EP0698677A2 - Verfahren zum Vergolden von bandförmigem Halbzeug, insbesondere für Leadframes - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for the continuous, selective, galvanic gilding of band-shaped semi-finished products, in particular for lead frames for semiconductor technology.
- bond flags the surface of which is designed to be bondable, for example by galvanic gold plating is.
- Bonding is a friction welding process, with which thin wires are connected to the bonding lugs.
- the requirements for galvanic gold plating are, for example, in the MIL Specif. G-45204B.
- the gold layer that is bonded to is usually deposited from high-purity fine gold baths on a nickel underlayer.
- the present invention is based on the object of demonstrating a way in which reliable high-quality bondable surfaces can be obtained under series production conditions, namely with strip electroplating running at high speed, which enable more reliable bond connections.
- the semi-finished product is in a first step with a gold bath at a higher current density and then in a further step with a gold bath treated at a lower current density. It has been shown that gold surfaces are obtained in this way which are outstandingly suitable for wire bonding and which lead to failures in the bond connections much less frequently. It is a further great advantage of the method according to the invention that the surface properties of the gold layer can be set independently of their volume properties. However, this in no way means that the only thing that matters for the bondability is the surface properties. The surface properties and the volume properties of the gold layer rather both influence the bondability in combination.
- the layer growth is slow. This is undesirable for efficient series production.
- the prior art therefore works with the highest possible separation speed and therefore with the highest possible current density (high speed conditions).
- the use of a deposition step at a low current density does not result in the process becoming uneconomical, because the majority of the layer structure still takes place at a high current density and therefore at a correspondingly high deposition speed.
- Preferably about 75 to 90% of the thickness of the gold layer is produced at a higher current density, only the rest at a lower current density; in terms of numbers a layer structure is preferred in which 0.6 to 1.2 ⁇ m gold are deposited at a high current density and 0.15 to 0.4 ⁇ m gold at a low current density.
- a layer structure in which 0.8 ⁇ m is deposited at a high current density and 0.2 ⁇ m at a low current density has proven particularly useful.
- the thicker partial layer deposited first influences the bondability primarily through its hardness, thickness and purity, while the surface layer deposited next determines the bondability primarily through its surface structure, roughness, the coefficient of friction with the bonding wire and also through it Purity. Volume properties and surface properties can be set independently of one another, thereby optimizing the bondability.
- a gold layer deposited with a high current density is not only economical to deposit, but also has a low hardness which is favorable for bonding. It is disadvantageous, however, that more undesirable foreign substances are also deposited and embedded in the gold layer at high speed and that the layer is more porous than a gold layer deposited slowly with a low current density.
- the surface layer deposited at low speed is denser, has fewer defects and is characterized by fewer foreign inclusions, which is favorable for bonding, and shows a different friction behavior which is more favorable for bonding.
- the current density with which the lower sub-layer is deposited is preferably a factor of 10 to 30 above the current density with which the thinner surface layer is deposited.
- the deposition can be carried out in such a way that the strip-shaped semifinished product passes through the same bath twice, the bath being operated with a high current density the first time and with a low current density the second time.
- Suitable devices for coating are, for example, the device disclosed in DE-A-40 19 643 for depositing gold strips on strips of metal, the position and width of the gold strips being determined by mask strips, or a device for spot gilding in which one to be coated Band lies with this mask band running along, which has individual windows which determine the position and size of the spots to be separated.
- the coating apparatus shown in EP 370 239 which has an elongated nozzle head, over which a felt is stretched, which is impregnated with the gold bath liquid, and over which the band-shaped semi-finished product is pulled away for selective gilding.
- the accompanying drawing shows schematically the typical structure of a bond flag, consisting of a carrier 1 made of a copper-based alloy, which is first nickel-plated in a conventional manner with a layer thickness of 2 to 3 ⁇ m; the nickel layer is designated by the reference number 2 and serves as a diffusion barrier between the copper alloy and the gold layer, which is applied in two steps according to the invention: in a first step, at a current density of 3 to 100 A / dm 2, preferably at a current density of 5 to 7 A / dm2, a 0.8 .mu.m thick gold layer 3, onto which a 0 in a second step at a lower current density, for example at 0.3 to 1 A / dm2, preferably at a current density of 0.6 A / dm2 , 2 ⁇ m thick surface layer 4 of gold is deposited.
- the separation takes place from a Fine gold bath of conventional composition, for example from a bath based on potassium gold cyanide or from a cyanide-free bath based
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Abstract
Bandförmiges Halbzeug, welches insbesondere für Leadframes für die Halbleitertechnologie eingesetzt wird, wird fortlaufend, selektiv, galvanisch vergoldet, in dem das Halbzeug in einem ersten Schritt mit einem Goldbad bei höherer Stromdichte und danach in einem weiteren Schritt mit einem Goldbad bei niedrigerer Stromdichte behandelt wird.
Description
- Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zum fortlaufenden, selektiven, galvanischen Vergolden von bandförmigem Halbzeug, insbesondere für Leadframes für die Halbleitertechnologie.
- Bei elektronischen und mikromechanischen Bauelementen besteht häufig die Aufgabe, sie durch Drähte mit Leiterbahnen zu verbinden, die Bestandteil ihrer Träger oder Gehäuse sind. Dazu besitzen diese Leiterbahnen sogenannte Bondfahnen, deren Oberfläche z.B. durch galvanische Vergoldung bondbar ausgebildet ist. Das Bonden ist ein Reibschweißverfahren, mit welchem dünne Drähte mit den Bondfahnen verbunden werden. Die Anforderungen an die galvanische Vergoldung sind z.B. in der MIL-Specif. G-45204B festgelegt. Die Goldschicht, auf welcher gebondet wird, wird üblicherweise aus hochreinen Feingoldbädern auf einer Nickel-Unterschicht abgeschieden.
- Trotz Erfüllung der MIL-Specification gibt es in der industriellen Serienfertigung immer wieder schwer zu erklärende Probleme mit der Festigkeit der Bondverbindungen.
- Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, wie man unter Serienfertigungsbedingungen, nämlich bei mit hoher Geschwindigkeit ablaufender Bandgalvanik, prozeßsicher zu qualitativ hochwertigeren bondbaren Oberflächen kommt, welche zuverlässigere Bondverbindungen ermöglichen.
- Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
- Erfindungsgemäss wird das Halbzeug in einem ersten Schritt mit einem Goldbad bei höherer Stromdichte und danach in einem weiteren Schritt mit einem Goldbad bei einer niedrigeren Stromdichte behandelt. Es hat sich gezeigt, dass man auf diese Weise Goldoberflächen erhält, die sich hervorragend für das Drahtbonden eignen und bei den Bondverbindungen viel seltener zu Ausfällen führen. Es ist ein weiterer großer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens, dass die Oberflächeneigenschaften der Goldschicht unabhängig von ihren Volumeneigenschaften eingestellt werden können. Das bedeutet aber keineswegs, dass es für die Bondbarkeit allein auf die Oberflächeneigenschaften ankäme. Die Oberflächeneigenschaften und die Volumeneigenschaften der Goldschicht beeinflussen vielmehr beide in Kombination die Bondbarkeit.
- Beim Arbeiten mit niedrigerer Stromdichte erfolgt das Schichtwachstum nur langsam. Für eine rationelle Serienfertigung ist das unerwünscht. Beim Stand der Technik arbeitet man deshalb mit möglichst hoher Abscheidegeschwindigkeit und deshalb mit möglichst hoher Stromdichte (high speed-Bedingungen). Erfindungsgemäss führt die Anwendung eines Abscheideschrittes bei niedriger Stromdichte aber nicht dazu, dass das Verfahren unwirtschaftlich wird, weil der größte Teil des Schichtaufbaus nach wie vor bei hoher Stromdichte und deshalb bei entsprechend hoher Abscheidegeschwindigkeit erfolgt. Vorzugsweise werden etwa 75 bis 90% der Dicke der Goldschicht bei höherer Stromdichte erzeugt, lediglich der Rest bei niedriger Stromdichte; zahlenmässig ausgedrückt wird ein Schichtaufbau bevorzugt, bei welchem 0,6 bis 1,2 µm Gold bei hoher Stromdichte und 0,15 bis 0,4 µm Gold bei niedriger Stromdichte abgeschieden werden. Besonders bewährt hat sich ein Schichtaufbau, bei welchem 0,8 µm bei hoher Stromdichte und 0,2 µm bei niedriger Stromdichte abgeschieden werden.
- Bei einem erfindungsgemässen Aufbau der Goldschicht beeinflußt die zuerst abgeschiedene dickere Teilschicht die Bondbarkeit vor allem durch ihre Härte, Dicke und Reinheit, die als nächstes abgeschiedene Oberflächenschicht hingegen bestimmt die Bondbarkeit in erster Linie durch ihre Oberflächenstruktur, Rauhigkeit, den Reibungskoeffizienten zum Bonddraht und auch durch ihre Reinheit. Volumeneigenschaften und Oberflächeneigenschaften können unabhängig voneinander eingestellt und dadurch die Bondbarkeit optimiert werden. Erfreulicherweise ist eine mit hoher Stromdichte abgeschiedene Goldschicht nicht nur wirtschaftlich abzuscheiden, sondern hat auch eine für das Bonden günstige niedrige Härte. Nachteilig dabei ist jedoch, dass bei hoher Geschwindigkeit mehr unerwünschte Fremdsubstanzen mit abgeschieden und in die Goldschicht eingelagert werden und dass die Schicht poröser ist als eine langsam, mit niedriger Stromdichte abgeschiedene Goldschicht. Die mit niedriger Geschwindigkeit abgeschiedene Oberflächenschicht ist demgegenüber dichter, hat weniger Fehlstellen und zeichnet sich durch weniger Fremdeinschlüsse aus, was für das Bonden günstig ist, und zeigt ein anderes für das Bonden günstigeres Reibverhalten.
- Die Stromdichte, mit welcher man die untere Teilschicht abscheidet, liegt vorzugsweise um einen Faktor 10 bis 30 über der Stromdichte, mit welcher die dünnere Oberflächenschicht abgeschieden wird. Die Abscheidung kann so erfolgen, dass das bandförmige Halbzeug ein und dasselbe Bad zweimal durchläuft, wobei das Bad beim ersten Mal mit hoher und beim zweiten Mal mit niedriger Stromdichte betrieben wird. Es ist aber auch durchaus möglich, das bandförmige Halbzeug in einem Gang zwei hintereinander angeordnete Goldbäder durchlaufen zu lassen, wobei die Goldbäder in der chemischen Zusammensetzung gleich, zur gezielten Einstellung von Schichteigenschaften aber auch unterschiedlich zusammengesetzt sein können. Als Beschichtungsapparat eignen sich z.B. die in der DE-A-40 19 643 offenbarte Vorrichtung zum Abscheiden von Goldstreifen auf Bänder aus Metall, wobei die Lage und Breite der Goldstreifen durch Maskenbänder bestimmt wird, oder ein Apparat zur Spotvergoldung, bei der auf einem zu beschichtenden Band ein mit diesem mitlaufendes Maskenband liegt, welches einzelne Fenster hat, die die Lage und Größe der abzuscheidenden Spots bestimmen. Ferner eignet sich der in der EP 370 239 dargestellte Beschichtungsapparat, welcher einen langgestreckten Düsenkopf hat, über welchen ein Filz gespannt ist, der mit der Goldbadflüssigkeit getränkt ist und über welchen das bandförmige Halbzeug zum selektiven Vergolden hinweggezogen wird. Schließlich sind auch Kombinationen der Arbeitsweisen mit den vorgenannten Apparaten möglich.
- In vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemässen Verfahrens ist es auch möglich, zwischen der mit hoher Stromdichte erfolgenden Abscheidung und der mit niedriger Stromdichte erfolgenden Abscheidung mechanische Bearbeitungen am Halbzeug vorzunehmen, z.B. Stanzvorgänge; Fremdsubstanzen, die dadurch auf oder in die Goldschicht gelangen und sich durch übliche Reinigungsverfahren nicht vollständig entfernen lassen, können durch die nachträgliche dünne Vergoldung, welche mit niedriger Stromdichte erfolgt, überdeckt werden, so dass auch in diesem Fall Goldschichten erhalten werden, die sich hervorragend zum Drahtbonden eignen.
- Die beigefügte Zeichnung zeigt schematisch den typischen Aufbau einer Bondfahne, bestehend aus einem Träger 1 aus einer Kupfer-Basislegierung, welche zunächst auf übliche Weise mit einer Schichtdicke von 2 bis 3 µm vernickelt wird; die Nickelschicht ist mit der Bezugszahl 2 bezeichnet und dient als Diffusionsbarriere zwischen der Kupferlegierung und der Goldschicht, welche erfindungsgemäss in zwei Schritten aufgetragen wird: In einem ersten Schritt wird bei einer Stromdichte von 3 bis 100 A/dm², vorzugsweise bei einer Stromdichte von 5 bis 7 A/dm², eine 0,8 µm dicke Goldschicht 3 gebildete, auf welche in einem zweiten Schritt bei einer niedrigeren Stromdichte, z.B. bei 0,3 bis 1 A/dm², vorzugsweise bei einer Stromdichte von 0,6 A/dm² eine 0,2 µm dicke Oberflächenschicht 4 aus Gold abgeschieden wird. Die Abscheidung erfolgt aus einem Feingoldbad üblicher Zusammensetzung, z.B. aus einem Bad auf Kalium-Goldzyanid-Basis oder aus einem zyanidfreien Bad auf Ammonium-Goldsulfit-Basis.
Claims (11)
- Verfahren zum fortlaufenden, selektiven, galvanischen Vergolden von bandförmigem Halbzeug, insbesondere für Leadframes für die Halbleitertechnologie,
dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug in einem ersten Schritt mit einem Goldbad bei höherer Stromdichte und danach in einem weiteren Schritt mit einem Goldbad bei nierigerer Stromdichte behandelt wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der größte Teil der Goldschicht bei der höheren Stromdichte erzeugt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass 75 % bis 90 % der Dicke der Goldschicht bei der höheren Stromdichte erzeugt werden.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass höchstens 0,4 µm, vorzugsweise nur 0,2 µm der Dicke der Goldschicht bei der niedrigeren Stromdichte erzeugt werden.
- Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in den beiden Schnitten verwendeten Goldbäder gleich sind.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Schritt die Stromdichte zwischen 3 A/dm² und 100 A/dm² und im zweiten Schnitt die Stromdichte zwischen 0,3 A/dm² und 1 A/dm² liegt.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Schritt die Stromdichte zwischen 3 A/dm² und 10 A/dm² und im zweiten Schnitt die Stromdichte zwischen 0,3 A/dm² und 1 A/dm² liegt.
- Selektiv vergoldete Leadframes für die Halbleitertechnologie, dadurch gekennzeichnet, dass die Goldschicht in einer an der Oberfläche liegenden Teilschicht eine größere Reinheit und/oder eine größere Härte aufweist als in der darunterliegenden Teilschicht.
- Leadframe nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Oberfläche liegende Teilschicht höchstens 0,3 µm, vorzugsweise nur 0,2 µm dick ist.
- Leadframe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Oberfläche liegende Teilschicht 10 % bis 25 % der Dicke der gesamten Goldschicht ausmacht.
- Leadframe nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Teilschicht zwischen 0,15 und 0,4 µm, die untere Teilschicht zwischen 0,6 und 1,2 µm dick ist.
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