JPS5835949A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS5835949A
JPS5835949A JP56134025A JP13402581A JPS5835949A JP S5835949 A JPS5835949 A JP S5835949A JP 56134025 A JP56134025 A JP 56134025A JP 13402581 A JP13402581 A JP 13402581A JP S5835949 A JPS5835949 A JP S5835949A
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JP
Japan
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film
wire
plating
strength
chemical
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JP56134025A
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Hitoshi Onuki
仁 大貫
Masahiro Koizumi
小泉　正博
Tateo Tamamura
玉村　建雄
Tomio Iizuka
飯塚　富雄
Susumu Okikawa
進 沖川
Hiroshi Kato
弘 加藤
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体装置に関し、特に、半導体素子または集
積回路素子とリードフレームとをＭワイヤで接合した型
式の半導体装置に関する。
半導体装置における電気的接続、特に半導体素子とパッ
ケージの外部リードとの接続には、電気特性及び信頼性
等の点から、従来は、もっばらＡｕの細線が用いられて
いた。
しかし、最近のＡｕの価格の高騰から、Ａｕワイヤの代
り−こＡ！ワイヤを使用する傾向がたかまっている。
ところで、高度の信頼性を要求される半導体装置におい
て、おもな故障の原因の１つは、８１半導体素子上のＡ
！配線膜とリードフレームとのワイヤボンディング部の
故障である。％ｌこ、従来使用されてい九ムＵワイヤを
、単化Ａｌワイヤに代えただけの場合、この傾向が顕著
となる。
第１図にＡｕワイヤを使用する場合のＩＣ等半導体装置
の構造を示す０ 図において、１は半導体素子（又は集積回路素子）、２
は表面１ｃＡｕめつき層３を施されたリードフレーム、
４は半導体素子１をリードフレーム２に固着するＡｕ−
８１ろう材層、５はＡＪ（電極）膜、６はモールドレジ
ン、７は表面にＡｕめつき層８を施され九リードフレー
ム、９は）Ｊ（電極）膜５とＡｕめっきリードフレーム
７とを導電接続するＡｕワイヤである。
ここで、Ａｕワイヤ９はＳｉ上のＡｊ膜５及びＡｕめっ
きリードフレーム７に熱圧着（３５０〜４００’Ｃ）さ
れる。その際、特に問題となるのは、Ａｕワイヤ９とＡ
ｊ膜５との接合部である。すなわち、この部分に、Ａｕ
と、υの金属間化合物が生じ、接合部の経時劣化を生ず
る。
もっとも、この金属間化合物は、接合温度等の接着条件
を変えることによりある程度少なくでき、劣化防止が可
能となる。
また、Ａｕワイヤ９の、接合部に隣接し、くびれてワイ
ヤの径が小さくなった部分（図中のＭ、Ｎで示す部分−
以下、ネック部と呼ぶ）がやや切れ易いという問題もあ
る。
Ａｕワイヤ１ｋＡＩワイヤで置換する場合には、放電に
よシＭワイヤの先端にＡｊのボールを作成した後、Ａｊ
　（電極）膜やリードフレームにボンディングするＯＡ
Ｉワイヤを用いた半導体装置の完成品の断面図を第２図
に示す。
図において、第１図と同一の符号は同一または同等部分
をあられす。１０はＡｊワイヤ、１１および１２はリー
ドフレーム２，７の表面に形成された化学Ｎｉめっき、
１３ははんだまたはろう材層である。
この場合にはＡ７ワイヤ１ｏの先端ｔこボールを作成す
る方法がかなり離しいという問題がある。ＡＩボールの
形状がコントロールされ、しかもボールの酸化が防止さ
れれば、Ｕワイヤ１ｏの半導体素子１との接合部及び辷
れに隣接するネック部Ｍの強度は、Ａｕワイヤの場合番
こ比べて、それｔｌど低下しないＯ 一方、Ｍワイヤを使用する場合には、リードフレームの
表面番ζはＮｉめっきが、接合部の電気化学的な腐食を
防止する点からも必要である。
この場合には、リードフレーム７表面のＮ１めっき膜辻
に対するＭワイヤ１ｏの接合部の強度に、特に問題があ
る。すなわち、従来、Ｎ１めつきとしては、Ｐを含有す
る化学Ｎｌめっきが主体となっておシ、化学Ｎｉめっき
膜とＡ！ワイヤとの接合性はそれはど良好でないという
問題がある。
この両者間の接合性を高めるためには、ＡＪワイヤのつ
ぶれ幅（Ａｊワイヤをリードフレームに接着させるとき
のワイヤの広がりの幅）を大きくする必要がある。した
がって、必然的にネック部Ｎの強度が低下し、この部分
で、パッケージングする際にワイヤが切れ易くなるとい
う問題があった。
まえ、化学Ｎｉ（無電解Ｎｉ）めっき膜をリードフレー
ム２．７上に設ける場合、めっき速度がかなシ遅く、所
要の膜厚を得るのに長時間を要するという問題がある。
例えば１μｍの厚さのＮ１めっき展を得るには３〜５分
程度を必要とするため、作業能率が悪くコストが高くな
るという欠点もある。
さらに、化学Ｎｉめっき膜の表面線比較的粗いという問
題がある。例えば、走査−電子顕微鏡で表面を観察する
と、Ｎｉめっき膜上に数μｍの大きさのＮｉ粒子が比較
的多く認められることがある。したがって、このような
粗い膜の上に、ＡＩワイヤを接合させようとしても、接
合しにくくなるのは当然である。
一方、化学Ｎ１めっき膜はその内部に壱または１０−の
Ｐを含有しており、これがＡＪワイヤとの接合性を高め
ているといわれている。しかし、上記のように表面が粗
くては接合性が悪化しやすいと思われる。
しかし、もしＮｉめりき膜中のＰがＡＪワイヤとの接合
性を高めているのであれば、常に一定の接合性を得る九
めにはＮ１めっき膜中のＰ濃度をコントロールすること
及び適正なＰ濃度を把握する必要がある。しかし、化学
Ｎｉめつき膜の場合には、Ｐが２チあるいは１０チとい
うように決ったＰ濃度しか得られないという欠点もある
０ 本発明の目的は、上記化学Ｎｉ（無電解Ｎｉ）めっき膜
の欠点をなくし、Ａ！ワイヤとの接合性にすぐれ、しか
も低コストのＮ１めつき膜を備えた半導体装置を提供す
ることにある。
前記の目的を達成するため、不発明番こおいては、リー
ドフレームの表面に、電気めっきによってＮｉめっき膜
を形成し、前記Ｎｉめつき膜に含まれるＰの濃度を重量
比で５−以上２５％未満に調整している０ 本発明は、 （１）電気Ｎ１めりきのめつき速度が、無電解Ｎｉ（化
学Ｎｉ）めりきに比べて約１０倍近く速いということ、 （２）　ＡＪワイヤとのボンダビリティ（接合性口こ影
響を与えると考えられるＰの濃度を、自由にコントロー
ルできる（電解液中の亜りん酸の量、りん酸の量の調整
などにより）こと、また （３）Ｐを含有することにより、Ｎｉめつき展の表面が
なめらかになり、しかも化学Ｎ１めっき膜に比べて表面
が清浄化しやすいこと、 などの事実を見出し、これらの膜とＡＪワイヤとの超音
波接合性について種々検討した結果得られたものである
。
第３図は、Ａｊワイヤと、０〜１５％のＰ濃度を有する
電気Ｎ１めっき展及び化学Ｎｉめつき膜とを、それぞれ
接合した後、Ｎｉめりき膜とＡｊワイヤとの接合部を、
真横から押し、せん断力によって破断させる方法（せん
断試験方法）によって接合強度を求めた結果である。
図において、横軸はＮｌめっき膜中のＰ濃度を重量−で
あられし、縦軸はせん断強度をｔｉ＜ダラム）であられ
している。また黒丸印は電気Ｎ１めっき膜の場合、ｘ印
は化学Ｎｉめっき膜の場合の測定値である。なお、この
場合、ＡＪワイヤの線径は３０μｍ、接合部のつぶれ幅
は５０〜５５μｍであった。
第３図から明らかなように、電気Ｎ１めっき膜の場合は
、Ｐ濃度が５チ以下では、せん断強度が低く、か２ばら
ついているが、５％以上では急激に高くなり、しかもほ
ぼ一定になることがわかる。
一方、化学Ｎ１めっき膜の場合には、電気Ｎｉめっき膜
の場合に比べて、せん断強度が低いことがわかる０ 第４図は、重量比で１０チのＰを含有する電気Ｎ１めっ
き膜と、同じＰ濃度の化学Ｎ１めっき膜とに対して、線
径３０μｍのＡｊワイヤのつぶれ幅ｔ−４０〜６５μｍ
に変えて接合したときの、ネック強度及びせん断強度の
変化を示す図である。
この図において、横軸はつぶれ幅（μｍ）、縦軸はネッ
ク強度および接合部のせん断強度（１）である。また黒
丸および白丸は、それぞれ１０％重量比のＰを含む電気
Ｎ１めつき膜および化学Ｎ１めつき膜に接合した場合の
接合部のせん断強度の測定値である。
×印およびΔ印は、同じ電気Ｎ１めつき膜および化学Ｎ
１めりき膜に対する接合部のネック強度の測定値である
。また、ノ・ツチングで示した領域は、Ａｕワイヤを用
いた場合のネック強度である。
第４図の測定結果から、 （１）化学Ｎｉめつき膜の場合には、つぶれ幅が５０ｐ
ｍ以下になると、せん断強度が急激に低くなること、 （２）化学Ｎｉめりき膜において、電気Ｎｉめりき膜の
場合と同じせん断強度を得るためには、つぶれ幅を６０
Ｐｍ以上にしなければならないこと、（３）前記の（２
）において、つぶれ幅を６０μｍ以上番こすると、ネッ
ク強度はＡｕワイヤのネック強度よりもかなり低下する
こと、 などがわかる。
一方、電気Ｎｉめりき膜の場合には、ネック強度をムＵ
ワイヤの場合と同程度にしても、十分大きな接合強度（
せん断強度）が得られることがわかる。
なお、このように、化学Ｎｌめっき膜と電気Ｎ１めっき
膜とで、接合強度に差が生ずる理由としては、Ｎｉめっ
き膜の清浄度及び表面粗さ匿よるものと考えられる。
次に、ＩＣ＋ＬＳＩなどの半導体装置を組み立てる場合
は、リードフレームにＳｌチップを、はんだあるいはり
ペーストにより接続してから、リードフレームと８１チ
ツプとを、Ａ！ワイヤを用いて接続するＯ ８ｌチツプとリードフレームとの接合は、Ｍペーストを
用いる場合、例えば２００〜３００℃の温度と、大気中
という条件が必要である。また、はんだ付の場合には３
５０℃の温度と、Ｎ２中という条件が必要である。
第５図は、化学的及び電気的にめっきした１０％Ｐ含有
のＮｉめりき膜を、その表面に有するリードフレームを
、２５０℃に加熱した後、Ａ！ワイヤと接合して、接合
部のせん断強度およびネック強度について調べた結果を
示す。
同図において、横軸は第４図の場合と同様のＡ！ワイヤ
のつぶれ幅（μｍ）、縦軸は接合部のせん断強度および
ネック強度＜ｔｉ＞である。また黒丸および白丸は、そ
れぞれ１０チ重量比のＰを含む電気Ｎｌめっき膜および
化学Ｎｉめっき膜に接合した場合の接合部のせん断強度
の測定値である。
×印およびΔ印は同じ電気Ｎｉめっきおよび化学Ｎ１め
っき膜に対する接合部のネック強度の測定値である。ま
た、ハツチングで示し死領域は、Ａｕワイヤを用いた場
合のネック強度である。
第５図の測定結果かられかるように、Ｐの濃度は２５９
６程度までが良く、これ以上添加しても接着性は変化し
ないし、電流効率が低下し、めっき速度も小さくなシ、
熱処理によってクラックが生ずる場合がある。電気Ｎｉ
めっき膜の場合および化学Ｎ１めっき膜の場合のいずれ
も、せん断強度は、めっきのままで、加熱しない状態に
くらべ低下するが、化学Ｎｉめっき膜の場合にはこの傾
向が著しい。
したがって、Ａｕワイヤと同等のネック強度を得ようと
する場合には、化学Ｎｉめっき膜を用いていると、せん
断強度が著しく低下する。このため、例えば、パッケー
ジングの際の樹脂のモールディングにより、樹脂とワイ
ヤの熱膨張係数あるいはリードフレームとの熱膨張係数
の差に基づく熱応力が発生し、アルミニウムワイヤがネ
ック部で断線するか、あるいは接合部ではがれを生じる
可能性がでてくる。
一方、電気Ｎｉめりき膜の場合には、接合部の強度をそ
れほど低下させなくともＡｕに近いネック強度が得られ
る九め断線するようなことはなくなる。
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、Ａｊ
ワイヤが接合されるリードフレームの表面に電気Ｎｉめ
っき膜を形成し、前記電気Ｎ１めっき膜に含まれるＰの
含有量が、重量比で５チ以上になるようにしたので、Ｍ
ワイヤのつぶれ幅を、化学Ｎｉめっき膜の場合より小さ
くしても接合部のせん断強度を十分に大きく保つことが
でき、したがって、ネック強度も十分に大きくすること
ができる。
それ故にボンディングワイヤの断線や接合部での剥離を
生じない高信頼性の半導体装置を得ることが可能となる
。
【図面の簡単な説明】
第１図はボンディングワイヤとしてＡｕｆ：用いた場合
の半導体装置の断面図、第２図はボンディングワイヤと
してＡｊを用いた場合の半導体装置の断面図、第３図は
Ｎｉめつき膜中のＰ濃度とせん断強度との関係を示す図
、第４図はワイヤのつぶれ幅とせん断強度及びネック強
度との関係を示す図、第５図はＳｌチップを接合した後
のリードフレームとＡＩワイヤとの接合部のせん断強度
およびネック強度のつぶれ幅による変化を示す図である
。 １・・半導体素子（又は集積回路素子）、２，７１１．
リードフレーム、５・・・ｈｐ＜電極）膜、１０・・・
Ａｊワイヤ、１２・・・Ｎ１めつき 代理人弁理士　平　木　道　人 Ｎｉめ、きＩｆ？Ｐａ　ｐｌｅａ　（ｗｔ’ｙｏ）２惑
４Ａグ っ、３．、＋れ暢　（７ｕｍ）

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）半導体素子上の電極とリードフレームとをアルミ
    ニウムのボンディングワイヤにて接続した半導体装置に
    おいて、上記リードフレームは電気的にめりきされ九Ｎ
    １の膜（電気Ｎ１めっき膜）でおおわれていることを特
    徴とする半導体装置。
  2. （２）　４１許請求の範囲第１項において、上記電気Ｎ
    １めっき膜は、Ｐを重量で５％以上含有することを特徴
    とする半導体装置。
  3. （３）％許請求の範囲第１項において、上記電気Ｎｉめ
    りき膜は、Ｐを重量で２５％未満含有することを特徴と
    する半導体装置。
JP56134025A 1981-08-28 1981-08-28 半導体装置 Pending JPS5835949A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61236651A (ja) * 1985-04-11 1986-10-21 バブコツク日立株式会社 ＳｉＣ焼結体の製造方法
JP2006049698A (ja) * 2004-08-06 2006-02-16 Denso Corp 樹脂封止型半導体装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS61236651A (ja) * 1985-04-11 1986-10-21 バブコツク日立株式会社 ＳｉＣ焼結体の製造方法
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