DE4414729C2

DE4414729C2 - Werkstoff für die Herstellung eines Leiterrahmens und Leierrahmen für Halbleiterbauelemente

Info

Publication number: DE4414729C2
Application number: DE19944414729
Authority: DE
Inventors: Shunji Takahashi; Seizo Masukawa; Rensei Futatsuka; Tetsuya Sugimoto; Takeshi Suzuki; Chuzo Azuma; Yuichi Kanda; Takao Fukatami
Original assignee: Mitsubishi Shindoh Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Shindoh Co Ltd
Priority date: 1993-04-28
Filing date: 1994-04-27
Publication date: 1999-01-21
Anticipated expiration: 2014-04-28
Also published as: DE4414729A1; JPH0714962A; US5510197A

Description

Die Erfindung betrifft einen Werkstoff für die Herstel lung eines Leiterrahmens sowie einen Leiterrahmen für Halbleiter-Bauelemente, der eine Schutzschicht zur Ver besserung der Zuverlässigkeit der Kontaktierung an dem Leiterrahmen aufweist.

Ein Leiterrahmen ist eine dünne Metallplatte, die man durch Ausstanzen aus einem Metallband aus Kupfer oder einer Kupferlegierung erhält und die Anschlußstellen aufweist, an denen die Halbleiter-Chips zu befestigen sind sowie innere mit dem Halbleiter-Bauelement zu ver bindende Anschlüsse und äußere mit einer Platine zu verbindende Anschlüsse. Bei der Herstellung von Halb leiter-Bauelementen, wie Transistoren und, IC-Baustei nen, werden die Halbleiter-Chips mit der Lötstelle der Anschlußstruktur verbunden, wobei jede Anschlußstelle (Elektrode) der Chips mit dem zugehörigen inneren An schluß des Leiterrahmens über einen Draht kontaktiert wird und die fertigen Chips gekapselt werden. Bei der herkömmlichen Drahtkontaktierung gelangen meist dünne Gold- oder Aluminium-Drähte zur Anwendung.

Die Oberflächen solcher Anschlußstrukturen neigen bei Anwesenheit von Luft zur Oxydation, so daß die Verbund festigkeit zwischen den Anschlußdrähten und den inneren Leitern mit zunehmender Dicke der Oxydschicht abnimmt. Dies kann zu einer Beeinträchtigung der mechanischen und elektrischen Verbindung und damit zu fehlerhaften Halbleiter-Bauelementen führen.

Dieses Risiko läßt sich vermeiden, wenn die Drahtkon taktierung in reduzierender Atmosphäre erfolgt. Dieses Verfahren verlangt nicht nur den Einsatz eines teuren Reduktionsgases, sondern ist verfahrenstechnisch auf wendig, wenn die für den Zweck gewünschte reduzierende Atmosphäre aufrechterhalten werden soll.

Eine weitere Möglichkeit, einer Verringerung der mecha nischen Festigkeit der Lötstelle als Folge der Oxyda tion entgegenzuwirken, besteht darin, auf die Anschluß struktur eine Goldschicht galvanisch aufzubringen. Die Dicke dieser Schicht muß jedoch etliche µm betragen, da galvanisch aufgebrachte Schichten aus Gold geringerer Dicke die Oxydation der Oberfläche der Anschlußstruktur nicht wirksam verhindern können. Infolge der relativ großen Goldmenge für den Auftrag werden die Anschluß strukturen in der Herstellung sehr teuer.

Bei den herkömmlichen Anschlußstrukturen ist es zudem erforderlich, auf die äußeren Anschlüsse eine Löt schicht entweder im Wege der Galvanisierung oder durch Tauchlöten aufzubringen, um das Verlöten der äußeren Anschlüsse mit einer gedruckten Schaltung zu erleich tern. Dieses Verfahren bedingt aber eine Vorbehandlung, um die Oxydschicht an den äußeren Anschlüssen zu ent fernen, was wiederum wegen der aufwendigen und teuren Fertigung ein großer Nachteil der herkömmlichen Leiter rahmen ist.

Aus der US-PS 51 39 830 ist ein Leiterrahmen bekannt, dessen Anschlüsse keine Oxydbildung an der Oberfläche aufweisen. Der Leiterrahmen besteht dabei aus einem Trägerwerkstoff aus Kupfer oder Kupferlegierung, der mit einer verhältnismäßig dicken Silberlage beschichtet ist. Eine dünne Goldlage ist auf der äußeren Oberfläche der Silberbeschichtung aufgebracht, um den Oxydations widerstand zu verbessern und als Diffusionsbarriere zu dienen. Zwischen dem Leiterrahmen und der Silberlage kann eine Barrierenschicht aus Nickel, Eisen oder Chrom vorgesehen werden.

Weiterhin ist der US-PS 4,894,752 bekannt, Leiterrahmen aus Kupfer mit einer Schutzschicht zu versehen, die eine Dicke bis zu 0,1 µm aufweisen. Die Aufbringung erfolgt hierbei mittels stromlosen Plattierens.

Weitere Schutzschichten von Leiterrahmen für Halblei terbauelemente sind aus der JP-57-57885 A2 (Abstract), JP-1-310568 A2 (Abstract), JP-5-117898 A2 (Abstract) und der US-PS 4,656,003 bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Werkstoff zur Her stellung eines Leiterrahmens und einen Leiterrahmen an zugeben, der unter Vermeidung der genannten Nachteile eine hohe Zuverlässigkeit der Drahtkontaktierung bei geringen Herstellungskosten sicherstellt.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem Werkstoff für die Herstellung von Leiterrahmen gelöst, der einen Basisstreifen aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, mindestens eine auf mindestens einem Teil des Basis streifens durch Aufdampfen aufgebrachte Schutzschicht und eine Zwischenschicht zwischen der Oberfläche des Basisstreifens und der Schutzschicht aufweist, die aus Anspruch 1.

Mit dem erfindungsgemäßen Leiterrahmen läßt sich die Festigkeit der Lötverbindung zwischen Drahtverbindungen und den inneren Anschlüssen und des Leiterrahmens ver bessern. Die Herstellungskosten liegen wesentlich unter denen für die Herstellung herkömmlicher Leiterrahmen mit einer Goldschicht, da für die Schutzschicht nur eine geringe Menge des Edelmetalls benötigt wird. Die Schutzschicht bewirkt zudem eine bessere Benetzbarkeit des Leiterrahmens für Weichlot, was das Verlöten der äußeren Anschlüsse mit der gedruckten Schaltung einer Platine erleichtert und das vorherige Aufbringen einer Lötschicht auf die äußeren Anschlüsse des Leiterrahmens entbehrlich macht. Dies führt neben einer Vereinfachung des Herstellungsverfahrens auch zu einer Senkung der Herstellungskosten.

Darüber hinaus wird durch den erfindungsgemäßen kosten günstig herstellbaren als Anschlußstruktur dienenden Leiterrahmen die Lötqualität der drahtkontaktierten Bauelemente verbessert.

Hierzu weist die erfindungsgemäße Anschlußstruktur innere Anschlüsse für die Drahtkontaktierung und äußere Anschlüsse für das Verbinden mit einer gedruckten Schaltung einer Platine sowie eine erste Schutzschicht auf, die aus einer Verbindung aus einem Metall aus der Gruppe Gold, Goldlegierung, Silber, Silberlegierung, Palladium und Palladiumlegierung besteht und eine Dicke von 1 nm bis 50 nm aufweist.

Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung wird die Fe stigkeit der Lötstellen zwischen den Drähten und den inneren Anschlüssen der Anschlußstruktur erhöht und die Herstellungskosten sind gegenüber den Herstellungs kosten der bisherigen Anschlußstruktur mit einer Gold schicht wesentlich geringer.

Liegt die Dicke der Schutzschicht unter 1 nm tritt kei ne Verbesserung bei der Festigkeit der Kontaktierung und der Benetzbarkeit für ein Weichlot ein. Bei einer Dicke von mehr als 50 nm erhöhen sich allein die Her stellungskosten für die Anschlußstruktur. Mit Blick auf die Herstellungskosten und die erwähnten Auswirkungen sollte die Dicke der Schutzschicht vorzugsweise im Bereich zwischen 5 bis 30 nm liegen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine wei tere Zwischenschicht aus Nickel oder einer Nickellegie rung mit einer Dicke von 5 bis 2000 nm zwischen der Oberseite des Basisplättchens und der Schutzschicht vorgesehen.

Diese Zwischenschicht verhindert die thermische Diffu sion von Kupfer und anderen Metallen vom Basisstreifen in die Schutzschicht während einer Wärmebehandlung im Herstellungsprozeß von Halbleiter-Bauelementen. Eine Wärmebehandlung der Anschlußstruktur kann deshalb auch bei relativ hohen Temperaturen und längerer Verweildau er durchgeführt werden als dies ohne die Zwischen schicht möglich wäre. Wenn nämlich Kupferatome (oder andere Atome eines Metalls) in die Schutzschicht dif fundieren, gelangen diese an die Oberfläche der Schutz schicht und beeinträchtigen somit die Qualität der Kon taktierung und die Benetzbarkeit der Anschlußstruktur für ein Weichlot. Um diese Wirkung zu erzielen, darf die Dicke der Zwischenschicht nicht weniger als 5 nm betragen, braucht aber auch nicht dicker als 2000 nm zu sein.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend an Hand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkstoffes für einen Leiterrahmen,

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine erste Ausfüh rungsform eines aus dem Werkstoff nach Fig. 1 gefertigten Leiterrahmens,

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine andere Ausfüh rungsform eines erfindungsgemäßen Leiterrahmens,

Fig. 4 eine Grafik mit Angabe des Anteils vom jeweils abgeschiedenen Material, des Auf tragverfahrens, der Erwärmungszeiten und der Abreißfestigkeit der Drahtkontaktie rungen bei Basisplättchen aus TAMAC4,

Fig. 5 eine Grafik mit Angabe des Anteils vom jeweils abgeschiedenen Material, des Auf tragverfahrens, der Erwärmungszeiten und der Dicke der Oxydschichten bei Basis plättchen aus TAMAC4,

Fig. 6 eine Grafik mit Angabe des Anteils vom jeweils abgeschiedenen Material, des Auftragverfahrens, der Erwärmungszeiten und der Abreißfestigkeit der Drahtkontak tierung bei Basisplättchen aus OMCL1,

Fig. 7 eine Grafik mit Angabe des Anteils vom jeweils abgeschiedenen Material, des Auftragverfahrens, der Erwärmungszeiten und der Dicke der Oxydschichten bei Basis plättchen aus OMCL1,

Fig. 8 eine Grafik mit Angabe des Anteils vom jeweils abgeschiedenen Material, des Auftragverfahrens, der Erwärmungszeiten und der Abreißfestigkeit der Drahtkon taktierung bei Basisplättchen aus TAMAC15,

Fig. 9 eine Grafik mit Angabe des Anteils vom jeweils abgeschiedenen Material, des Auf tragverfahrens, der Erwärmungszeiten und der Dicke der Oxydschichten bei Basis plättchen aus TAMAC15,

Fig. 10 eine Grafik mit Angabe der Erwärmungszei ten und der Abreißfestigkeit der Drahtkon taktierungen bei Basisplättchen aus TAMAC15 in Abhängigkeit von der Dicke der Schutzschichten,

Fig. 11 eine Grafik mit Angabe der Erwärmungs zeiten und Dicke der Oxydschichten bei Basisplättchen aus TAMAC15 in Abhängigkeit von der Dicke der Schutzschichten.

Die in Fig. 1 gezeigte Ausführung des erfindungsgemäßen Werkstoffes 3 für eine Anschlußstruktur in Form eines Leiterrahmens (lead frame) besteht aus einem Basis streifen 2 aus Kupfer oder einer Kupferlegierung mit einer einseitig oder beidseitig aufgebrachten Schutz schicht 2. Der Basisstreifen 1 hat die Form eines langen Bandes mit konstanter Breite von einigen Zen timetern und einer konstanten Dicke von beispielsweise 0,1-1,0 mm. Die Erfindung ist auf die genannten Ab messungen nicht beschränkt. Bei der dargestellten Aus führungsform ist die Schutzschicht 2 gleichbleibender Breite im mittleren Bereich des Basisstreifens 1 in Längsrichtung verlaufend aufgebracht. Zwischen der Schutz schicht und der Oberfläche des Basisstreifens ist eine Zwischen schicht gemäß Anspruch 1 angeordnet.

Fig. 2 zeigt dagegen einen Leiterrahmen 15, der aus dem Werkstoff 3 nach Fig. 1 ausgestanzt wurde. Der Leiter rahmen 15 weist einen aus dem Basisstreifen 1 ausge stanzten Leiterrahmen-Körper 10 mit einer Anschlußstel le 11 für nicht dargestellte Chips auf sowie innere An schlüsse 12 mit Drahtkontaktierung zu den Chips, äußere Anschlüsse 13, die mit der Schaltungsoberfläche einer Platine direkt verbunden werden, und Querstege 14, über die die äußeren Anschlüsse mit einem Paar Trägerteilen 16 verbunden sind. Die Schutzschicht 2 ist im Beispiel nach Fig. 2 nur auf den inneren Anschlüssen aufge bracht, doch sind erfindungsgemäß auch andere Ausbil dungen als in Fig. 1 und 2 gezeigt, möglich. Beispiels weise kann die Schutzschicht 2 auch die gesamte Fläche des Basisstreifens 1 oder des Körpers 10 der Anschluß struktur gemäß Fig. 3 abdecken. Die Schutzschicht 2 kann aber auch nur bei den inneren Anschlüssen 12 vorhanden sein. Die Erfindung ist bei Anschlußstruktu ren für Chips hoher Packungsdichte (LSI = Large Scale Integration) und IC-Bausteinen anwendbar ebenso wie bei anderen Arten von Halbleiter-Bauelementen wie Transi storen und hybridbestückten Schaltungen.

Die Schutzschicht 2 besteht aus mindestens einem Metall aus der Gruppe Gold, Goldlegierung (Hartgold), Silber, Silberlegierung, Palladium und Palladiumlegierung und ist zwischen 1 bis 50 nm dick. Die Schutzschicht 2 braucht nicht nur aus einer einzigen Schicht bestehen, sondern kann auch mehr als zwei Schichten aus un terschiedlichem Material aufweisen.

Als für die Schutzschicht 2 geeignete Materialien sind zu nennen:

a) Hartgoldlegierung mit 0 bis 60 Gewichts prozent von mindestens einem der Elemente Cu, Ag und Zn,
b) Silberlegierung mit 0 bis 30 Gewichts prozent von mindestens einem der Elemente Pd, Cu, In und Zn,
c) Palladiumlegierung mit 0 bis 70 Gewichts prozent von mindestens einem der Elemente Au, Ni, Ag und Si.

Bei einer geringeren Dicke der Schutzschicht 2 als 1 nm ist keine ausreichende Verbesserung der Verbundfestig keit und Benetzbarkeit für das Weichlot erzielbar. Übersteigt die Dicke der Schutzschicht dagegen 50 nm, bringt dies lediglich höhere Herstellungskosten für die Anschlußstruktur. Werden Herstellungskosten und die erzielbaren Verbesserungen gegeneinander abgewogen, so ergibt sich eine bevorzugte Dicke der Schutzschicht zwischen 5 bis 30 nm. Eine Schutzschicht geringer Dicke kann eine Oxydation an der Oberfläche des Basisstrei fens 1 oder des Körpers 10 der Anschlußstruktur be kanntlich nicht vollständig unterbinden. Dennoch hat man herausgefunden, daß sehr dünne Schutzschichten 2 die Festigkeit der Drahtkontaktierung und deren Benetz barkeit für das Weichlot entgegen den bisherigen Annahmen in Fachkreisen verbessern können.

Die Schutzschicht 2 wird vorzugsweise durch Aufdampfen, wie Aufdampfen im Vakuum, Ionenzerstäubung und Katho denstrahlzerstäubung (sputtering) aufgebracht. Eine aufgedampfte Schutzschicht 2 ist dünner als ein im Bad aufgebrachter Überzug beispielsweise durch Galvanisie ren oder stromloses Aufbringen, und kann daher die Zu verlässigkeit der Drahtkontaktierung der Anschlußstruk tur 15 wirksamer beeinflussen.

Neben dem Ausstanzen des Leiterrahmens 15 aus dem Werk stoff 3 mit der zuvor aufgebrachten Schutzschicht 2 kann dieser auch in folgenden Schritten hergestellt werden:

- Ausstanzen oder Ausätzen der Basisstreifen 1 zur Bildung des Leiterrahmen-Körpers 10 und
- Aufdampfen, besonders durch Aufdampfen im Vakuum, der Schutzschicht 2 auf mindestens einen Teil des Körpers 10, der die inneren und äußeren Anschlüsse 12 und 13 aufweist.

In diesem Fall wird die Schutzschicht 2 nicht nur auf die ebenen Flächen, sondern auch auf die Randflächen der äußeren Anschlüsse 13 aufgebracht, wodurch auch die Benetzbarkeit der Randflächen erhöht wird. Damit ist aber auch eine Verbesserung der Qualität der Lötstellen der äußeren Anschlüsse 13 verbunden. Einen besonders wirksamen Auftrag der Schutzschicht 2 auf die Rand flächen der äußeren Anschlüsse erreicht man durch Ver minderung des Vakuums während des Aufdampfvorganges. Hierdurch diffundiert das Metall im Dampfstrahl und begünstigt die Ablagerung des Metalls an den Rand flächen der äußeren Anschlüsse 13. Wird außerdem der Anschlußstrukturkörper 10 gegen den Dampfstrahl während des Aufdampfvorganges geschwenkt, so läßt sich ein noch günstigerer Auftrag der Schutzschicht 2 an den Randflä chen der äußeren Anschlüsse erreichen.

Als Material für die Basisplättchen 1 lassen sich alle bisher auch hierfür verwendeten Kupferlegierungen ein setzen. Zu diesen Kupferlegierungen gehören beispiels weise:

- Fe (0,1 Gew.-%) - P (0,03 Gew.-%) - Cu (Rest): TAMAC4 (Markenname);
- Sn (2,0 Gew.-%) - Ni (1,5 Gew.-%) - Si (0,2 Gew.-%) - Zn (0,3 Gew.-%) - Cu (Rest): TAMAC15 (Markenname);
- Cr (0,3 Gew.-%) - Zr (0,1 Gew.-%) - Si (0,02 Gew.-%) - Cu (Rest): OMCL1 (Markenname);
- Fe (2,35 Gew.-%) - P (0,03 Gew.-%) - Zn (0,12 Gew.-%) - Cu (Rest) CDA Legierung Nr. C19400;
- Ni (3,2 Gew.-%) - Si (0,8 Gew.-%) - Zn (0,5 Gew.-%) - Cu (Rest);
- Ni (3,5 Gew.-%) - Si (0,7 Gew.-%) - Zn (0,3 Gew.-%) - Sn (0,2 Gew.-%) - Cu (Rest).

Neben den obenstehenden Stoffen wurde herausgefunden, daß sich auch die nachstehenden Stoffe für die Erfindung eignen:

a) Kupferlegierungen vom Typ CORSON mit 1,5 bis 4,5 Gew.-% Ni, 0,2 bis 1,0 Gew.-% Si, 0 bis 4 Gew.-% Zn und/oder Sn, der Rest Cu.
b) Chrom-Kupferlegierung mit 0,15 bis 0,45 Gew.-% Cr, 0 bis 0,5 Gew.-% von mindestens einem der Elemente Zr, Sn, Zn, Si und Mg, der Rest Cu.
c) Phosphor-Bronzelegierung mit 1,5 bis 10 Gew.-% Sn, 0,004 bis 0,25 Gew.-% P, 0 bis 1,0 Gew.-% Zn und/oder Ni, der Rest Cu.
d) Beryllium-Kupferlegierung JISH3130 (JIS = Japanische Industrienorm)
e) Titan-Kupfer mit 2 bis 5 Gew.-% Ti
f) Nickel-Silber (Cu-Ni-Zn-Legierung) nach JISH3110 und JISH3130 (JIS)

Insbesondere in den Fällen, in denen das Basisplättchen 1 oder der Körper 10 der Anschlußstruktur aus einer hochfesten Kupferlegierung mit Ni (vorzugsweise 1,5 bis 4,5 Gew.-%), besser 1,8 bis 4,0 Gew.-%) und/oder Si (vorzugsweise 0,2 bis 1,0 Gew.-%), besser 0,4 bis 0,8 Gew.-%) zeigt sich die günstige Wirkung der Erfindung.

Bei dem Leiterrahmenteil sowie dem Leiterrahmen nach der Erfindung wird durch die Schutzschicht 2 die Ver bundfestigkeit der Drahtkontaktierung mit den inneren Anschlüssen 12 der Anschlußstruktur 15 verbessert und damit auch die Fertigungsqualität von Halbleiter-Bau elementen. Trotz dieser Verbesserung kann der Verbrauch an Edelmetall, weil die Schutzschicht 2 sehr dünn ist, verringert werden, was zu einer erheblichen Senkung der Fertigungskosten im Vergleich zu denen der herkömm lichen, eine dicke Goldschicht aufweisenden Anschluß strukturen führt.

Da durch die Schutzschicht auch die Benetzbarkeit der Anschlußstruktur für das Weichlot verbessert wird, können die äußeren Anschlüsse leichter mit einer Platine verlötet werden, ohne daß auf diese Anschlüsse zuvor eine Lötschicht aufzubringen wäre, was wiederum die Herstellungskosten senkt und den Fertigungsablauf der Anschlußstruktur vereinfacht.

Zwischen der Ober fläche des Basisstreifens (oder dem Anschlußstruktur körper 10) und der Schutzschicht 2 ist eine Zwischenschicht aus Nickel oder einer Nickellegierung vorgesehen. Eine geeignete Dicke dieser Zwischenschicht beträgt 5 bis 2000 nm.

Diese Zwischenschicht vermag zu verhindern, daß Kupfer oder anderes Metall vom Körper 10 der Anschlußstruktur in die Schutzschicht 2 im Zuge einer Wärmebehandlung während der Fertigung der Halbleiter-Bauelemente diffundiert. Deswegen kann die Anschlußstruktur einer Wärmebehandlung bei höherer Temperatur und längeren Erwärmungszeiten unterzogen werden als dies ohne die Zwischenschicht möglich wäre. Bei Diffusion der Kupferatome (oder anderer Metallatome) in die Schutzschicht 2 birgt dies allerdings die Gefahr, daß die Kupferatome an die Oberfläche der dünnen Schutz schicht 2 gelangen und dort, exponiert, die Festigkeit der Drahtkontaktierung und die Benetzbarkeit für das Weichlot mindern.

Beträgt die Dicke der Zwischenschicht weniger als 5 nm, kann der zuvor genannte Effekt nicht erzielt werden, übersteigt die Dicke 2000 nm, entstehen nur höhere Herstellungskosten, ohne daß eine Verbesserung er reichbar ist.

BEISPIELE Test 1:

Werkstoffstreifen gemäß OMCL1, TAMAC4 und TAMAC15 mit Auftrag einer Schutzschicht auf deren Oberfläche durch Aufdampfen entweder im Vakuum (in den Tabellen mit "V" bezeichnet), durch Ionenzerstäubung ("IP") und Kathodenzerstäubung (Sputtering) ("SP") gemäß den Tabellen 1 bis 3. Die Dicke der Schutzschichten wurde auf 10 nm festgelegt. Das Aufdampfen erfolgte jeweils unter nachstehenden Bedingungen:
Aufdampfen im Vakuum: Elektronenstrahl-Vakuum- Aufdampfen
Verdampfungsdruck: 1 bis 5 × 10^-3 Pa.
Ionenzerstäubung: HF-Ionenzerstäubung
Strombedarf: 200 W
Spannung am Werkstoffstreifen: -150 V
Gasdruck (Argon): 5 bis 10 × 10^-2 Pa
Sputtering: Gleichstrom Magnetron Sputtering
Argondruck: 3 bis 7 × 10^-1 Pa

Im Anschluß hieran wurde das Formteil für die Anschluß struktur unter Luft bei 150°C 10, 30 oder 60 Minuten lang zwecks Bildung von Oxydschichten erwärmt. Nach Messung der Dicke der Oxydschicht bei den erwärmten und nicht erwärmten Werkstoffstreifen wurde die Drahtkon taktierung unter den nachstehenden Bedingungen bei allen Formteilen durchgeführt und die Abreißfestigkeit der Lötstellen gemessen.
Drahtkontaktierung: Mikroschweißen
Zu kontaktierender Draht: Kupferdraht von 25 µm
Durchmesser
Perldurchmesser: 75 µm Durchmesser

Die Meßergebnisse sind in den Tabellen 1 bis 3 und den Fig. 4 bis 9 dargestellt. Wie aus den Tabellen und Zeichnungen klar hervorgeht, konnte bei den Beispielen 1 bis 5 mit Schutzschichten aus Au, Ag oder Pd die Abreißfestigkeit erheblich verbessert werden, obwohl sich an der Oberfläche der jeweiligen Werkstoffstreifen für die Anschlußstruktur eine Oxydschicht gebildet hatte. Bei Verwendung von Gold für die Schutzschicht waren die Ergebnisse im Vergleich zu den Schutzschich ten aus Ag oder Pd besonders gut. Dagegen konnte die Abreißfestigkeit bei Verwendung von Ni oder Ti für die Schutzschicht nicht verbessert werden, obgleich die Dicke der Oxydschichten gleich oder kleiner war als bei Au, Pd und Ag.

Test 2

Werkstoffstreifen nach TAMAC15 mit Auftrag von Schutz schichten aus Ag mit einer Dicke von 0,5, 1, 2,5, 5, 7,5, 10 und 20 nm durch Aufdampfen im Vakuum unter den Bedingungen des Tests 1. Danach wurden die Werkstoff streifen für die Anschlußstruktur in Luft bei 150°C 10, 30 oder 60 Minuten lang zwecks Bildung von Oxyd schichten erwärmt, deren Dicke und Verbundfestigkeit sodann wie bei Test 1 vermessen wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 und den Fig. 10 und 11 darge stellt.

Wie Tabelle 4 und die Fig. 10 und 11 zeigen, beträgt die Dicke der Schutzschicht mehr als 1 nm und führte zu einer erheblich höheren Abreißfestigkeit, obwohl die Oberfläche des Formteils eine Oxydschicht aufwies.

Test 3

Werkstoffstreifen nach TAMAC15 mit Auftrag einer Schutzschicht aus Pd mit einer Dicke von 0,5, 1, 2,5, 5, 7,5, 10 oder 20 nm durch Aufdampfen im Vakuum zu den zuvor beschriebenen Bedingungen zwecks Herstellung der Formteile für die Anschlußstruktur. Diese Werkstoff streifen wurden unter Wasserdampf bei 100°C 60 Minuten lang zwecks Bildung von Oxydschichten (Dampfalterung) erhitzt und die Benetzbarkeit der Werkstoffstreifen für das Weichlot wurde unter folgenden Bedingungen ge messen:
Zusammensetzung des Lots: Sn (90 Gew.-%) - Pb (10 Gew.-%)
Temperatur des weichen Lots: 225 bis 235°C
Lötverfahren: Tauchlöten
Eintauchzeit: 5 Sekunden
Flußmittel: Rosin 25 Gew.-% + Methanol 75 Gew.-%

Die Benetzbarkeit wurde durch Vergleich des Flächenver hältnisses von mit dem flüssigen Lot benetzter Fläche zu der in das Lötbad getauchten Fläche geschätzt. Die Meßergebnisse finden sich in Tabelle 5. Diese Tabelle zeigt auch, daß mit einer Schutzschicht von mehr als 1 nm Dicke die Benetzbarkeit erheblich verbessert werden kann.

Test 4

Werkstoffstreifen nach TAMAC15 von 0,15 mm Dicke, die in zwei Gruppen A und B aufgeteilt wurden. Die Gruppe A erhielt Schutzschichten aus Pd mit einer Dicke von 0,5, 1, 2,5, 5, 7,5, 10 und 20 nm durch Aufdampfen im Vakuum und einem Verdampfungsdruck von 2 × 10^-2 Pa. Die Anschlußstrukturen wurden aus den Werkstoffstreifen ausgestanzt.

Demgegenüber wurden bei Gruppe B die Körper der An schlußstruktur in gleicher Form wie bei Gruppe A aus den Werkstoffstreifen zwar auch ausgestanzt, danach aber mit Schutzschichten aus Pd mit jeweils der Dicke 0,5, 1, 2,5, 5, 7,5, 10 und 20 nm durch Aufdampfen im Vakuum unter denselben Bedingungen wie bei Gruppe A versehen. Die Anschlußstrukturen beider Gruppen A und B wurden in Luft bei 300°C 5 Minuten lang erwärmt zwecks Bildung von Oxydschichten; danach wurde die Benetzbar keit der Randflächen der Anschlußstruktur für das Weichlot nach der gleichen Methode wie in Test 4 gemes sen. Die Ergebnisse finden sich in Tabelle 6. Das Ver hältnis der benetzten Flächen an den Anschlußstrukturen aus Gruppe A waren fast 0. Demgegenüber zeigten die An schlußstrukturen der Gruppe B mit Schutzschichten von über 1 nm Dicke eine gute Benetzbarkeit für das Weich lot an den Randflächen.

Claims

1. Werkstoff (3) für die Herstellung von Leiter rahmen (15) mit einem Basisstreifen (1) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, mit min destens einer auf mindestens einen Teil des Basisstreifens durch Aufdampfen aufgebrachten Schutzschicht (2) und mit einer Zwischenschicht zwischen der Oberfläche des Basisstreifens (1) und der Schutzschicht (2), die aus mindestens einem Metall der Gruppe Gold, Hartgold, Silber, Silberlegierung, Palladium und Palladiumlegie rung besteht und eine Dicke von 1 bis 50 nm aufweist, wobei die Zwischenschicht aus Nickel oder aus einer Nickellegierung besteht und eine Dicke von 5 bis 2000 nm aufweist.

2. Werkstoff nach Anspruch 1, wobei der Basis streifen (1) aus einer hochfesten Kupferlegie rung besteht, die mindestens 1,5 bis 4,5 Gew.-% Nickel und 0,2 bis 1,0 Gew.-% Si enthält.

3. Werkstoff nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schutzschicht aus einer der folgenden Legie rungen besteht:
Hartgoldlegierung mit 60 Gew.-% oder weniger von mindestens einem der Elemente Cu, Ag und Zn; Silberlegierung mit 30 Gew.-% oder weniger von mindestens einem der Elemente Pd, Cu, In und Zn; und
Palladiumlegierung mit 70 Gew.-% oder weniger von mindestens einem der Elemente Au, Ni, Ag und Si.

4. Werkstoff nach einem der vorangehenden Ansprü che, wobei die Schutzschicht eine Dicke von 5 bis 30 nm aufweist.

5. Werkstoff nach einem der vorangehenden Ansprü che, wobei die Zwischenschicht durch Aufdampfen aufgebracht ist.

6. Leiterrahmen (15) für Halbleiter-Bauelemente mit einem aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehenden Leiterrahmenkörper (10) mit draht kontaktierbaren inneren Anschlüssen (12) und mit direkt auf die Schaltungsoberfläche einer Platine kontaktierbaren äußeren Anschlüssen (13), mit mindestens einer ersten durch Auf dampfen auf die Oberflächen der inneren An schlüsse (12) des Leiterrahmens (15) gebildeten Schutzschicht (2) und mit einer Zwischenschicht zwischen der Oberfläche der inneren Anschlüsse (12) des Leiterrahmenkörpers (10) und der er sten Schutzschicht (2), die aus einem der Metalle der Gruppe Gold, Hartgold, Silber, Sil berlegierung, Palladium, Palladiumlegierung be stehen und eine Dicke von 1 bis 50 nm aufwei sen, wobei die Zwischenschichten aus Nickel oder Nickellegierungen bestehen und eine Dicke von 5 bis 2000 nm aufweisen.

7. Leiterrahmen nach Anspruch 6, mit mindestens einer zweiten Schutzschicht (2) auf der Ober fläche der äußeren Anschlüsse (13) des Leiter rahmenkörpers (10), wobei diese Schutzschicht (2) aus mindestens einem Metall aus der Gruppe Gold, Hartgold, Silber, Silberlegierung, Palladium und Palladiumlegierung besteht und eine Dicke von 1 bis 50 nm aufweist.

8. Leiterrahmen nach Anspruch 7, mit einer zweiten Zwischenschicht zwischen den äußeren Anschlüs sen des Leiterrahmenkörpers (10) und der zwei ten Schutzschicht (2), wobei die zweite Zwi schenschicht aus Nickel oder einer Nickellegie rung besteht und eine Dicke von 5 bis 2000 nm aufweist.

9. Leiterrahmen nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der Leiterrahmenkörper (10) aus einer hochfesten Kupferlegierung, die mindestens aus 1,5 bis 4,5 Gew.-% Ni und mindestens 0,2 bis 1,0 Gew.-% Si besteht.

10. Leiterrahmen nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die erste und/oder zweite Schutzschicht (2) aus einer der folgenden Legierungen be steht:
Hartgoldlegierung mit 60 Gew.-% oder weniger von mindestens einem der Elemente Cu, Ag und Zn; Silberlegierung mit 30 Gew.-% oder weniger von mindestens einem der Elemente Pd, Cu, In und Zn; und
Palladiumlegierung mit 70 Gew.-% oder weniger von mindestens einem der Elemente Au, Ni, Ag und Si.

11. Leiterrahmen nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei die Schutzschicht (2) eine Dicke von von 5 bis 30 nm aufweist.

12. Leiterrahmen nach einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei die Zwischenschicht durch Aufdampfen auf gebracht ist.