CN1221216A - 引线框架及涂敷引线框架的方法 - Google Patents

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Abstract

一种引线框架,包括用锡(Sn)合金涂敷的外部引线以承受随后的密封工艺过程中的高温。引线框架还包括由基底金属构成的管芯焊盘和内部引线。为改善导电性用银涂敷管芯焊盘和内部引线。为承受相对高的温度,抗腐蚀且具有好的焊料侵润性,用锡锑合金如重量百分比分别为90±5和10±5的锡和锑构成的锡锑合金涂敷外部引线。或者用锡锑铅合金如重量百分比分别为10±5、10±5、和80±10的锡、锑和铅构成的锡锑铅合金涂敷外部引线。

Description

引线框架及涂敷引线 框架的方法
本发明一般涉及一种引线框架和涂敷引线框架的方法，特别涉及一种引线框架和用锡(Sn)合金至少将该引线框架局部涂敷以使之易于承受在随后的半导体封装工艺中出现的高温的方法。
在集成电路器件(也称为半导体芯片)制造过程中，要形成密封集成电路的封装体。虽然也可使用陶瓷封装体，但通常是用塑料材料如环氧树脂制成封装体。为建立密封芯片的每个输入/输出端的连接，还要形成引线框架，并且该引线框架被至少部分密封在封装体内。通过在密封之前将半导体芯片的每个输入/输出端与引线框架引线键合，可在密封之后通过建立与延伸到封装体之外的引线框架部分的适当连接，而与半导体芯片的每个输入/输出端电气接触。根据半导体芯片的密度和集成度、及在印刷电路板(PCB)上安装所获得的集成电路器件的方法，引线框架可具有各种不同形状。
引线框架将密封的半导体芯片连接到PCB上。如图1中所示，引线框架具有两个主要部分，即固定或安装半导体芯片的管芯焊盘单元1、和在管芯焊盘单元1周围集中并从管芯焊盘单元1向外延伸的多个引线2。每个引线2包括与半导体芯片的输入/输出端引线键合的内部引线21、和与PCB连接的外部引线22。在塑料或陶瓷封装体中，在密封半导体芯片之前，半导体芯片的输入/输出端通过引线键合连接到引线框架对应的内部引线21上。对于塑料封装体，一般围绕安装到管芯焊盘单元1上的半导体芯片和内部引线21将塑料材料注模成型。如此，在成型工艺过程中常常用环氧树脂覆盖内部引线21。
在制造引线框架的过程中，一般用银(Ag)将管芯焊盘单元1和内部引线21局部涂敷以增加它们的导电性。同时，在环氧树脂成型工艺之后，通常用焊料(Sn/Pb)涂敷外部引线22以便使焊接更有效。然而当用焊料涂敷外部引线时，焊料常会穿过封装体渗入到内部引线21上。因此，必须进行附加的、通常是湿法工艺步骤，以去除渗入到内部引线21上的焊料。由于是在环氧树脂成型工艺之后施行湿法工艺的，通常所获得的集成电路的可靠性会降低。
为克服常规引线框架制造技术的这些不足，开发了预涂敷框架(PPF)方法。在PPF方法中，在密封封装体中的半导体芯片和引线框架部分之前，在引线框架上淀积具有极好的焊料侵润性的涂层。在一般的PPF方法中，在引线框架上淀积钯(Pd)或钯合金层。然而由于钯是一种贵金属，这种常用的PPF方法提高了引线框架的价格。同时在钯与制成引线框架的铁合金材料之间会出现动电耦合(galvanic coupling)现象。由于动电耦合现象，引线框架还会继续被腐蚀。
在克服这些缺点的另外的尝试中，开发了钯PPF方法。在钯PPF方法中，如下所述，将引线框架的基底金属涂敷多层。
图2A-2C是按照各种不同钯PPF方法涂敷的引线框架剖面示意图。如在图2A中所示，引线框架包括基底金属例如铜、基底金属上的镍层，镍层上的钯镍合金层，和钯镍合金上的钯层。参见日本公开的专利申请，昭63-2358。如在图2B中所示，引线框架包括基底金属、镍镀层上的钯-镍合金层、钯-镍合金层上的镍层、和镍层上的钯层。参见欧洲专利申请第0 250 146号和欧洲专利申请第0 335 608。如在图2C中所示，引线框架包括基底金属、基底金属上的镍层，镍层上的金(Au)镀层、金镀层上的钯-镍合金层、钯-镍合金层上的钯层、和钯层上的金层。参见U.S.专利第5,350991号。不幸的是，这些钯PPF方法均未完全克服腐蚀问题。
然而另一种制造引线框架的工艺是两色涂敷方法。在两色涂敷方法中，在制造引线框架的过程中和密封封装体中的半导体芯片和引线框架部分之前，用焊料(Sn/Pb)涂敷引线框架的外部引线。由于省去了湿法工艺步骤，该两色涂敷方法使所获得的已封装集成电路器件的可靠性提高，从而也降低了引线框架的价格。
图3是根据常规技术涂敷引线框架的焊料的相图。如图3中所示，焊料(Sn/Pb)的共晶温度是约183℃，这一温度远远低于在密封封装体中的半导体芯片过程中所需的温度。例如，密封技术一般需要高于250℃的温度，这一温度将对焊料产生有害影响。
本发明的一个目的在于提供一种引线框架，将该引线框架用包含锑(Sb)的锡(Sn)合金至少局部涂敷，从而可承受在密封工艺过程中遇到的高温。
本发明的另一个目的是提供一种方法，该方法用包含锑(Sb)的锡(Sn)合金至少将引线框架局部涂敷，从而可承受在随后的密封工艺过程中遇到的高温。
为实现这些目的，并根据如在这里实施并概括地描述的本发明宗旨，本发明的引线框架包括固定或安装集成电路或半导体芯片的管芯焊盘、和在管芯焊盘周围集中并从管芯焊盘向外延伸的多个引线。每个引线包括与管芯焊盘相邻设置的内部引线、和用于将相应的内部引线电气连接到外部电路例如印刷电路板上的外部引线。一般在管芯焊盘和内部引线上形成一个银(Ag)层。根据一个实施例，在外部引线上形成锡锑(Sn/Sb)合金层。锡锑合金包括50到90±5重量百分比的锡和50到10±5重量百分比的锑是有利的。根据另一实施例，在外部引线上形成锡锑铅(Sn/Sb/Pb)合金层。最好是，一个锡锑铅合金包括10±5重量百分比的锡、10±5重量百分比的锑、和80±10重量百分比的铅。
根据本发明的另一方面，提供一种制造引线框架的方法。根据一个实施例，该方法包括用银涂敷引线框架的管芯焊盘和内部引线，及用锡锑合金涂敷引线框架的外部引线的步骤。根据另一实施例，该方法包括用银涂敷引线框架的管芯焊盘和内部引线，及用锡锑铅合金涂敷引线框架的外部引线的步骤。一旦根据两个实施例中的任意一个涂敷了引线框架，就可将半导体芯片安装到管芯焊盘上，并可将半导体芯片和引线框架的一部分(即管芯焊盘和内部引线)密封在封装体中。
根据本发明，通过涂敷引线框架，该引线框架易于承受在密封工艺过程中所需要的高温，如250℃。特别地，锡无毒，抗腐蚀性好，并具有极好的焊料侵润性，而锑具有高熔点且相对较硬。在将锡锑铅合金涂敷在外部引线上的实施例中，由于铅具有好的侵润性和高熔点，它提高了涂敷层的工作效率。因此，两个实施例中任一个的引线框架均易于承受在密封工艺过程中产生的高温，同时抗腐蚀并具有极好的焊料侵润性。
参照构成本说明书一部分的附图，并通过本发明的一个实施例及说明书，来说明本发明的原理，附图中：
图1是一般的引线框架顶视图的示意图；
图2A-2C是根据常规技术涂敷的引线框架的剖面示意图；
图3是根据常规技术涂敷引线框架的焊料的相图；
图4是根据本发明的一个优选实施例涂敷的引线框架的剖面示意图；
图5是说明在根据本发明涂敷引线框架过程中所进行的操作的框图；
图6是根据本发明的一个优选实施例涂敷引线框架的锡锑合金的相图；和
图7是根据本发明的另一个实施例涂敷引线框架的锡锑铅合金的相图。
以下将结合附图对本发明作出更加全面的描述，在其中说明本发明的优选实施例。然而，本发明可以许多不同的形式实施，并且不应把本发明看作限制于这里所提出的实施例；相反，提供实施例是为使公开彻底和全面，并使本领域技术人员全面地获知本发明的范围。通篇使用同样的标号表示相同的部件。
现将详细介绍本发明引线框架的一个优选实施例，其例子示于附图中。在此，图4是根据本发明的一个优选实施例涂敷的引线框架的剖面示意图。
如图4所示，引线框架包括管芯焊盘单元1和在管芯焊盘单元1的两侧形成的引线2。例如引线2可如图1所示在管芯焊盘单元1周围集中。然而也可以其它结构设置引线而不偏离本发明的实质和范围。引线2包括：与管芯焊盘单元1相邻或接近管芯焊盘单元1的内部引线21；和用于将内部引线21与外部电路例如印刷电路板电气连接的外部引线22。
管芯焊盘单元1和引线2包括基底金属。一般基底金属是铜(Cu)、铜合金或镍合金。尽管基底金属可具有各种不同的厚度，但基底金属的厚度通常在0.1毫米到3毫米。
银涂敷层a形成在管芯焊盘单元1上。银涂敷层b同时还形成在每个内部引线21上。此外，锡合金涂敷层c形成在每个外部引线22上。如图4所示，锡合金可形成在外部引线两个相对的表面上。然而，如果需要，锡合金可形成在外部引线的单一表面上。
根据一个优选实施例，锡合金涂敷层c由锡和锑构成。该实施例的锡锑合金涂敷层c最好包括50到90±5重量百分比的锡和50到10±5重量百分比的锑。例如，一个优选实施例的锡锑合金涂敷层c包括90重量百分比的锡和10重量百分比的锑。根据另一优选实施例，锡合金涂敷层c由锡、锑和铅构成。根据该实施例，锡锑铅合金涂敷层c包括10±5重量百分比的锡、10±5重量百分比的锑、和80±10重量百分比的铅。例如，一个优选实施例的锡锑铅合金涂敷层c包括10重量百分比的锡、10重量百分比的锑、和80重量百分比的铅。
如图5所示，根据本发明还提供了一种用于涂敷引线框架的方法。一旦如方框10所示提供了基底金属引线框架，则最好如方框12所示用银涂敷管芯焊盘单元1的和内部引线21的基底金属。之后用锡合金涂敷外部引线22的基底金属。
根据本发明方法的一个优选实施例，用锡锑合金，并且最好是用包括50到90±5重量百分比的锡和50到10±5重量百分比的锑的锡锑合金，涂敷外部引线22。
图6是用于涂敷外部引线22的锡锑合金的相图。如图6所示，转熔温度为246℃。这里，当锡锑合金包括90重量百分比的锡和10重量百分比的锑时，熔点高于在将半导体芯片密封在封装体中的过程中所需的温度，例如250℃。锡锑合金的熔点依赖于合金中锑和锡的含量。由于锑具有高熔点和高硬度，锡锑合金中锑的含量越高，熔点和硬度就将越高。因此，锡锑合金具有的锑含量最好在10到50重量百分比范围，锡含量最好在90到50重量百分比范围。从而锡锑合金易于承受高温。
根据本发明方法的另一优选实施例，用锡锑铅合金，最好是包括10±5重量百分比的锡、10±5重量百分比的锑、和80±10重量百分比的铅的锡锑铅合金，涂敷外部引线22。
图7是用于涂敷外部引线22的锡锑铅合金在240℃温度下的相图。如图7所示，转熔温度为240℃，该温度高于焊料的共晶温度。从而锡锑合金易于承受高温。
一旦如上所述涂敷了引线框架，一般就利用粘结剂或焊料的方式将集成电路或半导体芯片安装到管芯焊盘单元1上，如方框16所示。同样如方框16所示，集成电路或半导体芯片的输入/输出端一般也被引线键合到对应的内部引线21上。之后，集成电路或半导体芯片以及管芯焊盘单元1和内部引线21被密封在通常由塑料材料或陶瓷材料构成的封装体中。参见方框18。就由塑料材料构成的封装体而论，一般是围绕集成电路和引线框架部分，即管芯焊盘单元1和内部引线21，将塑料注模成型的。照此，或者是用锡锑合金或者是用锡锑铅合金涂敷的引线框架的外部引线22从封装体延伸，以在外部电路例如PCB和内部引线21及依次安装在管芯焊盘单元上的集成电路之间建立电气接触。
通过根据本发明涂敷引线框架，引线框架易于承受在密封工艺过程中所需的高温，如250℃。具体地讲，锡无毒，抗腐蚀性好，并且具有极好的焊料侵润性，而锑具有高熔点，且相对较硬。在将锡锑铅合金涂敷在外部引线上的实施例中，由于铅具有好的侵润性和高熔点，它提高了涂敷层的工作效率。因此，两个实施例中任何一个的引线框架都易于承受密封工艺过程中产生的高温，同时抗腐蚀好并提供极好的焊料侵润性。
利用在以上说明和相关附图中所提供的对本发明的描述，本领域技术人员可想到许多对发明的修改和发明的其它实施例。因此，应明白，本发明不局限于所公开的具体实施例，并且所进行的修改和其它实施例包括在所附权利要求的范围内。尽管这里使用了特定术语，但它们不只是用于表示一般意义和描述的意义，并且不是用于限制目的的。

Claims (12)

1．一种引线框架，包括：
管芯焊盘，用于容纳集成电路；以及
多个引线，其围绕所述管芯焊盘设置，并从所述管芯焊盘向外延伸，其中每个引线包括与所述管芯焊盘相邻的内部引线、和涂敷有锡锑合金的外部引线，该外部引线用于在所述对应的内部引线和外部电路之间建立电气接触，其中所述管芯焊盘和所述内部引线包括银层。
2．如权利要求1所述的引线框架，其中所述锡锑合金层包括：50到90±5重量百分比的锡；和50到10±5重量百分比的锑。
3．如权利要求1所述的引线框架，其中所述管芯焊盘和所述引线包括基底金属，该基底金属选自由铜、铜合金和镍合金组成的一组物质，并且其中基底金属厚度在0.1毫米到3毫米之间。
4．一种引线框架，包括：
管芯焊盘，用于接收集成电路；以及
多个引线，其围绕所述管芯焊盘设置，并从所述管芯焊盘向外延伸，其中每个引线包括与所述管芯焊盘相邻的内部引线、和用于在所述对应的内部引线和外部电路之间建立电气接触的外部引线，其中所述外部引线包括锡锑铅合金层，其中所述管芯焊盘和所述内部引线包括银层。
5．如权利要求4所述的引线框架，其中所述锡锑铅合金层包括：10±5重量百分比的锡；10±5重量百分比的锑；和80±10重量百分比的铅。
6．如权利要求4所述的引线框架，其中所述管芯焊盘和所述引线包括基底金属，该基底金属选自由铜、铜合金和镍合金组成的一组物质，并且其中基底金属厚度在0.1毫米到3毫米之间。
7．一种涂敷引线框架的方法，包括如下步骤：
提供引线框架，该引线框架包括管芯焊盘和从管芯焊盘向外延伸的多个引线，其中每个引线包括与管芯焊盘相邻的内部引线和相应的外部引线；
用银涂敷引线框架的管芯焊盘和内部引线；和
用锡锑合金涂敷引线框架的外部引线。
8．如权利要求7所述的方法，其中所述涂敷引线框架外部引线的步骤包括用锡锑合金涂敷引线框架的外部引线，该锡锑合金包括50到90±5重量百分比的锡、和50到10±5重量百分比的锑。
9．如权利要求7所述的方法，其中所述提供步骤包括提供由基底金属构成的管芯焊盘和引线，该基底金属选自由铜、铜合金和镍合金组成的一组物质，并且具有在0.1毫米到3毫米之间的厚度。
10．一种涂敷引线框架的方法，包括如下步骤：
提供引线框架，该引线框架包括管芯焊盘和从管芯焊盘向外延伸的多个引线，其中每个引线包括与管芯焊盘相邻的内部引线和相应的外部引线；
用银涂敷所述引线框架的管芯焊盘和内部引线；和
用锡锑铅合金涂敷所述引线框架的外部引线。
11．如权利要求10所述的方法，其中所述涂敷引线框架外部引线的步骤包括用锡锑铅合金涂敷引线框架的外部引线，该锡锑铅合金包括10±5重量百分比的锡、10±5重量百分比的锑、和80±10重量百分比的铅。
12．如权利要求10所述的方法，其中所述提供步骤包括提供由基底金属构成的管芯焊盘和引线，该基底金属选自由铜、铜合金和镍合金组成的一组物质，并且具有在0.1毫米到3毫米之间的厚度。
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