專利名稱：引線框架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明，涉及一種引線框架，特別是涉及實(shí)施了電鍍的半導(dǎo)體裝置用引線框架。
背景技術(shù)：
伴隨著小型機(jī)器的輕薄短小化，半導(dǎo)體裝置自身的薄型化、小型化不斷發(fā)展的同時(shí)，也希望為了組裝該半導(dǎo)體裝置的印刷襯底能夠薄型化、小型化、以及多層化。將半導(dǎo)體裝置組裝到印刷襯底的情況，一般較多使用的是逆向工法(reflow soldering工法)。
以下，參照


以前逆向工序中的半導(dǎo)體裝置的問題點(diǎn)。
圖9，是襯底組裝方法的流程圖。在此，作為半導(dǎo)體裝置32使用的是將半導(dǎo)體元件組裝于引線框架再由模型樹脂33密封了的標(biāo)準(zhǔn)件。
首先，如圖9(a)所示，在焊錫印刷工序中，印刷襯底(布線襯底)30上所有的電極板(未圖示)上涂布焊錫糊31。接下來，如圖9(b)所示，在制品安裝工序中，準(zhǔn)備半導(dǎo)體裝置32安裝到印刷襯底30上。然后如圖9(c)所示，在逆向工序中，將包含印刷襯底30及半導(dǎo)體裝置32的整體高溫加熱使焊錫糊31熔化后使其冷卻，由焊錫糊31將半導(dǎo)體裝置32固定連結(jié)到印刷襯底30上。
通過這一連串的工序，與半導(dǎo)體元件的電極板電導(dǎo)通的外部引線34由焊錫糊31就和印刷襯底30成為電連接。這個(gè)半導(dǎo)體裝置32的外部引線34的最下面一般稱為安裝面35。并且，如圖10所示，使表示這個(gè)安裝面35的平整性的共面差(coplanarity)36在數(shù)十至數(shù)百微米(μm)范圍的形式，形成外部引線34。
逆向工序中，在從25℃前后的常溫到250℃附近的高溫的過程中，半導(dǎo)體裝置以及印刷襯底都受到各種各樣的負(fù)荷，產(chǎn)生變形。也就是由于以鐵或銅為基礎(chǔ)的外部引線34和模型樹脂33的熱漲系數(shù)不同，半導(dǎo)體裝置32產(chǎn)生變形，還有上述共同平整度36的值大使外部引線34產(chǎn)生從印刷襯底30浮出的變形。
另一方面，薄型化及多層化了的印刷襯底30，也由于逆向工序的高溫而變形。因此，由于這些變形的相乘作用無論外部引線34的組裝面35和焊錫糊31是否接觸，焊錫糊31由于熔化不能挺起也就是所謂的焊錫焊角(fillet)未形成而引起的不良，或外部引線34和焊錫糊31相互遠(yuǎn)離無法進(jìn)行電連接即所謂的焊錫開放不良的發(fā)生。
為了防止這樣的不良，引線框架表面上實(shí)施電鍍，提高外部引線34和焊錫糊31的可熔濕性。
然而，考慮到近年的環(huán)境問題，焊錫糊31較多的使用錫銀銅(SnAgCu)系、錫鋅(SnZn)系、錫銀鉍銦(SnAgBiIn)系等的無鉛焊錫糊，這些無鉛焊錫糊與以前的鋅37％鉛共晶焊錫的可熔濕性具有劣等性質(zhì)，所以，容易產(chǎn)生焊錫的焊角不良和焊錫開放不良容易發(fā)生。因此，與無鉛焊錫糊好可熔濕性的電鍍成為必要。
作為外部引線34上形成的金屬電鍍層的組成，實(shí)施熔點(diǎn)較低的錫鉛(SnPb)系共晶電鍍層的情況，在上述逆向工序的高溫區(qū)域中由于金屬電鍍層自身的熔化，例如即便是使用無鉛焊錫糊的情況，也不容易產(chǎn)生因?yàn)槿蹪裆仙鸬膯栴}。然而，這種情況在電鍍層中鉛(Pb)含量較多，從環(huán)境上考慮今后所能使用的地方受到限制，不能一般地被使用。
還有，作為金屬電鍍層的組成即便是無鉛電鍍層，并且如果是錫鉍(SnBi)系電鍍層(例如從最下層為錫/2％鉍的兩層電鍍層等)，與上述的錫鉛(SnPb)系共晶電鍍層一樣熔點(diǎn)低的電鍍層自身熔化，不會(huì)產(chǎn)生熔濕上升的問題。
另一方面，即便是無鉛電鍍層中，很多廠家采用的是以鈀(Pd)系為主體的金屬電鍍層(例如圖11所示，鎳101/鈀102/金103的三層電鍍層)的情況中，就是在逆向工序，由于具有遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出高溫區(qū)域溫度的熔點(diǎn)，金屬電鍍層自身不會(huì)熔化，但是，即便是使用無鉛焊錫糊，只要外部引線的引線間距在0.6mm以上，焊錫焊角未形成引起的不良以及展開不良都不容易發(fā)生(例如參照日本國專利公開平4-115558號(hào)公報(bào))。
(發(fā)明所要解決的課題)然而，伴隨著近年的半導(dǎo)體裝置及布線襯底的窄間距化，連結(jié)區(qū)域的面積縮小，為此，作為焊錫印刷用途而使用的金屬掩模的開口面積也在精細(xì)化。所以，在焊錫印刷工序中焊錫糊未從印刷掩?？字谐槌龆蔀楹稿a過少的狀態(tài)，同時(shí)是在精細(xì)的范圍內(nèi)印刷焊錫，所以即便是印刷的很好，焊錫的量也比以前少。這樣的窄間距化的進(jìn)展，特別是外部引線間距未滿0.6mm的話，焊錫的量變少，專利公開平4-115558號(hào)公報(bào)揭示的電鍍層所實(shí)施的外部引線中，發(fā)生了焊錫糊的未成形不良或展開不良。
還有，因?yàn)殄a鉍(SnBi)系電鍍層，實(shí)施在外部引線上，而內(nèi)部引線上實(shí)施銀(Ag)點(diǎn)電鍍層等的別的電鍍層，制造成本和制造時(shí)間大幅度增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明，是鑒于上述問題點(diǎn)而發(fā)明的，其目的在于提供一種即便是外部引線間距小也能夠確實(shí)進(jìn)行與無鉛焊錫熔合的電鍍層的引線框架。
(解決課題的方法)本發(fā)明的引線框架，是包括裝載半導(dǎo)體元件的芯片焊墊部，與該半導(dǎo)體元件的電極墊電連接的內(nèi)部引線，與該內(nèi)部引線相連成為外部端子的外部引線的引線框架，至少在上述外部引線中與上述內(nèi)部引線的相反一側(cè)實(shí)施了四層電鍍層，上述電鍍層的表面三層，從最表層起為金(Au)、銀(Ag)、鈀(Pd)電鍍層，由銀(Ag)形成的層的厚度，在0.05微米以上0.5微米以下。
上述外部引線的引線間距，最好的是在300微米以上500微米以下。
上述外部引線的引線寬度，最好的是在80微米以上250微米以下。
上述電鍍層中，鈀(Pd)形成的層的厚度，最好的是在0.005微米以上0.2微米以下。
上述電鍍層中，金(Au)形成的層的厚度，最好的是在0.0015微米以上0.1微米以下。
引線框架的材料，最好的是銅(Cu)或鐵(Fe)。
上述四層電鍍層中，最好的是最下一層為鎳(Ni)。
上述四層電鍍層中，鎳(Ni)形成的層的厚度，最好的是在0.2微米以上3.0微米以下。

圖1，是使用本發(fā)明的引線框架的半導(dǎo)體裝置的模式側(cè)面圖。
圖2，是使用本發(fā)明的引線框架的半導(dǎo)體裝置的模式側(cè)面剖面圖。
圖3，是本發(fā)明的引線框架的外部引線的模式剖面圖。
圖4，是組裝實(shí)驗(yàn)的式樣表。
圖5，是焊錫焊角測(cè)定處的概略圖。
圖6，是實(shí)施方式和對(duì)比對(duì)象的后部焊角高度結(jié)果曲線圖。
圖7，是實(shí)施方式和對(duì)比對(duì)象的前部焊角高度結(jié)果曲線圖。
圖8，是表示導(dǎo)線焊接后的連接可信度評(píng)價(jià)的圖。
圖9，是半導(dǎo)體裝置的襯底組裝過程圖。
圖10，是半導(dǎo)體裝置的側(cè)面圖。
圖11，是表示以前的引線框架的電鍍層構(gòu)造的模式剖面圖。
(符號(hào)說明)1引線框架2內(nèi)部引線3芯片焊墊4半導(dǎo)體元件5金屬細(xì)線6模型樹脂7外部引線7a 第一彎曲部7b 第二彎曲部8組裝面9引線框架材料10 基層電鍍層(鎳電鍍層)11 鈀電鍍層12 銀電鍍層13 金電鍍層30 印刷襯底(布線襯底)31 焊錫糊
32半導(dǎo)體裝置33模型樹脂34外部引線35組裝面36共面差具體實(shí)施方式
以下，基于附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。在以下的圖中，為了簡化說明，實(shí)質(zhì)上具有相同機(jī)能的構(gòu)成要素用相同的符號(hào)表示。
圖1，是本發(fā)明實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置14，圖2，是圖1的半導(dǎo)體裝置14的剖面圖。尚，圖2中，為了容易理解構(gòu)造而沒有加剖面線。
引線框架1的中央部具有芯片焊墊3，在其周圍設(shè)置了內(nèi)部引線2和外部引線7。內(nèi)部引線2和外部引線7相互連接。內(nèi)部引線2，與設(shè)置在芯片焊墊3上的半導(dǎo)體元件4的電極墊(未圖示)由金屬細(xì)線5電連接，由模型樹脂6保護(hù)。從模型樹脂6的側(cè)面突出的外部引線7，從接近模型樹脂6一側(cè)起設(shè)置了第一彎曲部7a和第二彎曲部7b，從第二彎曲部7b到最前端為止的底面部成為組裝面8。尚，外部引線7，如圖9所示那樣，介于焊錫糊31電連接在印刷襯底(布線襯底)30上。
在本實(shí)施方式中，外部引線7的引線間距為500μm，外部引線7的引線寬度為250μm。這些引線間距及引線寬度，比專利公開平4-115558號(hào)公報(bào)所揭示的以前的半導(dǎo)體裝置的間距和寬度要窄。
圖3，是外部引線7剖面的擴(kuò)大圖。本實(shí)施方式的引線框架1的情況，是在印刷加工或蝕刻加工厚度為0.15毫米(mm)的銅合金材料的引線框架毛坯9上電鍍形成了電解電鍍線，緊貼著引線框架毛坯9實(shí)施了作為第一層的基層電鍍層10(本實(shí)施方式中為鎳)，在它上面實(shí)施了作為第二層的鈀(Pd)電鍍層11，又在第二層上面實(shí)施了作為第三層的銀(Ag)電鍍層12，再在第三層上實(shí)施了作為第四層的金(Au)電鍍層13的四種類四層構(gòu)造的電鍍層。尚，在內(nèi)部引線2上也一樣實(shí)施了電鍍層。通過實(shí)施這樣的四層構(gòu)造的電鍍層，在窄引線間距中使專利公開平4-115558號(hào)公報(bào)所揭示的三層構(gòu)造電鍍層中不充分的與無鉛焊錫糊的可熔濕性成為充分的。以下說明四層構(gòu)造以及各層的厚度最優(yōu)值。
這些電鍍層的厚度，基層電鍍層10，為厚度在0.2μm(微米)以上3.0μm以下的鎳電鍍層，在它上面是厚度在0.005μm以上0.2μm以下的鈀電鍍層11，然后是在鈀電鍍層11上實(shí)施厚度在0.05μm以上0.5μm以下的銀電鍍層12，再然后是在銀電鍍層12上實(shí)施厚度在0.0015μm以上0.1μm以下的金電鍍層13。
以下，就四層金屬電鍍層進(jìn)行詳細(xì)說明。
第一層的基層電鍍層并不只限于鎳電鍍層。但是最好的是考慮了防止銅合金等形成的引線框架毛坯的腐蝕的耐腐蝕性效果，與第二層的鈀電鍍層的粘結(jié)性，彎曲加工時(shí)電鍍層的斷裂等的基礎(chǔ)上選定材料組成以及厚度。從過去的事例中，鎳(Ni)或鎳合金等最好，厚度在0.2μm以上3μm以下最好。從特性及成本上考慮更好的是厚度在0.5μm以上2μm以下。
第二層的鈀電鍍層，只要能夠抑制基層電鍍層的析出即可，再加上經(jīng)濟(jì)方面的理由選擇不要太厚的厚度即可。由于這樣的理由，鈀電鍍層的厚度最好的是在0.05μm以上0.2μm以下。厚度如果比0.05μm小的話，抑制基層電鍍層的析出就困難，若比0.2μm大又要增加成本也是不想的。
關(guān)于第三層的電鍍層，為了研究電鍍層的組成及電鍍層的厚度，發(fā)明者們進(jìn)行了很多實(shí)驗(yàn)。第三層電鍍層，因?yàn)槭菦Q定與焊錫糊的可熔濕性及導(dǎo)線焊接特性的重要的層，通過這些實(shí)驗(yàn)研究了電鍍層的組成和厚度。發(fā)明者們對(duì)成為重點(diǎn)課題的為確認(rèn)無鉛焊錫糊的熔濕上升性的指標(biāo)，測(cè)定了形成在外部引線上的焊錫焊角高度?？梢哉f焊錫焊角高度越高熔濕上升性越好。設(shè)定條件如圖4所示那樣，使用實(shí)際的襯底組裝制造線進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。
圖5，是形成在外部引線7上的焊錫焊角的測(cè)定處的概略圖。進(jìn)行形成在外部引線7前端的前部焊角的測(cè)定(測(cè)定從外部引線7下表面的前端到外部引線7前端端面上熔濕上升的焊錫糊的上端距離)，以及形成在上述第二彎曲部7b附近的后部焊角的測(cè)定(測(cè)定從外部引線7下表面前端到第二彎曲部7b上熔濕上升的焊錫糊的上端距離)，與作為比較對(duì)象的三層電鍍層的基層電鍍層(鎳等)/鈀電鍍層/金電鍍層的三層構(gòu)造的電鍍層進(jìn)行比較。
圖6、圖7，是第三層為銀電鍍層、第四層為金電鍍層的本實(shí)施方式的電鍍層構(gòu)成和比較對(duì)象的三層電鍍層的焊錫焊角測(cè)定結(jié)果的曲線圖。與比較對(duì)象的三層構(gòu)造電鍍層相比，可以知道本實(shí)施方式的四層構(gòu)造電鍍層，焊錫的可熔濕性得到明顯地提高。特別是能夠知道，與比較對(duì)象的電鍍層和以前的加鉛焊錫糊的組合相比，本實(shí)施方式的四層構(gòu)造電鍍層的焊錫可熔濕性好。還有，知道了銀電鍍層的厚度在0.02μm到0.2μm的范圍內(nèi)都具有熔濕上升效果。尚，即便是銀電鍍層的厚度再加厚可熔濕性也不再會(huì)改變，所以比0.2μm更厚也無關(guān)。
另一方面研究了作為半導(dǎo)體裝置的組裝工序之一的導(dǎo)線焊接工序，知道了增加銀電鍍層厚度能夠提高連接信賴性的好處。圖8，是導(dǎo)線焊接工序中金屬細(xì)線的連接信賴性的評(píng)價(jià)結(jié)果。由此在導(dǎo)線焊接工序中，銀電鍍層厚度達(dá)到0.1μm以上即便是焊接荷載變化，第二層剝落率達(dá)到零，擴(kuò)大了組裝條件范圍也提高了連接信賴性。還有，即便是0.05μm的厚度第二層剝落率也充分小，擴(kuò)大了組裝條件范圍也在實(shí)際應(yīng)用中沒有問題的提高了連接信賴性。也就是至少在內(nèi)部引線2上，第三層銀電鍍層的厚度最好的是在0.05μm以上，更好的是在0.1μm以上。
從這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果和制造上的成本關(guān)系考慮，第三層的銀電鍍層的厚度，最好的是在0.05μm以上0.5μm以下。從導(dǎo)線焊接考慮，最好的是在0.1μm以上0.5μm以下。
最后，進(jìn)行了第四層金電鍍層的研究。金電鍍層的厚度，基本上是由經(jīng)濟(jì)的理由決定的，為0.0015μm以上0.1μm以下。比0.0015μm還薄的話與焊錫的可熔濕性變壞不好。若比0.1μm還厚則制造成本增大也不好。而0.003μm以上0.01μm以下則更好。
本實(shí)施方式中，是將引線框架的電鍍層制成了上述那樣的四層電鍍層，所以即便是在外部引線7的引線間距為500μm，外部引線7的引線寬度為250μm的窄引線間距、窄引線寬度的情況下也能充分地相互濕潤，得到高的連接信賴性。減小引線間距·引線寬度，對(duì)應(yīng)的布線襯底一側(cè)印刷的焊錫糊的量就會(huì)減少，外部引線7與布線襯底的連接信賴性也會(huì)降低，但是，只要采用本實(shí)施方式的構(gòu)成就能夠保持高連接信賴性。尚，研究了外部引線7的引線間距、引線寬度，具有本實(shí)施方式的電鍍層構(gòu)成的情況下只要引線間距在300μm，引線寬度在80μm以上，就能夠確保焊錫糊與印刷的布線襯底間的高連接信賴性。
金屬電鍍層形成時(shí)是由通過四種電鍍槽形成的電鍍層，但是，如圖表示的半導(dǎo)體裝置14的組裝完成品中，由于組裝工序中的受熱過程，四層電鍍層中金屬電鍍層之間相鄰的金屬變成合金就不用說了。因此，從各電鍍層的厚度能夠換算出合金中的組成比，相反從合金中的組成比也能夠換算出各電鍍層的厚度。還有，引線框架1是一般的用于半導(dǎo)體制品的銅合金、鐵合金，厚度為0.15mm的不是特別的東西。
尚，專利公開平4-115558號(hào)公報(bào)中指出了銀電鍍層的金屬離子遷移(metal migration)問題，但是，以本實(shí)施方式的電鍍層構(gòu)成的引線框架，和鎳/鈀/金(表面三層)的三層電鍍層的引線框架為樣品，在電源電壓6V，溫度5℃·濕度60％至溫度25℃·濕度90％的條件下進(jìn)行信賴性實(shí)驗(yàn)，結(jié)果是信賴性一樣沒有產(chǎn)生遷移問題。
通過使用本發(fā)明，即便是對(duì)于熔濕上升不好的無鉛焊錫糊也可以提供可熔濕性好的金屬電鍍層，還能夠抑制焊錫展開不良及焊錫焊角形狀異常等的不良因素。
-產(chǎn)業(yè)上的利用可能性-本發(fā)明的引線框架，對(duì)于一般性可熔濕性不好的無鉛焊錫糊也可以形成熔濕上升好的金屬電鍍層，所以對(duì)半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件的構(gòu)成部件等是有用的。
權(quán)利要求
1.一種引線框架，包括裝載半導(dǎo)體元件的芯片焊墊部，與該半導(dǎo)體元件的電極墊電連接的內(nèi)部引線，與該內(nèi)部引線相連成為外部端子的外部引線，其特征為至少在上述外部引線中與上述內(nèi)部引線相反一側(cè)的前端部實(shí)施了四層電鍍層，上述電鍍層的表面三層，從最表層起為金、銀、鈀電鍍層，由銀形成的層的厚度，在0.05微米以上0.5微米以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的引線框架，其特征為上述外部引線的引線間距，在300微米以上500微米以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的引線框架，其特征為上述外部引線的引線寬度，在80微米以上250微米以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的引線框架，其特征為上述電鍍層中，鈀形成的層的厚度，在0.005微米以上0.2微米以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的引線框架，其特征為上述電鍍層中，金形成的層的厚度，在0.0015微米以上0.1微米以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的引線框架，其特征為引線框架的材料，是銅或鐵。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的引線框架，其特征為上述四層電鍍層中，最下一層為鎳。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的引線框架，其特征為上述四層電鍍層中，鎳形成的層的厚度，在0.2微米以上3.0微米以下。
全文摘要
一種引線框架，即便是外部引線間距小也能夠確實(shí)進(jìn)行與無鉛焊錫熔合的電鍍層。具體的為在引線框架材料(9)上實(shí)施了四層電鍍層。這些電鍍層從最下層起為基層電鍍層(鎳)(10)/鈀電鍍層(11)/銀電鍍層(12)/金電鍍層(13)。
文檔編號(hào)H01L23/495GK1953168SQ200610135629
公開日2007年4月25日 申請(qǐng)日期2006年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月20日
發(fā)明者老田成志, 中野高宏, 宮原義人, 吉江崇, 佐藤晴信, 門崎幸一, 關(guān)和光 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社, 新光電氣工業(yè)株式會(huì)社