JP2006303215A - 樹脂封止型半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 互いに電気的に接続された半導体素子とリードフレームとがモールド樹脂で封止されるとともに、リードフレームの表面が樹脂密着性を向上させるためのメッキ膜により構成されている樹脂封止型半導体装置において、リードフレームの樹脂密着性の確保とリード認識性の確保とを両立させる。
【解決手段】 リードフレーム３０と半導体素子２０とが互いに電気的に接続されており、これら半導体素子２０およびリードフレーム３０がモールド樹脂５０で封止されており、リードフレーム３０の一部がアウターリード３２としてモールド樹脂５０から突出しており、リードフレーム３０の表面全体は、モールド樹脂５０との密着性を向上させるためのメッキ膜３３により形成されている樹脂封止型半導体装置において、リードフレーム３０の全体にて、メッキ膜３３の比表面積が１．０５以上かつ１．３未満である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、互いに電気的に接続された半導体素子とリードフレームとがモールド樹脂で封止されてなる樹脂封止型半導体装置に関し、特に、リードフレームの表面がモールド樹脂との密着性を向上させるための粗化されたメッキ膜となっている樹脂封止型半導体装置に関する。

この種の樹脂封止型半導体装置は、ワイヤなどによって互いに電気的に接続された半導体素子とリードフレームとがモールド樹脂で封止されてなるものである。このような樹脂封止型半導体装置において、リードフレームは、Ｓｎ−Ｐｂ、Ｓｎ−Ｂｉなどの外装メッキが施されているのが主流である。

ここで、近年では、組み付け工程の簡略化およびコストダウンのために、あらかじめリードフレーム表面に、プリント基板へのはんだなどによる実装において、はんだとの濡れ性を高めるような仕様のメッキ（たとえばＮｉ／Ｐｄ／Ａｕ）を施しているリードフレーム（Ｐｒｅ Ｐｌａｔｅｄ Ｆｒａｍｅ、以下ＰＰＦと略記する）が採用されはじめている（たとえば、特許文献１参照）。

また、一方で、樹脂封止型半導体装置におけるリードフレームとモールド樹脂との密着性を向上させるために、リードフレームのメッキ表面を粗化する技術が提案されている（たとえば、特許文献２、特許文献３参照）。

このメッキ表面を粗化する技術は、リードフレームのメッキ表面を粗化することによって、（１）リードフレームにおけるモールド樹脂との接着面積が大きくなる、（２）モールド樹脂が粗化されたメッキ膜の凹凸に食いつきやすくなる、などの効果（つまり、アンカー効果）を期待するものである。

そのことにより、リードフレームのモールド樹脂への密着性、すなわち樹脂密着性が向上し、リードフレームとモールド樹脂との間の剥離を防止することが可能となり、樹脂封止型半導体装置の信頼性が向上する。
特開平４−１１５５５８号公報 特開平６−２９４３９号公報 特開平１０−２７８７３号公報

しかしながら、上記ＰＰＦにメッキ表面の粗化技術を用いたリードフレーム（以下、「ＰＰＦ＋メッキ粗化」のリードフレームという）を採用した場合、以下のような弊害がでることが知られている。

ユーザは、プリント基板に、はんだあるいはＰｂフリーはんだを介して樹脂封止型半導体装置を実装するわけであるが、実装後にリード曲がり等の外観検査を行って出荷している。

この外観検査は、一般にレーザ照射装置によって自動で行なっている。具体的には、アウターリードとプリント基板のソルダレジストとの双方にレーザを照射して、その反射光量の違いで両者を識別している。

ここで、ＰＰＦの場合、外装メッキ工程が無いので、アウターリードのメッキが粗化されたままの状態でユーザに納入される。つまり、メッキ膜が粗化されたアウターリードにレーザを照射しているわけであるが、メッキ膜を粗化することはリードフレーム表面の光沢度を下げることに等しい。

そして、リードフレーム表面の反射率が下がるため、メッキ表面が黒っぽくなり、その色調は、ソルダレジストに近いものになってしまい、両者を識別しにくくなる。つまり、「ＰＰＦ＋メッキ粗化」のリードフレームにおいては、自動外観検査によるリード曲がり不良等の異常を検知しにくくなるという問題が生じる。

プリント基板のソルダレジストの色をユーザに変更してもらうことは、プリント基板側の大幅な設計変更が必要になることなどから困難であるので、リードフレームのメッキの表面粗度を下げて光沢面にすれば上記問題は解決するが、そうすると、逆にパッケージ内部の樹脂密着性が低下し信頼性が低下してしまう。

このように、この種の樹脂封止型半導体装置において、リードフレーム表面をメッキすることによりリードフレームにおけるモールド樹脂との密着性を確保すること、すなわち樹脂密着性の確保と、プリント基板実装後の外観検査においてプリント基板のソルダレジストとアウターリードとの識別を容易に行えるようにすること、すなわちリード認識性の確保とは、両立が困難であった。

さらに、パッケージング工程や基板実装工程などにおける熱処理により、リードフレームを構成するＣｕがメッキ表面に拡散し、メッキ表面を銅酸化膜が覆ってしまうという現象が発生することがある。

この現象により、Ａｕ等からなるワイヤをリードフレームに接続する際にボンディング性が低下したり、リードフレームのアウターリードを介して樹脂封止型半導体装置を基板上にはんだ実装する際にはんだの濡れ性が低下するなど、パッケージの信頼性を低下させることになる。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、互いに電気的に接続された半導体素子とリードフレームとがモールド樹脂で封止されるとともに、リードフレームの表面が樹脂密着性を向上させるためのメッキ膜により構成されている樹脂封止型半導体装置において、リードフレームの樹脂密着性の確保とリード認識性の確保とを両立させることを第１の目的とする。

また、上記第１の目的を達成しつつ、リードフレームを構成するＣｕのメッキ膜表面への拡散を防止することを、本発明の第２の目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、リードフレーム（３０）と半導体素子（２０）とが互いに電気的に接続されており、これら半導体素子（２０）およびリードフレーム（３０）がモールド樹脂（５０）で封止されており、リードフレーム（３０）の一部がアウターリード（３２）としてモールド樹脂（５０）から突出しており、リードフレーム（３０）の表面全体は、モールド樹脂（５０）との密着性を向上させるためのメッキ膜（３３）により形成されている樹脂封止型半導体装置において、リードフレーム（３０）の全体にて、メッキ膜（３３）の比表面積が１．０５以上かつ１．３未満であることを特徴としている。

本発明は、リードフレーム（３０）の表面すなわちメッキ膜（３３）の比表面積と、樹脂剥離率およびリード認識性との関係について検討した結果、実験的に見出されたものである（図７、図８参照）。

つまり、本発明者の検討によれば、メッキ膜（３３）の比表面積を１．０５以上とすれば、リードフレーム（３０）のうちのモールド樹脂（５０）の封止部において、リードフレーム（３０）とモールド樹脂（５０）との密着強度が向上して樹脂剥離の発生を防止することができ、一方、当該比表面積を１．３未満とすれば、リードフレーム（３０）のうちのモールド樹脂（５０）から突出するアウターリード（３２）において、リードフレーム（３０）の反射光量を大きくしてリード認識性を確保できることが確認された。

また、本発明では、リードフレーム（３０）の全体にて表面のメッキ膜（３３）の比表面積が上記範囲となるようにすればよく、一般的なメッキ設備を用いてリードフレーム（３０）の全面を一括してメッキ処理すればよいため、部分的に比表面積を変えるための部分的な加工や特殊な加工などを行う必要がなく、コストの維持が可能になる等のメリットがある。

このように、本発明によれば、互いに電気的に接続された半導体素子（２０）とリードフレーム（３０）とがモールド樹脂（５０）で封止されるとともに、リードフレーム（３０）の表面がモールド樹脂（４０）との密着性を向上させるためのメッキ膜（３３）となっている樹脂封止型半導体装置において、リードフレーム（３０）の樹脂密着性の確保とリード認識性の確保とを、適切に両立させることができる。

つまり、本発明によれば、リードフレーム（３０）表面をメッキすることによりリードフレーム（３０）におけるモールド樹脂（５０）との密着性を確保しつつ、プリント基板（２００）実装後の外観検査においてプリント基板（２００）のソルダレジスト（２２０）とアウターリード（３２）との識別を容易に行うことができる。

また、モールド樹脂（５０）は型成形などで形成されるが、この樹脂成形において、樹脂漏れを防止するための金型とリードフレーム（３０）との間の隙間を伝って樹脂が染み出し、アウターリード（３２）など、リードフレーム（３０）のうちのモールド樹脂（５０）で封止されない部位に薄い樹脂膜すなわち樹脂バリが付着する。

その樹脂バリは、はみ出る量によっては、アウターリード（３２）における外観検査の検査面や実装時のはんだ付け面に付着して、リード認識性を阻害したり、はんだ付け不良の原因となる。

また、リードフレームのうちモールド樹脂で封止されずに露出する部位は、放熱を行うための放熱面として使用される場合がある。具体的には、リードフレーム（３０）のアイランド部（１０）や、ヒートシンク一体型のリードフレームにおいては当該ヒートシンクが、その放熱面を構成する部分となる。

ここにおいて、この放熱面に樹脂バリが付着すると、放熱性の低下を招く。そのため、リードフレーム（３０）のうちのモールド樹脂（５０）で封止されない部位にて、このような樹脂バリが発生した場合には、ウォータージェット等の手段を用いてリード表面を物理的に処理することにより除去することが行われる。このとき、リードフレーム（３０）の樹脂密着性が大きすぎると、この樹脂バリを除去することは困難になる。

そこで、さらに検討を進め、リードフレーム（３０）の表面すなわちメッキ膜（３３）の比表面積を変えていったときに、どこまで樹脂バリの除去が可能かどうか、調査した。その結果、メッキ膜（３３）の比表面積が１．２５未満であれば、確実に樹脂バリの除去が可能であることがわかった（表１参照）。

このことから、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の樹脂封止型半導体装置において、リードフレーム（３０）の全体にて、メッキ膜（３３）の比表面積が１．０５以上且つ１．２５未満であることを特徴としている。

それによれば、上記請求項１に記載の樹脂封止型半導体装置と同様の作用効果を奏しつつ、容易に樹脂バリを除去可能であり、樹脂バリによる不良を防止できる樹脂封止型半導体装置を提供することができる。

ここで、請求項３に記載の発明のように、請求項１または請求項２に記載の樹脂封止型半導体装置におけるメッキ膜（３３）としては、ＮｉからなるＮｉメッキ膜（３３ａ）を有するものにできる。ここにおいて、Ｎｉとは、純ＮｉもしくはＮｉを５０％以上含むＮｉ合金のことである。

また、このようなＮｉからなるＮｉメッキ膜（３３ａ）は、メッキ膜（３３）の下地であるリードフレーム（３０）の母材（３０ａ）としてＣｕまたはＣｕ合金を用いた場合、Ｃｕがメッキ膜（３３）表面へ拡散するのを、効率よく防止可能なものである。

そして、このＮｉメッキ膜（３３ａ）について、どの程度の膜厚であれば、確実にＣｕの拡散を防止できるか、さらに検討を進め、調査を行った。

その結果、請求項４に記載の発明のように、Ｎｉメッキ膜（３３ａ）の厚さが、０．６μｍ以上であれば、母材（３０ａ）がＣｕを含む金属からなるリードフレーム（３０）を用いた場合、Ｃｕがその上のメッキ膜（３３）表面に拡散するのを確実に防止できることが実験的にわかった。

つまり、請求項４に記載の発明によれば、樹脂封止型半導体装置において、リードフレーム（３０）の樹脂密着性の確保とリード認識性の確保とを両立させるとともに、リードフレーム（３０）を構成するＣｕのメッキ膜（３３）表面への拡散を防止することができる。

さらに、モールド樹脂（５０）から突出するリードフレーム（３０）のアウターリード（３２）は、実装形態に応じて通常、リード成形すなわち曲げ加工がなされるが、本発明者の検討によれば、Ｎｉメッキ膜（３３ａ）が厚すぎると、その曲げ部においてメッキ膜（３３）だけでなく、リードフレーム（３０）の母材（３０ａ）までもクラックが発生することがわかった（図９参照）。

そこで、この点についても、検討を進めた結果、請求項５に記載の発明のように、Ｎｉメッキ膜（３３ａ）の厚さを、０．６μｍ以上であって且つ１．４μｍ以下とすれば、上記請求項４の発明の効果に加えて、リード成形時に生じるアウターリード（３２）の曲げ部におけるメッキ膜（３３）および母材（３０ａ）へのクラックの発生を、防止することができることが実験的にわかった（図１０参照）。

また、請求項６に記載の発明では、請求項１〜請求項５に記載の樹脂封止型半導体装置において、メッキ膜（３３）の表面は、メッキ膜（３３）の酸化を防止するための酸化防止膜（３３ｂ、３３ｃ）により形成されていることを特徴としている。

それによれば、メッキ膜（３３）の表面が加熱工程時の熱などにより酸化するのを防止することができ、好ましい。

ここで、請求項７に記載の発明のように、請求項６に記載の樹脂封止型半導体装置における酸化防止膜（３３ｂ、３３ｃ）としては、金およびパラジウムから選択されたものを採用することが好ましい。

さらに、請求項８に記載の発明のように、請求項６に記載の樹脂封止型半導体装置における金やパラジウムからなる酸化防止膜（３３ｂ、３３ｃ）としては、下地側からパラジウムからなる膜厚０．００５μｍ以上のＰｄ膜（３３ｂ）、金からなる膜厚０．００３μｍ以上のＡｕ膜（３３ｃ）が順次積層されたものを採用することが好ましい。

メッキ膜（３３）において酸化防止膜（３３ｂ、３３ｃ）の下地のメッキ膜をＮｉメッキ膜（３３ａ）とした場合、Ｐｄ膜（３３ｂ）の膜厚を０．００５μｍ以上とすることにより、Ｎｉの表面への拡散を防止しメッキ膜（３３）の酸化防止が実現できる。また、Ｐｄ膜（３３ｂ）の上に膜厚０．００３μｍ以上のＡｕ膜（３３ｃ）を形成することにより、Ｐｄの加熱工程によるメッキ表面への拡散を防止することができ、化学的に安定なＡｕをメッキ膜（３３）の最表面とすることが可能となる。

さらに、請求項９に記載の発明のように、請求項８に記載の樹脂封止型半導体装置におけるＰｄ膜（３３ｂ）の膜厚は、０．１μｍ以下であることが好ましい。つまり、本発明におけるＰｄ膜（３３ｂ）の膜厚は、０．００５μｍ以上であって且つ０．１μｍ以下である。

Ｐｄ膜（３３ｂ）の膜厚が０．１μｍ以下であれば、樹脂封止型半導体装置の基板（２００）へのはんだ実装時に、Ｐｄがはんだ中に十分拡散することを確認しており、はんだとの接合力を維持することができる。そして、はんだ接続の信頼性が向上する。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

図１は、本発明の実施形態に係る樹脂封止型半導体装置１００の要部の概略断面構成を示す図であり、図２は、図１に示される樹脂封止型半導体装置をプリント基板２００にはんだ２１０を介して実装した状態を示す概略平面図である。なお、図２においては、識別の容易化を図るために、便宜上、ハッチングを施してあるが、これらは断面を示すものではない。

［構成等］
図１に示されるように、半導体装置１００は、アイランド部１０に、半導体素子としての半導体チップ２０を搭載し、リードフレーム３０とボンディングワイヤ４０を介して結線され電気的に接続されている。

ここで、半導体チップ２０は、シリコン半導体基板に周知の半導体製造技術を用いてトランジスタ素子などを形成してなるものである。また、ボンディングワイヤ４０は、ワイヤボンディングにより形成された金（Ａｕ）やアルミニウム（Ａｌ）などからなるワイヤである。

これら半導体チップ２０、ボンディングワイヤ４０、およびリードフレーム３０におけるインナーリード３１はモールド樹脂５０により包み込まれるようにモールドされ封止されている。

このモールド樹脂５０は、通常の樹脂封止型半導体装置に用いられるエポキシ系樹脂などのモールド材料を採用して、金型を用いたトランスファーモールド法などにより形成されるものである。そして、このモールド樹脂５０が、半導体装置の本体すなわちパッケージボディを構成している。

ここで、リードフレーム３０のうちアウターリード３２は、モールド樹脂５０から突出している。このアウターリード３２は、図１に示されるように、曲がり形状を有しており、その先端部に位置する面３２ａが、外部基板であるプリント基板２００に接続される面３２ａである。

このリードフレーム３０は、たとえば銅（Ｃｕ）や４２アロイ合金などの通常のリードフレーム材料を母材３０ａとしており、この母材３０ａの表面には、メッキ膜３３により形成されている。

また、図１に示されるように、製造時においてリードフレーム３０と一体化しているアイランド部１０にも、その表面は、同じメッキ膜３３により形成されている。なお、アイランド部１０には、半導体チップ２０が銀ペーストなどのダイボンド材を介して搭載固定されているが、図１では、このダイボンド材は省略してある。

つまり、本実施形態において、アイランド部１０、インナーリード３１、アウターリード３２を含むリードフレーム３０の全表面は、メッキ膜３３により形成されている。図３は、このメッキ膜３３の構成を示す模式的な断面図である。

このメッキ膜３３は、はんだ濡れ性を高めるためであって且つリードフレーム３０とモールド樹脂５０との密着性を向上させるためのものであり、メッキ膜３３の表面は粗化されている。つまり、本実施形態のリードフレーム３０は「ＰＰＦ＋メッキ粗化」のものである。

具体的には、図３に示されるように、メッキ膜３３は、その表面に凹凸を形成したものである。ここでは、メッキ膜３３は、その下地である母材３０ａ上に順に、ＮｉメッキからなるＮｉメッキ膜３３ａ、パラジウム（Ｐｄ）メッキからなるＰｄ膜３３ｂ、金（Ａｕ）メッキからなるＡｕ膜３３ｃが設けられているものである。

これら３つの膜３３ａ、３３ｂ、３３ｃからなるメッキ膜３３のうち、表層の２層、すなわちＰｄ膜３３ｂおよびＡｕ膜３３ｃは、当該メッキ膜３３の表面酸化を防止するための酸化防止膜３３ｂ、３３ｃとして構成されている。

このメッキ膜３３は、リードフレームの素材板をエッチングやスタンピングなどで、リードフレーム形状にパターニングした後、母材全体を一括してメッキ処理することで形成されるものである。

そして、図３に示される例では、リードフレーム３０の全体において、Ｎｉメッキ膜３３ａの表面が粗化された形状となっている。それにより、このＮｉメッキ膜３３ａの粗化形状を承継して、リードフレーム３０のメッキ膜３３の最表面は、モールド樹脂５０との密着性を向上させるために粗化された形状となっている。

ここで、リードフレーム３０の母材３０ａは、Ｃｕ系もしくはＦｅ系の材料であり、その板厚は０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度である。本例では、母材３０ａはＣｕまたはＣｕ合金からなる。

この母材３０ａ上に設けられる表面が粗化されたＮｉメッキ膜３３ａ（以下、粗化Ｎｉメッキ膜３３ａという）は、電気メッキ法もしくは無電解メッキ法によって形成されるものである。そして、その膜厚は０．５μｍ〜２．５μｍ程度、好ましくは、０．６μｍ以上１．４μｍ以下である。ここにおいて、Ｎｉとは、純ＮｉもしくはＮｉを５０％以上含むＮｉ合金のことである。

この粗化メッキ膜３３ａの粗化方法は公知である。たとえば、Ｎｉメッキのメッキ成膜時にメッキ条件や薬液成分を調整するなどにより粗化を行ってもよいし、メッキ前のリード母材またはメッキ後にサンドブラスト等による機械的粗化または薬品による化学的粗化により行ってもよい。

この粗化Ｎｉメッキ膜３３ａの上に設けられる酸化防止膜としてのＰｄ膜３３ｂおよびＡｕ膜３３ｃは、電気メッキ法もしくは無電解メッキ法によって形成されるものである。Ｐｄ膜３３ｂ、Ａｕ膜３３ｃの膜厚はともに、０．００３μｍ〜０．０２μｍ程度であるが、望ましくは、Ｐｄ膜３３ｂの膜厚は０．００５μｍ以上０．１μｍ以下であり、Ａｕ膜３３ｃの膜厚は０．００３μｍ以上である。

最終的に、リードフレーム３０のメッキ膜３３は、粗化Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕの３層構造となるが、場合によっては、メッキ膜３３は、最表層のＡｕ膜３３ｃの無い２層構造（粗化Ｎｉ／Ｐｄ）であってもよいし、Ｐｄ膜３３ｂ、Ａｕ膜３３ｃの無い１層構造（粗化Ｎｉ）であってもよい。

具体的には、リードフレーム２０がＡｕワイヤボンドを打つものである場合にはＰｄ、Ａｕは基本的に必要であるが、それ以外、たとえばＡｌワイヤボンドを打つものである場合にはＰｄ、Ａｕは無くてもよい、ということを意味する。

また、このようなメッキ膜３３の最表面が粗化されたＰＰＦとしてのリードフレーム３０においては、メッキ膜３３の最表面が粗化された形状であればよく、そのためには、Ｎｉメッキ膜３３ａを粗化する以外の方法を用いてもよい。

たとえば、リードフレーム３０の母材３０ａの表面を、サンドブラストや研磨などの機械的粗化方法や、エッチングなどの化学的粗化方法により、粗化した後、その上に上記メッキ膜３３を形成してもよい。その場合も、母材３０ａ表面の粗化形状がメッキ膜３３に承継されて、メッキ膜３３の最表面が粗化された形状となる。

このような樹脂封止型半導体装置１００において、本実施形態では、リードフレーム３０の全体にて、メッキ膜３３の比表面積が１．０５以上かつ１．３未満となっている。また、望ましくは、リードフレーム３０の全体にてメッキ膜３３の比表面積が１．０５以上且つ１．２５未満となっている。

ここで、リードフレーム３０の表面すなわちメッキ膜３３の表面の比表面積は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により測定することができる。図４は、上記した各種の方法で粗化されたリードフレーム３０のメッキ膜３３の表面形状を模式的に示す図であり、この図は走査型電子顕微鏡で観察した像を模式化したものである。

図４に示されるように、粗化されたメッキ膜３３の表面は、鋭い三角錐の突起が上方に向かっている凹凸形状となっている。そして、比表面積は、この凹凸面の表面積を表面が平坦である場合のメッキ膜３３の表面積で割った値である。

具体的には、比表面積は、図４中の長さａの辺と長さｂの辺からなる四角形の面積（ａ×ｂ）を用い、この四角形内の凹凸面の表面積を（ａ×ｂ）で除した比率として表すことができる。このような比表面積は、原子間力顕微鏡の画像処理を行うことで求めることができ、本実施形態では、原子間力顕微鏡として、エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製のＮａｎｏｐｉｃｓ１０００または１２００を用いて測定した。

そして、図２に示されるように、この半導体装置１００は、プリント基板２００上に搭載され、アウターリード３２の先端部の面３２ａにおいて、はんだ２１０を介してプリント基板２００上に接続されることで実装される。

上述したように、図２は、本樹脂封止型半導体装置１００をプリント基板２００にはんだ２１０で実装した状態を真上から見たものである。プリント基板２００には、アウターリード３２に対応してはんだ２１０が配設されており、はんだ２１０以外の部位はソルダレジスト２２０にて被覆されている。

ここで、はんだ２１０としては、たとえば、Ｐｂを実質的に含まないＰｂフリーはんだである。これは、はんだリフローの温度が従来のＰｂ含有はんだにおける２３５℃から２４５〜２６０℃へと高温化したものである。

具体的なＰｂフリーはんだとしては、たとえば、Ｓｎ−Ａｇ（Ａｇ３．５）系はんだ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだなどが挙げられる。さらに、前記Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだとしては、Ａｇ１〜４、Ｃｕ０〜１で３Ａｇ−０．５Ｃｕ、３．５Ａｇ−０．７Ｃｕなどが挙げられる。

また、ソルダレジスト２２０は、一般にはんだのレジスト材として工業的用いられているものであり、エポキシ樹脂やアクリル樹脂等からなり、印刷法等にて形成されるものである。

また、図２中の破線四角形にて示される領域１００ａは、リードフレーム３０のアウターリード３２のうちプリント基板２００への実装後における自動外観検査が行われる検査面１００ａである。

図２に示されるように、自動外観検査でレーザを照射する部位は、アウターリード３２の検査面１００ａであり、プリント基板２００のソルダレジスト２２０における領域２００ａである。この領域２００ａをソルダレジスト２２０の検査面２００ａということにする。

そして、アウターリード３２の検査面１００ａ、ソルダレジスト２２０の検査面２００ａを、それぞれレーザ光にて走査し、その反射光量を測定する。この検査により、アウターリード３２上の反射光量とソルダーレジスト２２０の反射光量との差が発生し、この差に基づいてアウターリード３２の位置を認識し検出する。

［製造方法等］
次に、樹脂封止型半導体装置１００の製造方法について、説明する。リードフレームの素材板をエッチングやスタンピングなどで、リードフレーム形状にパターニングした後、メッキ処理することで、表面に上記メッキ膜３３が形成されたリードフレーム３０を用意する。

そして、リードフレーム３０のアイランド部１０にＡｇペーストなどのダイボンド材を介して半導体チップ２０を搭載する。その後、リードフレーム３０と半導体チップ２０とをボンディングワイヤ４０によって互いに電気的に接続し、これら半導体チップ２０、ボンディングワイヤ４０およびリードフレーム３０をモールド樹脂５０で封止する。

その後、リードフレーム３０のうちモールド樹脂５０から突出する部位であるアウターリード３２を、プレス加工などにより切り離し、曲げ加工などのリード成形を行う。こうして、本実施形態の樹脂封止型半導体装置１００ができあがる。

［効果等］
ところで、本実施形態によれば、リードフレーム３０と半導体素子２０とが互いに電気的に接続されており、これら半導体素子２０およびリードフレーム３０がモールド樹脂５０で封止されており、リードフレーム３０の一部がアウターリード３２としてモールド樹脂５０から突出しており、リードフレーム３０の表面全体は、モールド樹脂５０との密着性を向上させるためのメッキ膜３３により形成されている樹脂封止型半導体装置において、リードフレーム３０の全体にて、メッキ膜３３の比表面積が１．０５以上かつ１．３未満であることを特徴とする樹脂封止型半導体装置１００が提供される。

上述したように、「ＰＰＦ＋メッキ粗化」のリードフレームにおいては、樹脂密着性の確保とリード認識性の確保とは相反するものであり、これらの両立は困難であった。そこで、本発明者は、リードフレームの表面すなわちメッキ膜の表面において、これらを両立可能な粗化状態すなわち比表面積を求めることとし、リードフレーム３０のメッキ膜３３の比表面積と、樹脂剥離率およびリード認識性との関係について検討した。

その結果、メッキ膜３３の比表面積を１．０５以上かつ１．３未満とすれば、信頼性試験における樹脂密着性の確保と、外観検査におけるリード認識性との両方を十分に確保できることが実験的にわかった。

図５は、本実施形態の樹脂封止型半導体装置におけるアウターリード３２およびソルダーレジスト２２０についての反射光量を示す図である。

ここでは、メッキ膜３３の比表面積を１．０５以上かつ１．３未満とした本実施形態の樹脂封止型半導体装置１００について、上記図２を参照して述べたように、自動外観検査を行い、アウターリード３２およびソルダーレジスト２２０のそれぞれの検査面１００ａ、２００ａについて、反射光量を測定した。その結果が図５に示されている。この図５では、横軸の反射光量は色調を任意単位（相対値）で表し、縦軸の頻度は回数を単位としている。

図５に示されるように、本実施形態では、識別に用いるアウターリード３２およびソルダーレジスト２２０のそれぞれの検査面１００ａおよび２００ａの色調が重なることが無く、両者の頻度が明確に分離されている。

そのため、本実施形態によれば、ソルダレジスト２２０とアウターリード３２との識別が容易に行われ、アウターリード３２の位置を認識でき、リード曲がり等の不具合を現行のレーザ照射方式すなわち自動外観検査によって検知することが可能となる。

また、図６は、比較例の樹脂封止型半導体装置におけるアウターリードおよびソルダーレジストについての反射光量を示す図である。この比較例としては、表面が粗化されていないリードフレーム、具体的にはＣｕからなる母材にはんだからなるメッキ膜を施したリードフレームを用いた樹脂封止型半導体装置とした。

そして、この比較例としての樹脂封止型半導体装置について、上記同様に自動外観検査を行い、アウターリード３２およびソルダーレジスト２２０のそれぞれの検査面１００ａ、２００ａについて、反射光量を測定した。その結果が図６に示されている。この図６では、横軸の反射光量は色調を任意単位（相対値）で表し、縦軸の頻度は回数を単位としている。

図６に示される比較例としてのリードフレームは、リード認識性については特に問題がないもので、従来における一般的な外観検査設備によって検査が可能である。そして、この図６と上記図５とを比較して、大きな差がないことから、本実施形態では、従来の検査設備での対応が可能となり、基板実装工程を変更することなく、外観検査を行うことが可能となる。

ここで、リードフレーム３０の表面すなわちメッキ膜３３の比表面積を１．０５以上かつ１．３未満とすることの実験的な根拠について、次に、説明する。

図７は、メッキ膜３３の比表面積と反射光量との関係を示すグラフである。ここで、横軸に比表面積、縦軸に反射光量をとっており、また、反射光量は、上記図５、図６と同様に、色調を任意単位（相対値）で表したものであり、図７中にも示してあるように、平均光量に対するばらつきとして±４σをとっている。

また、ソルダーレジスト２２０の反射光量の上限は、たとえば上記図５、図６などから、ばらつきも含めると１５０程度であり、アウターリード３２の反射光量がこれ以上ならば、アウターリード３２の認識が可能になる。

図７に示されるように、アウターリード３２の比表面積すなわちメッキ膜３３の比表面積が１．３未満であれば、アウターリード３２の反射光量は、そのばらつきも含めて、ソルダーレジスト反射光量の上限よりも大きくなり、上記自動外観検査によるアウターリード３２の認識が可能になる。つまり、メッキ膜３３の比表面積を１．３未満とすれば、ばらつきを考慮した良好なリード認識性の確保がなされる。

また、図８は、メッキ膜３３の比表面積と樹脂剥離率との関係を示すグラフである。横軸に比表面積、縦軸に樹脂剥離率（単位％）をとっている。

樹脂剥離率については、メッキ膜３３の比表面積を変えた装置１００をサンプルとして作成し、各サンプルを、３０℃、７０％の湿度で２６４時間、吸湿させた後、リフロー相当温度である２６３℃にさらし、さらに−６５℃と１５０℃との冷熱サイクルを５００サイクル行った後、外観観察やＳＡＴ（超音波探傷装置）などを用いてモールド樹脂５０の剥離の発生状態を調査した。

図８に示されるように、メッキ膜３３の比表面積が１．０４のものにおいて、樹脂剥離の発生はみられず、樹脂密着性を満足できることがわかった。この結果から、メッキ膜３３の比表面積の下限を１．０５とした。

このようにして、メッキ膜３３の比表面積を１．０５以上とすれば、リードフレーム３０のうちのモールド樹脂５０の封止部において、リードフレーム３０とモールド樹脂５０との密着強度が向上して樹脂剥離の発生を防止することができ、一方、当該比表面積を１．３未満とすれば、リードフレーム３０のうちのモールド樹脂５０から突出するアウターリード３２において、リードフレーム３０の反射光量を大きくしてリード認識性を確保できることが確認された。

また、本実施形態では、リードフレーム３０の全体にて表面のメッキ膜３３の比表面積が上記範囲となるようにすればよく、一般的なメッキ設備を用いてリードフレーム３０の全面を一括してメッキ処理すればよい。そのため、部分的に比表面積を変えるための部分的な加工や特殊な加工などを行う必要がなく、コストの維持が可能になる等のメリットがある。

このように、本実施形態によれば、互いに電気的に接続された半導体素子としての半導体チップ２０とリードフレーム３０とがモールド樹脂５０で封止されるとともに、リードフレーム３０の表面がモールド樹脂４０との密着性を向上させるためのメッキ膜３３となっている樹脂封止型半導体装置１００において、リードフレーム３０の樹脂密着性の確保とリード認識性の確保とを、適切に両立させることができる。

つまり、本実施形態によれば、リードフレーム３０表面をメッキすることによりリードフレーム３０におけるモールド樹脂５０との密着性を確保しつつ、プリント基板２００実装後の外観検査においてプリント基板２００のソルダレジスト２２０とアウターリード３２との識別を、自動外観検査にて容易に行うことができる。

また、上述したが、本実施形態の樹脂封止型半導体装置１００においては、望ましくは、リードフレーム３０の全体にてメッキ膜３３の比表面積が１．０５以上且つ１．２５未満であることが好ましいとしている。

上述したように、モールド樹脂５０の成形において、樹脂漏れを防止するための金型とリードフレーム３０との間の隙間を伝って樹脂が染み出し、アウターリード３２などに樹脂バリが付着する。その樹脂バリは、リード認識性を阻害したり、はんだ付け不良の原因となったり、さらには、放熱性の低下などを招く。

そのため、このような樹脂バリには、ウォータージェット等の手段を用いてリード表面を物理的に処理することにより除去することが行われるが、リードフレーム３０の樹脂密着性が大きすぎると、この樹脂バリを除去することは困難になる。

そこで、メッキ膜３３の比表面積を変えていったときに、どこまで樹脂バリの除去が可能かどうか、調査した。その結果の一例を表１に示す。

この表１中、樹脂バリ除去性は、モールド樹脂５０によるモールドを行い、一般的なウォータージェットにより樹脂バリの除去工程を行った後に観察調査したものであり、アウターリード３２の表面に樹脂バリが残っていれば「×」とし、樹脂バリが無ければ「○」とした。

この結果から、メッキ膜３３の比表面積が１．２５未満であれば、確実に樹脂バリの除去が可能であることがわかる。

つまり、本実施形態の樹脂封止型半導体装置１００においては、リードフレーム３０の全体にて、メッキ膜３３の比表面積を１．０５以上且つ１．２５未満とすれば、リードフレーム３０の樹脂密着性の確保とリード認識性の確保とを適切に両立させるとともに、さらに、容易に樹脂バリを除去可能であり、樹脂バリによる不良を防止できる。

また、本実施形態の樹脂封止型半導体装置１００においては、メッキ膜３３としては、ＮｉからなるＮｉメッキ膜３３ａを有するものであることも特徴のひとつである。このようなＮｉからなるＮｉメッキ膜３３ａは、メッキ膜３３の下地であるリードフレーム３０の母材３０ａとしてＣｕまたはＣｕ合金を用いた場合、母材３０ａ中のＣｕがメッキ膜３３表面へ拡散するのを、効率よく防止可能なものである。

さらに、上述したが、本実施形態の樹脂封止型半導体装置１００においては、そのＮｉメッキ膜３３ａの厚さが０．６μｍ以上であることが、好ましいとしている。それによれば、リードフレーム３０の母材３０ａ中のＣｕがメッキ膜３３表面に拡散するのを確実に防止できる。

このことは、オージェ電子分析によるメッキ膜３３表面の元素マッピングに基づいて確認することができる。この分析によってＣｕが検出された場合、下地のＣｕ母材３０ａが熱拡散によりメッキ膜３３の表面に析出していることを意味する。

Ｎｉメッキ膜３３ａの厚さが０．６μｍ以上である場合には、上記分析によりＣｕは検出されず、母材３０ａ中のＣｕの拡散をＮｉメッキ膜３３ａで抑えていることがわかる。一方、Ｎｉメッキ膜３３ａの厚さが０．６μｍを下回る場合、Ｃｕが検出され、メッキ膜３３の表面はＣｕの酸化物が形成され、Ａｕ等のワイヤボンド強度が低下することがわかった。

このように、このＮｉメッキ膜３３ａによる作用効果は、その下地すなわちリードフレーム３０の母材３０ａがＣｕまたはＣｕを含む材料からなるものである場合に、特に有効に発揮される。

また、本実施形態においては、上述したが、厚さ０．６μｍ以上のＮｉメッキ膜３３ａは、さらに、その厚さが１．４μｍ以下であることが好ましい。それによれば、リード形成の曲げ時に生じるメッキ膜３３のクラックによって母材３０ａまで及ぶクラックの発生を防止することができる。

図９において、（ａ）は本樹脂封止型半導体装置１００におけるアウターリード３２の曲げ形状を示す図であり、（ｂ）および（ｃ）は、このアウターリード３２の曲げ部３２ｂを拡大して示す概略断面図である。

モールド樹脂５０から突出するリードフレーム３０のアウターリード３２は、実装形態に応じてリード成形すなわち曲げ加工がなされるが、Ｎｉメッキ膜３３ａが厚すぎると、その曲げ部においてメッキ膜３３だけでなく、リードフレーム３０の母材３０ａまでもクラックが発生する。

図９（ｂ）に示される例、図９（ｃ）に示される例は、それぞれ、母材３０ａをＣｕとしてＮｉメッキ膜３３ａの厚さが０．８μｍであるリードフレーム３０を用いた場合、母材３０ａをＣｕとしてＮｉメッキ膜３３ａの厚さが１．７μｍであるリードフレーム３０を用いた場合について、曲げ部３２ｂにおけるメッキ膜３３のクラック発生状態を示したものである。

これら図９（ｂ）、（ｃ）に示されるように、Ｎｉメッキ膜３３ａが薄い場合には、母材３０ａにはクラックが発生せず、Ｎｉメッキ膜３３ａが厚くなると、メッキ膜３３のクラックのみで収まらず、その下地の母材３０ａにまでクラックが入り、パッケージの実装信頼性を低下させてしまう。

図１０は、Ｎｉメッキ膜３３ａの膜厚（単位：μｍ）を変えた場合のリードフレーム３０の母材３０ａに入るクラック量を示すグラフである。ここで、母材３０ａはＣｕであり、上記クラック量は、図９（ｃ）に示されるような母材３０ａのクラック幅Ｗである。ここでは、母材のクラック幅は任意単位であり、これが０である場合には、母材３０ａにはクラックが発生しないことを意味する。

図１０からわかるように、Ｎｉメッキ膜３３ａの膜厚（Ｎｉメッキ膜厚）が１．５μｍ以下の場合においては、母材３０ａのクラック幅Ｗは０であり、母材３０ａにはクラックが入っていないことが確認できており、パッケージの実装信頼性を良好に保つことが可能である。

このように、Ｎｉメッキ膜３３ａの厚さを０．６μｍ以上１．４μｍ以下とすれば、母材３０ａ中のＣｕのメッキ膜３３表面への拡散防止、リード形成の曲げ時に生じるメッキ膜３３のクラックによる母材３０ａのクラックの発生防止が可能になる。

また、本実施形態の樹脂封止型半導体装置１００においては、メッキ膜３３の表面が、当該メッキ膜３３の酸化を防止するための酸化防止膜３３ｂ、３３ｃにより形成されていることも特徴のひとつである。それによれば、メッキ膜３３の表面が、モールドや実装工程など、加熱工程時の熱などにより酸化するのを防止することができる。

本例では、酸化防止膜３３ｂ、３３ｃとしては、下地側からパラジウムからなる膜厚０．００５μｍ以上のＰｄ膜３３ｂ、金からなる膜厚０．００３μｍ以上のＡｕ膜３３ｃが順次積層されたものを採用している。

メッキ膜３３において酸化防止膜３３ｂ、３３ｃの下地のメッキ膜をＮｉメッキ膜３３ａとした場合、Ｐｄ膜３３ｂの膜厚を０．００５μｍ以上とすることにより、Ｎｉが表面へ拡散するのを防止しメッキ膜３３の酸化防止が実現できる。

また、Ｐｄ膜３３ｂの上に膜厚０．００３μｍ以上のＡｕ膜３３ｃを形成することにより、Ｐｄの加熱工程によるメッキ表面への拡散を防止することができ、化学的に安定なＡｕをメッキ膜３３の最表面とすることが可能となる。そのため、Ｐｄの酸化によるワイヤボンディング性の劣化を防止できる効果がある。

さらに、本例の粗化Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕの３層構造のメッキ膜３３において、Ｐｄ膜３３ｂの膜厚は０．１μｍ以下であることが好ましい。つまり、Ｐｄ膜３３ｂの膜厚は、０．００５μｍ以上であって且つ０．１μｍ以下であることが好ましい。

Ｐｄ膜３３ｂの膜厚が０．１μｍ以下であれば、樹脂封止型半導体装置の基板２００へのはんだ実装時に、Ｐｄがはんだ中に十分拡散することを確認しており、はんだとの接合力を維持することができる。そのため、基板へのはんだ実装時のＰｄ残りによるメッキクラックの改善が図れ、はんだ接続の信頼性が向上する。

ちなみに、上記したＰｄ膜３３ｂおよびＡｕ膜３３ｃにおける膜厚設定による効果は、本発明者は、実験的に確認している。このように、メッキ膜３３の表層を構成する酸化防止膜３３ｂ、３３ｃとしては、金およびパラジウムから選択されたものを採用することが好ましいが、メッキ膜３３の表面の酸化を防止可能なものであれば、それ以外の膜であってもよい。

（他の実施形態）
なお、チップ搭載部としては、リードフレーム３０のアイランド１０でなくてもよい。たとえば、かしめや溶接などでヒートシンクが一体化されたヒートシンク付きのリードフレームを用いてもよく、この場合、チップ搭載部はヒートシンクとなる。

また、半導体素子とリードフレームとの接続は、ボンディングワイヤ以外の接続であってもよい。また、ＰＰＦとしてのリードフレームにおいて、メッキ膜は上記したＮｉメッキ、Ｐｄメッキの積層構成に限定されない。

要するに、互いに電気的に接続された半導体素子とリードフレームとがモールド樹脂で封止されてなり、リードフレームが「ＰＰＦ＋メッキ粗化」である樹脂封止型半導体装置ならば、上記実施形態は適用可能である。

以上述べてきたように、上記実施形態は、モールド樹脂密着性を上げるためにメッキ表面を粗化したＰＰＦを用いた樹脂封止型半導体装置に関するもので、リードフレームの樹脂密着性を確保しつつ、その半導体装置をプリント基板に実装した後のリード曲がり等の自動外観検査においてその認識性を向上させるために、一括して全体メッキされたリードフレームの比表面積を１．０５以上かつ１．３未満としたことを要部とするものであり、その他の部分については適宜設計変更が可能である。

本発明の実施形態に係る樹脂封止型半導体装置の要部の概略断面図である。 図１に示される樹脂封止型半導体装置をプリント基板に実装した状態を示す概略平面図である。 リードフレームのメッキ膜の模式的な構成を示す断面図である。 粗化されたリードフレームのメッキ膜の表面形状を模式的に示す図である。 実施形態の樹脂封止型半導体装置におけるアウターリードおよびソルダーレジストについての反射光量を示す図である。 比較例の樹脂封止型半導体装置におけるアウターリードおよびソルダーレジストについての反射光量を示す図である。 メッキ膜の比表面積と反射光量（相対値）との関係を示すグラフである。 メッキ膜３３の比表面積と樹脂剥離率との関係を示すグラフである。 （ａ）は実施形態の樹脂封止型半導体装置におけるアウターリードの曲げ形状を示す図であり、（ｂ）および（ｃ）は、このアウターリードの曲げ部の拡大概略断面図である。 Ｎｉメッキ膜厚と母材のクラック幅との関係を示すグラフである。

符号の説明

２０…半導体素子、３０…リードフレーム、３２…アウターリード、
３３…メッキ膜、３３ａ…Ｎｉメッキ膜、３３ｂ…Ｐｄ膜、３３ｃ…Ａｕ膜、
５０…モールド樹脂。

Claims (9)

1. リードフレーム（３０）と半導体素子（２０）とが互いに電気的に接続されており、
   これら半導体素子（２０）およびリードフレーム（３０）がモールド樹脂（５０）で封止されており、
   前記リードフレーム（３０）の一部がアウターリード（３２）として前記モールド樹脂（５０）から突出しており、
   前記リードフレーム（３０）の表面全体は、前記モールド樹脂（５０）との密着性を向上させるためのメッキ膜（３３）により形成されている樹脂封止型半導体装置において、
   前記リードフレーム（３０）の全体にて、前記メッキ膜（３３）の比表面積が１．０５以上かつ１．３未満であることを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
2. 前記リードフレーム（３０）の全体にて、前記メッキ膜（３３）の比表面積が１．０５以上且つ１．２５未満であることを特徴とする請求項１に記載の樹脂封止型半導体装置。
3. 前記メッキ膜（３３）は、ＮｉからなるＮｉメッキ膜（３３ａ）を有するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の樹脂封止型半導体装置。
4. 前記Ｎｉメッキ膜（３３ａ）の厚さは、０．６μｍ以上であることを特徴とする請求項３に記載の樹脂封止型半導体装置。
5. 前記Ｎｉメッキ膜（３３ａ）の厚さは、１．４μｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載の樹脂封止型半導体装置。
6. 前記メッキ膜（３３）の表面は、前記メッキ膜（３３）の酸化を防止するための酸化防止膜（３３ｂ、３３ｃ）により形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の樹脂封止型半導体装置。
7. 前記酸化防止膜（３３ｂ、３３ｃ）は、金およびパラジウムから選択されたものであることを特徴とする請求項６に記載の樹脂封止型半導体装置。
8. 前記酸化防止膜（３３ｂ、３３ｃ）は、下地側からパラジウムからなる膜厚０．００５μｍ以上のＰｄ膜（３３ｂ）、金からなる膜厚０．００３μｍ以上のＡｕ膜（３３ｃ）が順次積層されたものであることを特徴とする請求項７に記載の樹脂封止型半導体装置。
9. 前記Ｐｄ膜（３３ｂ）の膜厚は、０．１μｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載の樹脂封止型半導体装置。
   

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