DE102006017042A1

DE102006017042A1 - Zuleitungsrahmen für ein Halbleiterbauteil

Info

Publication number: DE102006017042A1
Application number: DE102006017042A
Authority: DE
Inventors: Sung-il Changwon Kang; Se-chuel Changwon Park
Original assignee: Samsung Techwin Co Ltd
Current assignee: Haesung DS Co Ltd
Priority date: 2005-04-15
Filing date: 2006-04-11
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2026-04-12
Also published as: TW200636963A; CN1848420A; US7285845B2; TWI397981B; KR20060109122A; KR100819800B1; JP2006303492A; MY141288A; US20060231931A1; CN100527404C; DE102006017042B4

Abstract

Zuleitungsrahmen für ein Halbleiterbauteil mit nicht nur einem hohen Gießharzhaftvermögen und einem niedrigen Schichtablösungsproblem unter einer stark Feuchtigkeit absorbierenden Atmosphäre, sondern auch einem hohen Grenzflächenhaftvermögen und einer hohen Lötmittelbenetzbarkeit eines Au-Drahtes sowie Verfahren zum Herstellen des Zuleitungsrahmens. Der Zuleitungsrahmen weist eine Grundmetallschicht, die aus einem Metall gebildet ist, und mehrere Galvanisierungsschichten mit verschiedenen Bestandteilen auf, die wenigstens auf der Oberfläche der Grundmetallschicht ausgebildet sind, wobei die Galvanisierungsschichten eine Ni-Galvanisierungsschicht, die wenigstens auf der Oberfläche der Grundmetallschicht ausgebildet ist und aus Ni oder einer Ni-Legierung besteht, eine Pd-Galvanisierungsschicht, die wenigstens auf der Oberfläche der Ni-Galvanisierungsschicht ausgebildet ist und aus Pd oder einer Pd-Legierung besteht, und eine Schutzgalvanisierungsschicht umfassen, die wenigstens über der Oberfläche der Pd-Galvanisierungsschicht ausgebildet ist und aus Au oder einer Au-Legierung besteht, wobei die Ni-Galvanisierungsschicht so gebildet ist, dass sie eine bestimmte Stärke und eine bestimmte Oberflächenrauigkeit hat.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zuleitungsrahmen für ein Halbleiterbauteil mit hoher Gießmassenhaftfähigkeit.
Ein Zuleitungsrahmen bildet zusammen mit einem Halbleiterchip ein Halbleiterbauteil. Der Zuleitungsrahmen erleichtert die Verbindung des Halbleiterbauteils zu einem äußeren Anschluss (beispielsweise einem PCB) und hält gleichfalls den Halbleiterchip.

1 zeigt in einer Draufsicht einen typischen Zuleitungsrahmen für ein Halbleiterbauteil. Wie es in 1 dargestellt ist, weist der Zuleitungsrahmen 1 eine Chipplatte 2 und mehrere damit verbundene Lei tungen auf. Die Chipplatte 2 ist mit einer Plattenhalteeinheit 3 über eine Schiene oder Querstrebe 7 verbunden und hält einen Halbleiterchip, der nicht dargestellt ist.

Die Zuleitungen schließen mehrere innere Zuleitungen 4 und mehrere äußere Zuleitungen 5 ein. Eine Sperrstrebe 6, die einen Zwischenraum aufrechterhält und diesen stützt, ist zwischen den inneren Leitungen 4 und den äußeren Leitungen 5 ausgebildet. Die Sperrstrebe 6 und die Querstrebe 7 werden nach Abschluss des Zusammenbaus des Halbleiterbauteils entfernt.

Durch gegenseitige Montage bilden ein Zuleitungsrahmen mit einem Aufbau, wie er oben beschrieben wurde, zusammen mit einem Halbleiterchip, beispielsweise einem Speicherbauteil ein Halbleiterbauteil. Ein Beispiel einer derartigen Montage schließt das Anbringen des Chips, die Verdrahtung und ein Vergießen ein. Das Anbringen des Chips ist ein Arbeitsvorgang, bei dem ein Halbleiterchip, d.h., ein Halbleiterplättchen an einer Platte eines Zuleitungsrahmens angebracht wird, das Verdrahten ist ein Arbeitsvorgang, bei dem Anschlüsse hergestellt werden, indem eine Anschlusseinheit eines Halbleiterchips mit einer inneren Zuleitung eines Zuleitungsrahmens unter Verwendung eines Metalls, wie beispielsweise Gold verbunden wird, und das Vergießen ist ein Arbeitsvorgang, bei dem ein Chip, Drähte und innere Zuleitungen unter Verwendung eines Isoliermaterials, wie beispielsweise eines Formharzes, beispielsweise einer Epoxyformmasse EMC vergossen werden.

Um die Haftfähigkeit des Halbleiterchips an der Platte beim Anbringen und die Fähigkeit, die Drähte mit den inneren Zuleitungen 4 bei der Verdrahtung zu verbinden, zu erhöhen, kann ein Metall mit einer bestimmten Charakteristik auf die Chipplatte 2 und die inneren Zuleitungen 4 geschichtet werden. Um die Lötmittelbenetzbarkeit der äußeren Zuleitungen 5 bei der Montage nach dem Vergießen zu verbessern, kann auch eine Lötbasis auf einen bestimmten Teil der äußeren Zulei tungen (S) beispielsweise unter Verwendung einer Zinn-Blei-(Sn-Pb)-Legierung aufgalvanisiert werden.

Das Galvanisieren einer Lötbasis ist jedoch kompliziert und freiliegendes Blei (Pb) und freiliegende Bleigalvanisierungslösung können zu Umweltproblemen führen. Weiterhin ist ein Arbeitsvorgang zum Beseitigen der Ungleichmäßigkeit in der Galvanisierungsschicht bei Aufgalvanisierung der Lötbasis notwenig. Weiterhin wird der Halbleiterchip defekt, wenn die Galvanisierungslösung zwischen eine Oberfläche des Zuleitungsrahmens und das Gießharz eintritt.

Um diese Schwierigkeiten zu beseitigen, ist bereits ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei dem ein vorgalvanisierter Rahmen verwandt wird. Bei diesem Verfahren kann die Bleigalvanisierung in einem sich anschließenden Arbeitsvorgang fehlen, indem ein Material mit hoher Lötmittelbenetzbarkeit auf eine obere Metallschicht vorgalvanisiert wird, bevor das Halbleiterbauteil montiert wird. Ein Zuleitungsrahmen, der vorgalvanisiert wurde, indem dieses Verfahren angewandt wurde, ist insofern interessant, als der anschließende Arbeitsvorgang einfach ist und Umweltprobleme geringer sind, da eine Bleigalvanisierung bei der Montage des Halbleiterbauteils fehlt.

2 zeigt in einer Querschnittsansicht ein Beispiel eines Zuleitungsrahmens, der unter Verwendung des herkömmlichen Verfahrens mit vorgalvanisiertem Rahmen hergestellt wurde. Wie es in 2 dargestellt ist, ist eine Nickel-(Ni-)Galvanisierungsschicht 12 vollständig auf der Grundmetallschicht 11 ausgebildet, die als Hauptbestandteil Cu enthält, und ist eine Palladium-(Pd-)Galvanisierungsschicht 13 direkt auf der Nickelgalvanisierungsschicht 12 ausgebildet. D.h., dass Nickel und Palladium nacheinander auf die Grundmetallschicht 11 aufgalvanisiert sind.

Wenn ein Zuleitungsrahmen mit einer obersten Schicht aus Palladium verwandt wird, kann ein Umweltproblem auf Grund freiliegenden Bleis vermieden werden und kann die Montage des Halbleiterbauteils vereinfacht werden. Auf Grund der Wärme, die bei der Montage des Halbleiterbauteils erzeugt wird, bildet die Palladiumgalvanisierungsschicht 13 jedoch eine oxidierte Palladiumverbindung, die die physikalischen Eigenschaften der Palladiumschicht 13, beispielsweise die elektrische Leitfähigkeit, das Haftvermögen, usw. nachteilig beeinflussen kann. Eine Oxidation der Palladiumgalvanisierungsschicht 13 verringert insbesondere das Grenzflächenhaftvermögen (Verdrahtungsfähigkeit) und die Lötmittelbenetzbarkeit zwischen einem Golddraht und dem Zuleitungsrahmen. Wenn weiterhin die Palladiumgalvanisierungsschicht 13 Wasserstoff während der Galvanisierung absorbiert, wird die Palladiumgalvanisierungsschicht 13 geschwächt und brüchig und empfindlich für Rissbildungen auf Grund eines Stoßes.

Es sind verschiedene Zuleitungsrahmen in der US-PS-6,469,386 vorgeschlagen worden, mit denen die obigen Probleme beseitigt werden sollen. Zwei derartige Zuleitungsrahmen sind in den 3A und 3B dargestellt. Bei dem in 3 dargestellten Zuleitungsrahmen sind eine Ni-Galvanisierungsschicht 22, eine Pd-Schicht 23 und eine Gold-(Au-) Galvanisierungsschicht 24 nacheinander auf einer Grundmetallschicht 21 ausgebildet. Bei einem anderen Zuleitungsrahmen, der in 3B dargestellt ist, sind eine Galvanisierungsschicht 22' aus Ni oder einer Ni-Legierung, eine Galvanisierungsschicht 23' aus Pd oder einer Pd-Legierung und eine Galvanisierungsschicht 24' aus einer Au-Pd-Legierung der Reihe nach auf der Grundmetallschicht 21 ausgebildet, Der Aufbau der Galvanisierungsschichten 22, 23, 24 und 22', 23', 24' ist im Wesentlichen der gleiche, wie er in 2 dargestellt ist, allerdings mit der zusätzlichen obersten Au-Galvanisierungsschicht 24 oder der Galvanisierungsschicht 24' aus einer Au-Pd-Legierung.

Die Oxidationsbeständigkeit von Au ist größer als die von Pd. Wenn somit in der in 3A dargestellten Weise eine Galvanisierungs schicht 24 aus reinem Au als oberster Teil eines Zuleitungsrahmens ausgebildet ist, verhindert die Au-Galvanisierungsschicht 24, dass die Pd-Galvanisierungsschicht 23 während der Montage des Halbleiterbauteils oxidiert wird, bei der ein thermischer Arbeitsvorgang ausgeführt wird, wodurch das bisher bestehende Problem einer niedrigen Verdrahtungsfähigkeit und einer geringen Lötmittelbenetzbarkeit beseitigt wird.

Nachteilig ist es jedoch, dass ein Gießharz im Allgemeinen eine niedrige Affinität gegenüber einer Oberfläche aus einem reinen Metall oder einer Legierung hat. Es ist weiterhin bekannt, dass im Vergleich mit einer Oberfläche aus einem reinen Metall oder einer Legierung das Haftvermögen des Gießharzes verbessert wird, wenn eine Oxidschicht auf der Oberfläche des reinen Metalls oder der Legierung gebildet wird. Wenn daher eine Galvanisierungsschicht aus reinem Au an einer Kontaktfläche des Gießharzes als eine eine Oxidation verhindernde Schicht für Pd ausgebildet wird, nimmt das Haftvermögen des Gießharzes ab.

Eine bekannte Möglichkeit, das Haftvermögen des Gießharzes auf der Metalloberfläche zu verbessern, ist in 3B dargestellt, die zeigt, dass eine Galvanisierungsschicht 24' aus einer Au-Pd-Legierung, die aus Au und Pd besteht, auf der Galvanisierungsschicht 23' aus Pd oder einer Pd-Legierung ausgebildet ist, so dass das Haftvermögen zwischen dem Gießharz und der Galvanisierungsschicht 24' aus einer Au-Pd-Legierung durch die Oxidation der an der Oberfläche freiliegenden Pd-Teile erhöht wird.

Kürzlich hat ein Verfahren zur Herstellung eines umweltfreundlichen Halbleiterbauteils Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Um ein umweltproblemfreies Halbleiterbauteil herzustellen, ist ein hohes Haftvermögen zwischen einem Zuleitungsrahmen und dem Gießharz unter einer belastenden Atmosphäre notwendig, deren Temperatur und Feuchtigkeit sehr hoch sind. Unter dieser belastenden Atmosphäre hat jedoch die Galvanisierungsschicht 24' aus einer Au-Pd-Legierung ein geringes Haftvermögen am Gießharz.

Wie es später beschrieben wird, heißt das, dass eine Ablösung der Schichten beobachtet wurde und das Haftvermögen des Gießharzes verringert ist, was die Ergebnisse einer Feuchtigkeitsempfindlichkeitsbewertung (MSL) über einen Kontrolltest nach Ablauf von 168 Stunden unter einer Atmosphäre mit einer Temperatur von 85°C und einer relativen Feuchtigkeit von 85 % ergaben. Das Haftvermögen des Gießharzes ist unter einer belastenden Atmosphäre, beispielsweise bei hoher Feuchtigkeit beeinträchtigt.

Durch die Erfindung wird ein Zuleitungsrahmen für ein Halbleiterbauteil geschaffen, der ein geringes Problem der Ablösung, eines hohes Gießharzhaftvermögen, ein hohes Grenzflächenhaftvermögen und eine hohe Lötmittelbenetzbarkeit zwischen einem Au-Draht und einer Zuleitung zeigt.

Dazu weist gemäß der Erfindung der Zuleitungsrahmen für ein Halbleiterbauteil eine Grundmetallschicht und mehrere Galvanisierungsschichten auf, die auf der Grundmetallschicht ausgebildet sind, wobei die Galvanisierungsschichten eine Ni-Galvanisierungsschicht aus Ni oder einer Ni-Legierung, die auf der Grundmetallschicht niedergeschlagen ist, eine Pd-Galvanisierungsschicht aus Pd oder einer Pd-Legierung, die über die Ni-Galvanisierungsschicht gelegt ist, und einer Schutzgalvanisierungsschicht aus Au oder einer Au-Legierung umfassen, die über die Pd-Galvanisierungsschicht gelegt ist, wobei die Ni-Galvanisierungsschicht so ausgebildet ist, dass sie eine bestimmte Stärke und Oberflächenrauhigkeit hat.

Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Ni-Galvanisierungsschicht eine erste Ni-Galvanisierungsschicht, die gleichmäßig in einer bestimmten Stärke auf einer Oberfläche der Grundmetallschicht ausgebildet ist, sowie eine zweite Ni-Galvanisierungsschicht, die uneben mit einer bestimmten Stärke und einer bestimmten Oberflächenrauhigkeit auf der ersten Ni-Galvanisierungsschicht ausgebildet ist.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die Ni-Galvanisierungsschicht eine erste Ni-Galvanisierungsschicht, die uneben mit einer bestimmten Stärke und einer bestimmten Oberflächenrauhigkeit auf der Grundmetallschicht ausgebildet ist, sowie eine zweite Ni-Galvanisierungsschicht, die gleichmäßig mit einer bestimmten Stärke auf der ersten, d.h., der unebeneren Ni-Galvanisierungsschicht ausgebildet ist.

Bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die Ni-Galvanisierungsschicht eine erste Ni-Galvanisierungsschicht, die gleichmäßig mit einer bestimmten Stärke auf der Grundmetallschicht ausgebildet ist, eine zweite unebenere Ni-Galvanisierungsschicht, die uneben mit einer bestimmten Stärke und einer bestimmten Oberflächenrauhigkeit auf der ersten Ni-Galvanisierungsschicht ausgebildet ist, und eine dritte Ni-Galvanisierungsschicht, die gleichmäßig in einer bestimmten Stärke auf der zweiten, d.h., der unebeneren Ni-Galvanisierungsschicht ausgebildet ist.

Im Folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnungen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen
1 in einer Draufsicht einen typischen Zuleitungsrahmen für ein Halbleiterbauteil,
2 schematisch in einer Querschnittsansicht den Aufbau der Galvanisierungsschichten eines herkömmlichen Zuleitungsrahmens für ein Halbleiterbauteil,
3A und 3B in schematischen Querschnittsansichten den Aufbau der Galvanisierungsschichten bei weiteren herkömmlichen Zuleitungsrahmen für ein Halbleiterbauteil,
4 in einer schematischen Querschnittsansicht den Aufbau der Galvanisierungsschichten eines Zuleitungsrahmens für ein Halbleiter- Bauteil gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung,
5 in einer schematischen Querschnittansicht den Aufbau der Galvanisierungsschichten eines Zuleitungsrahmens für ein Halbleiterbauteil gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung,
6 in einer schematischen Querschnittsansicht den Aufbau der Galvanisierungsschichten eines Zuleitungsrahmens für ein Halbleiterbauteil gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung,
7 bis 9 jeweils die Oberflächen von Zuleitungsrahmen mit dem Aufbau der Galvanisierungsschichten gemäß 4 bis 6,
10 die Oberfläche eines herkömmlichen Zuleitungsrahmens, der in 2 dargestellt ist,
11 in einer grafischen Darstellung die Testergebnisse des Haftvermögens aus einem Kontrolltest, der an Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung und an Vergleichsbeispielen durchgeführt wurde,
12 bis 14 die Probestücke, die für den Kontrolltest verwandt wurden, und
15 eine Tabelle zum Vergleich der Schichtablösung gemäß der vorliegenden Erfindung mit der Schichtablösung der Vergleichsbeispiele. 4 zeigt in einer schematischen Querschnittsansicht den Aufbau der Galvanisierungsschichten eines Zuleitungsrahmens für ein Halbleiterbauteil bei einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Wie es in 4 dargestellt ist, umfasst ein Zuleitungsrahmen für ein Halbleiterbauteil gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung eine Grundmetallschicht 21, eine Ni-Galvanisierungsschicht 122, eine grobe oder unebene Ni-Galvanisierungsschicht 125, eine Pd-Galvanisierungsschicht 123 und eine Schutzgalvanisierungsschicht 124.
Die Grundmetallschicht 21 besteht aus Cu oder einer Legierung 42 als Hauptbestandteil, die Ni-Galvanisierungsschicht 122 besteht aus Ni oder einer Ni-Legierung, die Pd-Galvanisierungsschicht 123 besteht aus Pd oder einer Pd-Legierung und die Schutzgalvanisierungsschicht 124 besteht aus Au oder einer Au-Legierung.
Die Ni-Galvanisierungsschicht 122 verhindert die Bildung von Kupferoxid oder Kupfersulfid durch Diffusion eines Materials der Grundmetallschicht 21, wie beispielsweise Cu in die Oberfläche des Zuleitungsrahmens.
Es ist bekannt, dass Nickelgalvanisierungsschichten 122, 125 durch ein Elektrogalvanisierungsverfahren niedergeschlagen werden können, bei dem eine Stromdichte in Bereich von etwa 10–30 Ampere/100 cm² (ASD) über 10–30 Sekunden angelegt wird, während die Grundmetallschicht 21 einer Ni-Lösung ausgesetzt wird, die Ni, H₃BO₃ und/oder Cl enthalten kann. Die Stärke der Galvanisierungsschichten 122, 125 kann beispielsweise im Bereich von 25–130·10^–6 cm (10–50 Mikroinch) liegen.
Bei einem Beispiel des Galvanisierungsvorganges wird eine rauere Ni-Galvanisierungsschicht 125 auf der ersten Ni-Galvanisierungsschicht 122 durch Elektrogalvanisieren mit einer hohen Stromdichte von beispielsweise mehr als 10 Ampere/100 cm² ausgebildet, die an die Grundmetallschicht 21 gefegt wird, nachdem diese einem chemischen Bad ausgesetzt wurde. Das chemische Bad kann beispielsweise eine Nickelsulfat mit einer Konzentration von 30 g/l, Amoniumsulfat mit einer Konzentration von 30 g/l, Natriumsulfat mit einer Konzentration von 50 g/l, Natriumchlorid mit einer Konzentration von 20 g/l und Borsäure mit einer Konzentration von 25 g/l enthalten. Bei einem weiteren Beispiel der Galvanisierung erfolgt diese in einem Durchlaufgalvanisierungsverfah ren, bei dem ein Halbleiterzuleitungsrahmen, der auf eine Seite einer Spule gewickelt ist, zugeführt wird und dann, wenn das Galvanisieren abgeschlossen ist, auf die andere Seite der Spule gewickelt wird. Um die Galvanisierungsgeschwindigkeit zu erhöhen und eine rauere Schicht aus einer Nickellegierung stabil zu erzielen, kann ein höherer Strom von beispielsweise 50 ASD angelegt werden. Die Galvanisierungszeit liegt im Bereich von etwa 5–20 Sekunden. Wenn die Galvanisierungszeit unter 5 Sekunden liegt, ist es schwierig eine rauere Nickellegierungsschicht mit geeigneter Stärke sicherzustellen, während dann, wenn die Galvanisierungszeit über 20 Sekunden liegt, eine Verschmutzung der Nickelgalvanisierungsschicht auftreten kann.
Für Pd oder eine Pd-Legierung ist eine hohe Lötmittelbenetzbarkeit typisch. Die Pd Galvanisierungsschicht 123 ist daher auf der unebeneren Ni-Galvanisierungsschicht 125 ausgebildet, schützt die Oberfläche der unebeneren Ni-Galvanisierungsschicht 125 und erleichtert das Löten.
Die Schutzgalvanisierungsschicht 124, die aus Au oder einer Au-Legierung besteht, verhindert, dass die Pd-Galvanisierungsschicht 123 Wasserstoff absorbiert, wenn sie Luft ausgesetzt ist. D.h., dass die Schutzgalvanisierungsschicht 124 verhindert, dass der Zuleitungsrahmen 1 (1) eine geringere Lötmittelbenetzbarkeit hat, indem sie eine Oxidation der Pd-Galvanisierungsschicht 123 verhindert, während der Zuleitungsrahmen einen thermischen Arbeitsvorgang während der Herstellung des Halbleiterbauteils durchläuft.
Die Stärke der Ni-Galvanisierungsschicht 122 liegt im Bereich von etwa 25–130·10^–6 cm (10–50 Mikroinch), die Stärke der unebeneren Ni-Galvanisierungsschicht 125 liegt im Bereich von etwa 2,5–25·10^–6 cm (1–10 Mikroinch) und die Stärke der Pd-Galvanisierungsschicht 123 liegt im Bereich von etwa 0,5–2,5·10^–6 cm (0,2–1,0 Mikroinch). Die Schutzgalvanisierungsschicht 124 wird durch eine Schnell- oder An schlaggalvanisierung durchgeführt. Wenn die Schutzgalvanisierungsschicht 124 zu dünn ist, nehmen die Wartungskosten zu und wenn die Schutzgalvanisierungsschicht 124 zu dick ist, werden die Herstellungskosten übermäßig hoch, da der Verbrauch an mit hohen Kosten verbundenem Au zunimmt. Es sollte daher eine passende Stärke beibehalten werden.
Wenn in der oben beschriebenen Weise ein Galvanisierungsüberzug auf der Oberfläche eines Zuleitungsrahmens niedergeschlagen wird, nimmt die Haftung zwischen dem Zuleitungsrahmen und dem Gießharz merklich zu. Ein Verfahren zur weiteren Erhöhung der Haftung zwischen dem Gießharz und dem Zuleitungsrahmen durch Galvanisieren der Außenfläche des Zuleitungsrahmens mit einem Material mit hohem Haftvermögen am Gießharz wurde bereits eingesetzt. Wie es später im Einzelnen beschrieben wird, kann jedoch das Haftvermögen zwischen dem Gießharz und dem Zuleitungsrahmen dadurch erhöht werden, dass eine Galvanisierungsschicht mit einer rauen Oberfläche gebildet wird. Ein Material mit einem etwas niedrigerem Haftvermögen am Gießharz kann daher als Material zur Bildung der Schutzgalvanisierungsschicht 124 verwandt werden, wenn das Material andere Vorteile, wie beispielsweise eine hohe Pb-Benetzbarkeit oder niedrige Kosten hat, da das Haftvermögen zwischen dem Gießharz und dem Zuleitungsrahmen durch die rauere Galvanisierungsschicht merklich verbessert wird. In mancher Hinsicht kann beispielsweise Silber (Ag) für die Schutzgalvanisierungsschicht 124 verwandt werden. Andere Eigenschaften des Zuleitungsrahmen, wie beispielsweise niedrige Materialkosten oder eine hohe Pb-Benetzbarkeit können verstärkt werden, da der Wählbereich des Materials größer wird, das den Zuleitungsrahmen bildet.
5 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Aufbaus der Galvanisierungsschichten eines Zuleitungsrahmens für ein Halblei terbauteil gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Wie es in 5 dargestellt ist, weist der Zuleitungsrahmen gemäß des zweiten Ausführungsbeispiel eine Grundmetallschicht 21, eine erste Ni-Galvanisierungsschicht 122a, eine zweite rauere oder unebenere Ni-Galvanisierungsschicht 125, eine dritte Ni-Galvanisierungsschicht 122b, eine Pd-Galvanisierungsschicht 123 und eine Schutzgalvanisierungsschicht 124 auf.
Der Unterschied zwischen dem vorliegenden Ausführungsbeispiel und dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel besteht darin, dass die Ni-Galvanisierungsschichten 122a und 122b die unebenere Ni-Galvaniierungsschicht 125 sandwichartig umschließen. Die Stärke der Ni-Galvanisierungsschicht 122a, 122b kann im Bereich von etwa 25–130 10–6 cm (10–50 Mikroinch) liegen und die Stärke der Ni-Galvanisierungsschicht 125 kann im Berich von 2,5–25·10^–6 cm (1–10 Mikroinch) liegen.
6 zeigt in einer schematischen Querschnittsansicht den Aufbau der Galvanisierungsschichten eines Zuleitungsrahmens für ein Halbleiterbauteil gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Wie es in 6 dargestellt ist, weist der Zuleitungsrahmen für ein Halbleiterbauteil nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Grundmetallschicht 21, eine erste unebenere oder rauere Ni-Galvanisierungsschicht 125, eine zweite Ni-Galvanisierungsschicht 122, eine Pd-Galvanisierungsschicht 123 und eine Schutzgalvanisierungsschicht 124 auf.
Der Unterschied zwischen dem vorliegenden Ausführungsbeispiel und dem ersten in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass die Positionen der unebeneren Ni-Galvanisierungsschicht 125 und der Ni-Galvanisierungsschicht 122 vertauscht sind.
Aus den 4–6 und der vorhergehenden Beschreibung ergibt sich, dass ein Zuleitungsrahmen mit physikalisch überlegenem Haftvermögen dadurch hergestellt werden kann, dass die Oberfläche des Zuleitungsrahmens so gestaltet wird, dass sie eine rauere oder unebenere Ni-Galvanisierungsschicht 125 unter den Galvanisierungsschichten aufweist.
Die 7–9 zeigen jeweils die Oberflächen von Zuleitungsrahmen gemäß 4–6 der vorliegenden Erfindung. 10 zeigt die Oberfläche eines herkömmlichen Zuleitungsrahmens für ein Halbleiterbauteil, das in 2 dargestellt ist.
Anhand eines Vergleiches der 2 mit den 7–9 ergibt sich, dass die Oberflächen von Zuleitungsrahmen nach den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung eine rauere oder unebenere Oberfläche als ein herkömmlicher Zuleitungsrahmen haben. Das Haftvermögen zwischen dem Gießharz und dem Zuleitungsrahmen ist somit durch die zusätzliche Bindungs- und Reibkraft aus der Rauhigkeit der Oberfläche des Zuleitungsrahmens nach dem Abbinden des Gießharzes erhöht.
Nachdem ein Zuleitungsrahmen nach dem Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, wurde die Oberflächenrauhigkeit des Zuleitungsrahmens über ein Abtastelektronenmikroskop SEM geprüft. Die Prüfung der Oberflächenrauhigkeit unter Verwendung eines SEM benötigt jedoch Zeit und ist schwierig gleichzeitig mit dem Galvanisierungsvorgang auszuführen. Es war daher nötig, ein Verfahren zu entwickeln, die Oberflächenrauhigkeit während des fortschreitenden Galvanisierungsvorgangs schnell zu prüfen. Hierzu kann ein an sich bekanntes Glanzmessverfahren verwandt werden. Wenn der gemessenen Glanz im Bereich von 0,2–0,8 liegt, kann davon ausgegangen werden, dass der Zuleitungsrahmen die gewünschte Oberflächenrauhigkeit hat. Wenn der Glanz unter 0,2 liegt, ist die Oberflächenrauhigkeit zu groß und kann ein Harz, wie beispielsweise ein Ag-Epoxyharz beim Gießen verlaufen und zu einem Harzüberlaufen (RBO) führen, was Qualitätsprobleme hervorruft. Wenn der Glanz über 0,8 liegt, ist die Oberflächenrauhigkeit nicht ausreichend und ergibt sich keine wirksame Zunahme im Feuchtigkeitsempfindlichkeitspegel MSL.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung wird anhand von Vergleichsbeispielen im Folgenden im Einzelnen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist allerdings auf die folgenden Vergleichsbeispiele nicht beschränkt.
11 zeigt in einer grafischen Darstellung die Gießscherkräfte auf der Grundlage von Daten, die dadurch erhalten wurden, dass ein Kontrolltest an verschiedenen Halbleiterbauteilen durchgeführt wurde, um Zuleitungsrahmen nach den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung mit einem anderen Vergleichsausführungsbeispiel zu vergleichen. 12 bis 14 zeigen die Formen und Abmessungen der Halbleiterbauteilproben und deren Zuleitungen und Stifte, an denen der Kontrolltest ausgeführt wurde. 15 zeigt in einer Tabelle das Maß an Schichtablösung eines Gießharzes der Halbleiterbauteilproben, das sich aus den Kontrolltests ergibt. Dabei ist das Maß an Schichtablösung das Maß an Trennung des Gießharzes vom Zuleitungsrahmen vom gesamten möglichen Kontaktbereich zwischen dem Gießharz und dem Zuleitungsrahmen nachdem die folgenden Testbedingungen angewandt wurden, d.h., nachdem ein Feuchtigkeitsadsorptionsvorgang und ein Reflow durchgeführt wurden.
Die Probestücke und die Testbedingungen waren die Folgenden:
1. Probestücke

(1) Zuleitungsrahmen: 1-3) Die Ausführungsbeispiele 1, 2 und 3 waren Halbleiterbauteile, die einen Zuleitungsrahmen hatten, der Galvanisierungsschichten nach den 4 bis 6 jeweils aufwies. Jede Leitung/jeder Stift hatte eine Stärke von 0,25 nm, eine Breite von 6 mm und eine Länge von 25 mm, wobei die Grundmetallschicht des Zuleitungsrahmens hauptsächlich aus Cu bestand. 4) Das Vergleichsbeispiel 1 ist ein Halbleiterbauteil ähnlich dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel 1 mit der Ausnahme, dass es einen Zuleitungsrahmen mit einer wesentlich raueren Ni-Galvanisierungsschicht hatte und die Schutzgalvanisierungsschicht fehlte. 5) Das Vergleichsbeispiel 2 ist ein Halbleiterbauteil ähnlich dem oben beschriebenen Vergleichsbeispiel 1, allerdings mit der Ausnahme, dass es Schutzgalvanisierungsschicht aus Au hat.
(2) Gießharz: Es wurde Model SL 7300MES (MQFP Typ), erhältlich von Cheil Industries Inc., Seoul, Korea verwandt.
(3) Die Probestücke wurden alle mit der gleichen Größe, die in den 12 bis 14 dargestellt ist, unter Verwendung der vorhergehenden Zuleitungsrahmen und des Gießharzes hergestellt.

3. Testbedingungen

(1) Formvoraushärtung: 4 Stunden bei einer Temperatur von 175°C;
(2) Feuchtigkeitsadsorptionsprozess: 168 Stunden bei einer Temperatur von 85°C und einer relativen Feuchtigkeit von 85 %
(3) Reflow: Nach einem aufeinander folgenden Durchlauf bei maximaler Temperatur von 260°C (dreimal) wurde das Haftvermögen der Probestücke gemessen.

3. Prüfvorrichtung

(1) Akustisches Abtastmikroskop (SAM): Modell HS-100 (SONIX Co.)
(2) Festigkeitsprüfer: Modell AGS-100A (Shimadzu Corp.)

Wie es in 11 dargestellt ist, hatten die Halbleiterbauteile mit Zuleitungsrahmen nach den 4 bis 6 gemäß der vorliegenden Erfindung ein Gießharzhaftvermögen von mehr als 75 kgf, 70 kgf bzw. 64 kgf jeweils. Es ist ersichtlich, dass die Gießharzhaftvermögen viel größer waren, als es für die Zuverlässigkeit eines Halbleiterbauteils notwendig ist, wie es an sich bekannt ist.
Im Fall des Vergleichsbeispiels 1 lag das Gießharzhaftvermögen jedoch im Bereich von etwa 35–53 kgf und das Gießharzhaftvermögen des Vergleichsbeispiels 2 lag im Bereich von etwa 12–15 kgf. D.h., dass das Gießharzhaftvermögen des Zuleitungsrahmens mit einer raueren oder unebeneren Ni-Galvanisierungsschicht merklich größer als das der Vergleichsbeispiele 1 und 2 war.
Wenn gemäß 15 der Zustand der Bindung zwischen dem Gießharz und dem Zuleitungsrahmen nach Anwendung der obigen Testverhältnisse, die belastender als die tatsächlichen Benutzungsverhältnisse sind, ohne direkte Anwendung einer Kraft untersucht wurden, ergab sich kaum eine Schichtablösung im Fall der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung. Die schraffierten Teile 301 in 15 sind Schichtablösungsteile. Bei dem Vergleichsbeispiel 1 ergab sich jedoch eine Schichtablösung über mehr als die Hälfte des gesamten Bereiches und im Fall des Vergleichbeispiels 2 ergab sich eine Schichtablösung in den meisten Bereichen.
Aus 15 ist ersichtlich, dass ein Zuleitungsrahmen mit einer raueren oder unebeneren Ni-Galvanisierungsschicht ein merklich geringeres Maß an Schichtablösung verglichen mit den Vergleichsbeispielen 1 und 2 zeigt.
Wie es oben beschrieben wurde, kann ein Zuleitungsrahmen für ein Halbleiterbauteil gemäß der vorliegenden Erfindung nicht nur die Verdrahtungsfähigkeit und die Lötmittelbenetzbarkeit, die Qualitätsvorgaben eines Zuleitungsrahmens sind, sondern auch das Gießharzhaftvermögen und das Problem der Schichtablösung verbessern, was die Zuverlässigkeit des Halbleiterbauteils erhöht.
Der Zuleitungsrahmen gemäß der vorliegenden Erfindung eignet sich weiterhin zur Herstellung eines umweltfreundlichen Halbleiterbauteils, d.h., eines Pb-freien Halbleiterbauteils, da der Zuleitungsrahmen ein hohes Gießharzhaftvermögen und ein geringes Schichtablösungsproblem selbst bei einer stark Feuchtigkeit absorbierenden Atmosphäre hat.

Claims

Zuleitungsrahmen für ein Halbleiterbauteil mit einer Grundmetallschicht, einer ersten Ni-Galvanisierungsschicht auf der Grundmetallschicht, welche erste Ni-Galvanisierungsschicht eine erste Stärke und eine erste Oberflächenrauhigkeit hat, einer zweiten Ni-Galvanisierungsschicht auf der Ni-Galvanisierungsschicht, welche zweite Ni-Galvanisierungsschicht eine zweite Stärke und eine zweite Oberflächenrauhigkeit hat, einer Pd-Galvanisierungsschicht auf der zweiten Ni-Galvanisierungsschicht und einer Schutzgalvanisierungsschicht auf der Pd-Galvanisierungsschicht.
Zuleitungsrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzgalvanisierungsschicht Au oder eine Au-Legierung umfasst.
Zuleitungsrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Oberflächenrauhigkeit wesentlich größer als die zweite Oberflächenrauhigkeit ist und dass die erste Stärke im Bereich von 1,0–10 Mikroinch liegt.
Zuleitungsrahmen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Stärke im Bereich von etwa 10–50 Mikroinch liegt.
Zuleitungsrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Oberflächenrauhigkeit wesentlich größer als die zweite Oberflächenrauhigkeit ist und dass die erste Stärke im Bereich von etwa 10–50 Mikroinch liegt.
Zuleitungsrahmen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Stärke im Bereich von etwa 1,0–10 Mikroinch liegt.
Zuleitungsrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Oberflächenrauhigkeit wesentlich größer als die erste Oberflächenrauhigkeit ist und dass die zweite Stärke im Bereich von etwa 1,0–10 Mikroinch liegt.
Zuleitungsrahmen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stärke im Bereich von etwa 10–50 Mikroinch liegt.
Zuleitungsrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Oberflächenrauhigkeit wesentlich größer als die erste Oberflächenrauhigkeit ist und dass die zweite Stärke im Bereich von etwa 10–50 Mikroinch liegt.
Zuleitungsrahmen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stärke im Bereich von etwa 1,0–10 Mikroinch liegt.
Zuleitungsrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundmetallschicht Cu oder Legierung 42 umfasst.
Zuleitungsrahmen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine dritte Ni-Galvanisierungsschicht, die zwischen der zweiten Ni-Galvanisierungsschicht und der Pd-Galvanisierungsschicht angeordnet ist, wobei die dritte Ni-Galvanisierungsschicht eine dritte Stärke und eine dritte Oberflächenrauhigkeit hat.
Zuleitungsrahmen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Oberflächenrauhigkeit wesentlich größer als die erste Oberflächenrauhigkeit und die dritte Oberflächenrauhigkeit ist.
Zuleitungsrahmen nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Stärke im Bereich von etwa 1,0–10 Mikroinch liegt.
Zuleitungsrahmen nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stärke im Bereich von etwa 10–50 Mikroinch liegt.
Zuleitungsrahmen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Stärke im Bereich von etwa 1,0–10 Mikroinch liegt.
Zuleitungsrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pd-Galvanisierungsschicht eine Stärke im Bereich von etwa 0,2–1,0 Mikroinch hat.
Zuleitungsrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzgalvanisierungsschicht durch Schnell- oder Anschlaggalvanisieren gebildet ist.
Zuleitungsrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Oberflächenrauhigkeit oder die zweite Oberflächenrauhigkeit einen Oberflächenglanz im Bereich von etwa 0,2–0,8 auf der Schutzgalvanisierungsschicht liefert.
Zuleitungsrahmen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundmetallschicht Cu oder Legierung 42 umfasst.