JP2017028152A - リードフレーム及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半田の濡れ性と樹脂の密着性の両立が図れるリードフレーム及びその製造方法を提供する。
【解決手段】リードフレーム１０は、半導体チップ１１を半田１２を用いて接合し、モールド樹脂１３で樹脂封止した半導体装置１４に使用するものであり、半田１２の接合領域１９の表面は、銅の素材又は銅のめっきで構成され、モールド樹脂１３の密着領域２２の表面は、酸化銅の皮膜２３で構成されている。リードフレーム１０の製造方法は、銅製の、又は、銅のめっきが施された、リードフレーム材１５の表面のうち、モールド樹脂１３の密着領域２２となる表面にレジスト膜２４を形成し、半田１２の接合領域１９となる表面に金属のめっき処理を行ってめっき皮膜２５を形成し、レジスト膜２４の除去後、その表面を酸化処理して酸化銅の皮膜２３を形成し、めっき皮膜２５を除去してリードフレーム材１５の表面を露出させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体チップの接合に半田を用いた半導体装置に使用するリードフレーム及びその製造方法に関する。

フリップチップ（Ｆｌｉｐ ｃｈｉｐ）接続構造のＱＦＮ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｎｏｎ−ｌｅａｄｅｄ Ｐａｃｋａｇｅ：半導体装置）の場合、半導体チップとリードフレームの接合に半田を使用するため、リードフレームの表面は、銅の素材もしくは銅のめっきで構成されている。
このＱＦＮにおいても、他の半導体装置と同様、信頼性向上のため、モールド樹脂（以下、単に樹脂ともいう）の密着性向上の要求がある。

樹脂の密着性を向上させる手段としては、リードフレームを酸化性のアルカリ溶液等に浸漬し、リードフレームの表面を構成する銅を酸化させて、酸化銅の皮膜を形成する黒化処理という方法が従来より知られており、更に特許文献１においては、陽極酸化する方法が記載されている。
この酸化銅の皮膜は、樹脂との密着性が良好であり、パッケージの信頼性が向上する。

特開平３−２９５２６２号公報

しかしながら、表面を酸化銅の皮膜で構成した場合、樹脂の密着性は向上するが、半田が十分に濡れない現象が発生し、半導体チップの接合の信頼性が低下する。
即ち、リードフレームの表面を、銅の素材もしくは銅のめっきで構成した場合、接合目的の半田の濡れ性に問題はないが、樹脂の密着不足によりパッケージの信頼性が確保できず、一方、酸化銅の皮膜で構成した場合、樹脂の密着性は向上するが、半田の濡れ性が確保できないという、背反関係にある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、半田の濡れ性と樹脂の密着性の両立が図れるリードフレーム及びその製造方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係るリードフレームは、半導体チップを半田を用いて接合し、モールド樹脂で樹脂封止した半導体装置に使用するリードフレームにおいて、
前記半田の接合領域の表面は、銅の素材又は銅のめっきで構成され、前記モールド樹脂の密着領域の表面は、酸化銅の皮膜で構成されている。

第１の発明に係るリードフレームにおいて、前記半田の接合領域とは別に、半田接合を行う他の領域を設け、該他の領域の表面を、銅の素材又は銅のめっきで構成することもできる。

前記目的に沿う第２の発明に係るリードフレームの製造方法は、半導体チップを半田を用いて接合した後、モールド樹脂で樹脂封止した半導体装置に使用するリードフレームの製造方法において、
銅製の、又は、銅のめっきが施された、リードフレーム材の表面のうち、前記モールド樹脂の密着領域となる表面に、レジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、
前記リードフレーム材の表面のうち、前記半田の接合領域となる表面に、金属のめっき処理を行ってめっき皮膜を形成するめっき皮膜形成工程と、
前記レジスト膜形成工程で形成した前記レジスト膜を除去した後、その表面を酸化処理して酸化銅の皮膜を形成する酸化銅皮膜形成工程と、
前記めっき皮膜形成工程で形成した前記めっき皮膜を除去し、前記リードフレーム材の表面を露出させる表面露出工程とを有する。

第２の発明に係るリードフレームの製造方法において、前記半田の接合領域とは別に、半田接合を行う他の領域を設け、前記めっき皮膜形成工程では更に、前記他の領域の表面に、金属のめっき処理を行うこともできる。

第２の発明に係るリードフレームの製造方法において、前記金属は銀であることが好ましい。

前記目的に沿う第３の発明に係るリードフレームの製造方法は、半導体チップを半田を用いて接合した後、モールド樹脂で樹脂封止した半導体装置に使用するリードフレームの製造方法において、
銅製の、又は、銅のめっきが施された、リードフレーム材の表面のうち、前記モールド樹脂の密着領域となる表面に、レジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、
前記リードフレーム材の表面のうち、前記半田の接合領域となる表面に、前記半田との接合が可能な金属のめっき処理を行ってめっき皮膜を形成するめっき皮膜形成工程と、
前記レジスト膜形成工程で形成した前記レジスト膜を除去した後、その表面を酸化処理して酸化銅の皮膜を形成する酸化銅皮膜形成工程とを有する。

第１の発明に係るリードフレーム及び第２の発明に係るリードフレームの製造方法においては、半田の接合領域の表面を、銅の素材又は銅のめっきで構成し、第３の発明に係るリードフレームの製造方法においては、半田の接合領域の表面を、半田との接合が可能な金属で構成するので、半田の濡れ性を良好にできる。
また、第１の発明に係るリードフレーム及び第２、第３の発明に係るリードフレームの製造方法は、モールド樹脂の密着領域の表面を、酸化銅の皮膜で構成するので、樹脂の密着性を良好にできる。
従って、半田の濡れ性と樹脂の密着性の両立が図れるため、半導体チップの接合の信頼性とパッケージの信頼性の双方を確保できる。

特に、第２の発明に係るリードフレームの製造方法においては、リードフレーム材の半田の接合領域となる表面に、金属のめっき処理を行ってめっき皮膜を形成するので、その後、レジスト膜を除去した表面を酸化処理する際に、例えば、酸化処理液がリードフレーム材の表面とめっき皮膜の間へ浸透することを防止できる。これにより、めっき皮膜を除去する際、半田の接合領域に、リードフレーム材の表面を確実に露出させることができるため、半田の濡れ性を良好にできる。また、めっき皮膜を用いるため、微細な形状にも容易に対応できる。更には、酸化処理において、めっき皮膜上に残渣物があったり、また、めっき皮膜が酸化されたりしたとしても、めっき皮膜を除去するので、品質上の問題もない。

なお、めっき皮膜を構成する金属に銀を使用する場合、例えば、既存の設備に銀めっきを行う装置を備えていれば、新たな設備投資を行うことなく、既存の設備をそのまま使用できるため、設備コストも抑えられる。

（Ａ）は本発明の一実施の形態に係るリードフレームの製造方法のフロー図、（Ｂ）は同リードフレームを用いた半導体装置の側断面図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本発明の一実施の形態に係るリードフレーム１０は、半導体チップ（半導体素子）１１を半田１２を用いて接合し、モールド樹脂１３で樹脂封止した半導体装置１４（いわゆるフリップチップ接続構造のＱＦＮ）に使用するものである。以下、詳しく説明する。

リードフレーム１０は、リードフレーム材１５を有している。
リードフレーム材１５は、銅（Ｃｕ）の薄板をエッチング加工してリードフレーム１０と略同一形状に形成された、パッド１６、リード１７、及び、接続部１８のリードパターンを有するものである。なお、リードパターンは、これに限定されるものではない。
このため、リードフレーム材１５は、銅製（素材が銅）であるが、例えば、鉄−ニッケル合金（Ｆｅ−Ｎｉ合金）の表面に銅めっきが施されたものでもよい。

リードフレーム１０には、半田１２の接合領域１９が形成されている。
接合領域１９は、パッド１６の内部（複数箇所）とリード１７の先端部（パッド１６側）にそれぞれ形成されている。なお、接合領域は、半導体装置の種類に応じて種々変更できる。
この接合領域１９の表面は、リードフレーム材１５（銅製）の場合は銅の素材で構成され、リードフレーム材が合金に銅めっきが施されたものである場合は銅めっきで構成される。

上記した接合領域１９には、半田１２を用いて半導体チップ１１が接合される。
半導体チップ１１は、その一面側に複数の電極パッド（端子）２０が設けられ、これら電極パッド２０の先端部に半田１２が付けられている。なお、半田１２は、予め電極パッド２０に付けられたものではなく、ボール状のものを使用することもできる。
この半導体チップ１１を接合領域１９の表面に接合する場合は、半田１２にフラックス２１を付け、これらをリードフレーム１０の接合領域１９に載せて加熱する。

なお、上記した半田１２の接合領域１９とは別に、半田接合を行う他の領域を設ける必要がある場合は、この他の領域の表面も、リードフレーム材１５（銅製）の銅の素材、又は、リードフレーム材の合金表面に施された銅のめっきで構成する。
他の領域には、例えば、リードフレームの裏面側（半導体チップの対向面とは反対側）の表面がある。このリードフレームの裏面側の表面は、リードフレームを基板に半田接合するために使用できる。

リードフレーム１０には、モールド樹脂１３の密着領域２２が形成されている。
密着領域２２は、半導体チップ１１と対向するリードフレーム１０の表面と、裏面側の表面の一部に形成されている。なお、密着領域２２は、半導体装置の種類に応じて種々変更できる。
この密着領域２２の表面は、リードフレーム材を構成する銅の素材又は表面の銅めっきを酸化処理することで形成される酸化銅の皮膜２３で構成されている。

なお、ここでは、酸化銅の皮膜２３で構成する領域を、モールド樹脂１３の密着領域２２のみならず、半田１２の接合領域１９を除く（更には、半田接合を行う他の領域も除く）全領域としている。しかし、これに限定されるものではなく、半田１２の接合領域１９を除いた領域（更には、半田接合を行う他の領域も除いた領域）のうち、少なくともモールド樹脂１３の密着領域２２の表面が、酸化銅の皮膜２３で構成されていればよい。

続いて、本発明の一実施の形態に係るリードフレームの製造方法について、図１（Ａ）、（Ｂ）を参照しながら説明する。
この方法は、半導体チップ１１を半田１２を用いて接合した後、モールド樹脂１３で樹脂封止した半導体装置１４に使用するリードフレーム１０の製造方法であり、リードパターン形成工程、レジスト膜形成工程、めっき皮膜形成工程、酸化銅皮膜形成工程、及び、表面露出工程を有している。以下、詳しく説明する。

（リードパターン形成工程）
銅製の薄板をエッチング加工し、リードフレーム１０と略同一形状に形成された、パッド１６、リード１７、及び、接続部１８のリードパターンを有するリードフレーム材１５を成形する。

（レジスト膜形成工程）
所定のリードパターンを有するリードフレーム材１５の表面のうち、モールド樹脂１３の密着領域２２となる表面（ここでは、半田１２の接合領域１９となる表面以外の表面）に、レジスト膜２４を形成する。
このレジスト膜２４は、リードフレーム材１５の全面（表面及び裏面）を耐めっき性のフォトレジスト膜で覆った後、半田１２の接合領域１９となる部分を露光処理し、続いて現像処理を行うことにより、形成することができる。

（めっき皮膜形成工程）
所定のリードパターンを有するリードフレーム材１５の表面のうち、半田１２の接合領域１９となる表面に、金属のめっき処理を行ってめっき皮膜２５を形成する。
めっき処理に使用する金属としては、例えば、既存設備の有効活用やリードフレーム材１５からの剥離性等を考慮すれば、銀（Ａｇ）が好ましいが、他の金属、例えば、ニッケル（Ｎｉ）や金（Ａｕ）等を使用することもできる。
このめっき処理には、フラッシュめっきを使用でき、めっき皮膜２５の厚みは、例えば、０．００１〜０．５μｍ程度である。

（酸化銅皮膜形成工程）
上記したレジスト膜形成工程で形成したレジスト膜２４を除去した後、その表面を酸化処理して酸化銅の皮膜２３を形成する。この酸化処理の方法は、特に限定されるものではなく、例えば、酸化性のアルカリ溶液に浸漬させる方法（黒化処理法）等を使用できる。
上記しためっき皮膜形成工程で、半田１２の接合領域１９となる表面にめっき皮膜２５を形成しているので、半田１２の接合領域１９となる表面の酸化を防止できる。これにより、めっき皮膜２５以外の領域のみに、酸化銅の皮膜２３を形成できる。

（表面露出工程）
上記しためっき皮膜形成工程で形成しためっき皮膜２５を除去し、リードフレーム材１５の表面を露出させる。このめっき皮膜２５の除去方法には、例えば、電気剥離等を使用できる。
なお、リードフレーム材１５は銅製であるため、露出した表面は銅の素材で構成されるが、リードフレーム材が銅めっきが施された合金で構成されている場合、露出した表面は銅めっきで構成される。

また、リードフレームに、半田１２の接合領域１９とは別に、半田接合を行う他の領域（例えば、リードフレームの裏面側）を設ける場合、前記しためっき皮膜形成工程において更に、他の領域の表面にも金属のめっき処理を行う。なお、このめっき処理で形成されためっき皮膜は、表面露出工程でリードフレーム材の表面から除去される。
従って、この領域の表面も露出する。
更に、めっき皮膜２５を構成する金属の種類や、めっき皮膜２５の厚みによっては、半田との接合が可能な場合（半田接合への影響がない場合、例えば、拡散接合等で接合する場合）もあり、この場合は、表面露出工程を省略することもできる。ここで、半田１２の接合領域１９とは別に、半田接合を行う他の領域を設ける場合、前記しためっき皮膜形成工程において更に、他の領域の表面にも半田との接合が可能な金属のめっき処理を行うが、このめっき処理によって他の領域に形成されためっき皮膜は除去されない。

以上の方法で得られたリードフレーム１０を用いて、半導体装置１４を製造することにより、半田の濡れ性と樹脂の密着性の両立が図れるため、半導体チップ１１の接合の信頼性とパッケージの信頼性の双方を確保できる。

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明のリードフレーム及びその製造方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
また、前記実施の形態においては、フリップチップ接続構造のＱＦＮに使用するリードフレームについて説明したが、半導体チップが半田を用いて接合され、この接合部分がモールド樹脂で樹脂封止された半導体装置に使用するリードフレームであれば、これに限定されるものではない。

１０：リードフレーム、１１：半導体チップ、１２：半田、１３：モールド樹脂、１４：半導体装置、１５：リードフレーム材、１６：パッド、１７：リード、１８：接続部、１９：接合領域、２０：電極パッド、２１：フラックス、２２：密着領域、２３：皮膜、２４：レジスト膜、２５：めっき皮膜

Claims (6)

1. 半導体チップを半田を用いて接合し、モールド樹脂で樹脂封止した半導体装置に使用するリードフレームにおいて、
   前記半田の接合領域の表面は、銅の素材又は銅のめっきで構成され、前記モールド樹脂の密着領域の表面は、酸化銅の皮膜で構成されていることを特徴とするリードフレーム。
2. 請求項１記載のリードフレームにおいて、前記半田の接合領域とは別に、半田接合を行う他の領域を設け、該他の領域の表面を、銅の素材又は銅のめっきで構成したことを特徴とするリードフレーム。
3. 半導体チップを半田を用いて接合した後、モールド樹脂で樹脂封止した半導体装置に使用するリードフレームの製造方法において、
   銅製の、又は、銅のめっきが施された、リードフレーム材の表面のうち、前記モールド樹脂の密着領域となる表面に、レジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、
   前記リードフレーム材の表面のうち、前記半田の接合領域となる表面に、金属のめっき処理を行ってめっき皮膜を形成するめっき皮膜形成工程と、
   前記レジスト膜形成工程で形成した前記レジスト膜を除去した後、その表面を酸化処理して酸化銅の皮膜を形成する酸化銅皮膜形成工程と、
   前記めっき皮膜形成工程で形成した前記めっき皮膜を除去し、前記リードフレーム材の表面を露出させる表面露出工程とを有することを特徴とするリードフレームの製造方法。
4. 請求項３記載のリードフレームの製造方法において、前記半田の接合領域とは別に、半田接合を行う他の領域を設け、前記めっき皮膜形成工程では更に、前記他の領域の表面に、金属のめっき処理を行うことを特徴とするリードフレームの製造方法。
5. 請求項３又は４記載のリードフレームの製造方法において、前記金属は銀であることを特徴とするリードフレームの製造方法。
6. 半導体チップを半田を用いて接合した後、モールド樹脂で樹脂封止した半導体装置に使用するリードフレームの製造方法において、
   銅製の、又は、銅のめっきが施された、リードフレーム材の表面のうち、前記モールド樹脂の密着領域となる表面に、レジスト膜を形成するレジスト膜形成工程と、
   前記リードフレーム材の表面のうち、前記半田の接合領域となる表面に、前記半田との接合が可能な金属のめっき処理を行ってめっき皮膜を形成するめっき皮膜形成工程と、
   前記レジスト膜形成工程で形成した前記レジスト膜を除去した後、その表面を酸化処理して酸化銅の皮膜を形成する酸化銅皮膜形成工程とを有することを特徴とするリードフレームの製造方法。

Images