JPH0770665B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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- Lead Frames For Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 [発明の利用分野] 本発明は樹脂封止半導体装置の製造方法に係り、特にア
ルミボンディングに好適な半導体装置の製造方法に関す
る。
ルミボンディングに好適な半導体装置の製造方法に関す
る。
[発明の背景] エポキシ樹脂封止半導体装置の多くは、42アロイあるい
は銅製のリードフレーム上にAuメツキを施し、半導体素
子とリードフレームとをAu線でボンデイングすることよ
つて製作されている。また、Au線によるワイヤボンデイ
ングの代わりにAl線によるワイヤボールボンデイングが
行なわれている。(特開昭51−140567号公報参照)。こ
れはワイヤの先端をアーク放電によりボール状にしたの
ちボンデイングパツドとリードフレームとを接続するも
ので、アーク中にAlワイヤを挿入してボールを作製する
方法である。
は銅製のリードフレーム上にAuメツキを施し、半導体素
子とリードフレームとをAu線でボンデイングすることよ
つて製作されている。また、Au線によるワイヤボンデイ
ングの代わりにAl線によるワイヤボールボンデイングが
行なわれている。(特開昭51−140567号公報参照)。こ
れはワイヤの先端をアーク放電によりボール状にしたの
ちボンデイングパツドとリードフレームとを接続するも
ので、アーク中にAlワイヤを挿入してボールを作製する
方法である。
Al線によるボールボンデイングはAu線に比較して省資
源、エポキシ封止樹脂との密着性が高い等、多くの利点
を有しているが、現在一般に使われている42アロイ、あ
るいは銅製のリードフレームと直接ボンデイングできな
いため、42アロイ、あるいは銅製のリードフレーム上に
メツキ又はイオンプレーテイング等の方法によつてAl膜
又はNi膜を形成し、その上にボンデイングを行なつてい
る(特開昭57−174644号公報参照)。そのためリードフ
レーム上にAl膜又はNi膜を形成する工程がかさむととも
に、リードフレーム上へのAl膜又はNi膜形成の制御が難
かしく、製品の信頼性が下がるという欠点を有してい
た。
源、エポキシ封止樹脂との密着性が高い等、多くの利点
を有しているが、現在一般に使われている42アロイ、あ
るいは銅製のリードフレームと直接ボンデイングできな
いため、42アロイ、あるいは銅製のリードフレーム上に
メツキ又はイオンプレーテイング等の方法によつてAl膜
又はNi膜を形成し、その上にボンデイングを行なつてい
る(特開昭57−174644号公報参照)。そのためリードフ
レーム上にAl膜又はNi膜を形成する工程がかさむととも
に、リードフレーム上へのAl膜又はNi膜形成の制御が難
かしく、製品の信頼性が下がるという欠点を有してい
た。
一方リードフレームをAlで作製する方法は特開昭55−49
09号公報,特開昭55−4926号公報,特開昭55−4929号公
報に開示されているが、いずれも半導体チツプとリード
フレームとをAu線でボンデイングしており、本発明のAl
線でボンデイングする方法とは異なる。またモールド中
への水分の侵入によつてAu線とAlフレームとのボンデイ
ング界面から異種金属接合による腐食断線が生じるため
実用的ではない。
09号公報,特開昭55−4926号公報,特開昭55−4929号公
報に開示されているが、いずれも半導体チツプとリード
フレームとをAu線でボンデイングしており、本発明のAl
線でボンデイングする方法とは異なる。またモールド中
への水分の侵入によつてAu線とAlフレームとのボンデイ
ング界面から異種金属接合による腐食断線が生じるため
実用的ではない。
本発明の目的は、従来の42アロイ(42%Ni−残Fe)ある
いは銅製リードフレームに代わり、アルミワイヤを直接
ボンデイングできる半導体装置の製造方法において、腐
食断線が生じず、Al線とリードフレームとの接合率が高
い導体装置の製造方法を提供することにある。
いは銅製リードフレームに代わり、アルミワイヤを直接
ボンデイングできる半導体装置の製造方法において、腐
食断線が生じず、Al線とリードフレームとの接合率が高
い導体装置の製造方法を提供することにある。
本発明は、半導体素子と金属製リードフレームとをアル
ミワイヤを用いてボンデイングする際、アルミニウムリ
ードフレームを用い、アルミワイヤを直接リードフレー
ムにボンディングする半導体装置の製造方法において、
以下の特徴を有する。
ミワイヤを用いてボンデイングする際、アルミニウムリ
ードフレームを用い、アルミワイヤを直接リードフレー
ムにボンディングする半導体装置の製造方法において、
以下の特徴を有する。
リードフレームとしてはAl、重量でAl−1〜10%Mg,Al
−1〜10%Cu−0.1〜1%Mn−0.5〜5%Mg等があり、厚
さ0.2〜0.6mm圧延後Mg単独の前者は300〜400℃で1〜5
時間、後者は400〜450℃で1〜5時間焼なまし処理を施
すのが好ましい。その後リードフレームとして所定の形
状に打抜き加工後、塩酸系のエツチング液で表面の汚れ
を取り除く。次にSiチツプをAgペースト付でリードフレ
ームに接着し直径30μmのAl,Al−1.5%Mg−1%Pd合金
ワイヤを用いてフレーム温度80〜110℃、ボンデイング
荷重100g以上でボールボンデイングを行なう。その後エ
ポキシ樹脂を用いて120〜170℃モールドされ、150〜200
℃で熱硬化させる。このようにして作製したレジンモー
ルド半導体素子はSiチツプ上のAl配線膜とAlワイヤとを
ボールボンデイングAlワイヤとAlリードフレームとをウ
エツジボンデイングで接合するため異種金属接合が無い
ため、異種金属接合の局部電池作用による腐食が起こら
ず、素子の耐湿信頼性を向上させる事ができる。
−1〜10%Cu−0.1〜1%Mn−0.5〜5%Mg等があり、厚
さ0.2〜0.6mm圧延後Mg単独の前者は300〜400℃で1〜5
時間、後者は400〜450℃で1〜5時間焼なまし処理を施
すのが好ましい。その後リードフレームとして所定の形
状に打抜き加工後、塩酸系のエツチング液で表面の汚れ
を取り除く。次にSiチツプをAgペースト付でリードフレ
ームに接着し直径30μmのAl,Al−1.5%Mg−1%Pd合金
ワイヤを用いてフレーム温度80〜110℃、ボンデイング
荷重100g以上でボールボンデイングを行なう。その後エ
ポキシ樹脂を用いて120〜170℃モールドされ、150〜200
℃で熱硬化させる。このようにして作製したレジンモー
ルド半導体素子はSiチツプ上のAl配線膜とAlワイヤとを
ボールボンデイングAlワイヤとAlリードフレームとをウ
エツジボンデイングで接合するため異種金属接合が無い
ため、異種金属接合の局部電池作用による腐食が起こら
ず、素子の耐湿信頼性を向上させる事ができる。
Mg4重量%を含むアルミニウム合金を溶製し、厚さ0.4mm
まで圧延後345℃で3時間の焼なまし処理を行なつた。
この処理でAlリードフレームの引張強度は10Kg f/mm2以
上となる。その後、第1図に示すリードフレームの形状
に打抜加工をし塩酸系のエツチング液で表面の酸化皮膜
を取り除いた。そのリードフレーム上にAgペーストで半
導体素子を接着し150℃で1時間の加熱処理を行なつ
た。次にAl−1.5%Mg−1.0Pd、直径30μmのAl線を用い
てアーク放電によりボールを形成し、半導体素子に超音
波ボールボンデイングを行ない、アルミリードフレーム
側には超音波ウエツジボンデイングを行なつた。その時
のリードフレームの温度とAl線とリードフレームとの不
圧着率の関係を第2図に示す。これから分かるようにボ
ンデイング工程ではアルミリードフレームを80℃以上に
加熱すると接合率がほぼ100%になることがわかる。
まで圧延後345℃で3時間の焼なまし処理を行なつた。
この処理でAlリードフレームの引張強度は10Kg f/mm2以
上となる。その後、第1図に示すリードフレームの形状
に打抜加工をし塩酸系のエツチング液で表面の酸化皮膜
を取り除いた。そのリードフレーム上にAgペーストで半
導体素子を接着し150℃で1時間の加熱処理を行なつ
た。次にAl−1.5%Mg−1.0Pd、直径30μmのAl線を用い
てアーク放電によりボールを形成し、半導体素子に超音
波ボールボンデイングを行ない、アルミリードフレーム
側には超音波ウエツジボンデイングを行なつた。その時
のリードフレームの温度とAl線とリードフレームとの不
圧着率の関係を第2図に示す。これから分かるようにボ
ンデイング工程ではアルミリードフレームを80℃以上に
加熱すると接合率がほぼ100%になることがわかる。
第3図はAlリードフレームの表面粗さと不圧着率との関
係を示す線図である。図に示すように表面粗さが15μm
以上になるとボンデイング不良が出やすくなる。
係を示す線図である。図に示すように表面粗さが15μm
以上になるとボンデイング不良が出やすくなる。
第4図はAlリードフレームを塩酸系のエツチング液でエ
ツチング後、トリクレンで脱脂し、アセトンで汚れ落し
その洗浄回数とボンデイング不良の関係を示すグラフで
ある。この洗浄回数を3回以上行なうとボンデイング不
圧着率が0%になることが分る。
ツチング後、トリクレンで脱脂し、アセトンで汚れ落し
その洗浄回数とボンデイング不良の関係を示すグラフで
ある。この洗浄回数を3回以上行なうとボンデイング不
圧着率が0%になることが分る。
ボンデイング時に最も問題となるのはリードフレームの
加熱条件である。引張強度30Kg/mm2のAlリードフレーム
に引張強度20Kg/mm2のAl−Mg−Pdワイヤをボンデイング
荷重50gでボンデイングした際のリードフレーム加熱温
度とボンデイング不圧着率の関係を第5図に示す。高温
でボンデイングする理由は低荷重でもAlが変形し、表面
酸化皮膜が破れやすくするためで、Alリードフレーム・
Alワイヤ間の超音波圧着による固相接合が十分得られる
ようにするためである。
加熱条件である。引張強度30Kg/mm2のAlリードフレーム
に引張強度20Kg/mm2のAl−Mg−Pdワイヤをボンデイング
荷重50gでボンデイングした際のリードフレーム加熱温
度とボンデイング不圧着率の関係を第5図に示す。高温
でボンデイングする理由は低荷重でもAlが変形し、表面
酸化皮膜が破れやすくするためで、Alリードフレーム・
Alワイヤ間の超音波圧着による固相接合が十分得られる
ようにするためである。
以上の結果から、一実施例として引張強度30Kg/mm2のAl
リードフレームを用いてレジンモールドパツケージを行
ない、従来の半導体装置との比較実験を行つた。
リードフレームを用いてレジンモールドパツケージを行
ない、従来の半導体装置との比較実験を行つた。
本発明の半導体装置は以下の方法で製作した。
表面粗さが5μm以下のAlリードフレームを用い、表面
を塩酸でエツチング後3回脱脂洗浄した。次にAgペース
トを用いてSiチツプを接着し、150℃で1時間硬化させ
る。次に引張強度20Kg/mm2のAl−Mg−Pd合金ワイヤを用
い、ボンデイング荷重50g、リードフレーム温度200℃で
ボールボンデイングを行なつた後エポキシレジンを用い
てSiチツプ及びAlワイヤを第6図に示すようなモールド
した。その後レジンキユアを180℃で8時間行ない、第
1図に示すリードフレームからレジンモールド半導体素
子を1個ずつ切り離し、足を折り曲げ製品形状とした。
を塩酸でエツチング後3回脱脂洗浄した。次にAgペース
トを用いてSiチツプを接着し、150℃で1時間硬化させ
る。次に引張強度20Kg/mm2のAl−Mg−Pd合金ワイヤを用
い、ボンデイング荷重50g、リードフレーム温度200℃で
ボールボンデイングを行なつた後エポキシレジンを用い
てSiチツプ及びAlワイヤを第6図に示すようなモールド
した。その後レジンキユアを180℃で8時間行ない、第
1図に示すリードフレームからレジンモールド半導体素
子を1個ずつ切り離し、足を折り曲げ製品形状とした。
従来の半導体装置は、エポキシ樹脂を200℃で流し込
み、150℃で1時間硬化させた。
み、150℃で1時間硬化させた。
第7図は、この様にして作製した半導体装置と、42アロ
イリードフレーム上にAl膜No.11あるいは、Ni膜No.10を
形成したリードフレームにAl線をボンデイングしたも
の、およびAlリードフレーム上にAu線をボンデイングし
た半導体装置No.13との耐湿信頼性を比較するためにPCT
プレツシヤー クツカー 試験(Pressure Cooker):12
1℃,2気圧飽和水蒸気腐食試験を行なつたものである。N
o.12は本発明のもので、前述の接合条件で接合したもの
である。試験時間100時間で42アロイリードフレーム上
のNi膜にAl線をボンデイングした試料およびAlリードフ
レーム上にAu線をボンデイングした試料のほとんど全て
が断線不良となつた。これはNi/AlおよびAu−Alの接合
界面が電気化学的な腐食を起こすためであることが分か
つた。また試験時間200時間以下で42アロイリードフレ
ーム上のAl膜の試料に断線不良が発生するのはリードフ
レーム上のAl膜の耐湿信頼性が劣るためで、42アロイリ
ードフレームとイオンプレーテイングAl膜との界面が腐
食される。200時間以上の試験時間で発生する断線不良
はSiチツプ上のAl配線膜の腐食によるものと考えられ
る。
イリードフレーム上にAl膜No.11あるいは、Ni膜No.10を
形成したリードフレームにAl線をボンデイングしたも
の、およびAlリードフレーム上にAu線をボンデイングし
た半導体装置No.13との耐湿信頼性を比較するためにPCT
プレツシヤー クツカー 試験(Pressure Cooker):12
1℃,2気圧飽和水蒸気腐食試験を行なつたものである。N
o.12は本発明のもので、前述の接合条件で接合したもの
である。試験時間100時間で42アロイリードフレーム上
のNi膜にAl線をボンデイングした試料およびAlリードフ
レーム上にAu線をボンデイングした試料のほとんど全て
が断線不良となつた。これはNi/AlおよびAu−Alの接合
界面が電気化学的な腐食を起こすためであることが分か
つた。また試験時間200時間以下で42アロイリードフレ
ーム上のAl膜の試料に断線不良が発生するのはリードフ
レーム上のAl膜の耐湿信頼性が劣るためで、42アロイリ
ードフレームとイオンプレーテイングAl膜との界面が腐
食される。200時間以上の試験時間で発生する断線不良
はSiチツプ上のAl配線膜の腐食によるものと考えられ
る。
以上述べたPCTの結果より本発明によるアルミリードフ
レーム及びそれを用いた半導体装置の耐湿信頼性は従来
の42アロイリードフレーム上にAl膜又はNi膜を形成した
リードフレーム及びそれを用いた半導体装置よりも優れ
ている事が分かつた。
レーム及びそれを用いた半導体装置の耐湿信頼性は従来
の42アロイリードフレーム上にAl膜又はNi膜を形成した
リードフレーム及びそれを用いた半導体装置よりも優れ
ている事が分かつた。
次に従来の42アロイリードフレームとアルミリードフレ
ームとのAl線とのボンデイング性の比較検討を行なつ
た。その結果を第8図に示す。42アロイにNiメツキを施
したもの(No.10)を完全にボンデイングするためには
ボンデイング荷重を150grとしリードフレームの温度を1
50℃以上にする必要がある。一方、42アロイにAl膜をイ
オンプレーテイングしたもの(No.11)及びアルミリー
ドフレーム(No.12)はリードフレーム温度80℃以上で
ボンデイングできることが分かつた。第9図にフレーム
温度100℃でボンデイング荷重を変えた時のボンデイン
グ性を示す。42アロイにAl膜をイオンプレーテイングし
たもの(No.10)では130gr以上の荷重をかけないとボン
デイング不良がでる。一方アルミリードフレーム(No.1
2)では90grまで荷重を減らせる事が分かつた。
ームとのAl線とのボンデイング性の比較検討を行なつ
た。その結果を第8図に示す。42アロイにNiメツキを施
したもの(No.10)を完全にボンデイングするためには
ボンデイング荷重を150grとしリードフレームの温度を1
50℃以上にする必要がある。一方、42アロイにAl膜をイ
オンプレーテイングしたもの(No.11)及びアルミリー
ドフレーム(No.12)はリードフレーム温度80℃以上で
ボンデイングできることが分かつた。第9図にフレーム
温度100℃でボンデイング荷重を変えた時のボンデイン
グ性を示す。42アロイにAl膜をイオンプレーテイングし
たもの(No.10)では130gr以上の荷重をかけないとボン
デイング不良がでる。一方アルミリードフレーム(No.1
2)では90grまで荷重を減らせる事が分かつた。
以上述べてきたように本発明によるアルミリードフレー
ム及びそれを用いた半導体装置は従来のものよりも耐湿
信頼性に優れ、ボンデイング性でも優れている事が明ら
かであり、信頼性の点でも何ら問題を生じないことがわ
かつた。
ム及びそれを用いた半導体装置は従来のものよりも耐湿
信頼性に優れ、ボンデイング性でも優れている事が明ら
かであり、信頼性の点でも何ら問題を生じないことがわ
かつた。
一方、引張強度が30Kg/mm2を超えるような高強度アルミ
ニウムで作つたリードフレームの場合、Al線とのボンデ
イング性が若干低下する傾向がみられた。そのため高強
度アルミニウムの表面に引張強度が30Kg/mm2以下のアル
ミニウムを張り合わせたクラツド材を用いてリードフレ
ームを作製した所、耐湿信頼性、ボンデイング性が前述
と同様に優れている上に強度の高いアルミニウムリード
フレームを得ることができた。
ニウムで作つたリードフレームの場合、Al線とのボンデ
イング性が若干低下する傾向がみられた。そのため高強
度アルミニウムの表面に引張強度が30Kg/mm2以下のアル
ミニウムを張り合わせたクラツド材を用いてリードフレ
ームを作製した所、耐湿信頼性、ボンデイング性が前述
と同様に優れている上に強度の高いアルミニウムリード
フレームを得ることができた。
本発明によれば、先ず従来のリードフレーム作製の際必
要であつたメツキ又はイオンプレーテイングの工程を省
略できる。次にAlワイヤをリードフレームに直接接合で
き、その結果、耐湿信頼性、ボンデイング性等の信頼性
の向上を図ることができる。
要であつたメツキ又はイオンプレーテイングの工程を省
略できる。次にAlワイヤをリードフレームに直接接合で
き、その結果、耐湿信頼性、ボンデイング性等の信頼性
の向上を図ることができる。
第1図は本発明によるリードフレーム、第2図及び第5
図は不圧着率とリードフレーム温度との関係を示す線
図、第3図は不圧着率と表面粗さとの関係を示す線図、
第4図は不圧着率と洗浄回数との関係を示すグラフ、第
6図は本発明の半導体装置の断面図、第7図は不良率と
PCT時間との関係を示す線図、第8図はリードフレーム
温度とボンデイング不圧着率の関係を示す線図、第9図
は不圧着率とボンデイング荷重との関係を示す線図であ
る。 1……アルミリードフレーム、2……Al線、3……Siチ
ツプ、4……エポキシ樹脂。
図は不圧着率とリードフレーム温度との関係を示す線
図、第3図は不圧着率と表面粗さとの関係を示す線図、
第4図は不圧着率と洗浄回数との関係を示すグラフ、第
6図は本発明の半導体装置の断面図、第7図は不良率と
PCT時間との関係を示す線図、第8図はリードフレーム
温度とボンデイング不圧着率の関係を示す線図、第9図
は不圧着率とボンデイング荷重との関係を示す線図であ
る。 1……アルミリードフレーム、2……Al線、3……Siチ
ツプ、4……エポキシ樹脂。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−122155(JP,A) 特開 昭57−114265(JP,A) 特開 昭58−168268(JP,A) 特開 昭59−98548(JP,A)
Claims (1)
- 【請求項1】アルミニュウムリードフレームと、このリ
ードフレーム上に形成される半導体素子とをアルミワイ
ヤを用いてボンディングする半導体装置の製造方法にお
いて、 上記リードフレームとしてAl−1〜10重量%Mg、又は、
Al−1〜10重量%Cu−0,1〜1重量%Mn−0,5〜5重量%
Mg合金を用い、 Al−1〜10重量%Mgを用いた場合は、300〜400℃で1〜
5時間、又は、Al−1〜10重量%Cu−0,1〜1重量%Mn
−0,5〜5重量%Mgを用いた場合は、400〜450℃で1〜
5時間焼きなまし処理を施し、 焼きなまし処理後、リードフレームとして所定の形状に
打ち抜き加工後、塩酸系のエッチング液でエッチング
後、トリクレンで脱脂し、アセトンで3回以上洗浄し表
面の汚れを取り除き、 上記半導体素子をAgペースト付きで上記リードフレーム
に接着し、Alワイヤ、又は、Al−1.5%重量Mg−1%重
量Pd合金ワイヤを用いて、上記半導体素子へはボールボ
ンディングにより接合し、上記リードフレームへはリー
ドフレームの表面粗さが15μm以上で、温度80〜110℃
の条件でウェッジボンディングにより接合し、 その後、エポキシ樹脂を用いてモールドを行う、 ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60030432A JPH0770665B2 (ja) | 1985-02-20 | 1985-02-20 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60030432A JPH0770665B2 (ja) | 1985-02-20 | 1985-02-20 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61190966A JPS61190966A (ja) | 1986-08-25 |
JPH0770665B2 true JPH0770665B2 (ja) | 1995-07-31 |
Family
ID=12303780
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60030432A Expired - Lifetime JPH0770665B2 (ja) | 1985-02-20 | 1985-02-20 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0770665B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4434214B2 (ja) * | 2007-02-08 | 2010-03-17 | 株式会社デンソー | バッテリ状態検知装置 |
JP4918621B1 (ja) * | 2010-09-24 | 2012-04-18 | 神鋼リードミック株式会社 | 電子部品材 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57114265A (en) * | 1981-01-07 | 1982-07-16 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Ic lead frame and transistor comb and manufacture thereof |
JPS58168268A (ja) * | 1982-03-29 | 1983-10-04 | Toshiba Corp | 半導体用リ−ドフレ−ム |
JPS5998548A (ja) * | 1982-11-26 | 1984-06-06 | Nec Corp | プラスチツクパツケ−ジ半導体装置 |
-
1985
- 1985-02-20 JP JP60030432A patent/JPH0770665B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS61190966A (ja) | 1986-08-25 |
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