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JPS5936425B2 - Lead frame structure with intermediate layer - Google Patents

Lead frame structure with intermediate layer

Info

Publication number
JPS5936425B2
JPS5936425B2 JP14971377A JP14971377A JPS5936425B2 JP S5936425 B2 JPS5936425 B2 JP S5936425B2 JP 14971377 A JP14971377 A JP 14971377A JP 14971377 A JP14971377 A JP 14971377A JP S5936425 B2 JPS5936425 B2 JP S5936425B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
alloy
lead frame
layer
plating layer
plating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP14971377A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5481777A (en
Inventor
知幸 古山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Gakki Co Ltd
Original Assignee
Nippon Gakki Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Gakki Co Ltd filed Critical Nippon Gakki Co Ltd
Priority to JP14971377A priority Critical patent/JPS5936425B2/en
Publication of JPS5481777A publication Critical patent/JPS5481777A/en
Publication of JPS5936425B2 publication Critical patent/JPS5936425B2/en
Expired legal-status Critical Current

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  • Lead Frames For Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、IC)トランジスタ、ダイオード等の半導
体装置用リードフレームに関し、特にCu基質金属基板
にAgメッキ層を設けるに先立つて、Niメッキ層およ
び合金メッキ層を設けることにより、特にAgメッキ層
の厚みが薄いときのリードフレームの半田付性を改良せ
んとするものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to lead frames for semiconductor devices such as IC transistors and diodes, and in particular provides a Ni plating layer and an alloy plating layer prior to providing an Ag plating layer on a Cu base metal substrate. This is intended to improve the solderability of lead frames, especially when the thickness of the Ag plating layer is thin.

IC等の半導体装置のパッケージを製造するに際して、
Si等の半導体装置の素子(以下、単に「半導体素子」
または「素子」という)と、外部端子を形成するリード
フレームを、Au、Al等の細線で結線(ワイヤーボン
ディング)することが多い。
When manufacturing packages for semiconductor devices such as ICs,
Elements of semiconductor devices such as Si (hereinafter simply referred to as "semiconductor elements")
(also referred to as an "element") and a lead frame forming an external terminal are often connected (wire bonding) with a thin wire made of Au, Al, or the like.

このリードフレームとしては、従来、ガラス、セラミッ
クとの封着の必要上、コバール(Fe−Ni−Co合金
)、42合金(Fe−Ni合金)など熱膨張特性がガラ
スに近似する素材が用いられてきた。しかし、近年、パ
ッケージ材料として安価なプラスチック材料が用いられ
始めたのに伴い、リードフレーム用素材も高価なコバー
ルや4゛2合金に限定する必要がなくなつた。そして、
安価でしかも熱伝導性の良いCuやCu合金(リン青銅
、Cu−Sn合金、Cu−Fe合金等)を素材とする基
板に、AuやAgメッキ、特に安価なAgメッキをした
リードフレームが用いられている。また、この場合、更
に経済性を改善する目的でAgメッキ層を薄くすること
も試みられている。しかし、リードフレーにおいて要求
される基本的特性の一つとして、リードフレームとプリ
ント基板と結合のための半田付性があるところ、上記し
たようにCu系金属基板上に設けるAgメッキ層を薄く
し過ぎると、リードフレームの半田付性が低下する難点
がある。
Conventionally, materials with thermal expansion characteristics similar to glass, such as Kovar (Fe-Ni-Co alloy) and 42 alloy (Fe-Ni alloy), have been used for this lead frame due to the need for sealing with glass and ceramic. It's here. However, in recent years, as inexpensive plastic materials have begun to be used as package materials, it is no longer necessary to limit lead frame materials to expensive Kovar and 4゛2 alloys. and,
A lead frame with Au or Ag plating, especially inexpensive Ag plating, is used on a board made of inexpensive and thermally conductive Cu or Cu alloy (phosphor bronze, Cu-Sn alloy, Cu-Fe alloy, etc.). It is being In this case, attempts have also been made to make the Ag plating layer thinner in order to further improve economic efficiency. However, one of the basic characteristics required for a lead frame is solderability for connecting the lead frame and printed circuit board, and as mentioned above, the Ag plating layer provided on the Cu-based metal substrate must be made thinner. If it is too long, there is a problem that the solderability of the lead frame deteriorates.

本発明者らの研究によれば、この原因はAg層が薄くな
ると、その下層のCuがAg表面に一部拡散して露出し
酸化するためである。特にリードフレームは、半導体素
子(si)とリードフレーム基板のボンディング:Au
等のリード線のボンディング;あるいはボンディング後
にプラスチック等のパッケージ被せる段階等の、半導体
装置パッケージ製造工程での加熱により熱酸化を起しや
すい状態になるため、特にこの点が問題となる。またA
gメッキ層を薄くすると、ピンホールの残存も問題とな
り、Cuの表出の可能性は高くなる。そしてこのように
Cuが一部酸化している所に半田を適用すると、Agは
半田中への溶解速度が非常に大きいため、実際に半田付
強度に寄与するCu系金属への半田の付着が悪くなるの
である。本発明者らは上述の知見をもとにして更に研究
を進めた結果、Sn−Ni合金およびSn−Co合金は
、熱酸化後も良好な半田付性を有するので、Cu基質金
属基板を一旦NiメッキしてCuの拡散を防止し、更に
上記合金層を設けて半田付性を改良し、その上から表面
Ag層を設けることにより、Cu系金属基板を用いつつ
、Agメッキ層の厚みを薄くしてもリードフレームの熱
酸化による半田付性の低下を著しく緩和できることを見
出した。
According to research conducted by the present inventors, the reason for this is that when the Ag layer becomes thinner, some of the underlying Cu is diffused into the Ag surface, exposed, and oxidized. In particular, for the lead frame, the bonding between the semiconductor element (Si) and the lead frame substrate: Au
This is a particular problem because thermal oxidation is likely to occur due to heating during the manufacturing process of semiconductor device packages, such as bonding of lead wires such as lead wires, or the step of covering the package with plastic or the like after bonding. Also A
When the g-plating layer is made thinner, the remaining pinholes become a problem, and the possibility of Cu exposure increases. When solder is applied to a place where Cu is partially oxidized, Ag dissolves into the solder at a very high rate, so the adhesion of the solder to the Cu-based metal, which actually contributes to soldering strength, is reduced. It gets worse. As a result of further research based on the above findings, the present inventors found that Sn-Ni alloy and Sn-Co alloy have good solderability even after thermal oxidation. By plating with Ni to prevent Cu diffusion, further providing the above alloy layer to improve solderability, and then providing a surface Ag layer on top of that, it is possible to reduce the thickness of the Ag plating layer while using a Cu-based metal substrate. It has been found that even if the lead frame is thinned, the decrease in solderability due to thermal oxidation of the lead frame can be significantly alleviated.

本発明のリードフレームは、このような知見に基づくも
のであつて、Cu基質金属基板上に、Ni層と、Sn−
Ni合金およびSn−CO合金から選ばれた少くとも一
種の合金層と、表面Ag層とを順次に設けてなることを
特徴とするものである。以下、この発明を図面を参照し
つつ更に詳細に説明する。第1図は、ICの一例につい
てリードフレームと半導体素子の配置を示す平面図であ
り、リード1aに継がるステムIc上には半導体素子2
をアロイングしてあり、素子2上のエミツタ一、ベース
あるいはその他の入出力端子A,B,C,D等(一部の
み図示)はリードIb(5Au線3(一部のみ図示)に
より結線される。
The lead frame of the present invention is based on this knowledge, and includes a Ni layer and a Sn layer on a Cu base metal substrate.
It is characterized in that at least one type of alloy layer selected from Ni alloy and Sn-CO alloy and a surface Ag layer are sequentially provided. Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view showing the arrangement of a lead frame and a semiconductor element in an example of an IC. On a stem Ic connected to a lead 1a, a semiconductor element 2
The emitter, base, or other input/output terminals A, B, C, D, etc. (only partially shown) on the element 2 are connected by lead Ib (5Au wire 3 (only partially shown). Ru.

そして、1a,1b,Icが全体としてリードフレーム
を形成する。第2図および第3図は、それぞれ第1図の
一線および□−□線に沿つて取つた端面図であり、同様
にリードフレーム1と半導体素子2の相互配置ならびに
Au線3による結線状態を側方から示すものである。こ
の発明は、リードフレーム1a,Ib,Icの材質に関
するものである。
1a, 1b, and Ic collectively form a lead frame. 2 and 3 are end views taken along the line and the line □-□ in FIG. 1, respectively, and similarly show the mutual arrangement of the lead frame 1 and the semiconductor element 2 and the connection state by the Au wire 3. It is shown from the side. The present invention relates to the materials of lead frames 1a, Ib, and Ic.

第4図および第5図は、リードフレームの積層構造をた
とえば第3図の0部の拡大図として示すものであり、第
4図は従来例、第5図は本発明の積層構造の例を示す。
第4図に示すように従来のリードフレームは、Cu基質
金属基板4上にAgメツキ層5を直接形成したものであ
る。これに対し、第5図に示すこの発明の例では、Cu
基質金属基板4上に、まずNiメツキ層6、次いでSn
−Ni合金またはSn−CO合金のいずれかのメツキ層
(以下しばしば合金メツキ層という)T、更にAgメツ
キ層5を形成してなる。この発明において基板4の素材
は従来より提案されているCu基質金属、すなわち、C
u単独またはリン青銅、Cu−Sn合金、Cu−Fe合
金などが用いられる。
4 and 5 show the laminated structure of the lead frame, for example, as an enlarged view of part 0 in FIG. 3. FIG. 4 shows a conventional example, and FIG. show.
As shown in FIG. 4, the conventional lead frame has an Ag plating layer 5 directly formed on a Cu base metal substrate 4. As shown in FIG. On the other hand, in the example of this invention shown in FIG.
On the base metal substrate 4, first a Ni plating layer 6 and then a Sn plating layer 6 are formed.
-A plating layer T of either Ni alloy or Sn-CO alloy (hereinafter often referred to as an alloy plating layer) T, and further an Ag plating layer 5 are formed. In this invention, the material of the substrate 4 is a conventionally proposed Cu substrate metal, that is, C
U alone, phosphor bronze, Cu-Sn alloy, Cu-Fe alloy, etc. are used.

また合金メツキ層Tを形成する合金中のSn含※一※量
は、(1)Sn−Ni合金について10〜73%(重量
%、以下同じ)(2)Sn−CO合金について10〜8
0%である。
In addition, the Sn content *1 * amount in the alloy forming the alloy plating layer T is (1) 10 to 73% for Sn-Ni alloy (weight%, same hereinafter) (2) 10 to 8% for Sn-CO alloy
It is 0%.

上記において、Sn含量が下限未満では、半田付性が悪
化し、上限を超えると上記したようなIC製造工程での
加熱によりメツキ層Tが溶けるおそれが生ずる。好まし
い合金中のSn含有量の下限は25%であり、更に好ま
しくは35%である。通常Niメツキ層6は0.01〜
3μm)合金メツキ層Tは0.5〜3μM,Agメツキ
層5は0.5〜3μmの範囲の厚みで設ける。
In the above, if the Sn content is less than the lower limit, solderability will deteriorate, and if it exceeds the upper limit, there is a risk that the plating layer T will melt due to heating in the IC manufacturing process as described above. The lower limit of the Sn content in the preferred alloy is 25%, more preferably 35%. Usually the Ni plating layer 6 is 0.01~
3 μm) The alloy plating layer T has a thickness of 0.5 to 3 μm, and the Ag plating layer 5 has a thickness of 0.5 to 3 μm.

なお、Ni層6、合金層T,Ag層5については、メツ
キ層として上記したが、通常の電解メツキ以外にも真空
蒸着など任意の金属被膜形成手段が用いられることは明
らかであり、またこのような形成手段自体は周知のもの
であるので、改めてここに記載するまでもないことであ
ろう。
Although the Ni layer 6, alloy layer T, and Ag layer 5 are described above as plating layers, it is clear that any metal film forming means such as vacuum evaporation can be used other than ordinary electrolytic plating, and this Since such a forming means itself is well known, there is no need to describe it again here.

上述したようにこの発明によれば、半導体装置用リード
フレームにおいて、安価なCu基質金属基板を用い、そ
の上にNi層を設けてCuの表面への拡散を防止し、更
に新規な合金層を設けてから表面Ag層を設けることに
より、高価な表面Ag層の厚みを減少しても必要な半田
付性を良好に保つことが可能になる。
As described above, according to the present invention, in a lead frame for a semiconductor device, an inexpensive Cu-based metal substrate is used, a Ni layer is provided thereon to prevent diffusion of Cu to the surface, and a novel alloy layer is further formed. By providing the surface Ag layer after the formation, it becomes possible to maintain the necessary solderability even if the thickness of the expensive surface Ag layer is reduced.

したがつて半田付性の良好な・リードフレームが経済的
に提供される。以下実施例により、更に具体的にこの発
明を説明する。例 厚み0.254m露のCu基板および、これに厚み0.
5μmのNiメツキ層ならびにそれぞれ下表に記す素材
の厚み0.2μmの合金メツキ層を設けてなる大別して
三種の試験片に、それぞれ下表に記す厚みの表面Agメ
ツキ層を設けた。
Therefore, a lead frame with good solderability can be provided economically. The present invention will be explained in more detail below with reference to Examples. Example: A Cu substrate with a thickness of 0.254 m and a Cu substrate with a thickness of 0.254 m.
Three types of test specimens were provided with a 5 μm Ni plating layer and a 0.2 μm thick alloy plating layer of the materials shown in the table below, and each was provided with a surface Ag plating layer having the thickness shown in the table below.

これらの試験片を、それぞれ、ロジン系フラツクス中に
5秒間浸漬後、Sn6O%−Pb4O%の溶融半田(2
30℃)中に10秒間浸漬し、各試験片について半田の
付着度を顕微鏡で観察した。上表を見れば、従来のCu
基板に直接Agメツキしたリードフレームは、Agメツ
キ厚の低下と共に半田付着度が著しく低下するのに対し
て、この発明の合金中間層を用いる場合は、Agメツキ
厚が低下しても半田付着度の低下はきわめてわずかなこ
とが判る。
Each of these test pieces was immersed in a rosin flux for 5 seconds, and then molten solder of Sn6O%-Pb4O% (2
(30° C.) for 10 seconds, and the degree of solder adhesion of each test piece was observed using a microscope. If you look at the table above, conventional Cu
In a lead frame in which Ag plating is directly applied to the substrate, the degree of solder adhesion decreases significantly as the Ag plating thickness decreases, whereas when using the alloy intermediate layer of the present invention, the degree of solder adhesion decreases even if the Ag plating thickness decreases. It can be seen that the decrease in is extremely small.

【図面の簡単な説明】 第1図は、リードフレームと半導体素子の配置の一例を
示す平面図、第2図および第3図は、それぞれ第1図の
一線およびI−線に沿つて取つた端面図、第4図および
第5図は、それぞれ従来例およびこの発明の例について
、リードフレーム材質の積層構成を示す拡大断面図。 1・・・・・・リードフレーム(1a,Ib・・・・・
・リード,1c・・・・・・ステム)、2・・・・・・
半導体素子、3・・・・・・結線、4・・・・・・基板
層、5・・・・・・Ag層、6・・・・・・Ni層、7
・・・・・・合金層。
[Brief Description of the Drawings] Figure 1 is a plan view showing an example of the arrangement of a lead frame and a semiconductor element, and Figures 2 and 3 are plane views taken along line 1 and line I in Figure 1, respectively. The end view, FIG. 4, and FIG. 5 are enlarged cross-sectional views showing the laminated structure of lead frame materials for a conventional example and an example of the present invention, respectively. 1...Lead frame (1a, Ib...
・Lead, 1c... stem), 2...
Semiconductor element, 3... Connection, 4... Substrate layer, 5... Ag layer, 6... Ni layer, 7
...Alloy layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 Cu基質金属板上に、(1)Ni層と、(2)Sn
−Ni合金およびSn−Co合金から選ばれた少くとも
一種の合金層と、(3)表面Ag層とを順次に設けてな
る半導体機器用リードフレーム。
1 On a Cu substrate metal plate, (1) Ni layer and (2) Sn
- A lead frame for a semiconductor device, comprising at least one alloy layer selected from a Ni alloy and a Sn-Co alloy, and (3) a surface Ag layer.
JP14971377A 1977-12-13 1977-12-13 Lead frame structure with intermediate layer Expired JPS5936425B2 (en)

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JPS5481777A JPS5481777A (en) 1979-06-29
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Families Citing this family (7)

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JPS5481777A (en) 1979-06-29

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