EP0698677B1 - Verfahren zum Vergolden von bandförmigem Halbzeug, insbesondere für Leadframes - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for continuous, selective, galvanic gold plating of band-shaped semi-finished products, especially for lead frames for semiconductor technology.
- bond flags their surface e.g. bondable through galvanic gold plating is. Bonding is a friction welding process with which thin wires are connected to the flags.
- the requirements for galvanic gold plating are e.g. in the MIL specif. G-45204B.
- the Gold layer on which is bonded is usually from high-purity fine gold baths on a nickel underlayer deposited.
- the present invention is based on the object to show you a way how to do it under mass production conditions, namely when running at high speed Strip electroplating, reliable in terms of quality higher quality bondable surfaces, which is more reliable Enable bond connections.
- the semi-finished product is in a first Step with a gold bath at higher current density and then in a further step with a gold bath treated at a lower current density. It has it has been shown that this is how gold surfaces receives, which are ideal for wire bonding and failures are much less common with bond connections to lead. It is another great advantage of the invention Process that the surface properties the gold layer regardless of its volume properties can be adjusted. That means but in no way that it depends on the bondability alone the surface properties would matter. The surface properties and the volume properties of the gold layer rather influence both in combination the bondability.
- the bondability determines first Line through its surface structure, roughness, the Friction coefficient to the bond wire and also by their Purity. Volume properties and surface properties can be set independently and thereby the bondability can be optimized. Fortunately, is deposited with a high current density Not only to deposit gold layer economically, but also has a low low for bonding Hardness. The disadvantage here is that at high Speed more unwanted foreign substances also deposited and embedded in the gold layer and that the layer is more porous than a slow one, gold layer deposited with low current density. The one deposited at low speed In contrast, the surface layer is denser, has fewer defects and is characterized by less Foreign inclusions from what is favorable for bonding, and shows another friction behavior that is more favorable for bonding.
- the current density with which the lower sub-layer deposits is preferably around one Factor 10 to 30 over the current density with which the thinner surface layer is deposited.
- the deposition can take place in such a way that the band-shaped Semi-finished product passes through the same bath twice, the bathroom the first time with high and operated the second time with low current density becomes. But it is also quite possible to use the band-shaped Semi-finished products in a gear two in a row arranged to pass through gold baths, whereby the gold baths have the same chemical composition, for the targeted adjustment of layer properties, however can also be composed differently.
- Coating apparatus are suitable e.g.
- the attached 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 up to 7 A / dm 2 , a 0.8 ⁇ m thick gold layer 3 is formed, onto which in a second step at a lower current density, for example at 0.3 to 1 A / dm 2 , preferably at a current density of 0.6 A / dm 2, a 0.2 ⁇ m thick surface layer 4 made of gold is deposited.
- the deposition takes place from a fine gold bath of the usual composition, for example from a bath based on potassium gold cyanide or from a cyanide
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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, und daß die beiden Teilschichten der Goldschicht aus Feingold bestehen.
- 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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