ITVI20110122A1 - Metodo e apparato per la fabbricazione di lead frames - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

“METODO E APPARATO PER LA FABBRICAZIONE DI LEAD FRAMESâ€

CAMPO TECNICO DELL’INVENZIONE

La presente invenzione riguarda il campo dei circuiti integrati. In particolare, la presente invenzione riguarda la fabbricazione di lead frames per circuiti integrati. Ancora più in particolare, la presente invenzione riguarda un metodo e un apparato per la fabbricazione di lead frames per mezzo di serigrafia.

STATO DELLA TECNICA

Uno dei maggiori problemi riguardanti la fabbricazione di lead frames per circuiti integrati riguarda l’ottimizzazione delle performances del sistema e, allo stesso tempo, la riduzione o, comunque, il contenimento dei costi di produzione.

I lead frames sono costituiti da un substrato di metallo, indicato anche come metallo di base, in genere ricoperto da uno o più strati di metallo di ricoprimento.

Il substrato viene generalmente realizzato in rame, leghe di rame, acciaio, leghe di ferro e nickel o leghe di nickel e acciaio (invar). Il substrato à ̈ formato partendo da un foglio del metallo prescelto il quale à ̈ strutturato, ad esempio per mezzo di punzonatura, di tranciatura o di attacco chimico, in modo da formare le varie componenti del lead frame come i segmenti conduttivi e l’area per l’alloggiamento dei dispositivi a semiconduttore. I dispositivi a semiconduttore vengono quindi collegati elettricamente ai segmenti conduttivi del lead frame per mezzo di collegamenti a filo e vengono fissati meccanicamente nell’area di alloggiamento del sistema per mezzo di incapsulamento con materiali plastici o resine.

I lead frames devono quindi garantire sia un’elevata capacità di saldatura per la realizzazione dei collegamenti elettrici, che adesione ottimale al materiale incapsulante che racchiude i dispositivi a semiconduttore.

È stato osservato che il substrato non à ̈ in grado di garantire queste proprietà. Ad esempio, à ̈ stato osservato che nel caso di substrati di rame si ha la formazione di prodotti di corrosione come ossidi e solfuri sulla superficie del substrato. La presenza di questi prodotti di corrosione degrada la capacità di saldatura del substrato.

Per questo motivo, à ̈ stato suggerito di placcare il substrato per mezzo di uno o più strati di metallo di ricoprimento in modo da garantire zone pulite aventi una stabile ed elevata capacità di saldatura. In particolare, sono stati utilizzati metalli preziosi quali il palladio, l’argento o l’oro per formare strati di ricoprimento aventi stabile ed elevata capacità di saldatura. Esempi di simili strutture per lead frames possono essere trovati in EP0335608B1.

L’uso di metalli preziosi per il ricoprimento del substrato ha tuttavia notevolmente aumentato il costo dei lead frames. In particolare, il ricoprimento dell’intera superficie del substrato dei lead frames per mezzo di uno o più strati di metalli preziosi quali il palladio o l’oro richiede l’impiego di notevoli quantità di tali metalli.

Per risolvere questo problema à ̈ stato suggerito il deposito selettivo degli strati di ricoprimento sul substrato (selective plating). In particolare, in base a questo approccio, gli strati di ricoprimento di metalli preziosi vengono depositati solo in zone predefinite del substrato in modo da ridurre la superficie del sistema occupata da metalli preziosi e, contemporaneamente, da garantire elevata capacità di saldatura solo in quelle zone che sono effettivamente preposte alla saldatura, ad esempio solo alle estremità dei segmenti di conduzione. Questo permette di risparmiare fino al 60 – 75 percento dei metalli preziosi utilizzati rispetto alla configurazione con ricoprimento totale. Un esempio di configurazione in cui viene depositato palladio in modo selettivo solo in zone predeterminate del substrato può essere trovato in US7,064,008B2. Un ulteriore esempio può essere trovato in US7,504,712B2.

Anche se il deposito selettivo dei metalli preziosi ha permesso di ridurre i costi di produzione dei lead frames dal momento che à ̈ stata drasticamente ridotta la quantità di metalli preziosi utilizzata, i metodi impiegati fino ad ora per realizzare il deposito selettivo presentano diversi svantaggi e problemi.

Uno dei metodi inizialmente utilizzati per realizzare il deposito selettivo dei metalli preziosi comporta l’utilizzo di sistemi meccanici di mascheratura (ad esempio maschere metalliche) atti a coprire le aree del substrato che non devono essere ricoperte con i metalli preziosi e, quindi, a lasciare libere quelle aree che invece devono essere ricoperte con i metalli preziosi. L’impiego di maschere meccaniche non à ̈ tuttavia in grado di garantire elevati gradi di precisione dal momento che i metalli preziosi che vengono depositati per placcatura fuoriescono facilmente dalle fessure che si formano inevitabilmente tra la maschera e il substrato. Questo comporta sia la realizzazione di placcature imprecise che lo spreco di metalli preziosi. Inoltre, l’impiego di maschere meccaniche comporta elevati rischi di danneggiare il substrato del lead frame a causa della pressione esercitata dalla maschera sul substrato stesso.

Per ovviare ai problemi legati all’uso di maschere meccaniche, à ̈ stato suggerito di realizzare maschere di materiale fotoresistente e di utilizzare radiazione laser per esporre le zone del substrato su cui placcare selettivamente gli strati di ricoprimento. Un esempio di tale soluzione può essere trovato in US4,877,644A.

L’impiego di materiale fotoresistente comporta tuttavia costi elevati dal momento che questo materiale à ̈ costoso. Inoltre, la procedura di rimozione del materiale fotoresistente dalle zone predefinite in cui realizzare la placcatura à ̈ laboriosa e lenta e quindi rallenta notevolmente la velocità di produzione dei lead frames. Inoltre, queste tecniche prevedono che il movimento relativo tra il raggio laser e il substrato ricoperto di materiale fotoresistente venga realizzato muovendo il substrato e mantenendo fissa la direzione di irradiamento del laser. Per questo motivo, questo metodo non può essere utilizzato per la produzione di lead frames secondo processi da bobina a bobina (reel to reel o strip to strip).

Per ovviare a questi problemi, in WO 00/52231 à ̈ stato proposto l’utilizzo di materiale elettroforetico a basso costo per la realizzazione della maschera. In base a WO 00/52231, lo strato di materiale elettroforetico viene rimosso in modo selettivo guidando radiazione laser avente lunghezza d’onda da 400 nm a 1200 nm sul substrato per mezzo di un sistema ottico galvanico. Il metodo descritto in WO 00/52231 à ̈ tuttavia lento e rallenta quindi la velocità di produzione dei lead frames.

Alla luce di queste considerazioni, risulta necessario sviluppare un metodo per la produzione di lead frames in grado di superare i problemi citati. In particolare, à ̈ richiesto un metodo per la produzione di lead frames che garantisca le proprietà ottimali dei lead frames prodotti e che, allo stesso tempo, sia veloce e poco costoso in modo da ridurre i costi di produzione dei lead frames e da aumentarne la velocità di produzione.

La presente invenzione come definita dalle rivendicazioni allegate permette di raggiungere questi scopi.

SOMMARIO DELL’INVENZIONE

La presente invenzione riguarda un metodo e un apparato per la produzione di lead frames. La presente invenzione à ̈ basata sull’idea di utilizzare la serigrafia per la produzione di lead frames. In particolare, la presente invenzione à ̈ basata sull’idea di delimitare per mezzo della serigrafia le zone predefinite del substrato sui cui effettuare la placcatura selettiva. Questo permette di fornire in modo veloce, efficace ed economico lead frames aventi proprietà ottimali.

In base ad una forma di realizzazione della presente invenzione, viene quindi fornito un metodo per la fabbricazione di lead frames comprendenti un substrato di metallo, in cui il metodo comprende la formazione di almeno uno strato di ricoprimento su una o più porzioni predefinite della superficie del substrato e in cui la formazione di almeno uno strato di ricoprimento su una o più porzioni predefinite della superficie del substrato comprende la delimitazione di dette una o più porzioni predefinite per mezzo di serigrafia. L’uso della serigrafia per la delimitazione delle porzioni predefinite del substrato su cui formare lo strato di ricoprimento permette di velocizzare notevolmente la fabbricazione di lead frames e di contenerne i costi dal momento che i materiali impiegati per la serigrafia non sono costosi.

Secondo un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione, viene fornito un metodo per la fabbricazione di lead frames in cui la serigrafia consiste in serigrafia rotativa. La serigrafia rotativa permette di velocizzare e facilitare ulteriormente la fabbricazione di lead frames.

Secondo un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione, viene fornito un metodo per la fabbricazione di lead frames in cui la serigrafia comprende i seguenti passi: formazione di una maglia serigrafica comprendente una pluralità di fori; occlusione di uno o più dei fori della maglia serigrafica in modo che l’inchiostro serigrafico possa fuoriuscire attraverso la maglia serigrafica e ricoprire il substrato in modo da lasciare esposte dette una o più porzioni predefinite della superficie del substrato. La maglia serigrafica può comprendere una pluralità di fori. Ad esempio, la maglia serigrafica può comprendere una pluralità di fori aventi stesse forme e/o dimensioni. I fori possono avere forma esagonale regolare. I fori possono avere dimensioni dell’ordine dei 30 micrometri.

Secondo un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione, viene fornito un metodo per la fabbricazione di lead frames in cui la maglia serigrafica é formata da metallo, preferibilmente da nickel, acciaio o acciaio nickelato. I metalli sono particolarmente vantaggiosi poiché possono essere strutturati per mezzo di fotoincisione o per mezzo di tecniche laser in modo da formare i fori della maglia. In particolare, il nickel é un materiale particolarmente stabile. Inoltre, il nickel può essere facilmente strutturato per mezzo di tecniche laser in modo da formare mesh molto elevate, ad esempio da 75 a 400 fori per pollice quadrato (1 pollice quadrato corrisponde a 6.4516 cm<2>).

Secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, la maglia di nickel ha uno spessore di circa 80 micrometri e comprende una pluralità di fori esagonali aventi dimensioni di 27 micrometri e un opening area del 17%.

Secondo un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione, viene fornito un metodo per la fabbricazione di lead frames in cui l’occlusione viene effettuata per mezzo di gelatina.

Secondo un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione, viene fornito un metodo per la fabbricazione di lead frames comprendente ulteriormente i seguenti passi: stesura della gelatina sulla superficie della maglia serigrafica in modo da occludere i fori della maglia serigrafica, polimerizzazione della gelatina che occlude uno o più fori predefiniti, rimozione della gelatina non polimerizzata dalla maglia serigrafica in modo da liberare i fori occlusi dalla gelatina non polimerizzata.

Secondo un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione, viene fornito un metodo per la fabbricazione di lead frames in cui la delimitazione comprende la formazione di una maschera protettiva sulla superficie del substrato e in cui la maschera protettiva à ̈ tale che dette una o più porzioni predefinite della superficie del substrato sono esposte in modo da potervi depositare lo strato di ricoprimento. La maschera protettiva permette di delimitare in modo semplice ed efficace le porzioni su cui depositare lo strato di ricoprimento ad esempio per placcatura.

Secondo un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione, viene fornito un metodo per la fabbricazione di lead frames in cui la maschera protettiva comprende uno o più dei seguenti materiali: materiali epossidici o materiali acrilici.

Secondo un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione, viene fornito un metodo per la fabbricazione di lead frames comprendente ulteriormente l’indurimento della maschera protettiva. In questo modo, la maschera protettiva viene fissata in modo stabile al substrato e viene rinforzata in modo da evitare per esempio lo spreco di materiale per la placcatura tra possibili fessure che si potrebbero creare tra la maschera e il substrato.

Secondo un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione, viene fornito un metodo per la fabbricazione di lead frames in cui l’indurimento viene eseguito per mezzo di radiazione ultravioletta. L’indurimento per mezzo di radiazione ultravioletta à ̈ particolarmente efficace in particolare rispetto ai materiali che possono essere utilizzati come inchiostro per la serigrafia.

Secondo un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione, viene fornito un metodo per la fabbricazione di lead frames comprendente ulteriormente lo strippaggio per rimuovere dal substrato il materiale depositato per mezzo della serigrafia.

Secondo un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione, viene fornito un metodo per la fabbricazione di lead frames comprendente ulteriormente il pre-trattamento del substrato in modo da rimuovere le impurità dal substrato, detto pre-trattamento essendo eseguito prima della delimitazione delle zone predefinite del substrato su cui formare lo strato di ricoprimento.

Secondo un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione, viene fornito un metodo per la fabbricazione di lead frames in cui la formazione di almeno uno strato di ricoprimento su una o più porzioni predefinite della superficie del substrato comprende la placcatura di uno o più metalli. Ad esempio, possono essere placcati materiali quali nickel, palladio, oro, argento.

Secondo un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione, viene fornito un metodo per la fabbricazione di lead frames in cui lo strato di ricoprimento comprende uno o più strati di metallo. Ad esempio, possono essere realizzate strutture multistrato che sono particolarmente efficaci per garantire stabili ed elevate capacità di saldatura.

Secondo un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione, viene fornito un apparato per la fabbricazione di lead frames secondo il metodo secondo la presente invenzione, in cui l’apparato comprende un telaio serigrafico.

Secondo un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione, viene fornito un apparato per la fabbricazione di lead frames in cui il telaio serigrafico consiste in un telaio serigrafico rotativo.

Secondo un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione, viene fornito un apparato per la fabbricazione di lead frames in cui il telaio serigrafico comprende una maglia serigrafica metallica.

Secondo un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione, viene fornito un apparato per la fabbricazione di lead frames in cui la maglia serigrafica metallica comprende almeno uno dei seguenti materiali: nickel, acciaio, acciaio nickelato. La maglia serigrafica può avere uno spessore dai 50 ai 100 micrometri, preferibilmente 80 micrometri.

Secondo una forma particolare di realizzazione della presente invenzione, la maglia serigrafica metallica é costituta da nickel e comprende una pluralità di fori a forma esagonale regolare con dimensioni comprese tra i 25 micrometri e i 30 micrometri, preferibilmente 27 micrometri.

Secondo un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione, almeno uno o più dei fori della maglia serigrafica sono occlusi per mezzo di gelatina.

Secondo un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione, viene fornito un apparato per la fabbricazione di lead frames comprendente ulteriormente una stazione per l’indurimento del materiale depositato per mezzo del telaio serigrafico.

Secondo un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione, viene fornito un apparato per la fabbricazione di lead frames in cui la stazione per l’indurimento comprende un sistema per l’irraggiamento di radiazione ultravioletta.

Secondo un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione, viene fornito un apparato per la fabbricazione di lead frames il quale à ̈ adatto all’esecuzione di un processo da bobina a bobina. I processi da bobina a bobina permettono la formazione di lead frames su larga scala in modo veloce ed efficace.

BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE

La presente invenzione sarà descritta con riferimento alle figure allegate nelle quali gli stessi numeri e lettere di riferimento indicano le stesse parti e/o parti simili e/o parti corrispondenti del sistema. Nelle figure:

Figura 1 mostra schematicamente un lead frame visto dall’alto;

Figura 2 mostra schematicamente la sezione trasversale della porzione del lead frame corrispondente alla linea tratteggiata 2 mostrata in Figura 1; Figura 3 mostra schematicamente il diagramma di flusso di un metodo per la produzione di lead frames secondo una forma di realizzazione della presente invenzione;

Figura 4 mostra schematicamente i risultati dei singoli passi del metodo secondo il diagramma di flusso mostrato in Figura 3;

Figura 5 mostra schematicamente un apparato secondo una forma di realizzazione della presente invenzione.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA

Nel seguito, la presente invenzione à ̈ descritta con riferimento a particolari forme di realizzazione come mostrate nelle figure allegate. Tuttavia, la presente invenzione non à ̈ limitata alle particolari forme di realizzazione descritte nella descrizione dettagliata che segue e mostrate nelle figure, ma piuttosto, le forme di realizzazione descritte esemplificano semplicemente diversi aspetti della presente invenzione il cui scopo à ̈ definito dalle rivendicazioni.

Ulteriori modifiche e variazioni della presente invenzione saranno chiare per la persona del mestiere. Di conseguenza, la presente descrizione deve essere considerata come comprendente tutte dette modifiche e/o variazioni della presente invenzione il cui scopo à ̈ definito dalle rivendicazioni.

Figura 1 mostra schematicamente un lead frame 100 ottenibile secondo una forma di realizzazione della presente invenzione. Il lead frame 100 comprende una pluralità di segmenti conduttivi 101 e un’area di alloggiamento 102 atta ad alloggiare i dispositivi a semiconduttore quali ad esempio chips e circuiti integrati. I segmenti conduttivi 101 vengono utilizzati per collegare elettricamente i vari dispositivi alloggiati nell’area di alloggiamento 102 ad esempio con ulteriori sistemi elettronici nell’architettura di una scheda per circuiti stampati.

In Figura 1 vengono mostrate schematicamente le porzioni predefinite A, B, C, D, E, F, G e H del substrato del lead frame 100 che sono placcate. In particolare, nell ́esempio mostrato in Figura 1, vengono placcate le estremità dei segmenti conduttivi 101. Le porzioni predefinite E, F, G e H corrispondono alle estremità interne dei segmenti conduttivi 101, cioà ̈ alle estremità dei segmenti conduttivi rivolte verso l’area di alloggiamento 102. Queste estremità sono atte ad essere collegate elettricamente, ad esempio per mezzo di collegamenti a filo, con i dispositivi alloggiati nell’area di alloggiamento 102.

Le porzioni predefinite A, B, C e D corrispondono alle estremità esterne dei segmenti conduttivi 101, cioà ̈ alle estremità dei segmenti conduttivi 101 opposte rispetto alle estremità rivolte verso l’area di alloggiamento 102. Queste estremità possono essere ad esempio collegate elettricamente per mezzo di saldatura a ulteriori sistemi elettronici nell’architettura di un sistema complesso.

Come si vede in Figura 1, le porzioni predefinite A, B, C, D, E, F, G e H individuano una porzione limitata della superficie del substrato del lead frame e permettono quindi di effettuare la placcatura selettiva, cioà ̈ ristretta a queste porzioni predefinite. In questo modo si risparmia una notevole quantità di materiale che viene depositato per la placcatura rispetto alle soluzioni che prevedono la placcatura totale del substrato. In particolare, à ̈ possibile risparmiare fino al 75% del materiale depositato per la placcatura rispetto alla configurazione con ricoprimento totale. Questo permette di ridurre notevolmente i costi di produzione del lead frame, specialmente nel caso in cui il materiale che viene depositato per la placcatura corrisponde ad uno o più metalli preziosi.

Figura 2 mostra schematicamente la sezione trasversale della porzione del lead frame 100 corrispondente alla linea tratteggiata 2 mostrata in Figura 1. Per semplicità, la Figura 2 non à ̈ in scala rispetto alla Figura 1.

Figura 2 mostra il substrato di metallo 110. Il substrato di metallo 110 viene anche indicato come metallo di base. Il substrato di metallo 110 può essere fatto ad esempio di rame, leghe di rame, acciaio, leghe di ferro e nickel o leghe di nickel e acciaio (invar). Il substrato 110 comprende una superficie 110s.

Come si vede in Figura 2, alcune porzioni predefinite del substrato 110 sono ricoperte da uno strato di ricoprimento 120. In particolare, le porzioni predefinite ricoperte dallo strato di ricoprimento 120 mostrate in Figura 2 corrispondono alle regioni H e D mostrate schematicamente in Figura 1. Lo strato di ricoprimento 120 può consistere in un singolo strato di metallo. Alternativamente, lo strato di ricoprimento 120 può consistere in una struttura multistrato comprendente due o più strati di metallo. I metalli che possono essere impiegati per la realizzazione dello strato di ricoprimento 120 possono comprendere ad esempio uno o più dei seguenti materiali: nickel, palladio, argento, oro, leghe di argento e oro.

Ad esempio, può essere realizzato uno strato di ricoprimento 120 comprendente uno strato di nickel a diretto contatto con il substrato 110, uno strato di palladio sopra allo strato di nickel, uno strato di argento sopra allo strato di palladio e uno strato d’oro sopra allo strato di argento. Secondo un ulteriore esempio, lo strato di ricoprimento 120 può comprendere uno strato di nickel a diretto contatto con il substrato 110, uno strato di palladio sopra allo strato di nickel e uno strato d’oro sopra allo strato di palladio.

Le zone della superficie 110s del substrato 110 non placcate, cioà ̈ non ricoperte dallo strato di ricoprimento 120, possono essere scabre come mostrato schematicamente in Figura 2 in modo da migliorare ad esempio l’adesione con i materiali plastici o le resine utilizzati per incapsulare i dispositivi alloggiati nell’area di alloggiamento 102 del lead frame.

In particolare, il substrato 110 può essere sottoposto ad un processo di irruvidimento, ad esempio per via chimica, elettrochimica o termica prima di eseguire la formazione dello strato di ricoprimento 120. Il substrato così irruvidito viene poi sottoposto ai procedimenti descritti in dettaglio in seguito per formare lo strato di ricoprimento 120. Durante questi procedimenti, le zone ricoperte dalla maschera protettiva restano inalterate, e quindi ruvide, mentre le zone esposte al fine di depositare lo strato di ricoprimento 120 tramite placcatura vengono livellate ad esempio tramite i procedimenti stessi di placcatura.

In questo modo, dopo aver eseguito la formazione dello strato di ricoprimento 120, le zone non coperte dallo strato di ricoprimento 120 sono scabre come mostrato in Figura 2 e risultano quindi particolarmente vantaggiose per migliorare l’adesione del substrato 110 ai materiali incapsulanti utilizzati per incapsulare i dispositivi alloggiati nell’area di alloggiamento 102.

Figura 3 mostra schematicamente il diagramma di flusso di un metodo 200 per la produzione di lead frames secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, e la Figura 4 mostra schematicamente i risultati dei singoli passi del metodo secondo il diagramma di flusso mostrato in Figura 3.

Nel primo passo 201 del metodo 200 si esegue il pre-trattamento del substrato di metallo 110. In particolare, il substrato di metallo 110 che viene pre-trattato al passo 201 à ̈ stato precedentemente strutturato in modo da formare la struttura del lead frame. Il substrato di metallo 110 che viene pretrattato al passo 201 comprende quindi i segmenti conduttivi e l’area di alloggiamento per l’alloggiamento dei dispositivi elettronici. Queste strutture possono essere realizzate a partire da un foglio di metallo secondo tecniche note, ad esempio per mezzo di punzonatura e tranciatura.

Il pre-trattamento 201 permette di pulire la superficie 110s del substrato 110, cioà ̈ di rimuovere eventuali contaminanti presenti sulla superficie. In particolare, il pre-trattamento permette di rimuovere ad esempio ossidi e grassi dalla superficie 110s del substrato 110.

Il pre-trattamento 201 può comprendere ad esempio un bagno per la rimozione di olio dalla superficie 110s del substrato 110. Inoltre, il pretrattamento 201 può comprendere ulteriormente operazioni di elettropulitura in modo da rimuovere composti organici dalla superficie 110s del substrato 110 e da ridurre la rugosità della superficie. Inoltre, il pretrattamento 201 può comprendere ulteriormente operazioni di attacco chimico per rimuovere gli ossidi dalla superficie. Soffi d’aria e risciacqui a base di acqua possono essere applicati al substrato 110 prima e dopo ciascuna delle varie operazioni del pre-trattamento 201 per rimuovere le eventuali sostanze chimiche utilizzate nelle operazioni stesse e per evitare che il substrato 110 si contamini nuovamente.

Nel secondo passo 202 del metodo 200 si delimitano le porzioni predefinite del substrato 110 che devono essere successivamente ricoperte dallo strato di ricoprimento 120. In pratica, nel secondo passo 202 si esegue il coating selettivo. In particolare, nel secondo passo 202 viene formata la maschera protettiva 301 sulla superficie del substrato 110. La maschera protettiva 301 permette di delimitare le porzioni predefinite del substrato sulle quali si desidera formare successivamente lo strato di ricoprimento 120. In particolare, la maschera protettiva 301 Ã ̈ tale da lasciare esposte le porzioni predefinite del substrato sulle quali si desidera depositare successivamente lo strato di ricoprimento 120. Come si vede in Figura 4, la maschera protettiva 301 Ã ̈ tale da lasciare esposte le porzioni H e D della superficie del substrato 110.

Inoltre, nell’esempio mostrato in figura 4, la maschera protettiva 301 ricopre anche interamente la superficie inferiore del substrato 110. Questo può essere vantaggioso ad esempio per le cosiddette Lead Tips del lead frame, cioà ̈ per le estremità rivolte verso l’area di alloggiamento 102. Queste regioni possono essere placcate solo su una delle superfici per favorire la successiva saldatura a filo.

La maschera protettiva 301 può essere formata da materiali epossidici, materiali acrilici o da miscele di materiali epossidici e materiali acrilici. La maschera protettiva 301 viene formata sul substrato 110 per mezzo di serigrafia. Un esempio del processo di formazione della maschera protettiva 301 in base ad una forma di realizzazione della presente invenzione verrà descritto in dettaglio in seguito.

Nel terzo passo 203 del metodo 200 si esegue l’indurimento del materiale depositato sul substrato 110 per mezzo di serigrafia al passo 202. In particolare, come si vede nell’esempio mostrato in Figura 4, si esegue l’indurimento della maschera protettiva 301 formata per mezzo di serigrafia al passo 202 in modo da formare la maschera protettiva indurita 301’.

L’indurimento può essere eseguito esponendo il sistema a radiazione ultravioletta. Ad esempio, il sistema può essere esposto a radiazione avente lunghezza d’onda di 300 nm o inferiore. Il sistema può essere esposto per un tempo di 3 – 5 secondi ad una radiazione di 350 mJ/cm<2>.

Nel quarto passo 204 del metodo 200 si esegue la placcatura. In particolare, nel quarto passo 204 si esegue la formazione dello strato di ricoprimento 120. Questo può essere fatto per mezzo di tecniche note, ad esempio per mezzo di elettrodeposizione.

Nell’esempio mostrato in Figura 4 lo strato di ricoprimento 120 comprende tre strati 121, 122 e 123. I tre strati possono essere formati in successione per mezzo di successivi depositi per elettrodeposizione. Lo strato 123 a diretto contatto con il substrato 110 può essere ad esempio uno strato di nickel. Lo strato 122 sopra lo strato 123 può essere uno strato di palladio.

Lo strato 121 sopra allo strato 122 può essere uno strato d’oro.

Nel quinto passo 205 del metodo 200 si esegue lo strippaggio per rimuovere il materiale indurito formato ai passi 202 e 203. In particolare, viene rimossa la maschera protettiva indurita 301’. La maschera protettiva indurita 301’ può essere rimossa ad esempio per mezzo di soluzioni alcaline. Ad esempio, può essere utilizzata una soluzione di idrossido di sodio al 3%.

Nel seguito, viene descritta in dettaglio la delimitazione 202 di una o più porzioni predefinite sul substrato 110 per mezzo di serigrafia secondo una forma di realizzazione della presente invenzione.

Il telaio serigrafico comprende una maglia serigrafica. La maglia serigrafica definisce gli spazi attraverso i quali il materiale che funge da inchiostro per la serigrafia può fuoriuscire. La maglia rispecchia quindi le regioni del substrato che vengono protette per mezzo della maschera realizzata tramite serigrafia.

La maglia serigrafica può consistere in una rete molto fitta comprendente una pluralità di fori aventi le stesse forme e dimensioni. Le dimensioni dei fori possono variare da qualche decina a qualche centinaio di micrometri. Ad esempio, i fori possono avere un diametro da circa 20 micrometri a circa 500 micrometri. Preferibilmente, i fori possono avere un diametro dell’ordine dei 30 micrometri, ad esempio 27 micrometri.

La maglia serigrafica può essere fatta ad esempio di acciaio, acciaio nickelato, nickel o poliestere. I materiali metallici sono vantaggiosi poiché possono essere foto incisi o incisi per mezzo di tecniche laser in modo da ottenere mesh elevate, ad esempio da 75 a 400 fori per pollice quadrato.

Inoltre, i materiali metallici sono tali che lo spessore del materiale non condiziona le dimensioni delle aperture dei fori.

La maglia serigrafica può essere quindi prodotta a partire da un foglio di metallo che viene strutturato mediante tecniche laser in modo da ottenere una mesh predefinita.

La maglia serigrafica può essere vantaggiosamente realizzata in nickel. Il nickel permette di ottenere fori molto piccoli. Inoltre, il nickel é un materiale particolarmente stabile. Ad esempio, possono essere ottenuti fori aventi dimensioni di 27 micrometri. I fori possono avere forma esagonale. Ad esempio, i fori possono avere forma esagonale regolare. In questo caso, i fori a forma esagonale regolare possono essere tali che il diametro della circonferenza inscritta nell’esagono é dell’ordine dei 30 micrometri, preferibilmente 27 micrometri.

Il foglio di nickel può avere ad esempio uno spessore di 80 micrometri. L’opening area, cioà ̈ il rapporto tra la superficie totale occupata dai fori e la superficie totale della maglia, può essere del 17%.

Aree predefinite della maglia serigrafica vengono occluse per mezzo di gelatine. Ad esempio, possono essere utilizzate emulsioni o prodotti fotosensibili. In particolare, le gelatine possono comprendere matrici polimeriche acriliche e/o epossidiche fotosensibili. Le gelatine possono essere tali che, dopo essere state foto-polimerizzate, sono resistenti agli inchiostri utilizzati per la serigrafia in modo da non essere danneggiate e/o rimosse a causa della presenza degli inchiostri serigrafici.

In pratica, alcuni fori predefiniti della maglia vengono occlusi per riempimento di gelatina. In questo modo si ottiene sulla maglia serigrafica l’immagine positiva della struttura di ricoprimento 120 che si vuole realizzare sul lead frame. In altre parole, vengono occlusi per mezzo di gelatina quei fori della maglia serigrafica corrispondenti alle regioni del lead frame che devono rimanere esposte in modo da potervi depositare la struttura di ricoprimento 120 ad esempio per mezzo di placcatura.

La gelatina fotosensibile in forma semi-liquida può essere stesa su tutta la superficie della maglia per mezzo di una racla o spatola. In questo modo, la gelatina semiliquida occupa omogeneamente tutti i fori della maglia serigrafica. Il sistema viene quindi esposto a radiazione luminosa, ad esempio a radiazione ultravioletta, dopo essere stato coperto con una maschera opportunamente strutturata in modo da lasciare esposte solo quelle porzioni della gelatina che devono essere polimerizzate e quindi rese stabili per mezzo della radiazione luminosa. Dopo aver esposto il sistema coperto dalla maschera alla radiazione luminosa, la gelatina che occupa i fori in corrispondenza delle aperture della maschera é polimerizzata e quindi stabile. Al contrario, la gelatina che occupa i fori coperti dalla maschera durante l’esposizione alla radiazione luminosa non é polimerizzata. Questo eccesso di gelatina non polimerizzato viene quindi rimosso dal sistema per mezzo di soluzioni acquose o solventi. In questo modo, i fori della maglia serigrafica nei quali si trova la gelatina non polimerizzata vengono liberati dalla gelatina e quindi aperti. I fori della maglia serigrafica nei quali si trova invece la gelatina polimerizzata restano occlusi dal momento che la gelatina polimerizzata non viene rimossa dalle soluzioni acquose utilizzate per rimuovere la gelatina non polimerizzata. La gelatina polimerizzata resta quindi stabilmente nei fori della maglia serigrafica. Per cambiare l’immagine prodotta e quindi per modificare le forme e/o dimensioni della struttura di ricoprimento 120 é necessario modificare la maglia, ad esempio rimuovendo la gelatina polimerizzata, oppure sostituire la maglia serigrafica con un’ulteriore maglia. La gelatina polimerizzata può essere rimossa dai fori della maglia per mezzo di strippaggio con opportuni solventi, ad esempio solventi clorurati.

Il materiale che forma la maschera protettiva funge da inchiostro per la serigrafia. Esempi di materiali che possono essere utilizzati come inchiostro serigrafico secondo la presente invenzione comprendono materiali epossidici, materiali acrilici o materiali formati dalla miscela di materiali epossidici e materiali acrilici. Possono inoltre essere aggiunti additivi in modo da regolare la reologia dell’inchiostro. Inoltre, possono essere aggiunti additivi con funzione di foto-iniziatori.

L’inchiostro serigrafico viene quindi distribuito attraverso la maglia serigrafica. In pratica, l’inchiostro serigrafico viene forzato in modo da passare attraverso la maglia serigrafica solo in corrispondenza dei fori della maglia non occlusi dalla gelatina. In questo modo, si realizza sul substrato dei lead frames l’immagine negativa della struttura di ricoprimento 120 che si vuole realizzare sul lead frame. In altre parole, l’inchiostro serigrafico viene depositato sul substrato del lead frame in modo da lasciare esposte quelle regioni del substrato sulle quali si vuole formare la struttura di ricoprimento 120. L’inchiostro serigrafico forma quindi la maschera protettiva 301 sul substrato del lead frame.

Secondo una forma particolare di realizzazione della presente invenzione, la serigrafia é di tipo rotativo. In questo caso, una maglia come descritta sopra viene montata sul cilindro di stampa. Il cilindro di stampa é cavo e viene riempito con l’inchiostro serigrafico. Il cilindro di stampa può essere provvisto di un rullo spremitore atto a forzare l’inchiostro serigrafico attraverso i fori della maglia serigrafica non occlusi.

Uno o più substrati del lead frame posti su di un opportuno nastro viene fatto scorrere lungo la superficie del cilindro. In particolare, il sistema può essere provvisto di un rullo compressore in modo che il nastro che supporta il substrato del lead frame sia premuto contro la superficie del cilindro dal rullo compressore. In particolare, il nastro che supporta il substrato del lead frame viene fatto scorrere tra il cilindro e il rullo compressore.

Quando il substrato à ̈ a contatto con la superficie del cilindro, l’inchiostro viene fatto fuoriuscire dalla maglia serigrafica in modo da formare la maschera protettiva sul substrato stesso.

Il controllo attivo sul moto del rullo compressore permette ad esempio di compensare eventuali disallineamenti del passo di riproduzione dell’immagine voluta rispetto ai substrati dei lead frames posti sul nastro. Figura 5 mostra schematicamente un apparato 400 per la formazione di lead frames secondo una forma di realizzazione della presente invenzione.

Il sistema à ̈ adatto per l’esecuzione di un processo da bobina a bobina. In particolare, il sistema comprende una bobina di svolgimento 401. La bobina di svolgimento 401 viene caricata con un nastro 500 sul quale sono fissati i substrati dei lead frames.

Il nastro 500 passa dalla bobina di svolgimento 401 alla stazione 402 per la delimitazione 202 delle porzioni predefinite del substrato su cui formare lo strato di ricoprimento. In particolare, la stazione 402 comprende un telaio serigrafico. Nell’esempio mostrato in Figura 5, il telaio serigrafico à ̈ un telaio serigrafico rotativo di cui vengono mostrati schematicamente il cilindro 402b e il rullo compressore 402a.

La stazione 402 comprende ulteriormente una stazione 402c per l’indurimento del materiale depositato sul substrato del lead frame per mezzo del telaio serigrafico. Ad esempio, la stazione 402c per l’indurimento può comprendere un sistema per l’irraggiamento di radiazione ultravioletta.

Alla stazione 402 viene quindi formata la maschera indurita 301’ sul substrato dei lead frames.

Il nastro 500 passa quindi dalla stazione 402 alla stazione di scrostamento 403. A questa stazione il substrato viene pulito. In particolare, vengono pulite le zone esposte sulle quali sarà successivamente formato lo strato di ricoprimento 120. Ad esempio, a questa stazione possono essere rimossi eventuali residui oleosi o contaminazioni organiche del substrato. Questa pulitura viene effettuata con sostanze atte a non intaccare e danneggiare la maschera indurita 301’. Ad esempio, é preferibile utilizzare sostanze con pH inferiore a 10.

Dalla stazione di scrostamento 403 il nastro viene mandato alla stazione di attivazione 404. A questa stazione il substrato viene pulito da possibili ossidi, ad esempio da ossidi di rame nel caso di substrato di rame. Inoltre, può essere rimosso per attacco chimico uno strato sottile del materiale del substrato in modo da esporre il materiale sottostante che é più attivo e quindi facilita ed ottimizza la successiva placcatura. L’attivazione può essere fatta ad esempio per mezzo di soluzioni acide e di agenti ossidanti selettivi per il materiale di cui il substrato é composto.

Successivamente, il nastro 500 passa al blocco per la placcatura 405. Il blocco per la placcatura 405 viene impiegato per la formazione dello strato di ricoprimento 120. Il blocco per la placcatura 405 può comprendere una o più stazioni per la placcatura, ciascuna delle stazioni essendo atta ad eseguire la placcatura con uno specifico tipo di metallo. Le stazioni per la placcatura possono essere atte ad esempio a eseguire placcatura per elettrodeposizione. Nell’esempio mostrato in Figura 5, il blocco per la placcatura 405 comprende tre stazioni per la placcatura 405a, 405b e 405b. La stazione 405a può essere ad esempio atta a eseguire placcatura con nickel. La stazione 405b può essere ad esempio atta a eseguire placcatura con palladio. La stazione 405c può essere atta a eseguire placcatura con oro e/o argento.

Dopo la placcatura al blocco 405, il nastro 500 passa alla stazione per lo strippaggio 406. A questa stazione viene rimosso il materiale depositato sul substrato per mezzo della serigrafia al blocco 402.

Dopo lo strippaggio alla stazione 406, il nastro 500 passa alla stazione per l’asciugatura 407. L’asciugatura rimuove vantaggiosamente eventuali residui d’acqua dal sistema. In particolare, i residui di acqua potrebbero ossidare il substrato danneggiandone le proprietà, formando ad esempio discolorazioni.

Infine, il nastro 500 che a questo punto supporta i lead frame completi viene avvolto dalla bobina di avvolgimento 408.

Anche se non mostrato esplicitamente in figura 5, tra le varie stazioni indicate possono essere presenti mezzi per la pulitura per rimuovere dal sistema eventuali residui derivanti dal processo eseguito alla stazione precedente. Ad esempio, é possibile effettuare uno o più risciacqui dopo ciascuna stazione. Inoltre, é possibile pulire ulteriormente il sistema dopo ciascuna stazione per mezzo di getti d’aria.

Inoltre, dopo lo strippaggio alla stazione 406, é possibile prevedere un lavaggio ad alta pressione in modo da favorire la rimozione della maschera indurita 301’.

Il sistema 400 da bobina a bobina con il telaio serigrafico permette di aumentare notevolmente la velocità di produzione di lead frames. Ad esempio, si possono raggiungere velocità di produzione di 10 – 30 m/min. È inoltre possibile raggiungere velocità di produzione di 50m/min. Allo stesso tempo, viene garantita la formazione di lead frames aventi elevate proprietà sia elettroniche che strutturali.

Anche se la presente invenzione à ̈ stata descritta con riferimento alle forme di realizzazione descritte sopra, à ̈ chiaro per l’esperto del ramo che à ̈ possibile realizzare diverse modifiche, variazioni e miglioramenti della presente invenzione alla luce dell’insegnamento descritto sopra e nell’ambito delle rivendicazioni allegate senza allontanarsi dall’oggetto e dall’ambito di protezione dell’invenzione.

Ad esempio, anche se à ̈ stato mostrato che le zone predefinite del substrato del lead frame su cui si forma il ricoprimento sono le estremità dei segmenti conduttivi del lead frame, à ̈ possibile scegliere le zone predefinite in qualsiasi posizione del substrato.

Inoltre, in base alla presente invenzione, à ̈ possibile anche strutturare lo strato di ricoprimento in modo che sia formato da una pluralità di strati di metallo aventi diverse dimensioni. In particolare, à ̈ possibile prevedere la formazione di un primo strato di ricoprimento mediante placcatura dopo aver formato una prima maschera di protezione per mezzo di serigrafia. Dopo aver formato il primo strato di ricoprimento, à ̈ possibile rimuovere la prima maschera di protezione per strippaggio e formare quindi per mezzo di serigrafia una seconda maschera di protezione avente una struttura diversa rispetto alla prima maschera di protezione in modo da formare un secondo strato di ricoprimento avente ad esempio dimensioni e/o forma diverse rispetto al primo strato di ricoprimento. Questo procedimento può essere ripetuto diverse volte in modo da formare un ricoprimento multistrato in cui ogni strato ha specifiche forme e/o dimensioni che possono essere ad esempio diverse da quelle degli altri strati.

Inoltre, anche se negli esempi mostrati sopra é stato descritto il trattamento di un singolo nastro (single strand), é possibile operare anche su due o più nastri in parallelo (double strand, multiple strand). In questo modo si accelera ulteriormente la velocità di produzione dei lead frames.

Oltre a ciò, quegli ambiti che si ritengono conosciuti da parte degli esperti del ramo non sono stati descritti per evitare di mettere eccessivamente in ombra in modo inutile l’invenzione descritta.

Di conseguenza, l’invenzione non à ̈ limitata alle forme di realizzazione descritte sopra, ma à ̈ solo limitata dall’ambito di protezione delle rivendicazioni allegate.

Claims (18)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per la fabbricazione di lead frames (100) comprendenti un substrato di metallo (110), detto metodo comprendente il seguente passo: formazione di almeno uno strato di ricoprimento (120) su una o più porzioni predefinite (A, B, C, D, E, F, G, H) della superficie (110s) di detto substrato (110), caratterizzato dal fatto che:detta formazione di almeno uno strato di ricoprimento (120) su una o più porzioni predefinite (A, B, C, D, E, F, G, H) della superficie (110s) di detto substrato (110) comprende la delimitazione (202) di dette una o più porzioni predefinite (A, B, C, D, E, F, G, H) per mezzo di serigrafia.
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detta serigrafia consiste in serigrafia rotativa.
3. 3. Metodo secondo una delle rivendicazioni 1 o 2, in cui detta serigrafia comprende i seguenti passi: formazione di una maglia serigrafica comprendente una pluralità di fori; occlusione di uno o più di detti fori in modo che l’inchiostro serigrafico possa fuoriuscire attraverso detta maglia serigrafica e ricoprire detto substrato (110) in modo da lasciare esposte dette una o più porzioni predefinite (A, B, C, D, E, F, G, H) della superficie (110s) di detto substrato (110).
4. 4. Metodo secondo la rivendicazione 3, in cui detta maglia serigrafica é formata da metallo, preferibilmente da nickel, acciaio o acciaio nickelato.
5. 5. Metodo secondo una delle rivendicazioni 3 o 4, in cui detta occlusione viene effettuata per mezzo di gelatina.
6. 6. Metodo secondo la rivendicazione 5, comprendente ulteriormente i seguenti passi: stesura di detta gelatina sulla superficie di detta maglia serigrafica in modo da occludere i fori di detta maglia serigrafica, polimerizzazione della gelatina che occlude uno o più fori predefiniti, rimozione della gelatina non polimerizzata da detta maglia serigrafica in modo da liberare i fori occlusi dalla gelatina non polimerizzata.
7. 7. Metodo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 6, in cui detta delimitazione (202) comprende la formazione di una maschera protettiva (301) sulla superficie (110s) di detto substrato (110), in cui detta maschera protettiva (301) é tale che dette una o più porzioni predefinite (A, B, C, D, E, F, G, H) della superficie (110s) di detto substrato (110) siano esposte in modo da potervi depositare detto strato di ricoprimento (120).
8. 8. Metodo secondo la rivendicazione 7, in cui detta maschera protettiva (301) comprende uno o più dei seguenti materiali: materiali epossidici o materiali acrilici.
9. 9. Metodo secondo una delle rivendicazioni 7 o 8, comprendente ulteriormente l’indurimento (203) di detta maschera protettiva (301).
10. 10. Metodo secondo la rivendicazione 9, in cui detto indurimento (203) viene eseguito per mezzo di radiazione ultravioletta.
11. 11. Metodo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 10, comprendente ulteriormente lo strippaggio (205) per rimuovere da detto substrato (110) il materiale depositato per mezzo della serigrafia.
12. 12. Metodo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 11, in cui detta formazione di almeno uno strato di ricoprimento (120) su una o più porzioni predefinite (A, B, C, D, E, F, G, H) della superficie (110s) di detto substrato (110) comprende la placcatura (204) di uno o più strati di metallo (121, 122, 123).
13. 13. Apparato (400) per la fabbricazione di lead frames secondo il metodo di una delle rivendicazioni da 1 a 12, in cui detto apparato (400) comprende un telaio serigrafico (402a, 402b).
14. 14. Apparato secondo la rivendicazione 13, in cui detto telaio serigrafico (402a, 402b) consiste in un telaio serigrafico rotativo.
15. 15. Apparato secondo una delle rivendicazioni 13 o 14, in cui detto telaio serigrafico comprende una maglia serigrafica metallica.
16. 16. Apparato secondo la rivendicazione 15, in cui detta maglia serigrafica metallica comprende almeno uno dei seguenti materiali: nickel, acciaio, acciaio nickelato.
17. 17. Apparato secondo una delle rivendicazioni da 13 a 16 comprendente ulteriormente una stazione (402c) per l’indurimento del materiale depositato per mezzo di detto telaio serigrafico.
18. 18. Apparato secondo una delle rivendicazioni da 13 a 17, in cui detto apparato à ̈ adatto all’esecuzione di un processo da bobina a bobina.