JP4888064B2 - 樹脂封止型半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、リードフレームに電気的に接続された半導体素子をモールド樹脂にて封止してなる樹脂封止型半導体装置に関する。

従来より、この種の半導体装置としては、半導体素子とリードフレームとを互いに電気的に接続し、これら電気的に接続された半導体素子およびリードフレームをモールド樹脂で封止してなるものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

この特許文献１に記載されているものでは、リードフレームにおけるモールド樹脂に封止された部位であるインナーリードを、母材と、この母材の表面に形成され母材の表面よりも粗化されたＮｉなどの粗化メッキ膜とにより構成している。そして、インナーリードをこのような粗化メッキ膜による粗化部として構成することにより、インナーリードとモールド樹脂との密着性、すなわち樹脂密着性を確保している。

また、この種の樹脂封止型半導体装置は、プリント基板上に、はんだなどを介して実装されるが、実装後には、モールド樹脂から突出するリードフレームのアウターリードの曲がり等の外観検査を行って出荷する必要がある。

この外観検査は、一般にレーザ照射装置によって自動で行っている。具体的には、アウターリードとプリント基板のソルダレジストとの双方にレーザを照射して、その反射光量の違いで両者を識別している。

ここで、アウターリードの先端部を、プリント基板への実装後における外観検査が行われる検査面としているが、この検査面が上記の粗化部となっていると、当該検査面の光沢度が下がって反射率も下がるため、外観検査が行いにくくなる。

そこで、上記特許文献１では、アウターリードの先端部に位置する検査面を、粗化部よりも表面が平坦な非粗化部とすることにより、当該検査面の光沢性を確保し、上記した外観検査の容易性を確保している。
特開２００５−２２３３０５号公報

しかしながら、この種の樹脂封止型半導体装置においては、アウターリードは、モールド樹脂側を根元部としてその先端部に上記検査面を有しており、また、アウターリードは、プリント基板への実装が可能な形状とするために、その根元部と当該検査面との中間部にて少なくとも２箇所曲げられた形状となっている。

ここで、従来では、アウターリードの曲げ加工時にリードフレームにて発生するメッキクラックを回避するため、上記粗化部と非粗化部との境界を、モールド樹脂の外形線よりも若干内側、つまりモールド樹脂の内部に設定している。

これは、上記粗化メッキ膜が、リードフレームの曲げに対してクラックしやすい性質を有するためであり、上記粗化メッキ膜に著しく大きなクラックが発生すると、結果的にその下のリードフレームの母材にもクラックが入り、パッケージの保持強度を低下させてしまうといった不具合が生じるからである。

しかし、モールド樹脂の外形線はパッケージの中で最も応力が集中するところであり、その外形線の近くに上記境界を設定すると、モールド樹脂内すなわちインナーリードにおいてに粗化していないエリアができてしまい、その部分は半田リフロー時に剥離しやすくなる。

そして、その剥離が起点となって市場の熱ストレスなどにより、インナーリードの全域にて粗化メッキ膜の剥離が進行し、腐食、ワイヤ断線等の不具合が発生し、半導体パッケージとしての信頼性が損なわれる。

さらに、アウターリードのリード成形すなわち曲げは、おおよそタイバー（ダムバー）よりも外側にて行われることから、粗化部と非粗化部の境界を、モールド樹脂の外形線とタイバーとの間の領域に設定することも考えられる。しかし、この場合、モールド樹脂の外形線とタイバーとの間の寸法が、マスクメッキの精度よりも大きい必要があり、全てのパッケージに合致する方法とは言えない。

ちなみに、一般的なリードフレームにおいて２ｎｄワイヤボンディングパッドに用いられているＡｇメッキの位置合わせ精度は、狙い寸法に対して±０．１ｍｍ〜±０．３ｍｍ程度であり、一方、モールド樹脂の外形線とタイバーとの間の距離は、最小で０．５ｍｍ程度のものである。

そのため、上記領域に上記境界を設定しようとしても、当該境界がモールド樹脂内に入り込むか、もしくはタイバーの外側に出てしまい、前述のような問題を引き起こす要因となる可能性がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、インナーリードにおける樹脂密着性の確保およびアウターリードにおける外観検査の容易性の確保のために、リードフレームに粗化部と非粗化部とを設けた樹脂封止型半導体装置において、インナーリード全体の樹脂密着性の確保とアウターリードにおけるメッキ剥離の防止とを両立することを目的とする。

本発明者の検討によれば、後述する図１０に示されるように、アウターリードにおける粗化部と非粗化部との境界を、アウターリードのうち第１の曲げ部と第２の曲げ部との間の部位に設定することにより、ほぼ問題ないレベルにて粗化部の剥離を抑制することができることが、実験的にわかった。

これに鑑み、本発明は、モールド樹脂（６０）側の根元部側と検査面（４２４）との中間部にて少なくとも２箇所曲げられた形状となっているアウターリード（４２）において、モールド樹脂（６０）に最も近い箇所において曲げられた部位を第１の曲げ部（４２１）、第１の曲げ部（４２１）から数えてモールド樹脂（６０）側から２番目の曲げられた部位を第２の曲げ部（４２２）としたとき、検査面（４２４）は、アウターリード（４２）のうち第２の曲げ部（４２２）よりも先端部側に位置しており、粗化部（４０１）を、インナーリード（４１）からアウターリード（４２）に渡って連続して設けるとともに、アウターリード（４２）における粗化部（４０１）と非粗化部（４０２）との境界（４０３）を、アウターリード（４２）のうち第１の曲げ部（４２１）と第２の曲げ部（４２２）との間の部位（４２５）に設定したことを特徴とする。

それによれば、粗化部（４０１）と非粗化部（４０２）との境界（４０３）を、アウターリード（４２）のうち第１の曲げ部（４２１）と第２の曲げ部（４２２）との間の部位（４２５）に設定し、インナーリード（４１）からこの境界（４０３）まで連続して粗化部（４０１）を設けているため、インナーリード（４１）全体の樹脂密着性の確保とアウターリード（４２）におけるメッキ剥離の防止とを両立することができる。

ここにおいて、粗化部（４０１）としては、非粗化ニッケルメッキ膜（４０ｂ）の上に粗化メッキ膜としての粗化ニッケルメッキ膜（４０ｃ）が積層された構成を有するものにできる。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

図１は、本発明の実施形態に係る樹脂封止型半導体装置１００の概略断面構成を示す図であり、この半導体装置１００をプリント基板２００にはんだ２１０を介して実装した状態を示す。なお、この図１に示される粗化部４０１および非粗化部４０２の詳細は、図２、図３に示してある。

また、図２（ａ）は図１中のモールド樹脂６０の外形線近傍部におけるリードフレーム４０の拡大概略断面図であり、図２（ｂ）は、この図２（ａ）に示される部位におけるリードフレーム４０の概略平面図である。なお、図２（ｂ）においては、粗化部４０１には、非粗化部４０２と識別するため、便宜上ハッチングを施してあるが、断面を示すものではない。

また、図３（ａ）は、リードフレーム４０における粗化部４０１のより詳細な形状を示す模式的な断面図であり、図３（ｂ）は、リードフレーム４０における非粗化部４０２のより詳細な形状を示す模式的な断面図である。

図１に示されるように、半導体装置１００においては、アイランド部１０に、導電性接着剤やはんだなどのダイマウント材２０を介して、半導体素子としての半導体チップ３０が搭載されている。そして、この半導体チップ３０とリードフレーム４０とがボンディングワイヤ５０を介して結線され電気的に接続されている。

ここで、半導体チップ３０は、シリコン半導体基板に周知の半導体製造技術を用いてトランジスタ素子などを形成してなるものである。また、ボンディングワイヤ５０は、ワイヤボンディングにより形成された金（Ａｕ）やアルミニウム（Ａｌ）などからなるワイヤである。

これら半導体チップ３０、ボンディングワイヤ５０、およびリードフレーム４０におけるインナーリード４１はモールド樹脂６０により包み込まれるようにモールドされ封止されている。

このモールド樹脂６０は、通常の樹脂封止型半導体装置に用いられるエポキシ系樹脂などのモールド材料を採用して、金型を用いたトランスファーモールド法などにより形成されるものである。そして、このモールド樹脂６０が、半導体装置の本体すなわちパッケージボディを構成している。

ここで、リードフレーム４０のうちアウターリード４２は、モールド樹脂６０から突出している。このアウターリード４２は、図１に示されるように、モールド樹脂６０側の根元部と先端部との中間部に少なくとも２箇所曲げられた形状となっている。

本実施形態では、アウターリード４２は２箇所曲げられた曲がり形状を有している。そして、このような曲がり形状のアウターリード４２における曲率を有する部位が、曲がり部４２１、４２２である。

ここにおいて、アウターリード４２のうちモールド樹脂６０に最も近い箇所、すなわち最も根元部側に位置する曲げ部４２１を、第１の曲げ部４２１とし、この第１の曲げ部４２１から数えてモールド樹脂６０側から２番目に近い箇所に設けられた曲げ部４２２を、第２の曲げ部４２２とする。

ここで、第１の曲げ部４２１は、アウターリード４２の一面側（図１、図２（ａ）中の上面側）が凸となり他面側（図１、図２（ａ）中の下面側）が凹となるように曲げられた部位である。また、第２の曲げ部４２２は、アウターリード４２の他面側が凸となり一面側が凹となるように曲げられた部位である。

さらに言うならば、第１の曲げ部４２１および第２の曲げ部４２２は、アウターリード４２をプリント基板２００への実装が可能な形状とするためにアウターリード４２を曲げた曲げ部である。

本実施形態では、第１の曲げ部４２１は、アウターリード４２をモールド樹脂６０側からプリント基板２００へ向かう方向に曲げたものであり、第２の曲げ部４２２は、アウターリード４２の先端部を、プリント基板２００にはんだ付けできるような面積を持たせるために曲げたものである。

そして、本実施形態では、図１、図２に示されるように、これら第１および第２の曲げ部４２１、４２２の間の部位４２５は、実質的に真っ直ぐな部位すなわち直線形状をなすストレート部４２５となっている。

さらに、アウターリード４２の他面のうち第２の曲げ部４２２よりも先端部に位置する面４２３は、半導体装置１００をプリント基板２００に実装したときにプリント基板２００に対向する面であり、プリント基板２００に対して、はんだ２１０を介して接続される面４２３である。

そして、アウターリード４２の一面のうちこの接続面４２３とは反対側の面４２４は、検査面４２４である。この検査面４２４は、上述したように、当該半導体装置１００をプリント基板２００へ実装した後において行われる外観検査にて、レーザ照射される面として構成される。

ここで、図２、図３に示されるように、本実施形態のリードフレーム４０は、たとえば銅系金属や鉄系金属などの通常のリードフレーム材料を母材４０ａとしており、その母材４０ａの表面に、各種のメッキ膜４０ｂ、４０ｃ、４０ｄおよび４０ｅが形成されたものである。

なお、図３において各メッキ膜４３１、４３２の表層側に位置する２つの層４０ｄ、４０ｅすなわちＰｄメッキ膜４０ｄおよびＡｕメッキ膜４０ｅは、その下側のメッキ膜４０ｂ、４０ｄに比べて非常に薄い膜であるため、図２（ａ）では、１つのメッキ膜Ｐｄ／Ａｕメッキ膜４０ｄｅとして示してある。

たとえば、本例のリードフレーム４０では、母材４０ａは銅よりなる板材であり、その板厚は０．１２５ｍｍ〜０．２５ｍｍ程度、幅は０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ程度とすることができる。また、メッキ膜４０ｂ〜４０ｅは、リードフレームの素材板をエッチングやスタンピングなどで、リードフレーム形状にパターニングした後、メッキ処理することで形成されるものである。

ここで、リードフレーム４０におけるインナーリード４１は、母材４０ａおよびこの母材４０ａの表面に形成され母材４０ａの表面よりも粗化された粗化メッキ膜４０ｃにより構成された粗化部４０１となっている。また、リードフレーム４０におけるアウターリード４２のうち検査面４２４は、粗化部４０１よりも表面が平坦な非粗化部４０２となっている。

このように、本実施形態のリードフレーム４０においては、インナーリード４１における樹脂密着性を確保しつつ、アウターリード４２における外観検査の容易性を確保するために、１つのリードフレーム４０に粗化部４０１と非粗化部４０２とを同居させた構成としている。

さらに、本実施形態においては、図２に示されるように、粗化部４０１は、インナーリード４１からアウターリード４２に渡って連続して設けられている。そして、アウターリード４２における粗化部４０１の終点、すなわち、アウターリード４２における粗化部４０１と非粗化部４０２との境界４０３は、第１の曲げ部４２１と第２の曲げ部４２２との間の部位４２５に設定されている。

本実施形態では、上述したように、第１および第２の曲げ部４２１、４２２の間の部位４２５は、真っ直ぐな部位であるストレート部４２５であり、このストレート部４２５に上記粗化部４０１と非粗化部４０２との境界４０３が位置している。

本実施形態では、図２（ａ）や図３（ａ）に示されるように、リードフレーム４０における粗化部４０１のメッキ膜４３１の構成は、母材４０ａ側から順に、非粗化Ｎｉメッキ膜４０ｂ、この非粗化Ｎｉメッキ膜４０ｂよりも表面が粗化された粗化Ｎｉメッキ膜４０ｃ、Ｐｄメッキ膜４０ｄ、Ａｕメッキ膜４０ｅよりなる。

ここで、この粗化部４０１におけるメッキ膜４３１すなわち非粗化Ｎｉメッキ／粗化Ｎｉメッキ／Ｐｄメッキ／Ａｕメッキよりなる積層メッキ膜４３１の厚みは、それぞれ、非粗化Ｎｉメッキ膜４０ｂが０．３μｍ〜１．５μｍ、粗化Ｎｉメッキ膜４０ｃが０．３μｍ〜１．５μｍ、Ｐｄメッキ膜４０ｄが０．００２μｍ〜０．０２μｍ、Ａｕメッキ膜４０ｅが０．００２μｍ〜０．０２μｍである。

また、図２（ａ）や図３（ｂ）に示されるように、非粗化部４０２のメッキ膜４３２の構成は、母材４０ａ側から順に、非粗化Ｎｉメッキ膜４０ｂ、Ｐｄメッキ膜４０ｄ、Ａｕメッキ膜４０ｅよりなる。

ここで、この非粗化部４０２におけるメッキ膜４３２すなわち非粗化Ｎｉメッキ／Ｐｄメッキ／Ａｕメッキよりなる積層メッキ膜４３２の厚みは、非粗化Ｎｉメッキ膜４０ｂが０．３μｍ〜１．５μｍ、Ｐｄメッキ膜４０ｄが０．００２μｍ〜０．０２μｍ、Ａｕメッキ膜４０ｅが０．００２μｍ〜０．０２μｍである。

これら粗化部４０１および非粗化部４０２における各メッキ膜４３１、４３２は、一般的なメッキ方法により形成できるものであり、電気メッキまたは無電解メッキのいずれの方法で形成してもよい。

また、粗化部４０１を構成する粗化Ｎｉメッキ膜４０ｃは、図３（ａ）に示されるように、その表面に凹凸を形成したものである。この粗化Ｎｉメッキ膜４０ｃの粗化方法は公知である。たとえば、Ｎｉメッキのメッキ成膜時にメッキ条件や薬液成分を調整することなどにより粗化Ｎｉメッキ膜４０ｃを形成できる。

ここで、非粗化部４０２の表面すなわち非粗化部４０２におけるＰｄ／Ａｕメッキ膜４０ｄｅの表面（つまりＡｕメッキ膜４０ｅの表面）は、母材４０ａの表面の粗さを実質的に承継しており、その比表面積は１．２３以下である。具体的には、非粗化部４０２の比表面積は、１．０５程度である。

また、上述したが、粗化部４０１は、母材４０ａ表面よりも粗化された表面を持つものである。そして、その比表面積すなわち粗化部４０１におけるＰｄ／Ａｕメッキ膜４０ｄｅの表面（つまりＡｕメッキ膜４０ｅの表面）の比表面積は１．３３以上である。

ただし、非粗化部４０２については、比表面積が１．２３以下であれば粗化されていてもよい。この場合は、Ｎｉメッキ膜のメッキ条件を変えるという公知の方法によって、粗化の大小を調節できることから、非粗化部４０２における非粗化Ｎｉメッキ膜４０ｂを、多少粗化したものとすればよい。

つまり、本実施形態では、図２、図３に示されるように、非粗化メッキ膜４０ｂおよびＰｄメッキ膜４０ｄ、Ａｕメッキ膜４０ｅは、粗化部４０１および非粗化部４０２の両方、すなわちリードフレーム４０の表面全体に渡って設けられており、粗化部４０２は、非粗化メッキ膜４０ｂとＰｄメッキ膜４０ｄとの間に、粗化Ｎｉメッキ膜４０ｃを介在させた構成である。

なお、上記した比表面積は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により測定することができる。図４は、粗化部４０１におけるリードフレーム４０の表面形状を模式的に示す図であり、ＡＦＭで観察した像を模式化したものである。

図４に示されるように、粗化されたリードフレーム４０の表面は、鋭い三角錐の突起が上方に向かっている凹凸形状となっている。そして、比表面積は、この凹凸面の表面積を表面が平坦である場合のリードフレーム４０の表面積で割った値である。

具体的には、比表面積は、図４中の長さｘの辺と長さｙの辺からなる四角形の面積（ｘ×ｙ）を用い、この四角形内の凹凸面の表面積を（ｘ×ｙ）で除した比率として表すことができる。このような比表面積は、原子間力顕微鏡の画像処理を行うことで求めることができる。

次に、本実施形態の樹脂封止型半導体装置１００の製造方法について、説明する。まず、リードフレーム４０の母材４０ａをエッチングやスタンピングなどで、リードフレーム形状にパターニングした後、メッキ処理を行う。

このメッキ処理では、まず、リードフレーム４０の母材４０ａの全域に、非粗化Ｎｉメッキ膜４０ｂを形成する。その後、上記した粗化部４０１および非粗化部４０２を形成するため、粗化Ｎｉメッキ膜４０ｃを部分的に形成する。この部分的なメッキはマスクを用いた方法により行うことができるが、その一例を図５に示す。

図５（ａ）に示されるように、合致することにより内部にキャビティを形成する第１の金型５１０および第２の金型５２０を用いる。これら両金型５１０および５２０の内面それぞれゴム膜５０１が固定されるとともに、粗化Ｎｉメッキ膜４０ｃを形成する部位に対応して開口する開口部５１１、５２１が設けられている。この開口部５１１、５２１により上記キャビティが構成される。

そして、第１の金型５１０には、メッキ液を貯留するタンク５００が供給路５１２を介して連結され、第２の金型５２０には、排出路５２２が連結されている。これら供給路５１２および排出路５２２には、メッキ液の供給量、排出量を調節するバルブ５１３、５２３が介在設定されている。

そして、図５（ｂ）に示されるように、第１の金型５１０と第２の金型５２０とをリードフレーム４０を挟んで合致させた状態で、上記開口部５１１、５２１よりなるキャビティ内へ、タンク５００からメッキ液を供給する。なお、メッキ液は、図５（ｂ）中の点ハッチングに示す。

それにより、リードフレーム４０のうち開口部５１１、５２１に位置する部位は、上記した粗化Ｎｉメッキ膜４０ｃが形成されて粗化部４０１となり、それ以外の部位は、ゴム膜５０１によってマスキングされているため粗化メッキ膜４０ｃが形成されず、非粗化部４０２となる。使用後のメッキ液は排出路５２２から排出される。なお、図５（ｂ）では粗化Ｎｉメッキ膜４０ｃの形成工程ではあるが、最終的に粗化部４０１、非粗化部４０２となる部分には、符号４０１、４０２を付してある。

こうして粗化Ｎｉメッキ膜４０ｃをリードフレーム４０に部分的に形成した後、リードフレーム４０の全面にＰｄメッキ膜４０ｄ、Ａｕメッキ膜４０ｅを順次形成することにより、上記図２（ａ）に示したような粗化部４０１と非粗化部４０２とが形成されたリードフレーム４０ができあがる。

なお、本実施形態では、図示しないが、上記アイランド部１０は、リードフレーム４０に一体に連結されたものであって最終的にはカット工程で分断されるものであり、このリードフレーム４０のメッキ工程によって、アイランド部１０の表面も粗化部４０１となっている。

次に、このリードフレーム４０と、アイランド部１０に搭載された半導体チップ３０との間でワイヤボンディングを行ってボンディングワイヤ５０によって互いを電気的に接続する。その後、これら半導体チップ３０、ボンディングワイヤ５０およびリードフレーム４０をモールド樹脂６０で封止する。

その後、リードフレーム４０のうちモールド樹脂６０から突出する部位であるアウターリード４２を、プレス加工により切り離し、さらに曲げ加工を施す。このリードフレーム４０の成形工程について、図６を参照して説明する。

まず、図示しないパンチなどにより、タイバーにて連結されたアウターリード４２を切り離す。続いて、図６に示されるように、リード成形用パンチ６００、リード成形用アッパーアンビル６１０、リード成形用ダイ６２０を用いて、アウターリード４２の曲げ加工を行う。

この曲げ加工は、図６（ａ）に示されるように、リード成形用アッパーアンビル６１０およびリード成形用ダイ６２０により、アウターリード４２を押さえておき、図６（ｂ）に示されるように、アウターリード４２のうちこの押さえられている部位よりも外側の部位を、リード成形用パンチ６００によって押し曲げることで行える。

こうして、本実施形態の半導体装置１００ができあがる。そして、この半導体装置１００は、アウターリード４２の先端部の接続面４２３において、はんだ２１０を介してプリント基板２００上に接続されることで実装され、上記図１に示される状態となる。その後、アウターリード４２の検査面４２４にて従来と同様の外観検査を行い、実装の確認を行う。

ところで、本実施形態では、上述したように、粗化部４０１と非粗化部４０２との境界４０３を、アウターリード４２のうち第１の曲げ部４２１と第２の曲げ部４２２との間の部位であるストレート部４２５に設定し、インナーリード４１からこの境界４０３まで連続して粗化部４０１を設けている。そのため、インナーリード４１全体を確実に粗化部４０１とすることができ、樹脂密着性の確保がなされる。

ここで、本実施形態では、上述したように、粗化部４０１の粗化レベルは確実にモールド樹脂６０と密着するような比表面積（１．３３以上）に設定してあるため、高い信頼性をもつ樹脂封止型半導体装置を提供できる。粗化部４０１の比表面積を１．３３以上とした根拠について述べる。

図７は、粗化部４０１の比表面積ＳＡとインナーリード４１の樹脂剥離発生率（％）との関係を実験により求めた結果を示す図である。

これは、インナーリード４１の粗化レベルすなわち粗化部４０１の比表面積を変えた樹脂封止型半導体装置１００を試作し、これに吸湿させてから高温リフローにかけたときにインナーリード４１に樹脂剥離が発生した割合を示したものである。このときの条件は、吸湿が３０℃、７０％、２６４時間であり、高温リフローが２６３℃（２回）であり、試験のｎ数は１０台、パッケージ種類はＳＯＰ２４ピンである。

この図７に示される結果から、粗化部４０１の比表面積が１．３３を下回ってから急激に剥離が発生していることがわかる。また、粗化部４０１の比表面積が１．３３以上では剥離発生率は０である。つまり、比表面積１．３３以上に粗化してやれば、剥離はしないということがいえる。

次に、外観検査におけるリード認識性については、本実施形態では、上記図２などに示したように、アウターリード４２の検査面４２４を非粗化部４０２としているため、問題なくアウターリード４２の認識を行うことができ、レーザによる自動外観検査を滞りなく実施することができる。

本実施形態では、上述したように、非粗化部４０２の粗化レベルを、確実にアウターリード４２が認識できるような比表面積（１．２３以下）に設定してある。このように非粗化部４０２の比表面積を１．２３以下とした根拠について述べる。

図８は、アウターリード４２の検査面４２４の比表面積ＳＡと外観検査時のアウターリード４２に対するリード認識エラー発生率（％）との関係を実験により求めた結果を示す図である。

これは、アウターリード４２における検査面４２４の粗化レベルすなわち非粗化部４０２の比表面積を変えた樹脂封止型半導体装置１００を試作し、実際に自動外観検査装置に通して認識エラーが発生した割合を示したものである。

この図８に示される結果から、非粗化部４０２の比表面積が１．２３を上回ってから急激に認識エラーが発生していることがわかる。また、非粗化部４０２の比表面積が１．２３以下では、認識エラー発生率は０である。つまり、比表面積１．２３以下の粗化レベルに抑えてやれば、所定のレーザ反射率が得られ認識エラーの発生を防止できる。

また、本実施形態では、上記粗化部４０１と非粗化部４０２との境界４０３を、アウターリード４２のうち第１の曲げ部４２１と第２の曲げ部４２２との間の部位４２５に設定することで、アウターリード４２におけるメッキ剥離を極力防止することができる。このような構成としたのは、本発明者が実施した実験検討により得られた結果を根拠とするものである。次にその検討の一例を具体的に述べる。

通常、メッキ膜のような被膜の応力は、端部にて最大となる。このことから、もし、粗化部４０１と非粗化部４０２との境界４０３を、リードフレームの曲げ部４２１、４２２に位置するように設定すると、リードフレームの曲げ時に引き剥がし応力が加わり、当該境界４０３を起点に、粗化部４０１のメッキ膜４３１の剥離が発生し、市場の熱ストレスにて剥離が伸展し、メッキが脱落する。

したがって、当該境界４０３を、曲げ部に掛からないようにモールド樹脂６０の外形線から第１の曲げ部４２１の間に設定すること考えられる。しかし、上述したように、メッキの製造上の公差を考慮すると、この間に境界４０３を設定することが困難なパッケージも存在する。

このような場合を含めて、本実施形態では、境界４０３を第１の曲げ部４２１と第２の曲げ部４２２との間に設定することにより、リードフレーム４０の曲げ時にも、曲げによる引き剥がし応力が境界４０３に対して加わることがなく、剥れを抑制することができると考えた。

そして、実際に、粗化部４０１と非粗化部４０２との境界４０３の位置を、モールド樹脂６０の外形線から第２の曲げ部４２２まで変化させたときの、粗化部４０１のメッキ膜４３１の剥離状態を調べた。

ここで、境界４０３の位置は、アウターリード４２に沿ったモールド樹脂６０の外形線からの沿面距離であるが、わかりやすくするため、図９には、曲げ加工前のリードフレーム４０を示し、このリードフレーム４０においてモールド樹脂６０の外形線から境界４０３までの距離Ｌを、境界４０３の位置として表している。

本例では、この図９において、モールド樹脂６０の外形線から第１の曲げ部４２１の中心までの距離ａが０．７２ｍｍ、第２の曲げ部４２２の中心までの距離ｂが２．０５ｍｍとした。

そして、この図９において、モールド樹脂６０の外形線から境界４０３までの距離Ｌを変えて、粗化部４０１のメッキ膜４３１の剥離状態、および、リードフレームの曲げ加工時に境界部４０３にて当該メッキ膜４３１の端部に加わる応力（メッキ膜印加応力）を調べた。

ここで、剥離状態は顕微鏡などを用いた目視観察にて行い、メッキ膜印加応力は有限要素法解析にて計算で求めた。その結果を図１０に示す。ここで、図１０は、上記距離Ｌ（単位：ｍｍ）と剥離状態およびメッキ膜印加応力（単位：ＭＰａ）との関係を示す図である。図１０中、黒丸プロットは粗化部４０１のメッキ膜４３１に剥離が発生したもの、黒三角プロットは剥離が発生しなかったものである。

上記図９において、モールド樹脂６０の外形線から第１の曲げ部４２１の中心と第２の曲げ部４２２の中心との中央部までの距離は、１．３８５ｍｍであるが、図１０に示されるように、上記距離Ｌが１．３８５ｍｍ±０．４ｍｍの範囲では、メッキ膜４３１の剥離は発生しなかった。この範囲は、上述したストレート部４２５の範囲である。

また、上述したように、一般的なマスクメッキの製造上の公差は±０．３ｍｍ程度であり、これを考慮して、メッキを行う場合には、モールド樹脂６０の外形線から１．３８５ｍｍ±０．１ｍｍの位置に境界４０３が来るように、狙ってメッキを行えばよい。

それによれば、境界４０３をストレート部４２５の範囲に確実に設定することができる。ただし、マスクメッキの公差の精度が上がり、公差範囲が縮小された場合には、それに応じて境界４０３の狙いの範囲が拡大する。

また、図１０に示されるように、本実施形態における境界４０３の位置の範囲においては、メッキ膜印加応力が、おおよそ３０ＭＰａ以下であれば、メッキ膜４３１が剥離しないことがわかった。このことから、境界４０３の設定位置は、アウターリードのうちメッキ膜印加応力が３０ＭＰａ以下となる部分であればよい。

また、上記境界４０３は、リードフレーム４０の一面と他面とで同一ラインとすることが望ましい。そうすることで、メッキ処理を行うときに、マスク押さえをリードフレーム４０の一面と他面との同一箇所で行える。そのため、片押さえ等による押さえ力不足や押え力のばらつきが生じにくく、メッキ液のマスク面への漏れ出し等が抑制できるため、位置精度に優れたメッキを行うことができる。

このように、本実施形態の樹脂封止型半導体装置１００によれば、粗化部４０１と非粗化部４０２との境界４０３を、アウターリード４２のうち第１の曲げ部４２１と第２の曲げ部４２２との間の部位４２５に設定し、インナーリード４１からこの境界４０３まで連続して粗化部４０１を設けているため、インナーリード４１全体の樹脂密着性の確保とアウターリード４２におけるメッキ剥離の防止とを両立することができる。

さらに、本実施形態では、第１の曲げ部４２１にて粗化部４０１のメッキ膜４３１にクラックが発生したとしても、そのクラックがリードフレーム４０の母材４０ａにまで到達しないように、粗化部４０１のメッキ膜４３１について望ましい膜厚を提供する。

従来の一般的な粗化メッキ膜は、リードフレームの母材（Ｃｕなど）の上に、直接、本実施形態と同様の粗化Ｎｉメッキ膜、Ｐｄメッキ膜、Ａｕメッキ膜を積層してなるものである。

それに対して、本実施形態の粗化部４０１のメッキ膜４３１は、母材４０ａの上に、非粗化Ｎｉメッキ膜４０ｂを形成してから、その上に粗化Ｎｉメッキ膜４０ｃ、Ｐｄメッキ膜４０ｄ、Ａｕメッキ膜４０ｅを積層してなるものである。

図１１は、従来の一般的な粗化メッキ膜（図中の白丸プロット）と本実施形態の粗化部４０１のメッキ膜４３１（図中の黒丸プロット）とについて、膜厚（μｍ）と、第１の曲げ部においてリードフレームの母材に発生したクラックの長さ（母材クラック長さ、単位：μｍ）との関係を調査した結果を示す図である。膜厚は、積層膜よりなるメッキ膜の総膜厚であり、母材クラック長さは断面ＳＥＭ観察にて求めた。

図１１に示されるように、従来の粗化メッキ膜では、膜厚が１．７μｍ以上の場合に、リード曲げ加工時に曲げ部にて粗化メッキ膜に発生したクラックから、母材にクラックが伸展する。これを防止するためには、膜厚を１．５μｍ以下にする必要がある。一方、本実施形態の粗化部４０１のメッキ膜４３１では、膜厚を３．２μｍ以下とすれば、メッキクラックから母材に伸展するクラックが発生せしないことがわかる。

ただし、本実施形態の粗化部４０１のメッキ膜４３１においては、非粗化Ｎｉメッキ膜４０ｂは、母材４０ａであるＣｕの拡散を抑制する役割があるため、例えばプリント基板実装時の温度が２６０℃においてもＣｕの拡散を防ぐことができるような膜厚が必要である。このようなことから非粗化Ｎｉメッキ膜４０ｂの膜厚としては、最低０．３μｍ以上が必要である。

また、本実施形態の粗化部４０１のメッキ膜４３１において、粗化Ｎｉメッキ膜４０ｃの比表面積を高い値で安定的に製造するためには、粗化Ｎｉメッキ膜４０ｃの膜厚は最低０．８μｍ以上が必要である。

また、本発明者は、第１の曲げ部４２１の曲げ角度についても検討を行った。図１２は、上記した従来の一般的な粗化メッキ膜（図中の白丸プロット）と本実施形態の粗化部４０１のメッキ膜４３１（図中の黒丸プロット）とについて、リード曲げ加工時の曲げ半径（ｍｍ）と、上記母材クラック長さ（単位：μｍ）との関係を調査した結果を示す図である。

従来の粗化メッキ膜では、膜厚を１．７μｍとした場合、リード曲げ加工時の曲げ半径０．２ｍｍにて、リードフレームの曲げ加工を行った際に、メッキクラックから母材にクラックが伸展し、パッケージの保持性を悪化させていた。

一方、本実施形態の粗化部４０１のメッキ膜４３１の構成、すなわち非粗化Ｎｉ／粗化Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕのメッキ構成によれば、メッキ膜４３１の総膜厚を３．２μｍとした場合において、リード曲げ加工時の曲げ半径を０．２ｍｍとしても、メッキクラックから母材に伸展するクラックの発生は見られず、高い信頼性を維持することができた。

ただし、曲げ半径が大きい場合、モールド樹脂６０よりも下側（つまりプリント基板側）にアウターリード４２の実装面４２３が位置するように曲げ加工する必要があるため、曲げ半径が小さい場合に比べて、アウターリード４２を含めた半導体装置のサイズが大きくなってしまう。したがって、半導体装置のサイズを極力変えずに曲げ半径を大きくする場合、加工上の制約により、最大でも０．４ｍｍが限界となる。

（他の実施形態）
なお、粗化部と非粗化部との境界は、アウターリードのうち第１の曲げ部と第２の曲げ部との間の部位にあればよいが、これら第１および第２の両曲げ部が、当該両曲げ部の間の部位としての真っ直ぐな部位を介さずに隣接していてもよい。この場合には、第１および第２の両曲げ部の間の部位とは、当該曲げ部の境界であり、粗化部と非粗化部との境界は、当該曲げ部の境界に設定される。

また、上記した実施形態では、アウターリード４２は、モールド樹脂６０側の根元部と検査面４２４との中間部に２箇所曲げられ、第１の曲げ部４２１および第２の曲げ部４２２を有する形状となっていたが、アウターリード４２における曲げ部は、モールド樹脂６０側の根元部と検査面４２４との中間部に少なくとも２箇所あればよい。

つまり、半導体装置がプリント基板上に実装可能であり、アウターリードが上記検査面を有して適切に外観検査が行われるものであれば、アウターリードにおける曲げ部は３箇所以上でもよい。つまり、アウターリードにおいて、第１の曲げ部および第２の曲げ部よりもアウターリードの先端部側に、さらに１箇所以上の曲げ部があってもよい。

また、モールド樹脂６０内における半導体チップ３０とリードフレーム４０との電気的な接続形態は、上記した各図に限定されるものではなく、種々の形態が可能である。また、粗化メッキ膜は、Ｎｉよりなる粗化Ｎｉメッキ膜以外でもよい。

本発明の実施形態に係る樹脂封止型半導体装置の概略断面図である。 （ａ）は図１中のモールド樹脂の外形線近傍部におけるリードフレームの拡大概略断面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるリードフレーム４０の概略平面図である。 （ａ）は、リードフレームにおける粗化部の詳細形状を示す模式的断面図であり、（ｂ）は、リードフレームにおける非粗化部の詳細形状を示す模式的断面図である。 粗化部の表面形状を模式的に示す図である。 粗化メッキ膜の部分メッキ方法を示す工程図である。 リードフレームの曲げ加工方法を示す工程図である。 粗化部の比表面積と樹脂剥離発生率（％）との関係を示す図である。 検査面の比表面積と外観検査時のリード認識エラー発生率との関係を示す図である。 曲げ加工前のリードフレームにおいてモールド樹脂の外形線からの境界の距離Ｌを表す図である。 距離Ｌと剥離状態およびメッキ膜印加応力との関係を示す図である。 従来と実施形態の粗化メッキ膜について、膜厚と母材クラック長さの関係を調査した結果を示す図である。 従来と実施形態の粗化メッキ膜について、リード曲げ加工時の曲げ半径と母材クラック長さとの関係を調査した結果を示す図である。

符号の説明

３０…半導体素子としての半導体チップ、４０…リードフレーム、
４０ａ…リードフレームの母材、４０ｂ…非粗化Ｎｉメッキ膜、
４０ｃ…粗化メッキ膜としての粗化Ｎｉメッキ膜、４１…インナーリード、
４２…アウターリード、６０…モールド樹脂、２００…プリント基板、
４０１…粗化部、４０２…非粗化部、４０３…粗化部と非粗化部との境界、
４２１…第１の曲げ部、４２２…第２の曲げ部、４２４…アウターリードの検査面、
４２５…第１の曲げ部と第２の曲げ部との間の部位としてのストレート部。

Claims (2)

1. 互いに電気的に接続された半導体素子（３０）とリードフレーム（４０）とがモールド樹脂（６０）で封止されてなり、
   前記リードフレーム（４０）におけるインナーリード（４１）は、母材（４０ａ）とこの母材（４０ａ）の表面に形成され前記母材（４０ａ）の表面よりも粗化された粗化メッキ膜（４０ｃ）とにより構成された粗化部（４０１）となっており、
   前記リードフレーム（４０）におけるアウターリード（４２）の先端部には、プリント基板（２００）への実装後における外観検査が行われる検査面（４２４）が設けられており、この検査面（４２４）は、前記粗化部（４０１）よりも表面が平坦な非粗化部（４０２）となっている樹脂封止型半導体装置において、
   前記アウターリード（４２）は、前記モールド樹脂（６０）側の根元部側と前記検査面（４２４）との中間部にて、少なくとも２箇所曲げられた形状となっており、
   前記アウターリード（４２）のうち前記モールド樹脂（６０）に最も近い箇所において曲げられた部位を第１の曲げ部（４２１）とし、前記第１の曲げ部（４２１）から数えて前記モールド樹脂（６０）側から２番目の曲げられた部位を第２の曲げ部（４２２）としたとき、
   前記検査面（４２４）は、前記アウターリード（４２）のうち前記第２の曲げ部（４２２）よりも先端部側に位置しており、
   前記粗化部（４０１）は、前記インナーリード（４１）から前記アウターリード（４２）に渡って連続して設けられるとともに、前記アウターリード（４２）における前記粗化部（４０１）と前記非粗化部（４０２）との境界（４０３）は、前記アウターリード（４２）のうち前記第１の曲げ部（４２１）と前記第２の曲げ部（４２２）との間の部位（４２５）に設定されていることを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
2. 前記粗化部（４０１）は、非粗化ニッケルメッキ膜（４０ｂ）の上に前記粗化メッキ膜としての粗化ニッケルメッキ膜（４０ｃ）が積層された構成を有することを特徴とする請求項１に記載の樹脂封止型半導体装置。

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