JP4730262B2

JP4730262B2 - 半導体装置用ノンリードタイプのリードフレームの製造方法

Info

Publication number: JP4730262B2
Application number: JP2006243765A
Authority: JP
Inventors: 徹也柳瀬; 智男高橋; 隆雄瀬川
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2006-09-08
Filing date: 2006-09-08
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2021-02-06
Also published as: JP2006324705A

Description

本発明は半導体集積回路の実装に用いられるリードフレームに関し、特に多ピン、狭ピッチのリードを有するリードフレーム、ＢＧＡ用及びＬＧＡ用のノンリードタイプのリードフレームに関する。

近年の半導体装置は小型化、薄型化及び高密度化がより一層要求されるのに伴い、これらの半導体装置に用いられるパッケージ形態はＱＦＰ（クワッド・フラット・パッケージ）型やＴＣＰ（テープ・キャリア・パッケージ）からバンプ電極をエリアアレイ状に配置したＢＧＡ（ボール・グリッド・アレイ）及びＬＧＡ（ランド・グリッド・アレイ）を使ったＣＳＰ（チップ・サイズ・パッケージ）として大きく市場に展開されようとしている。

これらのパッケージに用いられるリードフレームも多ピン化、狭ピッチ化が進んでおり、リードピン数が３００ピン以上、リード間のピッチが２００μｍ以下のリードフレームも実用化されている。また、半導体素子の高速化に伴い、高い電気伝導度を有する銅合金系の金属材料の使用も年々増加している。

リードフレームの製造方法としては、金型による打ち抜きプレス法やレジストパターンを形成して塩化第二鉄液等のエッチング液を使用してリード等を加工するフォトエッチング法の二つに大別される。

フォトエッチング法は打ち抜きプレス法と比較して微細加工性に優れ、高価である金型を使用しないため、多品種少量の製造にも適しており、製品の多様化が進む昨今の状況に置いて広く採用されている方法である。

フォトエッチング法では、まず、金属基材の両面に所定のレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクにして塩化第二鉄液等により金属基材をエッチング加工し、レジストパターンを剥離して、リードフレームを形成する。次いで、マスクめっき法にて金、銀及びパラジウム等からなるめっき被膜をリードフレームの所定部位に形成して最終のリードフレームを作製している。
マスクめっき法は、開口部を形成したマスク用ゴム板及び平板状の押さえ用マスクゴム板で上記フォトエッチング法で作製したリードフレームを密着・狭持させた上で、マスク用ゴム板側よりめっき液を噴射し、マスクゴム板の開口部より露出したリードフレーム部位にめっき被膜を形成する方法である。

めっき被膜は半導体チップとリードフレームとの電気的接続を行う際に必要となることが多く、本来リードの上面もしくは下面に形成すべきものである。なお、以下の記述で本来めっきを行うべきリードの面を仮にリード上面と記す。
このマスクめっき法でリードフレームの所定位置にめっき被膜を形成するにあたり、リードフレームの多ピン化によりリード幅及びリード間隔が巾狭となているため、マスク用の開口部を形成したマスク用ゴム板とリードの間で密着不良が生じ、リードの側面にめっき液が浸透し、リードの側面にめっき被膜が形成されるということが起こる。このリードの側面のめっき被膜はリード間のショートを引き起こしたり、樹脂封止の際の樹脂封止不良を引き起こす等の問題を有している。

以下に、マスクめっき法で生じるリードの側面へのめっき付着現象について説明する。
例えば、半導体チップを搭載するダイバッドを有し、ダイバッドの周囲に配置されたリードフレームにおいて、マスクめっき法にてインナーリード先端部にめっきを行う場合、半導体チップを搭載するダイバッド部へのめっき被膜の有無により以下に記すリングマスクを用いたリングめっき法、もしくはスポットマスクを用いたスポットめっき法と呼称されるマスクめっき法を行うことが主流となっている。図３にスポットめっき法の、図４にリングメッキ法のダイバッド及びインナーリード先端部の一部を摸式的に示す部分構成断面図をそれぞれ示す。

ダイバット部にもめっき被膜が必要な場合スポットめっき法を用いるもので、図３に示すように、ダイパッド１１２及びインナーリード１１１先端部を露出した開口部を有するスポットマスク用ゴム板１２１及び押さえ用マスクゴム板１２２でリードフレームを覆う。この状態でめっきを行うと、ダイバッド１１２上面及びインナーリード１１１先端部の上面にめっき被膜１３１が形成される。しかし、ダイバッド１１２の側面及びインナーリード１１１先端部を含むリードの側面もめっき液に曝されることになり、ダイバッド１１２の側面及びインナーリード１１１先端部を含むリードの側面に不要なめっき被膜１３１ａが形成される。

ダイバッド部にめっき被膜が不要でインナーリード先端部にのみめっき被膜が必要な場合、図４に示すリングめっき法にて行なわれる、リングめっき法ではダイバッド１１２及びインナーリード１１１先端部を露出したリングマスク用ゴム板１２３及び押さえ用マスクゴム板１２２でリードフレームを覆う。この状態でめっきを行うと、ダイパッド１１２上面にはめっきがされず、インナーリード１１１先端部の上面にめっき被膜１３１が形成される。しかし、この場合でも、ダイバッド１１２の側面及びインナーリード１１１先端部を含むリードの側面はめっき液にさらされることになり、ダイバッド１１２の側面及びインナーリード１１１先端部を含むリードの側面にも不要なめっき被膜１３１ａが形成されるという問題を有している。

ダイバッド１１２の側面及びインナーリード１１１先端部を含むりリードの側面に付着した不要なめっき被膜１３１ａは、樹脂封止不良やショートの原因となり半導体装置の信頼性を低下させるため望ましいものではない。

しかし、マスクめっき法を用いる限りダイパッドの側面及びインナーリード先端部の側面へのめっき付着は避けられない現象である。

また近年、半導体装置の小型化の要求に伴い、ＬＧＡ（ランドグリッドアレイ）、ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）用のノンリードタイプの半導体装置用リードフレームが開発されている。ノンリードタイプのリードフレームでは、外部との電気的接続を行うランド部（端子電極部とも言う）は金属基材の板厚のままとし、その他の部位を板厚より薄くした薄肉部とすることが主流となっている。

ハーフエッチング部（薄肉部）を有するＢＧＡ及びＬＧＡ用のノンリードタイプのリードフレームでは薄肉部があるため、図５に示すように、リングめっき法等のマスクめっき法では押さえ用マスクゴム板１２２と薄肉部リード１１１ａ間で密着不良が生じ易い。すなはち、押さえ用マスクゴム板１２２と薄肉部リード１１１ａとの間に隙間ができ、めっき液がまわりこみやすいため、不要部の中でも特に、薄肉部へ不要なめっき被膜１３１ａが形成され易いという問題を有している。

このため、ＢＧＡ及びＬＧＡ用のノンリードタイプのリードフレームにおいて、不要なめっき被膜の形成を防止するため、マスクめっき法に変えて電着レジストめっき等の他のめっき法を用いることが主流になっている。これは、電着レジストめっきにて所定の開口
部を有するマスクレジストを形成した後通常の電解めっきにて開口部位に金めっき被膜等を形成し、しかる後、マスクレジストを剥膜する方法である（例えば、特許文献１参照）。しかし、電着レジストめっきを用いたリードフレームの製造方法ではめっき設備、製造工程が繁雑になり、生産コストが上がるという問題を有している。
特開平３−２２２４６５号公報

本発明は上記問題点に鑑み考案されたもので、従来のマスクめっき法を用いたリードフレームの製造方法が適用でき、しかも製造効率を落とすことなく、生産コストを上げないで、高密度実装に対応した信頼性の高いＢＧＡ及びＬＧＡ用のノンリードタイプの半導体装置用リードフレームを得る方法及びリードフレームを提供することを目的とする。

本発明に於いて上記課題を達成するために、まず請求項１においては、以下の工程を少なくとも備え、貫通部及び薄肉部を有し、ＩＣチップ搭載後に樹脂封止されることを特徴とする半導体装置用ノンリードタイプのリードフレームの製造方法としたものである。
（ａ）銅及び銅合金からなる金属基材の両面に所定部位の金属基材表面を露出させたレジストパターンを形成する工程。
（ｂ）前記レジストパターンをマスクにして前記金属基材をエッチングして、前記金属基
材に貫通部及びハーフエッチ部を含む所定のエッチングパターンを形成する工程。
（ｃ）前記レジストパターンはそのまま残した状態で酸化性のアルカリ溶液に浸漬し、前記金属基材を黒化処理し、前記レジストパターンより露出した貫通部の側面及び薄肉部を含むエッチング部位に酸化銅からなる酸化皮膜を形成する工程。
（ｄ）前記レジストパターンを剥離する工程。
（ｅ）マスクめっき法にてめっき被膜を形成する工程。

本発明のリードフレームにＩＣチップ等を搭載し、電気的接続を行った後樹脂モールドする際モールド樹脂と酸化皮膜との接着性が良好なことから、信頼性の高い半導体パッケージを得ることができる効果がある。
特に、薄肉部を有するＢＧＡ用及びＬＧＡ用等のノンリードタイプの場合薄肉部の樹脂の膜厚が薄いことから、その効果は大なるものがある。
これにより、従来のＢＧＡ用及びＬＧＡ用のリードフレームで問題となっている薄肉部での樹脂の剥離、クラックの発生を防止でき、半導体パッケージの信頼性を向上させることが可能となる。

また、本発明のリードフレームの製造方法によれば、エッチングで形成された金属基材の貫通部の側面及びハーフエッチ部へあらかじめ黒化処理にて電気的絶縁性の酸化皮膜を形成している。このため、マスクめっき法にてインナーリードの所定位置にめっき被膜を形成する際、酸化皮膜が形成されている貫通部の金属基材の側面及びハーフエッチ部へのめっき付着を防止できる。
例えば、インナーリード先端部にめっきを行う際、前述したマスクめっき法の一種であるリングめっき、スポットめっきを行った場合でも、ダイバッドの側面及びインナーリード
先端部を含めたリードの側面に酸化皮膜が形成されているため、めっきは行なわれず、リードの上面にのみめっき被膜が形成され、ダイバッドの側面およびインナーリード先端部を含むリードの側面には不要なめっき被膜は形成されない。

さらに、通常の多ピン、狭ピッチのリードフレームはもちろん、薄肉部を有するＢＧＡ用及びＬＧＡ用のノンリードタイプのリードフレームであっても、従来のマスクめっき法の設備をそのまま使用できる。すなはち、本発明の製造方法を用いれば、金属基材の貫通部の側面及びハーフエッチ部へのめっき付着を防止するための電着レジスト設備等の余分な設備が不要となり、リードフレーム製造工程の工程数を削減でき、リードフレームのコスト削減を計ることができる。

以下本発明の実施の形態につき説明する。
図１（ａ）に、本発明のリードフレームの製造方法を用いて作製したＢＧＡ及びＬＧＡ用のノンリードタイプの半導体装置用リードフレームの部分平面図を、図１（ｂ）に、図１（ａ）の平面図をＡ−Ａ’線で切断したリードフレームの部分構成断面図をそれぞれ示す。
図２（ａ）〜（ｆ）に、本発明のリードフレームの製造方法の一実施例を工程順に示す部分構成断面図を示す。

本発明のリードフレームの製造方法は、図２（ａ）〜（ｆ）に示すように、
まず、金属基材１１の両面に感光性樹脂を塗布して感光層を形成し、所定のパターンを露光、現像等の一連のパターニング処理を行って、レジストパターン２１ａ及びレジストパターン２１ｂを形成する（図２（ａ）参照）。

次に、レジストパターン２１ａ及びレジストパターン２１ｂをマスクにして、金属基材１１を両面エッチングして、貫通部３１及び端子電極部を形成するためのハーフエッチ（薄肉）領域３２を形成する（図２（ｂ）参照）。

次に、レジストパターン２１ａ及びレジストパターン２１ｂはそのままの状態で、金属基材１１の黒化処理を行う。これによりレジストパターン２１ａ及びレジストパターン２１ｂより露出した部位、すなはち貫通部３１の金属基材の側面及びハーフエッチ（薄肉）領域３２上に酸化皮膜４１を形成する（図２（ｃ）参照）。
金属基材１１は黒化処理を行うことから銅及び銅合金からなる金属材が好ましい。
この酸化皮膜４１は電気的に絶縁性の膜であるため、後記するマスクめっきの際のめっき付着防止の役目を果たし、金属基材の側面すなわち、エッチングで形成された貫通部３１の側面及びハーフエッチ領域３２へのめっき付着を防止できる。さらに、半導体パッケージの樹脂封止の際モールド樹脂の酸化皮膜４１への食い付きがよくなり、パッケージの信頼性が向上する。特に、ＢＧＡ用及びＬＧＡ用のノンリードタイプのリードフレームで有効である。

金属基材の黒化処理は、まず、６５〜８０℃に加熱されたアルカリ性の溶液に３〜１０分浸漬して金属基材の脱脂を行う。
次に、酸性の溶液に１〜３分浸漬して金属基材の表面のソフトエッチ及び活性化処理を行う。
次に、７０〜８０℃に加熱された亜塩素酸ナトリウムが添加された酸化性のアルカリ溶液に金属基材を３〜１０分浸漬し、金属基材の表面を黒化処理して、所定厚の酸化皮膜を形成する。

酸化皮膜の形成は、酸化性アルカリ溶液での酸化銅の生成という形でとられえられる。
反応式は、
２Ｃｕ＋ＮａＣｌＯ₂＋２Ｈ₂Ｏ→２Ｃｕ(ＯＨ)₂＋ＮａＣｌ
２Ｃｕ(ＯＨ)₂→２ＣｕＯ＋Ｈ₂Ｏ
となり、皮膜形成という点で見た場合次の様なメカニズムで酸化皮膜が形成される。まず、清浄な銅表面が酸化剤溶液と接すると、速やかに１価の酸化銅Ｃｕ₂Ｏが生成される。このＣｕ₂Ｏがさらに酸化され中間化合物のＣｕ(ＯＨ)₂になる。この中間化合物のＣｕ(ＯＨ)₂の一部はＣｕＯとなり、銅表面に密に結合し、酸化皮膜が形成される。

次に、レジストパターン２１ａ及びレジストパターン２２ｂを剥離処理する（図２（ｄ）参照）。
さらに、マスクめっきを行うための、ダイバッド１１ｂを覆い、インナーリード１１ａ先端部を露出したリングマスク用ゴム板６１及び押さえ用マスクゴム板６２からなるマスク用ゴムでリードフレームを覆う（図２（ｅ）参照）。
この状態で電解めっきを行うとインナーリード１１ａの所定位置に金めっき被膜７１がを形成されて、酸化皮膜４１上にはめっきが付着しないＢＧＡ用及びＬＧＡ用のノンリードタイプの本発明のリードフレームを得ることができる（図２（ｆ）参照）。

なお、上述した説明ではＢＧＡ用及びＬＧＡ用のノンリードタイプのリードフレームにつき説明したが、インナーリードに薄肉部を有さない通常の多ピン、狭ピッチのリードフレームに本発明が適用できることは言うまでもない。
さらに、本発明のリードフレームにＩＣチップを搭載して樹脂モールドすることにより、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。

また、本発明のリードフレームの製造方法によれば、エッチングで形成された金属基材の貫通部の側面及びハーフエッチ部へあらかじめ黒化処理にて電気的絶縁性の酸化皮膜を形成している。このため、マスクめっき法にてインナーリードの所定位置にめっき被膜を形成する際、酸化皮膜が形成されている貫通部の金属基材の側面及びハーフエッチ部へのめっき付着を防止できる。
例えば、インナーリード先端部にめっきを行う際、前述したマスクめっき法の一種であるリングめっき、スポットめっきを行った場合でも、ダイバッドの側面及びインナーリード先端部を含めたリードの側面に酸化皮膜が形成されているため、めっきは行なわれず、リードの上面にのみめっき被膜が形成され、ダイバッドの側面およびインナーリード先端部を含むリードの側面には不要なめっき被膜は形成されない。

以上述べたように、本発明のリードフレームの製造方法によれば、製造効率を落とすことなく、また、生産コストを上げることなく、不要なめっき被膜を原因とする樹脂封止不良、リードショートのない信頼性の高い多ピン、狭ピッチのリードフレーム及びＢＧＡ用及びＬＧＡ用のノンリードタイプの半導体装置用リードフレームを提供できる。
また、本発明のリードフレームを用いた半導体装置の信頼性を向上させることが可能となる。

（ａ）は、本発明のリードフレームの一実施例を示す部分平面図である。（ｂ）は、（ａ）の平面図をＡ−Ａ’線で切断したリードフレームの部分構成断面図である。（ａ）〜（ｆ）は、本発明のリードフレームの製造方法の一実施例を工程順に示す部分構成断面図である。従来のリードフレームのスポットめっきによるマスクめっき法の一例を示すリードフレームの部分構成断面図である。従来のリードフレームのリングめっきによるマスクめっき法の一例を示すリードフレームの部分構成断面図である。従来のＢＧＡ用及びＬＧＡ用のノンリードタイプのリードフレームのリングめっきによるマスクめっき法の一例を示すリードフレームの部分構成断面図である。

符号の説明

１１……金属基材
１１ａ、１１１、１１１ａ……インナーリード
１１ｂ、１１２……ダイパッド
１１ｃ……吊りリード
２１ａ、２１ｂ……レジストパターン
３１……貫通部
３２……ハーフエッチ（薄肉）領域
４１……酸化皮膜
５１……端子電極部
６１……リングマスク用ゴム板
６２……押さえ用マスクゴム板
７１……金めっき被膜
１２１……スポットマスク用ゴム板
１２２……押さえ用マスクゴム板
１２３……リングマスク用ゴム板
１３１……めっき被膜
１３１ａ……不要なめっき被膜

Claims

以下の工程を少なくとも備え、貫通部及び薄肉部を有し、ＩＣチップ搭載後に樹脂封止されることを特徴とする半導体装置用ノンリードタイプのリードフレームの製造方法。
（ａ）銅及び銅合金からなる金属基材の両面に所定部位の金属基材表面を露出させたレジストパターンを形成する工程。
（ｂ）前記レジストパターンをマスクにして前記金属基材をエッチングして、前記金属基材に貫通部及びハーフエッチ部を含む所定のエッチングパターンを形成する工程。
（ｃ）前記レジストパターンはそのまま残した状態で酸化性のアルカリ溶液に浸漬し、前記金属基材を黒化処理し、前記レジストパターンより露出した貫通部の側面及び薄肉部を含むエッチング部位に酸化銅からなる酸化皮膜を形成する工程。
（ｄ）前記レジストパターンを剥離する工程。
（ｅ）マスクめっき法にてめっき被膜を形成する工程。