１μｍ以下のＡｕ又はＡｕ合金めっき（２８）を施す。【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅又は銅合金系素材を使用した半導体部品の外部接続端子の表面に、厚さ０．３μｍ以下のＰｄ又はＰｄ合金めっきを施すにあたって、前記素材とめっきするＰｄ又はＰｄ合金層との間に、下地層又は中間金属層を介在させることなく、前記めっきを施したことを特徴とする外装パラジウムめっき構造。
【請求項２】
前記Ｐｄ又はＰｄ合金層の上面に、厚さ０．１μｍ以下のＡｕ又はＡｕ合金めっきを施すことを特徴とする請求項１に記載の外装パラジウムめっき構造。
【請求項３】
鉄又は鉄ニッケル系素材を使用した半導体部品の外部接続端子の表面に、厚さ０．３μｍ以下のＰｄ又はＰｄ合金めっきを施すにあたって、前記素材とめっきするＰｄ又はＰｄ合金層との間に、下地層又は中間金属層を介在させることなく、前記めっきを施したことを特徴とする外装パラジウムめっき構造。
【請求項４】
前記Ｐｄ又はＰｄ合金層の上面に、厚さ０．１μｍ以下のＡｕ又はＡｕ合金めっきを施すことを特徴とする請求項３に記載の外装パラジウムめっき構造。
【請求項５】
銅又は銅合金系素材を使用した半導体部品の外部接続端子の表面に、厚さ０．３μｍ以下のＰｄ又はＰｄ合金めっきを施すにあたって、
少なくとも半導体チップを搭載するダイ付け、ワイヤーボンディング、及び樹脂封止、の工程の終了後に、前記外部接続端子の素材表面とめっきを施すＰｄ又はＰｄ合金層との間に、下地層又は中間金属層を介在させることなく、前記めっきを施すことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
鉄又は鉄ニッケル系素材を使用した半導体部品の外部接続端子の表面に、厚さ０．３μｍ以下のＰｄ又はＰｄ合金めっきを施すにあたって、
少なくとも半導体チップを搭載するダイ付け、ワイヤーボンディング、及び樹脂封止、の工程の終了後に、前記外部接続端子の素材表面とめっきを施すＰｄ又はＰｄ合金層との間に、下地層又は中間金属層を介在させることなく、前記めっきを施すことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、リードフレーム等の半導体部品又は半導体パッケージの外部接続端子を構成している素材表面にパラジウム又はパラジウム合金めっきを施す、外装パラジウムめっき構造及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】  従来、集積回路（ＩＣ）パッケージ等の半導体部品をはんだ、ロウ付け等により基板に実装する場合には、環境保護の観点から鉛を含まない状態で接合するようにした実装方式が一般化しつつある。したがって、ＩＣパッケージの端子部に施される、外装はんだめっきにおいては、Ｓｎ／Ｐｂ（錫・鉛）はんだめっきに代わり、Ｓｎ／Ａｇ（錫・銀）、Ｓｎ／Ｂｉ（錫・ビスマス）、Ｓｎ／Ｃｕ（錫・銅）めっき等が使用されるに至っている。
しかしながら、これらの鉛を含まないはんだめっきにより接合しようとする場合は、ノジュール（塊の形成）や異常析出によるバリが、外部端子を成形する際に、めっき滓となって、端子間の短絡を引き起こしたり、実装後はんだめっき部から発生するウィスカーが端子との間で短絡を引き起こす等、しばしば重大な問題が生ずることがあった。また、鉛成分を含まないはんだめっき浴はその管理が難しく、現在に至るまで安定してめっき皮膜を析出させることが出来ないのが実情であった。
また、鉛を含まない外装はんだめっきとして、パラジウム（Ｐｄ）又はＰｄ合金皮膜を事前にめっきしたＰｄ−ＰＰＦ（Ｐｄ  Ｐｒｅ−Ｐｌａｔｅｄ  Ｌｅａｄ  Ｆｒａｍｅ）と呼ばれているリードフレームが知られている（特開平４−１１５５５８号公報参照）。しかしながら、従来のＰｄ−ＰＰＦでは、ＩＣパッケージ組立加工工程、特にリフローによる半導体素子等の搭載工程における熱履歴にリードフレームの銅基材が耐え得るように下地金属としてニッケル（Ｎｉ）を用いなければならなかった。即ち、リフロー工程等のように比較的高い温度の熱履歴が作用した際に、リードフレーム基材である銅又は銅合金がパラジウム（Ｐｄ）又はＰｄ合金皮膜へ、或いはその上層へ拡散するのを下地ニッケル層により防止する必要があった。
上述したように、従来の半導体パッケージの外装めっき構造において、環境保護の観点から鉛を使用しない場合はウィスカー等の発生により端子間の短絡の問題があり、また基材である銅又は銅合金にパラジウム（Ｐｄ）又はＰｄ合金めっき皮膜を形成する場合は、銅のＰｄへの或いはその上層へ拡散するのを防止するために、Ｐｄ又はＰｄ合金皮膜の下地層としてニッケル層を設ける必要があった（特開平４−１１５５５８号公報参照）。
【発明の開示】
そこで、本発明では、半導体パッケージの外装めっき構造において、ロウ付け金属としての従来のはんだめっきに代わる材料としてＰｄ又はＰｄ合金皮膜を用い、しかも従来のＮｉ，Ｐｄ，Ａｕめっきを施した３層めっきリードフレームに代表されるＰｄ−ＰＰＦ（Ｐｄ  Ｐｒｅ−Ｐｌａｔｅｄ  Ｌｅａｄ  Ｆｒａｍｅ）と同様に、端子間におけるウィスカー等による短絡等の問題を生ずることなく、信頼性の高い半導体パッケージを提供することができ、かつ半導体パッケージの組立後の外装工程の安定化を図ることのできる、半導体部品の外装めっき構造を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明によれば、銅又は銅合金系素材を使用した半導体パッケージの外部接続端子の表面に、厚さ０．３μｍ以下のＰｄ又はＰｄ合金めっきを施すにあたって、前記素材とめっきしたＰｄ又はＰｄ合金層との間に、下地層又は中間金属層を介在させることなく、前記めっきを施したことを特徴とする外装パラジウムめっき構造が提供される。
この場合において、前記Ｐｄ又はＰｄ合金層の上面に、このパッケージを実装する基板側のはんだとの濡れ性を向上するために、厚さ０．１μｍ以下のＡｕ又はＡｕ合金めっきを施すことを特徴とする。
また、本発明では、鉄又は鉄ニッケル系素材を使用した半導体パッケージの外部接続端子の表面に、厚さ０．３μｍ以下のＰｄ又はＰｄ合金めっきを施すにあたって、前記素材とめっきしたＰｄ又はＰｄ合金層との間に、下地層又は中間金属層を介在させることなく、前記めっきを施したことを特徴とする外装パラジウムめっき構造が提供される。
さらに、本発明の外装パラジウムめっき構造は、前記Ｐｄ又はＰｄ合金層の上面に、このパッケージを実装する基板側のはんだとの濡れ性を向上するために、厚さ０．１μｍ以下のＡｕ又はＡｕ合金めっきを施すことを特徴とする。
また、本発明によると、銅又は銅合金系素材を使用した半導体パッケージの外部接続端子の表面に、厚さ０．３μｍ以下のＰｄ又はＰｄ合金めっきを施すにあたって、少なくとも半導体チップを搭載するダイ付け、ワイヤーボンディング、及び樹脂封止、の工程の終了後に、前記外部接続端子の素材表面と、めっきを施すＰｄ又はＰｄ合金層との間に、下地層又は中間金属層を介在させることなく、前記めっきを施すことを特徴とする半導体パッケージの製造方法が提供される。
更にまた、本発明によると、鉄又は鉄ニッケル系素材を使用した半導体パッケージの外部接続端子の表面に、厚さ０．３μｍ以下のＰｄ又はＰｄ合金めっきを施すにあたって、
少なくとも半導体チップを搭載するダイ付け、ワイヤーボンディング、及び樹脂封止、の工程の終了後に、前記外部接続端子の素材表面と、めっきを施すＰｄ又はＰｄ合金層との間に、下地層又は中間金属層を介在させることなく、前記めっきを施すことを特徴とする半導体パッケージの製造方法が提供される。
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の外装パラジウムめっき構造を採用することのできる半導体部品、特にリードフレームの平面図である。
図２ａ及び２ｂは、従来の外装パラジウムめっき構造の２つの例を断面図で示す。
図３は、本発明の第１実施形態に係る外装パラジウムめっき構造の断面図である。
図４は、本発明の第２実施形態に係る外装パラジウムめっき構造の断面図である。
図５は、本発明の外装パラジウムめっき構造を採用した半導体装置の外観を示す。
【発明を実施するための最良の形態】  図１は本発明の半導体パッケージの外装パラジウムめっき構造を採用することのできるリードフレームの平面図である。
図１に示すリードフレーム１０において、１２はアウターリード、１４はインナーリード、１６は半導体チップ（図示せず）が搭載されるチップ搭載部でサポートバー１８によりレール２０，２０に接続されている。２２はダムバーである。
リードフレーム１０上には、チップ搭載部１６に半導体チップが搭載され、この半導体チップとインナーリード１４とがワイヤで接続され、半導体チップ、ワイヤおよびインナーリード１４が封止樹脂により封止されて半導体装置が完成される。この半導体装置のアウターリード１２上にはあらかじめはんだ皮膜が形成されるか、或いは半導体装置の基板への実装時にはんだ皮膜が形成されて基板上の所定位置にはんだ付けされる。
本発明の実施形態では、樹脂により封止した後のアウターリード１２上に、Ｎｉ層等の下地層又は中間層を介在させることなくＰｄまたはＰｄ合金皮膜を形成し、場合によっては、さらにその上にＡｕめっき皮膜を薄く形成する。
リードフレームの素材は特に限定されることなく、ＣｕまたはＣｕ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金など通常用いられる素材を使用できる。
図２ａ及び２ｂは従来の半導体パッケージ又はリードフレームの外装はんだめっき構造の概略断面図、図３は本発明の半導体パッケージの外装はんだめっき構造の第１実施形態の概略断面図、図４は第２実施形態の概略断面図、図５は樹脂により封止した半導体装置の外観図である。
図２ａの従来技術においては、リードフレームの端子部のＣｕ基材又はＦｅ−Ｎｉ系合金基材１０に、厚さ１０μｍ程度のはんだめっき層２４を形成している。しかしながら、前述のように、本発明では、環境等の観点から、図３に示すように、鉛を使用せずに、Ｃｕ系基材又はＦｅ−Ｎｉ系合金基材に直接Ｐｄ又はＰｄ合金層をめっきにより形成している。また、本発明においては、図２ｂに示す、特開平４−１１５５５８号公報に開示されている構造のように、リードフレーム基材（アウターリード）１０（１２）上に、Ｎｉ層３２を介在させて、Ｐｄめっき層２６を形成し更にその上にＡｕ層２８を形成するのではなく、Ｎｉ層を介在させないで直接Ｐｄ又はＰｄ合金層２６を形成している。
即ち、図３に示す本発明の第１実施形態では、半導体装置のリードフレームのアウターリード端子部のＣｕ基材又はＦｅ−Ｎｉ系合金基材１０（１２）に、厚さ０．３μｍ以下のパラジウム（Ｐｄ）めっき層又はＰｄ合金めっき層２６を形成している。このＰｄ又はＰｄ合金めっき層２６の厚さは実際上は０．０５μｍ程度でその役割を果たす。
また、図４に示す本発明の第２実施形態では、第１実施形態と同様、半導体装置のリードフレームのアウターリード端子部のＣｕ基材又はＦｅ−Ｎｉ系合金基材１０（１２）に、厚さ０．３μｍ以下の厚さでパラジウム（Ｐｄ）めっき層又はＰｄ合金めっき層２６を形成し、更に、その上面に、０．１μｍ以下の厚さでＡｕめっき層２８を形成したものである。実際上、このＡｕめっき層２８の厚さは、０．００１μｍ〜０．１μｍであり、最も薄い場合は、Ａｕ原子１個ずつの厚みに相当するものとなる。また、この第２実施形態においても、Ｐｄ又はＰｄ合金めっき層２６の厚さは０．０５μｍ程度で良い。
このように、従来のはんだめっきに代わる材料としてＰｄ又はＰｄ合金皮膜を用いた、リードフレーム等における３層Ｐｄ−ＰＰＦ（Ｐｄ  Ｐｒｅ−Ｐｌａｔｅｄ  Ｌｅａｄ  Ｆｒａｍｅ）構造は、図２ｂに示すように、基材の銅（Ｃｕ）１０（１２）の上に、下地金属のニッケル（Ｎｉ）３２と、中間層のパラジウム（Ｐｄ）２６と、最上層の金（Ａｕ）２８からなる構造となっている。このような３層Ｐｄ−ＰＰＦの利点は、半導体パッケージの組立工程に入る前からリードフレームにリフローによって外部端子と基板を接合可能なめっきを施しておくことにより、組立後におけるめっきプロセスを省略できることである。
しかしながら、組立工程においては、半導体チップを搭載するダイ付け工程、ワイヤーボンディング工程、樹脂封止工程等、非常に多くの熱履歴が加わることとなる。この熱履歴からリードフレームの酸化を防ぎ、組立後に良好なはんだ濡れ性を確保する為に、Ｃｕの拡散防止層としてＮｉが、またＮｉの拡散防止層としてＰｄが、そして更にＰｄの拡散防止層としてＡｕが施される。
本発明では、半導体パッケージの組立工程後に、図３のように、パッケージの端子部１０（１２）にＰｄめっき２６、又は図４のようにＰｄめっき２６を施した後その上に更にＡｕめっき２８を施すことにより、半導体チップを搭載するダイ付け工程、ワイヤーボンディング工程、樹脂封止工程等、の組立工程時の熱履歴によるリードフレームの酸化を考慮しなくて良いものとする。或いは、ダイ付け、ワイヤーボンディング、樹脂封止等、の組立工程を経るとしても、これらの段階において加わるべき温度条件が、リードフレームの酸化を考慮しなくて良い程度の低い温度で遂行可能なものとする。
このため、本発明では、下地金属としてのＮｉを省略することができ、場合によっては、最上層のＡｕめっきも省略することができる。
Ｐｄ又はＰｄ合金めっき層２６のような貴金属とモールド封止樹脂３０（図５）との間は、親和性が乏しいため、Ｐｄ−ＰＰＦに比べると、従来技術におけるＡｇめっきリードフレームはモールド封止樹脂との密着性に優れる傾向にある。現在主流となっている鉛を含まないはんだを用いると、高温リフローによってリードフレームと封止樹脂との剥離が生じ易くなっており、モールド樹脂３０との密着性に有利な従来技術型のＡｇめっきリードフレームが市場に受け入れられる場合もある。
しかしながら、鉛を含まない外装はんだめっきは、めっき浴の管理が難しく、いまだ安定しためっき皮膜を形成するに至っていない。また、異常析出、ウィスカー等の発生が問題となる。このため、従来技術型のＡｇめっきリードフレームにおいても、Ｐｄ外装はんだめっきが有効となり得る。
Ｐｄ−ＰＰＦは外部接続端子の基板への接合のみならず、ワイヤボンディングを行なうためのめっき皮膜を兼ねることから、リードフレーム全面に、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｕめっきを行っているのが現状である。
しかしながら、本発明では、従来技術型のＡｇめっきリードフレームを使用してモールド樹脂封止後に、即ち、図５に示すように樹脂３０により封止した後にアウターリード１２の接続端子部のみに、Ｐｄめっき２６、又はＰｄめっきを施した後その上に更にＡｕめっき２８を施すことで、貴金属であるＰｄ及びＡｕの使用量を大幅に削減し、半導体パッケージの価格を低減することが可能となった。
したがって、上記のような本発明の半導体パッケージの外装めっき構造によると、従来の鉛を含まない外装めっき構造に比べて、次のような利点がある。
（１）実装後のはんだめっきからのウィスカー等により短絡の可能性が少ない。これに対し、従来の、鉛を含まない外装はんだめっきにおいては、めっき浴の管理が難しく、安定しためっき皮膜を形成するのが困難で、異常析出を生じ易く、ウィスカー等による、端子間の短絡の問題がある。
（２）Ｐｄめっきは、めっき浴が安定しているため、管理が容易であり、めっき皮膜も安定しているので、異常析出や、ウィスカーによる端子間の短絡等の可能性が低い。
（３）はんだめっきは、一般的に必要とされる厚みは１０μｍ程度で、めっき析出時間が６０〜１２０秒であるのに対し、Ｐｄめっきは一般的に必要とされる厚み０．０５μｍ程度のめっき析出時間は５秒程度であり、その後、Ａｕめっきを施す場合であっても、その厚さが極めて薄いため、めっき析出時間は５秒程度であり、従来の場合と比べめっき析出時間を１／１０程度に押さえることが出来、生産性を大幅に向上させることが可能となる。
以上添付図面を参照して本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の精神ないし範囲内において種々の形態、変形、修正等が可能である。
【産業上の利用可能性】  以上説明したように、本発明によれば、従来の、鉛を含まない外装はんだめっきと比較して、めっき浴の管理が容易で、安定しためっき皮膜を形成することができ、異常析出やウィスカー等による、端子間の短絡の問題を起こす可能性が少ない。また、めっきに要する時間を短くすることができ、生産性の大幅な向上が可能となる。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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