專利名稱：引線框架及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體引線框架，尤其涉及具有改進的預(yù)處理工藝的引線框架和引線框架的電鍍方法。
半導(dǎo)體引線框架是半導(dǎo)體封裝以及半導(dǎo)體芯片的重要部件，連接半導(dǎo)體封裝的內(nèi)部及其外部并支撐半導(dǎo)體芯片。半導(dǎo)體引線框架通常通過沖壓工藝或腐蝕工藝制造而成。
通過兩種加工方法中一種方法制造的半導(dǎo)體引線框架根據(jù)安裝在基片上的類型有不同的結(jié)構(gòu)。


圖1是傳統(tǒng)半導(dǎo)體引線框架結(jié)構(gòu)的示意性平面圖。
參考附圖，半導(dǎo)體引線框架10包括管芯墊部件11，用于安裝半導(dǎo)體存儲芯片并靜態(tài)固定該芯片；通過引線鍵合與芯片相連接的內(nèi)部引線12；以及與外部電路相連接的外部引線13。
具有上述結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體引線框架10通過與半導(dǎo)體的其他部件例如存儲芯片裝配在一起形成半導(dǎo)體封裝。在裝配半導(dǎo)體封裝的過程中，為了改善半導(dǎo)體芯片和引線框架10的內(nèi)部引線12之間的引線鍵合特性和管芯墊部件11的可焊性，通常將具有預(yù)定特性的金屬材料鍍在管芯墊部件11和引線框架10的內(nèi)部引線12上。而且，為了改善在模壓樹脂保護層之后基片安裝的可焊性，在外部引線13的預(yù)定部分上鍍焊料(Sn-Pb)。
但是，在鍍焊料期間，鍍液頻繁侵入外部引線13的區(qū)域，這就需要額外的步驟去除鍍液的侵入。
為了解決這個問題，已建議一種預(yù)鍍框架(下文稱為PPF)方法，正如日本專利公開No.Showa63-2358所公開的。根據(jù)PPF方法，在半導(dǎo)體封裝工藝之前，預(yù)先制成由具有良好焊料潤濕性的材料制成的基片，以形成中間電鍍層。
如上所述，在預(yù)鍍的引線框架中，由于在薄板材的整個表面上都執(zhí)行電鍍，所以在電鍍之前完成預(yù)處理工藝。執(zhí)行預(yù)處理工藝是為了通過清潔和平整電鍍表面來改善鍍層之間的粘性。如果不完全完成預(yù)處理工藝，有時就會發(fā)生各種缺陷，例如鍍層出現(xiàn)剝皮或膨脹、斑點和光澤不均勻、鍍層粗糙或者出現(xiàn)針孔。
抑制上述缺陷發(fā)生的預(yù)處理工藝通常是電凈法，包括有機溶劑脫脂步驟、無機物脫脂步驟、酸浸沒步驟和沖洗步驟。而且，為了增大原材料和鍍層之間的表面粘性，在電凈法之后另外執(zhí)行電鍍，從而活化原材料表面。
電鍍工藝活化基底金屬的表面，增大了鍍鎳過程中鍍鎳層和基底金屬之間的界面鍵合程度。通過軋制制造的半導(dǎo)體引線框架原材料的制造應(yīng)力即使執(zhí)行開卷也未被完全清除，且局部微裂縫或局部應(yīng)力會存在于原材料表面上。
即使對基底金屬執(zhí)行脫脂工藝以清除原材料表面上出現(xiàn)的防蝕油或無機物，基底金屬上仍會留下微裂縫。如果在表面上執(zhí)行傳統(tǒng)的多層鍍，則鍍層表面就變得相對平整。但是，如果為了將半導(dǎo)體安裝在基片上而彎折引線框架，則由于彎折工藝增大了留在基底金屬表面上的應(yīng)力和微裂縫，使微裂縫增大，造成沉積在基底金屬表面上的鍍層裂縫，從而導(dǎo)致基底金屬的腐蝕和氧化。而且，即使微裂縫部分和殘余部分被鍍層，微裂縫部分也不能完全被鍍且可留下氣孔。如果氣孔暴露在惡劣條件下，例如在半導(dǎo)體制造工藝中施加熱，則由于微裂縫而加速了腐蝕。此外，由于半導(dǎo)體電路連續(xù)操作而引起的內(nèi)熱也可以發(fā)生引線框架原材料的腐蝕。進一步，隨著時間的推移，由于殘余的內(nèi)部彎曲應(yīng)力也可以使裂縫變大。因此，通過電拋光腐蝕基底金屬表面上留下的微裂縫，從而去除微裂縫和殘余的應(yīng)力部分。在這種情況下，如果沉積在基底金屬表面上的保護鍍層相當厚，就可以在一定程度上防止上述問題。但是，如果基礎(chǔ)鍍層和保護鍍層厚，則焊料潤濕性降低，在彎曲過程中造成裂縫。
但是，如果在預(yù)處理工藝期間執(zhí)行電拋光，則薄板材料中的金屬或非金屬夾雜物暴露于薄板材料表面，如圖2和3所示。換言之，由于在制造過程中加入的合金元素材料以及主要的底層金屬材料在軋制薄板材料時與原材料一起壓擠在薄板材料表面上，它們由于表面氧化層、抗蝕油或無機物而不突出且未被示出。但是，薄板材料的表面是電拋光的，夾雜物暴露于表面。在暴露的狀態(tài)下，如果執(zhí)行鍍鎳(Ni)或類似物，則分散在薄板材料表面上的結(jié)核被鍍層，如圖4所示。由于在彎折薄板材料期間如此被鍍的結(jié)核在帶底層金屬的截面處弱鍵合，因此它們可以脫開鍵合。而且，當半導(dǎo)體器件最終被安裝到基片表面上時，焊料潤濕性由于在制造半導(dǎo)體器件期間對引線框架實施老化工藝而被降低。如該實施例中，在基底金屬表面上出現(xiàn)的夾雜物為鐵(Fe)的情況下，F(xiàn)e比主要材料銅(Cu)更容易被氧化，由于在制造半導(dǎo)體器件期間施加熱，熱擴散導(dǎo)致上面的鍍層被擴散到鍍層的表面，從而降低了焊料潤濕性。而且，在引線鍵合期間，由于毛細管或熱壓力造成的機械沖擊使得可以將鍍層從結(jié)核上剝下來。而且，剝皮的結(jié)核電沉積在毛細管的頭部，使得毛細管受到嚴重污染或擦傷，從而導(dǎo)致必須經(jīng)常更換毛細管。而且，在引線鍵合期間，甚至被鍍的引線框架的鍵合部分的底層也會由于電沉積在毛細管上的結(jié)核而受到損壞。通常，通過形成厚多層鍍層，即使夾雜物留在基底金屬表面上也不會產(chǎn)生這個問題。為了避免這個問題出現(xiàn)，在傳統(tǒng)的預(yù)鍍的引線框架中，用鍍鎳形成底層，然后鍍保護層作為功能鍍層。但是，如果保護鍍層變得較厚，則在實際執(zhí)行焊料潤濕的底層和焊料之間粘結(jié)的等待時間被延遲，從而降低焊料潤濕性。鍍Pd作為保護層通常鍍成厚度為6至7μm。在這種情況下，由于基底金屬表面上的夾雜物而產(chǎn)生上述問題。在近來廣泛使用的預(yù)鍍中，增大鍍層極大地降低了商業(yè)可用性，原因是一直被廣泛用作保護鍍層的鈀(Pd)的價格上升。
為了解決以上問題，本發(fā)明的目的是提供一種引線框架制造方法，該方法能改善抗蝕性，抑制在電拋光期間產(chǎn)生暴露的結(jié)核，增大鍍層形成期間的界面粘性，并能形成平坦的鍍層。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種半導(dǎo)體器件的引線框架，該引線框架具有優(yōu)秀的引線鍵合力和焊料潤濕性，同時在多層被鍍的引線框架中具有薄保護鍍層。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種由通過制造方法而形成的材料制成的引線框架。
因此，為了實現(xiàn)第一個目的，提供一種引線框架的制造方法，該方法包括以下步驟電凈薄板材料的表面，電拋光被電凈的薄板材料，去除被拋光的薄板材料表面上的夾雜物，用酸性溶液沖洗被去除了夾雜物的薄板材料，在沖洗后的材料上形成多層鍍層。
在本發(fā)明中，去除夾雜物步驟包括陽極脫脂薄板材料的步驟。
為了實現(xiàn)第二個目的，提供一種引線框架，該引線框架具有通過對清潔后的薄板材料電拋光，去除電拋光后的、具有多層鍍層的薄板材料表面上的夾雜物，對其進行沖洗并在其上形成多層鍍層而形成的內(nèi)部引線部分和外部引線部分。
通常參考附圖詳細描述最佳實施例可以使本發(fā)明的以上目的和優(yōu)點變得明顯。
圖1是普通半導(dǎo)體引線框架的示意性平面圖；圖2是傳統(tǒng)薄板材料的表面在電拋光后的狀態(tài)的照片視圖；圖3是預(yù)處理工藝之前材料橫截面的橫截面圖；圖4是電拋光后在薄板材料表面上形成鍍層狀態(tài)下的照片；圖5是根據(jù)本發(fā)明的引線框架制造方法中預(yù)處理工藝的框圖；圖6是電拋光后材料橫截面的橫截面圖；圖7是陰極脫脂和陽極脫脂之后薄板材料表面狀態(tài)的照片；圖8是去除夾雜物之后材料橫截面的橫截面圖；圖9是在圖5所示的薄板材料的表面上形成鍍層時的照片；圖10是傳統(tǒng)引線框架表面狀態(tài)的照片，其中在表面上完成多層鍍之后執(zhí)行固化和蒸汽老化；圖11是在完成圖10所示的蒸汽老化之后焊料潤濕狀態(tài)的照片；圖12是本發(fā)明引線框架表面的照片，其中在表面上完成多層鍍之后執(zhí)行固化和蒸汽老化；圖13是完成圖12所示的老化之后焊料潤濕狀態(tài)的照片。
下面參考附圖描述本發(fā)明的最佳實施例。
根據(jù)本發(fā)明的引線框架制造方法涉及對薄板材料進行預(yù)處理以形成引線框架的方法，其實施例如圖5所示。
本發(fā)明的預(yù)處理工藝包括去除油的工藝，例如冷軋潤滑油或原材料中的抗蝕油。為此，用有機溶劑脫脂(步驟10)和堿性浸沒或電凈法(步驟20)處理薄板材料。電凈(步驟20)可以包括子步驟初級脫脂(陰極脫脂)和次級脫脂(對陰極脫脂后的薄板材料進行陽極脫脂)。電凈法(步驟20)可以僅包括陰極脫脂。
在該實施例中，電凈(步驟20)通過初級脫脂(陰極脫脂)和次級脫脂(對陰極脫脂后的薄板材料進行陽極脫脂)來完成。對電凈步驟的電解溶液施加90A的電流，電解溶液為堿性溶液，即120g/l的NaOH溶液，然后通過非接觸脫脂對每個電解液槽使用陽極和陰極。在這種情況下，對浸在堿性電解液中的薄板材料施加電流，使得粘附到薄板材料表面的油和無機物通過該表面上產(chǎn)生的泡沫被去除。在上述電凈中，通過在金屬表面上用薄板材料表面上產(chǎn)生的氫還原以及灰塵的氧化來去除金屬表面上的化合物或灰塵。
對電凈后的薄板材料的表面進行電拋光(步驟40)。在該實施例中，用磷酸和硝酸的混合溶液(75％的酸性溶液)作為電解液，對薄板材料施加90A的電流。如果在上述環(huán)境下執(zhí)行電拋光，則在通過陰極和陽極脫脂初步去除外來物的狀態(tài)下拋光薄板材料的表面。因此，如圖6所示，在原材料準備期間未完全與包含在薄板材料中的原材料溶化的剩余物Fe結(jié)核暴露于薄板材料的表面。
在結(jié)核暴露于薄板材料表面的這種狀態(tài)下，去除暴露于薄板材料的夾雜物(步驟50)。
在該實施例中，夾雜物去除步驟(步驟50)包括第三脫脂(陽極脫脂)步驟(步驟51)。在陽極脫脂(步驟51)中，用薄板材料作為陽極，用預(yù)定金屬板作為然后將被浸入電解液中的陰極。通過氧化和陽極溶解，即通過從陽極到陰極的電荷遷移和陽極上產(chǎn)生的氧氣去除薄板材料的結(jié)核。在該實施例中，對作為電解液的120g/l的NaOH溶液施加40A的電流。
這里，在電拋光后產(chǎn)生的夾雜物的成分可以根據(jù)基底金屬的成分而有所不同。例如，在C7025材料的情況下，Si夾雜物而非Fe結(jié)核在電拋光之后暴露于薄板材料的表面。在這種情況下，由于Si是非導(dǎo)電材料，所以通過向薄板材料表面輻射超聲波將其去除，取代了陽極脫脂。
如果為去除夾雜物而實行陽極脫脂步驟(步驟51)，則用酸性溶液沖洗薄板材料，以完全洗掉外來物(步驟60)。通過執(zhí)行上述夾雜物去除步驟，從薄板材料表面完全去除結(jié)核，如圖7和8所示。如上所述，如果完成預(yù)處理工藝，則在薄板材料上形成包含保護層的多層鍍層(步驟70)。
圖9示出了在預(yù)處理后的薄板材料上形成鍍層的照片。
如圖9所示，在薄板材料的表面上未產(chǎn)生結(jié)核，由此可以理解，電鍍表面的粗糙度得到改善。因此，在用薄板材料制造引線框架時，能防止結(jié)核從彎曲部分剝離下來。而且，能防止鍍層剝落。進一步，在引線鍵合期間，從薄板材料上剝離下來的結(jié)核粘到毛細管的頭部，從而防止毛細管嚴重磨損。
通過上述方法制造的引線框架80包括通過引線鍵合連接到芯片的內(nèi)部引線81和與外部電路相連接的外部引線82，如圖1所示。
具有上述結(jié)構(gòu)的引線框架80由于從材料表面上去除了結(jié)核而具有改進的表面粗糙度。因此，如上所述，能防止毛細管的磨損和污染。而且，能從根本上克服鍍層和底層材料(底層金屬)之間粘性差的問題，這個問題是引線鍵合差的主要原因。
圖4和9是傳統(tǒng)引線框架和本發(fā)明引線框架表面狀態(tài)的放大視圖，兩者均被放大3000倍，其中長寬為40μm，即表面積為1600μm2，每個直徑約為1μm的結(jié)核數(shù)量從大約50(現(xiàn)有技術(shù))顯著減少到0-5(本發(fā)明)。
圖10-13示出了在傳統(tǒng)半導(dǎo)體制造工藝中施加給引線框架的條件下對本發(fā)明引線框架和傳統(tǒng)引線框架進行導(dǎo)電測試所得到的照片。
首先，圖10和12示出了傳統(tǒng)引線框架和本發(fā)明引線框架表面狀態(tài)的照片，在順序完成鎳和鈀的多層鍍之后，將其中每個框架在175℃的爐中進行2小時的固化，然后在93℃下進行8小時的蒸汽老化。
圖11和13示出了傳統(tǒng)引線框架和本發(fā)明引線框架的焊料潤濕狀態(tài)的照片，這些狀態(tài)是在R-助焊劑型焊料催化劑施加到固化且蒸汽老化后的引線框架上以及最后得到的引線框架在以235℃熔化的焊料中浸2秒之后獲得的。如圖照片所示，具有在基底金屬表面上突起的夾雜物的傳統(tǒng)鍍多層的引線框架在被老化的同時在夾雜物周圍受到氧化，從而具有低焊料潤濕性。另一方面，通過去除留在基底金屬表面上的夾雜物，本發(fā)明的引線框架即使在被老化之后也具有優(yōu)秀的焊料潤溫性。
如上所述，根據(jù)通過上述方法制造的鍍多層的引線框架，由于表面安裝而可以阻止焊料潤濕性的夾雜物從表面上顯著減少，從而解決了焊料潤濕性問題。
對基片實施預(yù)鍍而制造出的半導(dǎo)體引線框架在其最外層和中間底層上有貴金屬制成的保護層。貴金屬包括鈀、鈀合金、金、金合金和類似物。在本發(fā)明的實施例中，鍍鈀層是保護層，厚度為0.05至2μm。這里，底層即鍍鎳層的厚度為20至40μm。
如上所述，在本發(fā)明的引線框架及其制造方法中，在半導(dǎo)體器件制造期間使引線鍵合特性變劣和在表面安裝期間使焊料潤濕性變劣的薄板材料表面上的結(jié)核在預(yù)處理工藝中被去除，從而防止由于結(jié)核而導(dǎo)致鍍層剝落、產(chǎn)生裂縫、由于引線鍵合而磨損毛細管、結(jié)核聚集在毛細管的頭部、有結(jié)核聚集而造成的引線鍵合期間鍍層的壓痕，等等。而且，能改善引線框架表面安裝期間外部引線的焊料潤濕性以及能防止由于彎曲而產(chǎn)生裂縫。
雖然已經(jīng)結(jié)合優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了描述，但是，應(yīng)當知道，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在不背離本發(fā)明的精神的條件下進行修改和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書限定。本文和附圖所述內(nèi)容是解釋性的而非限制性的。
權(quán)利要求
1.一種引線框架的制造方法，包括以下步驟電凈薄板材料的表面；電拋光被電凈的薄板材料；去除被拋光的薄板材料表面上的夾雜物；用酸性溶液沖洗被去除了夾雜物的薄板材料；以及在沖洗后的材料上形成多層鍍層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中電凈步驟包括以下子步驟陰極脫脂薄板材料的初級脫脂步驟；和對陰極脫脂后的薄板材料進行陽極脫脂的次級脫脂步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中夾雜物去除步驟包括陽極脫脂薄板材料的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中當夾雜物為非導(dǎo)電性時，夾雜物去除步驟包括通過向薄板材料的表面上輻射超聲波去除夾雜物。
5.一種引線框架，具有通過以下步驟形成的內(nèi)部引線部分和外部引線部分，即，對清潔后的薄板材料電拋光，去除電拋光后的、具有多層鍍層的薄板材料表面上的夾雜物，對其進行沖洗并在其上形成多層鍍層。
6.一種用于具有多層鍍層的半導(dǎo)體器件的引線框架，包括基底金屬，包含在基底金屬中的夾雜物和在通過電拋光基底金屬表面去除基底金屬表面上的夾雜物的表面上形成的貴金屬鍍層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的引線框架，其中多層鍍層包括鎳層和從鈀、鈀合金、金和金合金組成的組中選出的一種材料形成的貴金屬鍍層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的引線框架，其中，貴金屬鍍層的厚度為0.05至2μm。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的引線框架，其中，在完成電拋光、去除夾雜物和形成多層鍍層之后，在多層鍍層1600μm2的表面區(qū)域上留下每個直徑約為1μm的0-5個夾雜物。
全文摘要
一種引線框架的制造方法,包括以下步驟:電凈薄板材料的表面;電拋光被電凈的薄板材料;去除被拋光的薄板材料表面上的夾雜物;用酸性溶液沖洗被去除了夾雜物的薄板材料;并在沖洗后的材料上形成多層鍍層。通過該方法制造的引線框架在1600μm
文檔編號B32B15/00GK1339819SQ00135288
公開日2002年3月13日 申請日期2000年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月17日
發(fā)明者樸世喆, 申東逸, 姜圣日, 李尚勲, 張培淳 申請人:三星Techwin株式會社