CN104900536A - 一种半导体引线框架的表面处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半导体引线框架的表面处理方法，依次包括超声波除油、电解除油、水洗、硫酸中和活化、水洗、电镀铜、水洗、酸中和、水洗、铜保护、水洗、热水洗和烘干，所述铜保护的具体工艺要求为：将半导体引线框架导入保护液中浸泡已达到附上铜保护膜的目的，所述保护液的pH为5～7，温度为20～40℃，浸泡时间为10～20S，所述保护液包括如下成分：烷基苯并咪唑：9～15g/L；醋酸1～3g/L。本发明在铜表面层设置有一层有机保护层来代替隔膜层，并且在沾锡和焊铝线时，本保护层自然消除，达到保护又不影响焊接效果的作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体引线框架的制造方法，尤其涉及一种半导体引线框架的表面处理方法。
背景技术
半导体封装中一个非常重要的材料就是引线框架。引线框架是半导体封装的三大基本原材料之一(另外两种是塑封材料和芯片本身)。半导体封装中的内部互联通常使用金线、铝丝、铜丝，实现管脚与芯片之间的连接。采用金线的金丝球热超声波压焊多用于存储器、处理器以及专用集成电路芯片等的内互联。采用铝丝的冷超声波压焊多用于功率、整流器等半导体器件的封装。
引线框架一般由铜合金作为基材，制造过程主要是模具冲压和表面处理两大工序，经过冲压成型后．再经过表面处理以便增加可焊性。表面处理主要是除油、电镀铜和镀层保护，引线框架的表面处理之所以重要是因为焊接工艺直接作用于其表面，作为引线的电气连接点是实现芯片功能和外部电路连接的桥梁，对于内互联来说比较重要的是表面质量，直接影响焊接的可靠性。
超声波焊接的物理过程很复杂，至今还未十分清楚。但是有这样一个事实：即具有未饱和电子结构的金属原子相互接触便能相互结合，如果两种相同(或不同)金属的表面绝对清洁，彼此贴紧，则两金属表面层的原子的未饱和电子将结合成为真正的冶金键合，即两种金属相互扩散相互渗透。这是一种理想的假设，实际的金属表面不可能绝对清洁和光滑，一定存在不同程度的污染和氧化层，通常状态下普通金属表面并不是绝对清沽和光滑的，即使经过精加工，金属表面还有厚度约为300个原子厚度的具有很强吸引力的不平整层，它可从大气中吸收和捕获氧，形成金属氧化物结晶体，而且像自由金属表面原子一样，具有未饱和键的表面分子，这种金属氧化物的分子对水汽的吸引力很强。因此，在金属氧化物表面会凝聚着空气中的水汽、气体和有机物质薄膜，形成阻碍焊接的薄膜和氧化层，在金属表面形成隔膜层，就像一个壁垒一样阻碍具有未饱和结构的原子接触，造成焊接不紧密，焊接质量差，直接影响焊接的可靠性，影响引线框架的封装质量。
发明内容
为了克服现有引线框架在焊接时由于形成的隔膜层造成焊接不紧密，焊接质量差的缺陷，本发明提供了一种引线框架表面处理工艺，该表面处理工艺在铜表面层设置有一层有机保护层来代替隔膜层，并且在沾锡和焊铝线时，本保护层自然消除，达到保护又不影响焊接效果的作用。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种半导体引线框架的表面处理方法，其特征在于：依次包括超声波除油、电解除油、水洗、硫酸中和活化、水洗、电镀铜、水洗、酸中和、水洗、铜保护、水洗、热水洗和烘干，所述铜保护的具体工艺要求为：将半导体引线框架导入保护液中浸泡已达到附上铜保护膜的目的，所述保护液的pH为5～7，温度为20～40℃，浸泡时间为10～20S，所述保护液包括如下成分：
烷基苯并咪唑：9～15g/L
醋酸：1～3g/L。
所述超声波除油的具体工艺要求为：将半导体引线框架导入超声波脱脂剂中进行超声波除油，超声波脱脂剂的温度为50～60℃，超声波脱脂剂浓度为50～60g/L，超声波除油时间为10～20S。
所述电解除油的具体工艺要求为：将半导体引线框架导入电解除油剂中进行电解除油，电解除油剂的温度为50～60℃，电解除油剂的浓度为50～60g/L，电解除油时间为10～20S。
所述硫酸中和活化的具体工艺要求为：将半导体引线框架硫酸溶液中进行酸洗，硫酸溶液浓度为3～7g/L，酸洗时间为5～15S。
所述电镀铜的具体工艺要求为：将半导体引线框架导入电镀液中进行电镀铜，电镀液温度为40～60℃，电镀时间为10～20S，电镀液电流密度为4～6安培/平方分米，所述电镀液包括如下成分：
氰化亚铜：30g～50/L；
氢氧化钾：5～15g/L。
所述酸中和的具体工艺要求为：将半导体引线框架导入硫酸溶液中进行中和，硫酸溶液浓度为0.5～1.5g/L，中和时间为6～10S。
所述烘干的具体工艺要求为：烘干的温度120～140℃，时间为15～25S。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的铜保护的具体工艺要求为：将半导体引线框架导入保护液中浸泡已达到附上铜保护膜的目的，所述保护液的pH为5～7，温度为20～40℃，浸泡时间为10～20S，所述保护液包括如下成分：烷基苯并咪唑：9～15g/L醋酸1～3g/L。由于烷基苯并咪唑与铜之间的络合反应，以及烷基苯并咪唑分子之间的氢键和范德华引力，在铜表面上形成烷基苯并咪唑-铜络合物膜，它是一层致密、疏水、耐热的防氧化膜，又具有优良的可焊性能。醋酸帮助烷基苯并咪唑在水中溶解。以化学反应的机理在铜层表面生成保护膜，并具有防氧化防止受潮等效果，避免铜层被氧化.在送到客户使用时，保护膜很容易在350℃（沾锡上芯的温度350-400℃）时立即（0.5-1秒）分解，使铜表面与沾锡、焊接的结合力非常牢固。通过烷基苯并咪唑-铜络合物膜的作用能够防止隔膜层的生成，大大提高了焊接质量。本发明的铜保护工艺相比于现有的铜保护工艺具有成本低，保质期（由6个月延长到12个月）更长，不影响用户的沾锡和可焊性好的优点。
具体实施方式
本发明的目的在于改善功率半导体引线框架的沾锡和焊接性。改善芯片与载片之间的连接，以及铝丝与芯片和内引脚之间的连接。
本发明的工艺流程为：
超声波除油、电解除油、水洗、硫酸中和活化、水洗、电镀铜、水洗、酸中和、水洗、铜保护、水洗、热水洗和烘干，所述铜保护的具体工艺要求为：将半导体引线框架导入保护液中浸泡已达到附上铜保护膜的目的，所述保护液的pH为5～7，温度为20～40℃，浸泡时间为10～20S，所述保护液包括如下成分：
烷基苯并咪唑：9～15g/L
醋酸：1～3g/L。
由于烷基苯并咪唑与铜之间的络合反应，以及烷基苯并咪唑分子之间的氢键和范德华引力，在铜表面上形成烷基苯并咪唑-铜络合物膜，它是一层致密、疏水、耐热的防氧化膜，又具有优良的可焊性能。醋酸帮助烷基苯并咪唑在水中溶解。以化学反应的机理在铜层表面生成保护膜，并具有防氧化防止受潮等效果，避免铜层被氧化.在送到客户使用时，保护膜很容易在350℃（沾锡上芯的温度350-400℃）时立即（0.5-1秒）分解，使铜表面与沾锡、焊接的结合力非常牢固。
所述超声波除油的具体工艺要求为：将半导体引线框架导入超声波脱脂剂中进行超声波除油，超声波脱脂剂的温度为50～60℃，超声波脱脂剂浓度为50～60g/L，超声波除油时间为10～20S。
所述电解除油的具体工艺要求为：将半导体引线框架导入电解除油剂中进行电解除油，电解除油剂的温度为50～60℃，电解除油剂的浓度为50～60g/L，电解除油时间为10～20S。
所述硫酸中和活化的具体工艺要求为：将半导体引线框架硫酸溶液中进行酸洗，硫酸溶液浓度为3～7g/L，酸洗时间为5～15S。
所述电镀铜的具体工艺要求为：将半导体引线框架导入电镀液中进行电镀铜，电镀液温度为40～60℃，电镀时间为10～20S，电镀液电流密度为4～6安培/平方分米，所述电镀液包括如下成分：
氰化亚铜：30g～50/L；
氢氧化钾：5～15g/L。
所述酸中和的具体工艺要求为：将半导体引线框架导入硫酸溶液中进行中和，硫酸溶液浓度为0.5～1.5g/L，中和时间为6～10S。
所述烘干的具体工艺要求为：烘干的温度120～140℃，时间为15～25S。
下面结合实施例对发明作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于发明的保护范围。
实施例1
本实施例包括如下工艺步骤：
A、进行超声波除油：将功率半导体引线框架引导入超声波脱脂剂中进行超声波除油，利用声波振动使表面覆着的油污疏松脱落，以除去基体表面在冲压时残留的油脂。超声波脱脂剂温度为50℃（摄氏度），超声波脱脂剂溶度为50g/L（克每升），超声波除油时间10S（秒）。
B、进行电解除油：将功率半导体引线框架导入电解除油剂中进行电解除油，利用电解时表面析出氢气使表面覆着的油污脱落，以除去基体表面在冲压时残留的油脂。温度为55℃，电解除油剂的浓度为55g/L，时间10S。
C、进行硫酸中和活化：将功率半导体引线框架导入硫酸溶液中进行酸洗，以中和除去基体表面碱性物质并对基体表面的氧化层进行还原反应。硫酸溶液浓度是5g/L，酸洗时间是12S。
D、进行电镀铜：将功率半导体引线框架导入电镀液中进行电镀铜，所述电镀液各组份的含量具体是：氰化亚铜40g/L、氢氧化钾10g/L、电镀液温度50℃，电镀时间是20S，电镀电流密度是4安培/平方分米，溶液连续过滤。
E、进行硫酸中和：将功率半导体引线框架导入硫酸溶液中进行酸洗，以中和除去在镀铜时残留在表面的物质。硫酸溶液浓度是1g/L，酸洗时间是8S。
F、进行铜保护：将功率半导体引线框架导入保护液中浸泡附上铜保护膜，保护液的pH为6，温度为30℃，浸泡时间是15S，保护液的成分：烷基苯并咪唑：9g/L（浓度）；醋酸：3g/L（浓度）。
G、最后进行水洗和烘干，烘干的温度130℃，时间20S。
此外，为了保证每个步骤处理后不影响下一个步骤的操作产生药水相互污染和干扰，步骤A、B、C、D、E、F之后进行水洗的步骤，在去离子水中清洗10S左右，同时，将残留在基体表面的去离子水去除干净，进入烘干机烘干，以确保基体表面的镀层干燥洁净。
实施例2
A、进行超声波除油：将功率半导体引线框架引导入超声波脱脂剂中进行超声波除油，利用声波振动使表面覆着的油污疏松脱落，以除去基体表面在冲压时残留的油脂。超声波脱脂剂温度为55℃（摄氏度），超声波脱脂剂溶度为55g/L（克每升），超声波除油时间15S（秒）。
B、进行电解除油：将功率半导体引线框架导入电解除油剂中进行电解除油，利用电解时表面析出氢气使表面覆着的油污脱落，以除去基体表面在冲压时残留的油脂。温度为50℃，电解除油剂的浓度为55g/L，时间16S。
C、进行硫酸中和活化：将功率半导体引线框架导入硫酸溶液中进行酸洗，以中和除去基体表面碱性物质并对基体表面的氧化层进行还原反应。硫酸溶液浓度是3g/L，酸洗时间是8S。
D、进行电镀铜：将功率半导体引线框架导入电镀液中进行电镀铜，所述电镀液各组份的含量具体是：氰化亚铜35g/L（浓度）、氢氧化钾5g/L（浓度），电镀液温度40℃，电镀时间是15S，电镀电流密度是5安培/平方分米，溶液连续过滤。
E、进行硫酸中和：将功率半导体引线框架导入硫酸溶液中进行酸洗，以中和除去在镀铜时残留在表面的物质。硫酸溶液浓度是0.5g/L，酸洗时间是10S。
F、进行铜保护：将功率半导体引线框架导入保护液中浸泡附上铜保护膜，保护液的pH为5，温度为25℃，浸泡时间是15S，保护液的成分：烷基苯并咪唑：10g/L（浓度）；醋酸：1g/L（浓度）。
G、最后进行水洗和烘干，烘干的温度120℃，时间25S。
此外，为了保证每个步骤处理后不影响下一个步骤的操作产生药水相互污染和干扰，步骤A、B、C、D、E、F之后进行水洗的步骤，在去离子水中清洗10S左右，同时，将残留在基体表面的去离子水去除干净，进入烘干机烘干，以确保基体表面的镀层干燥洁净。
实施例3
A、进行超声波除油：将功率半导体引线框架引导入超声波脱脂剂中进行超声波除油，利用声波振动使表面覆着的油污疏松脱落，以除去基体表面在冲压时残留的油脂。超声波脱脂剂温度为60℃（摄氏度），超声波脱脂剂溶度为60g/L（克每升），超声波除油时间20S（秒）。
B、进行电解除油：将功率半导体引线框架导入电解除油剂中进行电解除油，利用电解时表面析出氢气使表面覆着的油污脱落，以除去基体表面在冲压时残留的油脂。温度为55℃，电解除油剂的浓度为58g/L，时间16S。
C、进行硫酸中和活化：将功率半导体引线框架导入硫酸溶液中进行酸洗，以中和除去基体表面碱性物质并对基体表面的氧化层进行还原反应。硫酸溶液浓度是3g/L，酸洗时间是15S。
D、进行电镀铜：将功率半导体引线框架导入电镀液中进行电镀铜，所述电镀液各组份的含量具体是：氰化亚铜45g/L、氢氧化钾15g/L，电镀液温度42℃，电镀时间是16S，电镀电流密度是6安培/平方分米，溶液连续过滤。
E、进行硫酸中和：将功率半导体引线框架导入硫酸溶液中进行酸洗，以中和除去在镀铜时残留在表面的物质。硫酸溶液浓度是1.2g/L，酸洗时间是9S。
F、进行铜保护：将功率半导体引线框架导入保护液中浸泡附上铜保护膜，保护液的pH为7，温度为35℃，浸泡时间是12S，保护液的成分：烷基苯并咪唑：13g/L（浓度）；醋酸：2g/L（浓度）。
G、最后进行水洗和烘干，烘干的温度125℃，时间22S。
此外，为了保证每个步骤处理后不影响下一个步骤的操作产生药水相互污染和干扰，步骤A、B、C、D、E、F之后进行水洗的步骤，在去离子水中清洗10S左右，同时，将残留在基体表面的去离子水去除干净，进入烘干机烘干，以确保基体表面的镀层干燥洁净。
实施例4
A、进行超声波除油：将功率半导体引线框架引导入超声波脱脂剂中进行超声波除油，利用声波振动使表面覆着的油污疏松脱落，以除去基体表面在冲压时残留的油脂。超声波脱脂剂温度为50℃（摄氏度），超声波脱脂剂溶度为60g/L（克每升），超声波除油时间17S（秒）。
B、进行电解除油：将功率半导体引线框架导入电解除油剂中进行电解除油，利用电解时表面析出氢气使表面覆着的油污脱落，以除去基体表面在冲压时残留的油脂。温度为60℃，电解除油剂的浓度为55g/L，时间18S。
C、进行硫酸中和活化：将功率半导体引线框架导入硫酸溶液中进行酸洗，以中和除去基体表面碱性物质并对基体表面的氧化层进行还原反应。硫酸溶液浓度是4g/L，酸洗时间是11S。
D、进行电镀铜：将功率半导体引线框架导入电镀液中进行电镀铜，所述电镀液各组份的含量具体是：氰化亚铜32g/L、氢氧化钾14g/L，电镀液温度45℃，电镀时间是18S，电镀电流密度是3安培/平方分米，溶液连续过滤。
E、进行硫酸中和：将功率半导体引线框架导入硫酸溶液中进行酸洗，以中和除去在镀铜时残留在表面的物质。硫酸溶液浓度是1.4g/L，酸洗时间是9S。
F、进行铜保护：将功率半导体引线框架导入保护液中浸泡附上铜保护膜，保护液的pH为7，温度为40℃，浸泡时间是20S，保护液的成分：烷基苯并咪唑：15g/L（浓度）；醋酸：2.5g/L（浓度）。
G、最后进行水洗和烘干，烘干的温度125℃，时间25S。
此外，为了保证每个步骤处理后不影响下一个步骤的操作产生药水相互污染和干扰，步骤A、B、C、D、E、F之后进行水洗的步骤，在去离子水中清洗10S左右，同时，将残留在基体表面的去离子水去除干净，进入烘干机烘干，以确保基体表面的镀层干燥洁净。
本发明提到的g/L均是指浓度单位。
Claims (7)
1.一种半导体引线框架的表面处理方法，其特征在于：依次包括超声波除油、电解除油、水洗、硫酸中和活化、水洗、电镀铜、水洗、酸中和、水洗、铜保护、水洗、热水洗和烘干，所述铜保护的具体工艺要求为：将半导体引线框架导入保护液中浸泡已达到附上铜保护膜的目的，所述保护液的pH为5～7，温度为20～40℃，浸泡时间为10～20S，所述保护液包括如下成分：
烷基苯并咪唑：9～15g/L；
醋酸：1～3g/L。
2.根据权利要求1所述的一种半导体引线框架的表面处理方法，其特征在于：所述超声波除油的具体工艺要求为：将半导体引线框架导入超声波脱脂剂中进行超声波除油，超声波脱脂剂的温度为50～60℃，超声波脱脂剂浓度为50～60g/L，超声波除油时间为10～20S。
3.根据权利要求1所述的一种半导体引线框架的表面处理方法，其特征在于：所述电解除油的具体工艺要求为：将半导体引线框架导入电解除油剂中进行电解除油，电解除油剂的温度为50～60℃，电解除油剂的浓度为50～60g/L，电解除油时间为10～20S。
4.根据权利要求1所述的一种半导体引线框架的表面处理方法，其特征在于：所述硫酸中和活化的具体工艺要求为：将半导体引线框架硫酸溶液中进行酸洗，硫酸溶液浓度为3～7g/L，酸洗时间为5～15S。
5.根据权利要求1所述的一种半导体引线框架的表面处理方法，其特征在于：所述电镀铜的具体工艺要求为：将半导体引线框架导入电镀液中进行电镀铜，电镀液温度为40～60℃，电镀时间为10～20S，电镀液电流密度为4～6安培/平方分米，所述电镀液包括如下成分：
氰化亚铜：30g～50/L；
氢氧化钾：5～15g/L。
6.根据权利要求1所述的一种半导体引线框架的表面处理方法，其特征在于：所述酸中和的具体工艺要求为：将半导体引线框架导入硫酸溶液中进行中和，硫酸溶液浓度为0.5～1.5g/L，中和时间为6～10S。
7. 根据上述任一权利要求所述的一种半导体引线框架的表面处理方法，其特征在于：所述烘干的具体工艺要求为：烘干的温度120～140℃，时间为15～25S。
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