特許 5762081 リードフレーム及び半導体装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5762081

(24)【登録日】2015年6月19日

(45)【発行日】2015年8月12日

(54)【発明の名称】リードフレーム及び半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/50 20060101AFI20150723BHJP

【ＦＩ】

   H01L23/50 D

【請求項の数】6

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2011-73264(P2011-73264)

(22)【出願日】2011年3月29日

(65)【公開番号】特開2012-209396(P2012-209396A)

(43)【公開日】2012年10月25日

【審査請求日】2013年11月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000190688

【氏名又は名称】新光電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(72)【発明者】

【氏名】呉 宗昭

(72)【発明者】

【氏名】吉江 崇

(72)【発明者】

【氏名】大串 正幸

【審査官】 原田 貴志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−２１８４７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００５／１１７１１２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 韓国公開特許第１０−２００５−０１２１８４２（ＫＲ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１１５９２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０７４８７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２３／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体素子及び該半導体素子の電極に接続されるボンディングワイヤが封止樹脂によって封止される樹脂封止型の半導体装置に用いられるリードフレームであって、
複数のリードを有する基板フレームを有し、
前記封止樹脂によって封止される領域であって、少なくとも前記ボンディングワイヤが接続される部分の前記基板フレーム上には、Ｎｉ又はＮｉ合金からなる第１めっき層と、Ｐｄ又はＰｄ合金からなる第２めっき層と、Ａｇ又はＡｇ合金からなる第３めっき層と、Ａｕ又はＡｕ合金からなる第４めっき層とが順に積層された４層のめっきが施され、
前記封止樹脂から露出される基板フレーム上には、前記第１めっき層と、前記第２めっき層と、前記第４めっき層とが順に積層された３層のめっきが施されていることを特徴とするリードフレーム。

【請求項2】

前記基板フレームは、前記半導体素子が搭載されるダイパッドを有することを特徴とする請求項１に記載のリードフレーム。

【請求項3】

前記４層のめっきは、前記封止樹脂によって封止される前記基板フレームの全領域に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のリードフレーム。

【請求項4】

前記第３めっき層の厚みは、０．０５μｍ以上３．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のリードフレーム。

【請求項5】

請求項１〜４のいずれか１項に記載のリードフレームと、
前記半導体素子と、
前記半導体素子の電極と前記４層のめっきとを電気的に接続する前記ボンディングワイヤと、
前記半導体素子、前記ボンディングワイヤ、及び前記リードの一部を一体的に封止する前記封止樹脂と、
を有することを特徴とする半導体装置。

【請求項6】

前記ボンディングワイヤは、銅ワイヤであることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、リードフレーム及び半導体装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

半導体装置用のリードフレームは、半導体素子を樹脂材料で封止してリードフレームと一体化して得られる半導体装置を基板等に実装するのに使用される。リードフレームは一般に、半導体素子を搭載するダイパッド部と、半導体素子の電極にワイヤボンディングにより電気的に接続するインナーリードと、半導体装置を基板等に実装する場合の外部接続端子となるアウターリード等を有する。このようなリードフレームには、半導体素子との良好な接合性、半導体素子とインナーリードとを接続するボンディングワイヤの良好なワイヤボンディング性や、半導体装置を実装相手の基板等に接合する際のアウターリードの良好な接合性などが要求される。なお、半導体装置を基板等へ実装する際には、一般にはんだ付けが利用されており、近年ではアウターリード上に予めはんだ被膜を形成し、アウターリードの接合性を向上させたリードフレームが広く利用されている。

【0003】

一方、上述したはんだ被膜を施さずに半導体装置の基板等への実装を可能にするリードフレームとしては、図１５に示すように、銅又は銅合金系の基材５１の上に、下地層としてのニッケルめっき層１１Ａと、パラジウムめっき層１２Ａと、金めっき層１４Ａとを順に積層したリードフレーム５０が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。なお、このような構造のリードフレーム５０は、Ｐｄ−ＰＰＦ（Ｐａｌｌａｄｉｕｍ Ｐｒｅ−Ｐｌａｔｅｄ Ｌｅａｄ Ｆｒａｍｅ）と呼ばれる。このようなリードフレーム５０では、最表層に金めっき層１４Ａが形成されているためにリードフレームの酸化が防止されることで、半導体素子とインナーリードとを接続するボンディングワイヤ（例えば、金ワイヤ）の良好なワイヤボンディング性を得ることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平４−１１５５５８号公報

【特許文献2】国際公開第２００５／１１７１１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、ボンディングワイヤとしては金ワイヤが多用されてきたが、近年では、金の価格高騰により金ワイヤに比べて材料コストが安価な銅ワイヤの利用が急速に広がりつつある。但し、この銅ワイヤは、金ワイヤに比べて酸化し易く、且つ、硬く延性に劣るため、ワイヤボンディング性が低い。ここで、図１５に示したリードフレーム５０では、ボンディング部分の表面が硬い。このため、このリードフレーム５０に銅ワイヤを使用してワイヤボンディングする場合には、銅ワイヤの滑りが発生し易く、金ワイヤに比べて接合し難いということが、本発明者らの鋭意研究によって解ってきた。したがって、このようなリードフレーム５０に銅ワイヤを使用してワイヤボンディングを行った場合には、接合不良などの問題が発生する。

【0006】

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、ボンディングワイヤとの接続信頼性を向上させることのできるリードフレーム及び半導体装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一観点によれば、半導体素子及び該半導体素子の電極に接続されるボンディングワイヤが封止樹脂によって封止される樹脂封止型の半導体装置に用いられるリードフレームであって、複数のリードを有する基板フレームを有し、前記封止樹脂によって封止される領域であって、少なくとも前記ボンディングワイヤが接続される部分の前記基板フレーム上には、Ｎｉ又はＮｉ合金からなる第１めっき層と、Ｐｄ又はＰｄ合金からなる第２めっき層と、Ａｇ又はＡｇ合金からなる第３めっき層と、Ａｕ又はＡｕ合金からなる第４めっき層とが順に積層された４層のめっきが施され、前記封止樹脂から露出される基板フレーム上には、前記第１めっき層と、前記第２めっき層と、前記第４めっき層とが順に積層された３層のめっきが施されている。

【0008】

この構成によれば、ボンディングワイヤが接続される部分の基板フレーム上に、第１〜第４めっき層からなる４層のめっきが形成される。Ａｇ又はＡｇ合金からなる第３めっき層及びＡｕ又はＡｕ合金からなる第４めっき層により、基板フレームの表層の硬度が低下するため、接合時のボンディングワイヤの滑りを抑制することができる。これにより、ボンディングワイヤとの接続信頼性を向上させることができる。

【発明の効果】

【0009】

本発明の一観点によれば、ボンディングワイヤとの接続信頼性を向上させることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】一実施形態のリードフレームを示す平面図である。

【図2】一実施形態の半導体装置を示す断面図である。

【図3】接続信頼性評価の結果を示すグラフである。

【図4】Ａｇめっき層の厚みとビッカース硬度との関係を示すグラフである。

【図5】接続信頼性評価の結果を示すグラフである。

【図6】接続信頼性評価の結果を示すグラフである。

【図7】（ａ）は信頼性試験前の半導体装置の平面を示す図、（ｂ）は信頼性試験後の半導体装置の平面を示す図である。

【図8】（ａ）は信頼性試験前の半導体装置の平面を示す図、（ｂ）は信頼性試験後の半導体装置の平面を示す図である。

【図9】ＡＥＳ定性定量分析結果を示すテーブルである。

【図10】はんだ濡れ性評価の結果を示すグラフである。

【図11】変形例の半導体装置を示す断面図である。

【図12】変形例の半導体装置を示す断面図である。

【図13】変形例の半導体装置を示す断面図である。

【図14】変形例の半導体装置を示す断面図である。

【図15】従来の半導体装置を示す断面図である。

【図16】比較例のリードフレームを示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、添付図面を参照して各実施形態を説明する。尚、添付図面は、構造の概略を説明するためのものであり、実際の大きさを表していない。また、断面図では、各部材の断面構造を分かりやすくするために、めっき層のハッチングを省略している。

【0012】

以下、一実施形態を図１〜図１０に従って説明する。
（リードフレーム）
まず、リードフレーム１の構造を説明する。

【0013】

図１に示すリードフレーム１は、基本的には、ＱＦＰ（Quad Flat Package）の基板として用いられる基板フレーム２から構成されている。基板フレーム２（基材）の材料としては、例えば銅（Ｃｕ）、Ｃｕをベースにした合金、鉄−ニッケル（Ｆｅ−Ｎｉ）又はＦｅ−Ｎｉをベースにした合金等を用いることができる。この基板フレーム２は、例えば金属板をプレス加工又はエッチング加工することにより得られる。

【0014】

基板フレーム２は、半導体素子２１（図２参照）が搭載されるダイパッド３を有している。ダイパッド３は、平面視矩形状に形成されている。このダイパッド３は、基板フレーム２の長手方向の側縁部両側に形成された一対のレール部４に連結するサポートバー５によって支持されている。ダイパッド３の周囲には、ダムバー６に接続された複数のインナーリード７が形成されている。ダムバー６には複数のアウターリード８の基端が接続され、そのアウターリード８の先端は一対のレール部４又は一対の内フレーム９に接続されている。なお、一対の内フレーム９は、一対のレール部４を連結するように、レール部４が延在する方向と直交する方向に延在している。これらダイパッド３、サポートバー５、ダムバー６、インナーリード７やアウターリード８は、基板フレーム２に形成された開口部１０によって画定されている。なお、図１において、破線部分は封止樹脂２３（図２参照）によって樹脂封止される樹脂封止エリアを示している。すなわち、ダイパッド３及びインナーリード７は封止樹脂２３によって封止される一方、アウターリード８は封止樹脂２３から露出される。

【0015】

図２に示すように、ダイパッド３は、インナーリード７よりも低い位置に配置されている。また、そのインナーリード７と一体的に構成されたアウターリード８は、ダイパッド３よりも低い位置に配置されている。このアウターリード８は、インナーリード７側から第１の屈曲部８ａと第２の屈曲部８ｂが形成されている。なお、この第２の屈曲部８ｂから先端までの底面部が、プリント配線板等の実装用基板にはんだ実装される実装面となる。

【0016】

次に、ダイパッド３、インナーリード７及びアウターリード８の層構成について説明する。
図２に示すように、封止樹脂２３によって覆われるダイパッド３及びインナーリード７の表裏面及び側面には、下地用の第１めっき層１１と、第２めっき層１２と、第３めっき層１３と、第４めっき層１４とが順に積層された４層構造のめっき１５Ａがそれぞれ施されている。ここで、本実施形態では、第１めっき層１１がニッケル（Ｎｉ）めっき層、第２めっき層１２がパラジウム（Ｐｄ）めっき層、第３めっき層１３が銀（Ａｇ）めっき層、第４めっき層１４が金（Ａｕ）めっき層である。一方、封止樹脂２３から露出されているアウターリード８の表裏面及び側面には、下地用の第１めっき層１１と、第２めっき層１２と、第４めっき層１４とが順に積層された３層構造のめっき１５Ｂが施されている。

【0017】

このように、封止樹脂２３によって覆われた基板フレーム２には、第３めっき層１３（Ａｇめっき層）を含む４層構造のめっき１５Ａが施される一方、封止樹脂２３から露出された基板フレーム２には、第３めっき層１３を含まない３層構造のめっき１５Ｂが施されている。なお、第１〜第４めっき層１１〜１４は、例えば電解めっきにより形成することができる。

【0018】

第１層目の下地用の第１めっき層１１は、基板フレーム２の腐食を防止する耐腐食性効果、Ｐｄからなる第２めっき層１２との密着性や曲げ加工時のめっき割れなどを考慮して、材料組成や厚みが設定される。第１めっき層１１の材料としては、例えばＮｉやＮｉ合金などを用いることができる。また、第１めっき層１１の厚みは、特性及び製造コストの点から、０．１μｍ以上３μｍ以下の範囲が好ましく、０．２μｍ以上２μｍ以下の範囲がより好ましい。

【0019】

第２層目の第２めっき層１２は、第１めっき層１１のアセンブリ時の熱による拡散と酸化を抑制する役割を果たす。このような機能を実現するための第２めっき層１２の材料としては、例えばＰｄ又はＰｄ合金を用いることができる。第２めっき層１２の厚みは、製造コストの点からできる限り薄膜化しつつも、第１めっき層１１の拡散と酸化を抑制するためには、０．００５μｍ以上０．２μｍ以下の範囲が好ましい。

【0020】

第３層目の第３めっき層１３は、ボンディングワイヤ２２との接続信頼性を向上させる役割を果たす。この第３めっき層１３の材料としては、比較的酸化し難く、硬度の低い金属であることが好ましく、例えばＡｇ又はＡｇ合金を用いることができる。第３めっき層１３の厚みは、ボンディングワイヤ２２との接続信頼性を安定して向上させるためには、０．０１μｍ以上３．５μｍ以下の範囲が好ましく、０．０５μｍ以上３．５μｍ以下の範囲がより好ましい。

【0021】

第４層目の第４めっき層１４は、ボンディングワイヤ２２との接続信頼性を向上させる役割を果たす。このような機能を実現するための第４めっき層１４の材料としては、酸化し難く、硬度の低い金属であることが好ましく、例えばＡｕ又はＡｕ合金を用いることができる。第４めっき層１４の厚みは、製造コストの点からできる限り薄膜化しつつも、ボンディングワイヤとの接続信頼性を向上させるためには、０．００１μｍ以上０．１μｍ以下の範囲が好ましく、０．００３μｍ以上０．０１μｍ以下の範囲がより好ましい。

【0022】

（半導体装置）
次に、半導体装置２０の構造について説明する。
図２に示すように、樹脂封止型の半導体装置２０は、上記リードフレーム１を用いて作成されたＱＦＰのパッケージ構造を有している。この半導体装置２０では、リードフレーム１のダイパッド３上、具体的にはダイパッド３の表面上に形成されためっき１５Ａ上に、半導体素子２１が接着剤２１Ａ（例えば、Ａｇペースト）により接着されている。この半導体素子２１の電極２１Ｂは、ボンディングワイヤ２２を介してインナーリード７に接続されている。具体的には、半導体素子２１の電極２１Ｂは、ボンディングワイヤ２２及び第１〜第４めっき層１１〜１４（めっき１５Ａ）を介して、インナーリード７と電気的に接続されている。これら半導体素子２１、ボンディングワイヤ２２、ダイパッド３及びインナーリード７は、封止樹脂２３によって封止されている（覆われている）。そして、この半導体装置２０では、アウターリード８が外部接続端子として封止樹脂２３から露出されている。

【0023】

なお、半導体素子２１は、例えばＩＣチップやＬＳＩチップなどである。図示の例では、１つの半導体素子が搭載されているが、必要に応じて、２個もしくはそれ以上の半導体素子を搭載するようにしてもよい。また、このような半導体素子に代えて、あるいは半導体素子と組み合わせて、任意の能動素子あるいは受動素子を搭載してもよい。ボンディングワイヤ２２としては、例えばＣｕワイヤ、Ａｕワイヤやアルミニウム（Ａｌ）ワイヤなどを用いることができる。封止樹脂２３の材料としては、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂やアクリル樹脂などを用いることができる。

【0024】

（接続信頼性評価）
次に、上記４層構造のめっき１５Ａが施されたインナーリード７について、Ｃｕワイヤの接続信頼性（ワイヤボンディング性）を評価した結果を説明する。

【0025】

まず、第１めっき層１１の厚みを１．０μｍ、第２めっき層１２の厚みを０．０３μｍ、第３めっき層１３の厚みを０．１μｍ、第４めっき層１４の厚みを０．００８μｍとしたインナーリード７に対してワイヤボンディングされたＣｕワイヤの引っ張り強度を測定した（実施例１）。なお、従来の３層構造のめっき１６（図１５参照）が施されたリードフレーム５０、具体的にはＮｉめっき層１１Ａ、Ｐｄめっき層１２Ａ、Ａｕめっき層１４Ａの厚みをそれぞれ１．０μｍ、０．０３μｍ、０．００８μｍとしたリードフレームについても同様の条件でＣｕワイヤの引っ張り強度を測定した（比較例１）。また、Ｃｕ又はＣｕ合金からなる基板フレーム上に厚さ５μｍの銀めっき層が直接形成されたリードフレームについても同様の条件でＣｕワイヤの引っ張り強度を測定した（比較例２）。これらの結果を図３に示している。

【0026】

ここで、引っ張り強度は、インナーリードにステッチボンディングを施したリードフレームに対してＣｕワイヤステッチボンド部分の引っ張り試験を行い、その引っ張り試験においてＣｕワイヤが剥離又は破断した時の荷重を表わした値である。この荷重が大きいほど、引っ張り強度が高く、Ｃｕワイヤの接続信頼性が高いことを示している。

【0027】

図３に示した結果から明らかなように、４層構造のめっき１５Ａが施された実施例１では、３層構造のめっき１６が施された比較例１よりも、おおよそ３〜４倍程度の引っ張り強度を得ることができる。これは、第３めっき層１３（Ａｇめっき層）を追加することで、ワイヤボンディングの施されるインナーリード７（第４めっき層１４）の表層の硬度が低下するためであると考えられる。詳述すると、まず、Ａｕワイヤに代えてＣｕワイヤを使用した場合にワイヤボンディング性が低下するのは、ＣｕワイヤがＡｕワイヤよりも硬く、接合時にＣｕワイヤの滑りが発生することに起因していると考えられる。これに対し、４層構造のめっき１５Ａが施された実施例１では、上述のように、第３めっき層１３（Ａｇめっき層）の存在によって表層の硬度が低下し、リードフレーム側の塑性変形を誘発することで、Ｃｕワイヤの滑りが抑制されることにより良好な接続が可能となり、比較例１よりも引っ張り強度が大幅に向上したものと考えられる。なお、実施例１では、第３めっき層１３（Ａｇめっき層）の厚みが比較例２のＡｇめっき層と比べると薄く形成されているものの、その比較例２と同程度の引っ張り強度、つまり実用上、十分な引っ張り強度を得ることができる。

【0028】

上述したインナーリード７（第４めっき層１４）の表層の硬度は、硬度の低い金属からなる第４めっき層１４や第３めっき層１３の厚みが厚くなるほど低くなる。このため、第４めっき層１４及び第３めっき層１３の厚みを厚くするほどワイヤボンディング性を向上させることができる。このことを示す評価結果例を図４及び図５に示している。

【0029】

まず、図４は、インナーリード７上に形成された４層構造のめっき１５Ａのうちの第３めっき層１３の厚みと、ビッカース硬度との関係を示している。具体的には、第１めっき層１１の厚みを０．８μｍ、第２めっき層１２の厚みを０．０２μｍ、第４めっき層１４の厚みを０．００６μｍとしたインナーリード７において、第３めっき層１３（Ａｇめっき層）の厚みを０μｍ、０．０５μｍ、０．１μｍ、０．５μｍ、１．０μｍに変えたときのビッカース硬度を示している。ビッカース硬度測定は５０ｇＦを用いた。なお、ビッカース硬度は、その値が低いほど、硬度が低いことを示している。この図４の結果からも明らかなように、第３めっき層１３の厚みが厚くなるほど、ビッカース硬度が低くなる、つまりインナーリード７の硬度が低くなる。

【0030】

次に、図５は、インナーリード７上に形成された４層構造のめっき１５Ａのうちの第３めっき層１３の厚みと、引っ張り試験後のステッチ（Stitch）剥がれによる不良発生率との関係を示している。この図５に示した結果から明らかなように、第３めっき層１３の厚みが厚くなるほど、ステッチ剥がれによる不良発生率が低くなっている。特に、第３めっき層１３の厚みが０．０５μｍ以上になると、ステッチ剥がれによる不良発生率が０（ゼロ）となる。このように、これらの結果からも、第３めっき層１３の厚みを厚くするほど、インナーリード７の表層の硬度が低くなり、ワイヤボンディング性を向上させられることが分かる。

【0031】

但し、第３めっき層１３の厚みを厚くするほど製造コストが増加するため、第３めっき層１３の厚みの上限値についても検討した。この検討した結果を図６に示している。図６は、Ｃｕ又はＣｕ合金からなる基板フレーム上に直接形成されるＡｇめっき層の厚みを、２．０μｍ、３．５μｍ、６．０μｍ、１２．０μｍに変えたときの引っ張り強度をそれぞれ示している。図６の結果から明らかなように、Ａｇめっき層の厚みが２．０μｍ以上である場合には、いずれの場合においても実用上、十分な引っ張り強度を得ることができる。但し、Ａｇめっき層の厚みが３．５μｍを超えると、Ａｇめっき層の厚みが厚くなるほど、引っ張り強度のばらつきが大きくなることが分かる。したがって、図６の結果から、Ａｇめっき層の厚みを３．５μｍに設定すると、高い引っ張り強度を安定して得ることができるのが分かる。なお、図６の結果は基板フレーム上にＡｇめっき層を直接形成した場合の結果であるが、４層構造の第３めっき層１３（Ａｇめっき層）が引っ張り強度を向上させるのに大きく寄与しているため、この４層構造の第３めっき層１３の厚みを変化させた場合にも、図６の結果と同様の傾向の引っ張り強度が得られると考えられる。すなわち、４層構造のめっき１５Ａが施されたインナーリード７であっても、第３めっき層１３の厚みを３．５μｍに設定することにより、高い引っ張り強度を安定して得ることができ、高い接続信頼性を得ることができる。

【0032】

以上のことから、第３めっき層１３の厚みは、０．０５μｍ以上３．５μｍ以下の範囲が好ましい。
（信頼性評価）
封止樹脂内の基板フレームにＡｇめっき層を含む４層構造のめっきが施された構造（図２参照）の半導体装置に対して信頼性試験（吸湿リフロー試験）を行って、その半導体装置の信頼性を評価した。また、その比較例として、封止樹脂内の基板フレームにＡｇめっき層を含まない３層構造のめっきが施された構造（図１５参照）の半導体装置に対しても同様の評価を行った。すなわち、これら両半導体装置に対する信頼性試験は、Ａｇめっき層の有無が異なるだけで、その他の構造及び評価条件は同一である。図７及び図８は、このような信頼性試験前後の半導体装置において、封止樹脂とリードフレームとの間に剥離が生じているか否かを超音波探傷装置（ＳＡＴ）で観察した結果を示している。

【0033】

ここで、上記信頼性試験は、次の条件下で行った。
吸湿条件：ＪＥＤＥＣ ＭＳＬ ２ａ（６０℃／６０％ＲＨ×１２０ｈｒｓ）、リフロー条件：２６０℃×３回
図７（ａ）及び図８（ａ）に示すように、信頼性試験の実施される両半導体装置において、その信頼性試験前には封止樹脂とリードフレームとの間に剥離が生じていないことが確認された。しかし、図８（ｂ）に示すように、封止樹脂内でＡｇめっき層を含まない３層構造のめっきが施された半導体装置では、信頼性試験が行われた後、検査した全てのダイパッドで封止樹脂とリードフレームとの間の剥離が検出された（白枠参照）。これに対し、図７（ｂ）に示すように、封止樹脂内でＡｇめっき層を含む４層構造のめっきが施された半導体装置では、信頼性試験を行った後でも、検査した全てのダイパッドで封止樹脂とリードフレームとの間の剥離は検出されなかった。これらの結果から、図２に示す半導体装置２０において、封止樹脂２３で封止される領域の基板フレーム２に第３めっき層１３（Ａｇめっき層）を含む４層構造のめっき１５Ａを施すことにより、半導体装置２０の信頼性を向上させることができるのが分かる。

【0034】

（アウターリード上にＡｇめっき層を形成しない理由）
ところで、基板フレーム２上に４層構造のめっき１５Ａを施す構造としては、図１６に示すように、インナーリード７と同様に、アウターリード８上にも４層構造のめっき１５Ａを施す構造が考えられる。しかし、本実施形態では、封止樹脂２３から露出されるアウターリード８上には、意図的に、第３めっき層１３（Ａｇめっき層）を含まない３層構造のめっき１５Ｂを施すようにした。以下に、その理由を説明する。すなわち、封止樹脂２３から露出されるアウターリード８上に、第３めっき層１３を形成した場合に発生する問題点を以下に説明する。

【0035】

（第１の問題点）
リードフレームがパッケージとなって、基板上にはんだ実装される際に、基板側のはんだとしてＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ等の鉛フリーはんだが使用される場合に、以下の問題が発生するおそれがある。詳述すると、Ａｇ３Ｓｎ金属化合物は比較的安定な合金であることから、上述のような鉛フリーはんだは機械的強度に優れた鉛フリーはんだとして知られているが、Ｓｎ中のＡｇ濃度が４％を超えると、クリープ強度が過剰となり、基板のランド剥離などの現象を起しやすくなる。さらに、Ｓｎ中のＡｇ濃度が５％を超えると、引け巣が発生し、クラックの原因ともなる。ここで、図１６に示すように、リードフレーム１Ｄのアウターリード８（実装面）上に第３めっき層１３（Ａｇめっき層）を含むめっき１５Ａが形成されていると、はんだと接合する部分にＡｇが大量に存在することになり、Ａｇ濃度が高くなって上述したランド剥離やクラックなどが発生しやすくなる。

【0036】

（第２の問題点）
Ａｇは、一般に、硫化しやすい金属として知られている。ここで、アウターリード８上にＡｇめっき層を含むめっき１５Ａが形成されていると、例えばアセンブリ時にＡｇがリードフレーム１Ｄの表層に熱拡散され、その表層においてＡｇとＡｕが共存又は合金として存在することになる。すると、リードフレーム１Ｄ（特に、アウターリード８）が硫化しやすくなる。さらに、アウターリード８に硫化が発生すると、アウターリード８とはんだとの濡れ性が悪化するという問題が発生する。これらのことを裏付ける実験結果を図９及び図１０に示している。以下に、その実験条件及び実験結果を説明する。

【0037】

まず、アウターリード８上に３層構造のめっき１５Ｂを施したリードフレーム１（図２参照）とアウターリード８上に４層構造のめっき１５Ａを施したリードフレーム１Ｄ（図１６参照）とを用意し、それらリードフレーム１，１Ｄをアセンブリを想定した条件で加熱した後に、それらリードフレーム１，１Ｄに対してガス試験を行った。

【0038】

加熱条件：室温から３０分かけて１７５℃まで上昇させた後、大気中において１７５℃で６０分間加熱し、さらにホットプレート上において２００℃で２分間加熱した。
ガス試験：デシケータ内に６％亜硫酸水を１００ｍｌ入れ、その溶液から発生するＳＯ_２ガス雰囲気下にリードフレームを６０分間放置した。さらに、デシケータ内に２％硫化水素アンモニウム水を１００ｍｌ入れ、その溶液から発生するＨ_２Ｓガス雰囲気下にリードフレームを１５分放置した。

【0039】

以上のガス試験が行われたリードフレームのアウターリード表面に存在する元素をＡＥＳ（Auger Electron Spectroscopy）定性定量分析装置を用いて測定した。この測定結果を図９に示している。この結果から明らかなように、アウターリード上にＡｇめっき層を有するリードフレーム１Ｄでは、アウターリード８表面に存在する硫黄（Ｓ）の存在量が、アウターリード上にＡｇめっき層を有さないリードフレーム１のそれの約３倍となっている。このことから、Ａｇめっき層の存在によってアウターリードが硫化しやすくなることが分かる。

【0040】

また、上記ガス試験が行われたリードフレームについてメニスコグラフ試験によりゼロクロスタイムを測定した。この試験（はんだ濡れ性評価）は、はんだバスの種類：６４％Ｓｎ−Ｐｂ共晶はんだ、フラックスの種類：非活性ロジン系フラックス、試験温度：２１５℃、浸漬速度：２ｍｍ／秒、浸漬深さ：０．５ｍｍ、浸漬時間：１０秒、という条件の下で行ってゼロクロスタイムを測定した。この測定結果を図１０に示している。なお、ゼロクロスタイムは、この時間が短いほど、はんだ濡れ性が良好であることを示している。

【0041】

図１０の結果から、アウターリード上にＡｇめっき層を有するリードフレーム１Ｄ（硫化の発生しているリードフレーム）は、アウターリード上にＡｇめっき層を有さないリードフレーム１よりもゼロクロスタイムが長く、はんだ濡れ性が悪くなっていることが分かる。

【0042】

以上の実験結果からも明らかなように、アウターリード上にＡｇめっき層が存在すると、アウターリードが硫化しやすくなり、さらにはんだ濡れ性が悪化するという問題が発生する。

【0043】

そこで、本実施形態のリードフレーム１では、図２に示すように、アウターリード８上に第３めっき層１３（Ａｇめっき層）を形成せずに、３層構造のめっき１５Ｂを形成するようにした。これにより、上述した第１の問題点及び第２の問題点の発生を未然に防ぐことができる。

【0044】

以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）ワイヤボンディング部分の基板フレーム２（インナーリード７）上に、第１〜第４めっき層１１〜１４からなる４層構造のめっき１５Ａを形成するようにした。Ａｇからなる第３めっき層１３及びＡｕからなる第４めっき層１４により、インナーリード７の表層の硬度が低下するため、接合時のボンディングワイヤ２２（Ｃｕワイヤ）の滑りを抑制することができる。これにより、ボンディングワイヤとの接続信頼性を向上させることができる。したがって、Ｃｕワイヤを使用してワイヤボンディングする場合であっても、そのＣｕワイヤの良好なワイヤボンディング性を得ることができる。

【0045】

（２）封止樹脂２３によって封止される基板フレーム２の全領域（ダイパッド３及びインナーリード７の表裏面及び側面）に、第１〜第４めっき層１１〜１４からなる４層構造のめっき１５Ａを形成するようにした。これにより、リードフレーム１と封止樹脂２３との剥離が抑制され、半導体装置２０の信頼性を向上させることができる。

【0046】

（３）封止樹脂２３から露出される基板フレーム２（アウターリード８）上には、第３めっき層１３を含まない３層構造のめっき１５Ｂを形成するようにした。これにより、アウターリード８上にＡｇめっき層が存在することによって発生しうる問題、つまりランド剥離やクラックなどの発生や硫化に伴うはんだ濡れ性の悪化などの問題の発生を未然に防ぐことができる。

【0047】

（他の実施形態）
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・図１１に示されるリードフレーム１Ａ及び半導体装置２０Ａのように、ダイパッド３と半導体素子２１の電極２１Ｂとを、ボンディングワイヤ２２（例えば、Ｃｕワイヤ）で電気的に接続するようにしてもよい。具体的には、半導体素子２１の電極２１Ｂに接続されるボンディングワイヤ２２を、ダイパッド３上に形成された４層構造のめっき１５Ａに接続するようにしてもよい。

【0048】

・上記実施形態では、封止樹脂２３によって封止されるダイパッド３及びインナーリード７全体に４層構造のめっき１５Ａを形成するようにした。これに限らず、例えば図１２に示すリードフレーム１Ｂ及び半導体装置２０Ｂのように、封止樹脂２３によって封止される領域のうち、ボンディングワイヤ２２が接続される部分（ボンディング部分）のみに第３めっき層１３（Ａｇめっき層）を含む４層構造のめっき１５Ａを施すようにしてもよい。なお、この場合には、封止樹脂２３によって封止される領域のうち、ボンディング部分以外の基板フレーム２（ダイパッド３及びインナーリード７）には３層構造のめっき１５Ｂを施すようにすればよい。このような構造であっても、上記実施形態の（１）と同様の効果を得ることができる。

【0049】

・上記実施形態では、ＱＦＰに用いられるリードフレーム１及びＱＦＰのパッケージ構造を有する半導体装置２０に具体化したが、これに限定されない。例えば図１３に示すように、ＬＯＣ（Lead On Chip）に用いられるリードフレーム１Ｃ及びＬＯＣのパッケージ構造を有する半導体装置２０Ｃに具体化してもよい。このような半導体装置２０Ｃでは、インナーリード７の下面側に接着フィルム２５Ａが貼着され、その接着フィルム２５Ａに半導体素子２５が接着されて該半導体素子２５がリードフレーム１Ｃ（基板フレーム２Ａ）に支持されている。また、半導体素子２５の電極２５Ｂとインナーリード７とがボンディングワイヤ２２によって電気的に接続されている。そして、インナーリード７と、そのインナーリード７に支持された半導体素子２５と、ボンディングワイヤ２２とが封止樹脂２３によって封止されている。なお、リードフレーム１Ｃの基板フレーム２Ａは、複数のインナーリード７及び複数のアウターリード８を有し、ダイパッドを有さない。

【0050】

このような構造の半導体装置２０Ｃに用いられるリードフレーム１Ｃでは、封止樹脂２３によって封止される領域であって、少なくともワイヤボンディング部分の基板フレーム２Ａに４層構造のめっき１５Ａが形成され、封止樹脂２３から露出される基板フレーム２Ａ（アウターリード８）に３層構造のめっき１５Ｂが形成されている。このような構造であっても、上記実施形態の（１）と同様の効果を得ることができる。なお、封止樹脂２３によって封止される基板フレーム２Ａ（インナーリード７）の全領域に４層構造のめっき１５Ａを形成するようにしてもよい。

【0051】

・また、例えば図１４に示すように、ＱＦＮ（Quad Flat Non-leaded Package）に用いられるリードフレーム３０及びＱＦＮのパッケージ構造を有する半導体装置４０に具体化してもよい。このようなリードフレーム３０には、所要箇所（図示の例では２箇所）に開口部３０Ｘが形成されている。このリードフレーム３０の基板フレーム３１は、上記開口部３０Ｘによって画定される、ダイパッド３２及びその周囲に配置される複数のリード３３を有している。また、半導体装置４０は、上記リードフレーム３０と、ダイパッド３２上に搭載された半導体素子４１と、半導体素子４１の電極４１Ｂとリード３３とを電気的に接続するボンディングワイヤ４２と、半導体素子４１やボンディングワイヤ４２や基板フレーム３１の一部を覆うように形成された封止樹脂４３とを有している。この封止樹脂４３は、上記開口部３０Ｘに、リードフレーム３０の厚さよりも所定の厚さだけ薄い厚さでリードフレーム３０の一方の面（図示の例では上面）から内側に充填されている。なお、この封止樹脂４３から露出されるリード３３は、プリント配線板等の実装用基板にはんだ実装される実装面となる。

【0052】

このような構造の半導体装置４０に用いられるリードフレーム３０では、封止樹脂４３によって封止される領域のダイパッド３２及びリード３３に４層構造のめっき１５Ａが形成され、封止樹脂４３から露出されるダイパッド３２及びリード３３に３層構造のめっき１５Ｂが形成されている。このような構造であっても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、封止樹脂４３によって封止される領域では、少なくともボンディングワイヤ４２がワイヤボンディングされる部分に４層構造のめっき１５Ａが形成されていれば、上記実施形態の（１）と同様の効果を得ることができる。

【0053】

・あるいは、その他のパッケージ構造（例えば、ＢＧＡ（Ball Grid Array）やＬＧＡ（Land grid array）など）を有する樹脂封止型の半導体装置やその半導体装置に用いられるリードフレームに具体化してもよい。

【符号の説明】

【0054】

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，３０ リードフレーム
２，２Ａ，３１ 基板フレーム
３，３２ ダイパッド
７ インナーリード（リード）
８ アウターリード（リード）
１１ 第１めっき層
１２ 第２めっき層
１３ 第３めっき層
１４ 第４めっき層
１５Ａ めっき（４層のめっき）
１５Ｂ めっき（３層のめっき）
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，４０ 半導体装置
２１，２５，４１ 半導体素子
２１Ｂ，２５Ｂ，４１Ｂ 電極
２２，４２ ボンディングワイヤ
２３，４３ 封止樹脂
３３ リード

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図7】

【図8】