JP3707548B2

JP3707548B2 - リードフレーム及びリードフレームの製造方法

Info

Publication number: JP3707548B2
Application number: JP2002066992A
Authority: JP
Inventors: 明李; 大悟山浦
Original assignee: Mitsui High Tech Inc
Current assignee: Mitsui High Tech Inc
Priority date: 2002-03-12
Filing date: 2002-03-12
Publication date: 2005-10-19
Anticipated expiration: 2022-03-12
Also published as: JP2003273305A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リードフレームに関し、特に、鉛を含まないめっきが施されたリードフレームに関する。
【０００２】
【従来の技術】
リードフレームには、通常、ワイヤボンディング性や半導体チップの接合性を向上させるため、金、銀、ニッケル、パラジウムなどの金属めっきがアイランドやインナーリードなどに部分的に施されている。
【０００３】
そして、半導体チップをアイランド上に搭載し、樹脂封止が施されたリードフレームには、さらに外装半田めっきが施される。
【０００４】
ところで、近年、環境保護の立場から多くの化学物質の規制が強化されている。
【０００５】
外装鉛半田めっきを施したリードフレームは、半田めっきを施す時に使用された鉛の処理問題や、鉛が回収されることなく廃棄された製品から環境への流出問題など、様々な課題を有している。
【０００６】
また、ＩＣ組立工程での工程簡素化の流れで、外装半田めっきが必要ない、ＰＰＦ（ Pre Plated Lead-Frame ）が注目されている。
【０００７】
外装半田めっきを必要とせず、かつ鉛フリーの半導体装置用ＰＰＦとしてのリードフレームには、ワイヤボンディング性、半田濡れ性、耐食性、及び封止樹脂との密着性等の機能が同時に要求されている。
【０００８】
また、商品として製造コスト及び環境影響をも考えなければならない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、現在実用化されているＰＰＦでこのような諸条件を満足することは非常に困難である。
【００１０】
例えば、Ｎｉ／Ｐｄの２層またはＮｉ／Ｐｄ／Ａｕの３層めっきのＰＰＦは、高周波特性が悪いなどの欠点があり、また、耐食性に難点があるためＡ４２材には使用できない。
【００１１】
また、Ｐｄの価格変動が大きいため、コスト面でも不安定である。
【００１２】
そして、スポットＡｇめっきとスポット鉛フリーの半田めっきの２色めっきのＰＰＦは、ワイヤボンディング温度が制限されている。
【００１３】
そこで本発明では、優れた特性を有しかつ鉛を含まないめっき皮膜が形成されたリードフレームを提供することを目的とする。
【００１４】
本発明では、表面にＡｕ−Ａｇめっきが形成されたリードフレームにおいて、前記Ａｕ−Ａｇめっきは、各めっき層毎にＡｇの割合が異なる少なくとも３層以上のＡｕ−Ａｇめっき層が積層された多層Ａｕ−Ａｇめっき層からなり、前記多層Ａｕ−Ａｇめっき層は、基材側から最表面にかけて各めっき層中のＡｇの割合が増加する傾斜組成構造を有する。
また、好ましくは、前記多層Ａｕ−Ａｇめっき層は、各めっき層の厚みが０．００１μｍ以上であって、当該各めっき層を多層化した合計の厚みが０．２μｍ以下である。
次に本発明におけるリードフレームの製造方法では、Ａｇイオン濃度の低いＡｕ−Ａｇ合金めっき溶液から前記Ａｇイオン濃度の高いＡｕ−Ａｇ合金めっき溶液にリードフレームを順次浸漬して一定の電流密度でＡｕ−Ａｇめっきを行い、各めっき層毎にＡｇの割合を異ならしめて、基材側から最表面にかけて各めっき層中のＡｇの割合が増加する傾斜組成構造を有する少なくとも３層以上のＡｕ−Ａｇめっき層からなる多層Ａｕ−Ａｇめっき層を形成する。
また、本発明におけるリードフレームの製造方法では、Ａｕ−Ａｇ合金めっき溶液にリードフレームを浸漬し、電流密度を順次増加させて複数回のＡｕ−Ａｇめっきを行い、各めっき層毎にＡｇの割合を異ならしめて、基材側から最表面にかけて各めっき層中のＡｇの割合が増加する傾斜組成構造を有する少なくとも３層以上のＡｕ−Ａｇめっき層からなる多層Ａｕ−Ａｇめっき層を形成する。
【００１５】
また、Ａｕ−Ａｇめっきは、銅からなる基材表面に施されたニッケルめっき層上に形成されている。
【００１６】
また、Ａｕ−Ａｇめっきは、Ａ４２材からなる基材表面に施されたニッケルめっき層上に形成されている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係るリードフレームの構成を示す断面図である。
【００１８】
図１において、本発明に係るリードフレーム１０には、基材である銅材１の表面に下地めっきであるニケッルめっき層２が形成され、さらにニッケルめっき層２の表面に複数のＡｕ−Ａｇめっき層３、４、５が積層された多層めっき層６を形成している。
【００１９】
ここで、多層Ａｕ−Ａｇめっき層６を形成する各Ａｕ−Ａｇめっき層の組成は異なり、図２に示すように、下地めっきであるニッケルめっき側から外表面側にかけて各Ａｕ−Ａｇめっき層中のＡｇの割合が徐々に高くなるように構成され、総合的には深さ方向の合金組成が傾斜構造となる。
【００２０】
なお、下地めっき表面に形成されたＡｕ−Ａｇめっき層と外表面のＡｕ−Ａｇめっき層との組成の傾斜量は、９０ｗｔ％Ａｇ以下とし、また、各Ａｕ−Ａｇめっき層の平均組成は、２０〜７０ｗｔ％Ａｇとする。
【００２１】
また、各めっき層の厚みは、完全な層を得るため０.００１μｍ以上の厚みであることが好ましく、また、多層化したＡｕ−Ａｇめっき層の厚みは合計して０.２μｍ以下であることが好ましい。
【００２２】
以下、図３を用いて、本発明に係るリードフレームの製造方法について説明する。
【００２３】
まず、図３（ａ）に示すように、リードフレームの基材である銅材１の表面に下地めっきであるニッケルめっき層２を形成し、図３（ｂ）に示すように、下地めっき層２の表面に第１のＡｕ−Ａｇめっき層３を形成する。
【００２４】
そして、図３（ｃ）に示すように、第１のＡｕ−Ａｇめっき層３よりもＡｇの割合が高い第２のＡｕ−Ａｇめっき層４を第１のＡｕ−Ａｇめっき層３の表面に形成し、さらに、図３（ｄ）に示すように、第２のＡｕ−Ａｇめっき層４よりもＡｇの割合が高い第３のＡｕ−Ａｇめっき層５を第２のＡｕ−Ａｇめっき層４の表面に形成して、多層Ａｕ−Ａｇめっき層６を形成する。
【００２５】
ここで、基材や下地めっき表面にめっきを施す方法としては、めっき用整流器の電流波形や電圧波形の制御する方法や２セル以上の多セルで分段めっきする方法、またこれらの方法を同時に用いた方法や、他のドライプレーティング法（真空蒸着法など）など、既知のめっき方法を適宜用いることができる。
【００２６】
また、リードフレームの基材は銅に限られるものではなく、Ａ４２材など、他の材料を用いることもできる。
【００２７】
そして、多層Ａｕ−Ａｇめっき層を構成するＡｕ−Ａｇめっき層は、３層に限られるものではなく、必要に応じてＡｇの割合が異なる少なくとも２層以上のＡｕ−Ａｇ合金めっき膜を用いて形成することができる。
【００２８】
以下、実施例を用いてさらに詳細に説明する。
【００２９】
【実施例１】
本実施例では、多段セル（２段）めっき法を用い、次の工程に従って多層Ａｕ−Ａｇめっき層を形成した。
【００３０】
１）まず、ＡｕイオンとＡｇイオンとの濃度比が異なる２種類のＡｕ−Ａｇ合金めっき溶液を２つのめっきセルに用意する。
２）次に、板厚０.１２５ｍｍのリードフレーム用銅材を脱脂・酸洗した後、厚さが１μｍのニッケルめっき層を下地めっきとして表面に形成する。
３）そして、まず、Ａｇ濃度が低いＡｕ−Ａｇ合金めっき溶液から順番に下地めっきが施されたリードフレーム用銅材を浸漬させ、同じ電流密度でＡｕ−Ａｇめっき層を形成し、多層Ａｕ−Ａｇめっき層を形成する。
【００３１】
上記工程を用いることにより、平均組成２５.４ｗｔ％Ａｇ、組成の傾斜量２８.９ｗｔ％、２層構造の多層Ａｕ−Ａｇめっき層を持つリードフレームが得られた。
【００３２】
【実施例２】
本実施例では、めっき用整流器の電流波形を制御し、次の工程に従って多層Ａｕ−Ａｇめっき層を形成した。
【００３３】
１）まず、一定濃度比のＡｕイオン及びＡｇイオンを含有し、低い電流密度でＡｕの割合が高いＡｕ−Ａｇ合金膜が形成されるＡｕ−Ａｇめっき溶液を用意する。
２）次に、板厚０.１２５ｍｍリードフレーム用銅材を脱脂・酸洗した後、厚さが１μｍのニッケルめっき層を下地めっきとして表面に形成する。
３）そして、下地めっきが施されたリードフレームを先ほど用意したＡｕ−Ａｇめっき溶液に浸漬し、図４に示すように、通電時間（ＯＮ）０.５秒間、休み時間（ＯＦＦ）２秒間、最初の通電時の電流密度（Ｉｐ）が０.１Ａ／ｄｍ^２で、以後２０％ずつ上昇する電流波形により多層Ａｕ−Ａｇめっき層を形成する。
【００３４】
上記工程を用いることにより、平均組成２５.４ｗｔ％Ａｇ、組成の傾斜量２８.９ｗｔ％、１３層構造の多層Ａｕ−Ａｇめっき層を持つリードフレームが得られた。
【００３５】
【実施例３】
本実施例では、多段セル（４段）分段めっき法を用い、次の工程に従って多層Ａｕ−Ａｇめっき層を形成した。
【００３６】
１）まず、ＡｕイオンとＡｇイオンとの濃度比が異なる４種類のＡｕ−Ａｇ合金めっき溶液を４つのめっきセルに用意する。
２）次に、板厚０.１２５ｍｍのリードフレーム用銅材を脱脂・酸洗した後、厚さが１μｍのニッケルめっき層を下地めっきとして表面に形成する。
３）そして、Ａｇ濃度が最も低いＡｕ−Ａｇ合金めっき溶液から順番にＡｇ濃度が高いＡｕ−Ａｇ合金めっき溶液に下地めっきが施されたリードフレーム用銅材を浸漬させ、同じ電流密度を用いてＡｕ−Ａｇめっき層を形成する。
【００３７】
上記工程を用いることにより、平均組成４９.０ｗｔ％Ａｇ、組成の傾斜量６３.７ｗｔ％、４層構造の多層Ａｕ−Ａｇめっき層を持つリードフレームが得られた。
【００３８】
【実施例４】
本実施例では、多段セル（２段）分段めっき法を用い、次の工程に従って多層Ａｕ−Ａｇめっき層を形成した。
【００３９】
１）まず、ＡｕイオンとＡｇイオンとの濃度比が異なる２種類のＡｕ−Ａｇ合金めっき溶液を２つのめっきセルに用意する。
２）次に、板厚０.１２５ｍｍのリードフレーム用銅材を脱脂・酸洗した後、厚さが１μｍのニッケルめっき層を下地めっきとして表面に形成する。
３）そして、Ａｇ濃度が低いＡｕ−Ａｇ合金めっき溶液に下地めっきが施されたリードフレーム用銅材を浸漬させ、直流整流器を用いてＡｕ−Ａｇめっき層を形成する。
４）その後、Ａｇ濃度が高いＡｕ−Ａｇめっき溶液に浸漬し、実施例２と同様に、図４に示すように、通電時間（ＯＮ）０.５秒間、休み時間（ＯＦＦ）２秒間、最初の通電時の電流密度（Ｉｐ）が０.１Ａ／ｄｍ^２で、以後２０％ずつ上昇する電流波形により多層Ａｕ−Ａｇめっき層を形成する。
【００４０】
上記工程を用いることにより、平均組成６９.３ｗｔ％Ａｇ、組成の傾斜量８７.４ｗｔ％、１４層構造の多層Ａｕ−Ａｇめっき層を持つリードフレームが得られた。
【００４１】
【実施例５】
本実施例では、多段セル（４段）分段めっき法を用い、次の工程に従って多層Ａｕ−Ａｇめっき層を形成した。
【００４２】
１）まず、ＡｕイオンとＡｇイオンとの濃度比が異なる４種類のＡｕ−Ａｇ合金めっき溶液を４つのめっきセルに用意する。
２）次に、板厚０.１２５ｍｍのリードフレーム用Ａ４２材を脱脂・酸洗した後、厚さが１μｍのニッケルめっき層を下地めっきとして表面に形成する。
３）そして、実施例３と同様に、Ａｇ濃度が最も低いＡｕ−Ａｇ合金めっき溶液から順番にＡｇ濃度が高いＡｕ−Ａｇ合金めっき溶液に下地めっきが施されたリードフレーム用Ａ４２材を浸漬させ、同じ電流密度を用いてＡｕ−Ａｇめっき層を形成する。
【００４３】
上記工程を用いることにより、Ａ４２材上に、実施例３と同様に、平均組成４９.０ｗｔ％Ａｇ、組成の傾斜量６３.７ｗｔ％、４層構造の多層Ａｕ−Ａｇめっき層を持つリードフレームが得られた。
【００４４】
【比較例１】
本比較例では、直流電源を用いてＡｕ−Ａｇめっき層を形成した。
【００４５】
１）まず、Ａｕ−Ａｇ合金めっき溶液を１つのめっきセルに用意する。
２）次に、板厚０.１２５ｍｍのリードフレーム用銅材を脱脂・酸洗した後、厚さが１μｍのニッケルめっき層を下地めっきとして表面に形成する。
３）そして、Ａｕ−Ａｇ合金めっき溶液に下地めっきが施されたリードフレーム用銅材を浸漬させ、Ａｕ−Ａｇめっき層を形成する。
【００４６】
上記工程を用いることにより、組成２７.６ｗｔ％Ａｇの単層のＡｕ−Ａｇめっき膜を持つリードフレームが得られた。
【００４７】
【比較例２】
本比較例では、定電流パルス電源を用いてＡｕ−Ａｇめっき層を形成した。
【００４８】
１）まず、Ａｕ−Ａｇ合金めっき溶液を１つのめっきセルに用意する。
２）次に、板厚０.１２５ｍｍのリードフレーム用銅材を脱脂・酸洗した後、厚さが１μｍのニッケルめっき層を下地めっきとして表面に形成する。
３）そして、Ａｕ−Ａｇ合金めっき溶液に下地めっきが施されたリードフレーム用銅材を浸漬させ、Ａｕ−Ａｇめっき層を形成する。
【００４９】
上記工程を用いることにより、組成２５.１ｗｔ％Ａｇの単層のＡｕ−Ａｇ合金膜を持つリードフレームが得られた。
【００５０】
ここで、実施例１乃至５及び比較例１及び２で形成されたリードフレームに対して、次の方法で耐食性テスト及び半田濡れ性テストを行った。
【００５１】
耐食性テスト：５％ＮａＣｌ溶液を３５℃の環境で２４時間噴霧する塩水噴霧加速テストを行い、錆の発生を観察する。
半田濡れ性テスト：３３０℃で３０分間加熱後、Ｓｎ−３７Ｐｂを２３０℃で５秒間接触させ、半田の濡れを観測した。
【００５２】
耐食性テスト及び半田濡れ性テストの結果を表１に示す。
【００５３】
【表１】

【００５４】
ここで、濡れ率は、９５％を超えると○で、耐食性は、錆が観察されない場合は、○で示している。
【００５５】
表１に示すように、実施例１乃至５では、比較例１及び２に比べて薄い膜厚（０.１μｍ未満）で半田濡れ性及び耐食性に優れた特性を得ている。
【００５６】
このように、本発明に係るリードフレームは、耐食性及び半田濡れ性に優れたリードフレームを薄く形成することが可能となる。
【００５７】
また、外装半田めっきなど鉛を用いる必要がないため、環境にやさしく、廃液処理などのコストを押さえることができる。
【００５８】
さらに、単層のＡｕ−Ａｇめっき層を形成する場合に比べて低コストで優れた特性を得ることができる。
【００５９】
また、Ａｕ−Ａｇめっきを用いるため、パラジウムめっきなどを用いた場合と比べて、高周波特性に優れたリードフレームを形成することができる。
【００６０】
加えて、Ｎｉ／Ｐｄの２層またはＮｉ／Ｐｄ／Ａｕの３層めっきでは、耐食性に難点があるため基材として持ちいることができなかったＡ４２材を基材として用いることができる。
【００６１】
【発明の効果】
本発明では、優れた特性を有するめっき皮膜が鉛を用いることなく薄く形成されたリードフレームを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るリードフレームの構成を示す断面図
【図２】本発明に係るリードフレームの製造方法を示す断面図
【図３】多層Ａｕ−Ａｇめっき層のＡｇ含有量の変化を示す概念図
【図４】実施例２における電流波形の制御を示す概略図
【符号の説明】
１…銅材
２…ニッケルめっき層
３…第１のＡｕ−Ａｇめっき層
４…第２のＡｕ−Ａｇめっき層
５…第３のＡｕ−Ａｇめっき層
６…多層Ａｕ−Ａｇめっき層
１０…リードフレーム

Claims

表面にＡｕ−Ａｇめっきが形成されたリードフレームにおいて、
前記Ａｕ−Ａｇめっきは、各めっき層毎にＡｇの割合が異なる少なくとも３層以上のＡｕ−Ａｇめっき層が積層された多層Ａｕ−Ａｇめっき層からなり、
前記多層Ａｕ−Ａｇめっき層は、基材側から最表面にかけて各めっき層中のＡｇの割合が増加する傾斜組成構造を有する
ことを特徴とするリードフレーム。
前記多層Ａｕ−Ａｇめっき層は、各めっき層の厚みが０．００１μｍ以上であって、当該各めっき層を多層化した合計の厚みが０．２μｍ以下である
ことを特徴とする請求項１記載のリードフレーム。
Ａｇイオン濃度の低いＡｕ−Ａｇ合金めっき溶液から前記Ａｇイオン濃度の高いＡｕ−Ａｇ合金めっき溶液にリードフレームを順次浸漬して一定の電流密度でＡｕ−Ａｇめっきを行い、各めっき層毎にＡｇの割合を異ならしめて、基材側から最表面にかけて各めっき層中のＡｇの割合が増加する傾斜組成構造を有する少なくとも３層以上のＡｕ−Ａｇめっき層からなる多層Ａｕ−Ａｇめっき層を形成する
ことを特徴とするリードフレームの製造方法。
Ａｕ−Ａｇ合金めっき溶液にリードフレームを浸漬し、
電流密度を順次増加させて複数回のＡｕ−Ａｇめっきを行い、各めっき層毎にＡｇの割合を異ならしめて、基材側から最表面にかけて各めっき層中のＡｇの割合が増加する傾斜組成構造を有する少なくとも３層以上のＡｕ−Ａｇめっき層からなる多層Ａｕ−Ａｇめっき層を形成する
ことを特徴とするリードフレームの製造方法。