JP5279694B2 - リードフレームに対するマイクロブラスト処理 - Google Patents
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Description
本発明は、成形材料の、特に、エポキシ成形材料のリードフレームに対する接着力を強化するためのリードフレームの処理に関する。
リードフレームを製造する間において、リードフレームへの成形材料の接着を促進するために実施される様々な方法が存在し、通常、リードフレームのテクスチャを変化させる表面処理を使用する。このような接着力強化の目的は、通常、全体の電子デバイスパッケージのモイスチャ・センシティビティ・レベル（ＭＳＬ）を高めることである。
いくつかの表面処理が、金属酸化物の形成、粗面処理、特別なめっき方式、等を含む。選択的な銀めっきを備えた銅リードフレームに関し、ブラウン（ｂｒｏｗｎ）酸化物処理が、当業界において、実績のある解決策である。しかしながら、パラジウム プレ−めっきリードフレーム（Ｐｄ ＰＰＦ）へのその適用は、極めて高価である。当業界において、パラジウム プレ−めっきリードフレームのモイスチャ・センシティビティ・レベルの改善の課題に対する、単純かつ安価な解決策が求められている。
特許文献１（発明の名称“Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ｌｅａｄ ｆｒａｍｅ ｈａｖｉｎｇ ｕｎｅｖｅｎ ｓｕｒｆａｃｅｓ”）は、各上部及び下部表面上に不規則なくぼみ（ｄｉｍｐｌｅ）を有して形成されたインナーリード，タイバー及びダイパッドを有するリードフレームを開示している。この不規則なくぼみが、ノズルのような導入手段からの適当な粒子媒体を衝突させることによる機械的な表面改質によって形成される。リードフレームの製造の間に形成された不規則なくぼみが、ダイパッドと半導体デバイスとの間の、及びリードフレームと成形材料との間の接着強度を改善する。しかしながら、この方法は、サンドのような固体粒子を使用し、リードフレーム表面を機械的に粗くする。固体粒子の衝撃によって、これが、タイバー等のリードフレームの細かな形体の変形を引き起こしうる。厳しいプロセス要求を満たす一貫性のある粗さを維持することも困難である。
他の方法が、特許文献２（発明の名称“Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ ｗｉｔｈ Ｕｎｅｖｅｎ Ｍｅｔａｌ Ｐｌａｔｅ ｔｏ Ｉｍｐｒｏｖｅ Ａｄｈｅｓｉｏｎ ｔｏ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ”）に記載されている。金属プレートの接着強度を改善する、又は、チップ、複数の電極、及びリードフレームを成形樹脂と結合させることによって、信頼性が改善された半導体デバイスが開示されている。金属プレートの表面が、エッチング，化学研磨法，めっき，サンドブラスト，又は同種のものによって粗面化され、半球形状であるくぼみを形成することによって成形樹脂に対する接着強度を改善する。それにもかかわらず、ＥＭＣ接着が十分には強くないので、半球形状のくぼみは、せん断強度の改善という観点から成形材料とのインターロッキング機構（ｉｎｔｅｒ−ｌｏｃｋｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）を高めうるが、引張（けん引）強度を高めないものでありうる。さらに、このくぼみは、金属プレートに設けられ、チップとリードとの間の電気的な及び熱的な結合として役立つが、全体のリードフレーム材料に対する接着の改善を助長するものではない。
さらに他の表面処理方法が、特許文献３（発明の名称“Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｌｅａｄｆｒａｍｅ Ｒｏｕｇｈｅｎｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ Ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ Ｌｅａｄｆｒａｍｅ ａｎｄ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｐａｃｋａｇｅ”）において教示されているマイクロ−エッチングを利用する。表面から酸化物材料及び有機材料を除去するための、未加工の銅リードフレームを洗浄し、化学的にマイクロ−エッチングする段階を含む化学的リードフレーム粗面化プロセスが開示されている。リードフレームの表面が、次に、有機及び過酸化物溶液を使用して粗面化され、結果として、細かなくぼみのある表面モルフォロジーが生じる。有機材料を除去するために、粗面化されたリードフレームが洗浄され、次に、リードベースはんだのリフロー温度よりも高いリフロー温度を有する鉛フリーめっき材料（ニッケル−パラジウム−金（ＮｉＰｄＡｕ）の層状めっき等）でめっきされる。めっきリードフレームが、所望の細かなくぼみのあるモルフォロジーを示し、このモルフォロジーが、完成した集積回路パッケージを形成するために使用される成形材料とのすぐれた接着を提供し、これによって、パッケージのモイスチャ・センシティビティ・レベル性能を改善すると考えられる。
リードフレームの表面が、マイクロ−エッチング処理によって粗面化されるが、そのモルフォロジーが、ＮｉＰｄＡｕめっき後において、さらに球状になり、この結果、ＥＭＣとのその接着強度が低下するという課題が生じる。従って、これが、せん断のロッキング効果（ｓｈｅａｒ ｌｏｃｋｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ）のみを改善することが出来るが、実質的な引張りのロッキング効果（ｔｅｎｓｉｌｅ ｌｏｃｋｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ）がない。結果として、成形材料の接着力が、十分に強くない。
従って、本発明の目的は、リードフレーム上に成形された成形材料を接着するためのせん断のロッキング効果及び引張りのロッキング効果の両方を提供するリードフレーム用の化学的な粗面化プロセスを提供を図ることである。
従って、本発明が、ベア（ｂａｒｅ）リードフレーム材料を提供する段階と；塩溶液内にベアリードフレーム材料を浸漬する段階と；及び、ベアリードフレーム材料の次に、塩溶液内にガスバブルを提供する段階であって、このバブルが、リードフレーム材料の表面と接触し、ベアリードフレーム材料と近接してはじけ、リードフレームの表面上において化学反応を引き起こし、これによって、リードフレームの表面上に不規則なサイズの複数のくぼみを形成する段階とを含むリードフレームの製造方法を提供する。
本願明細書において、便宜的に、本発明のある好ましい実施形態を図解する添付の図面を参照することにより、本発明をさらに詳細に記載する。特有の図面及び関連する記載が、特許請求の範囲によって定義されるような本発明の広義の特定の一般概念に取ってかわるものとして理解されない。
添付の図面とともに考慮された場合、本発明の好ましい実施形態の詳細な記載を参照することによって、本発明が、容易に理解されるだろう。
本発明の好ましい実施形態によるマイクロ−ブラストは、化学的エッチング及び機械的掘削の両方を含む化学的な掘削プロセスである。従来のマイクロ−エッチングでは、ワイヤーボンディング及びはんだ付プロセスウィンドウを狭くする“ピーク・トゥ・バレー（ｐｅａｋ ｔｏ ｖａｌｌｅｙ）”表面プロファイルが、形成される。比較して、“平面及びホール”モルフォロジーを形成することによって、マイクロ−ブラストが、表面の粗さを生じ、平坦な表面部が、エッチングプロセス後であっても、ワイヤーボンディング及びはんだ付を行うために、より適している。エッチングされたくぼみが、極めて不規則な形状を有し、２μｍから５０μｍの範囲のサイズを有し、せん断のロッキングだけでなく、引張りのロッキングも提供する。
主な化学成分は、水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムと酸との反応によって形成された、１〜５０％の塩濃度を有する塩溶液中の酸のカリウム又はナトリウムである。この酸が、無機若しくは有機酸、又は両種の酸の混合物から選択されることが可能である。使用することが可能な無機酸の種類には、制限するものではないが、硫酸、塩酸、硝酸及びリン酸が含まれる。これらの中で、硫酸が、最も好ましい。使用することが可能な有機酸の種類には、制限するものではないが、酢酸、クエン酸、酒石酸、乳酸、及びシュウ酸が含まれる。これらの中で、シュウ酸が最も好ましい。通常のエッチングプロセスと異なり、使用される塩溶液が、酸性である必要はなく、ｐＨ値が、１から９の間に維持されることが可能である。プロセス温度が、１０〜５０℃の間に維持されてよい。
マイクロ−ブラストプロセスの機械的掘削の態様が、これから記載される。これが、ガスバブリングによって実施される。ガスバブリングの間、ベアリードフレーム材料が、塩溶液内に浸漬され、ここで、ベアリードフレーム材料の次に、ガスバブルが、塩溶液内に提供され、このバブルが、リードフレーム材料の表面と接触し、リードフレーム材料と近接してはじけ、リードフレームの表面上において化学反応を引き起こし、これ上にくぼみを形成する。このバブルが、リードフレームが浸漬されている塩溶液内における超音波エネルギー、ノズルスプレー若しくはジェット、電解、又は圧縮空気のような、適当な方法を用いて形成されることが可能である。上記のバブル−形成方法の組み合わせが使用されてもよい。ノズルが使用される場合、バブルが現われるノズルの出口が、好ましくは、リードフレームの表面に対して４５〜９０°の角度でリードフレームの方に向けられており、９０°に近い大きな角度が、さらに好ましい。さらに、ノズル出口とリードフレームとの間の間隙が、これらの間における良好な接触を確立するために、好ましくは５０ｍｍ以下である。
形成されたバブル内のガスが、好ましくは、一定量の酸素を含む。化学物質とともに生成されたバブル内に含まれる酸素が、リードフレーム表面上に作用し、“散在性の”及び“局部的な”化学反応又はブラストが開始され、これによって、特有のくぼみ形体が形成される。
マイクロ−ブラストプロセスが、通常、２つのタイプの強度：弱い及び強いタイプに分類されることが可能である。以下の設定の差異が、プロセスの間に形成されるくぼみの大きさ及び密度に影響することが可能である。弱いマイクロ−ブラストが、小さくかつ低密度であるくぼみを形成し、ワイヤーボンディング又ははんだへの影響を最小化し（特に、基板実装に対して）、インナーリードチップ、ダイパッド周辺及びリードフレームの外部リードのような領域に適している。一方、強いマイクロ−ブラストが、大きくかつ高密度のくぼみを形成し、リードフレームのダイパッド及びインナーリードのような、ワイヤーボンディング又ははんだ付を全く必要としないリードフレームの領域にさらに適している。
弱い及び強いマイクロ−ブラストのそれぞれを実現するためのパラメータが、好ましくは以下のとおりである。
図１は、本発明の好ましい実施形態によるフラッドマイクロ−ブラストを含むリードフレーム処理プロセスの概略を示すフローチャートである。第一に、ベアリードフレームが、通常、スタンピング又はエッチングのいずれかによるものである従来のプロセスによって成形される１０。フラッドマイクロ−ブラストとは、リードフレームが、マスキングされることなく、塩溶液内に、全体的に浸漬されることを意味する。次に、酸素を含むバブルを塩溶液中に吹き込むことにより、マイクロ−ブラスト（強い又は弱い）が、実行される１２。このバブルが、リードフレームの表面上において化学反応を生じ、散在したくぼみを形成する。
マイクロ−ブラストの後で、次に、リードフレームが、銀めっき又はニッケル−パラジウム−金めっきのいずれかによってめっきされる１４。一旦めっきが完成すると、１つ又はそれ以上の後−めっきプロセスが、リードフレームのダウンセッティング部（ｄｏｗｎｓｅｔｔｉｎｇ ｐａｒｔｓ）などのリードフレームに適応されてよい１６。
図２は、フラッドな弱いマイクロ−ブラスト及び選択的な強いマイクロ−ブラストを含むリードフレーム処理プロセスの概略を示すフローチャートである。第一に、ベアリードフレームが、通常、スタンピング又はエッチングのいずれかによるものである従来のプロセスによって成形される１８。次に、リードフレームをマスキングすることなく、酸素を含むバブルを塩溶液中に吹き込むことにより、弱いフラッドマイクロ−ブラストが、実行される２０。このバブルが、リードフレームの表面上において化学反応を生じ、第一の組の散在したくぼみを形成する。
その後、リードフレームの部分がマスクされ、強い選択的なマイクロ−ブラストが、行われ２２、第二の組の散在したくぼみを形成し、このくぼみが、第一の組のくぼみよりも、比較的高い密度及び／又は比較的大きなサイズを有する。付加的な強いマイクロ−ブラストを必要としないリードフレームの選択された部分が、マスクされ、覆われ、前記選択された部分には、付加的なくぼみが形成されない。前記弱いマイクロ−ブラスト、続いて強いマイクロ−ブラストの後で、リードフレームが、銀めっき又はニッケル−パラジウム−金めっきのいずれかによる金属材料の１つ又はそれ以上の層でめっきされる２４。一旦めっきが完成すると、１つ又はそれ以上の後−めっきプロセスが、リードフレームのダウンセッティング部等のリードフレームに適応されうる２６。
図３は、選択的な強いマイクロ−ブラストのみを含むリードフレーム処理プロセスの概略を示すフローチャートである。第一に、ベアリードフレームが、上記に説明したように成形される２８。次に、強い選択的なマイクロ−ブラストが、酸素を含むバブルを塩溶液中に吹き込むことにより、実行され、処理を必要としないリードフレームの選択された部分が、マスクされ３０、前記選択された部分においてくぼみが形成されない。このバブルが、リードフレームの表面上において化学反応を生じ、マスクされていない領域上に散在したくぼみを形成する。
マイクロ−ブラストの後で、次に、リードフレームが、銀めっき又はニッケル−パラジウム−金めっきのいずれかによる金属材料の１つ又はそれ以上の層でめっきされ３２、続いて、リードフレームのダウンセッティング部等の、１つ又はそれ以上の後−めっきプロセスが行われる３４。
図４は、選択的な弱いマイクロ−ブラストのみを含むリードフレーム処理プロセスの概略を示すフローチャートである。第一に、ベアリードフレームが、上記に説明したように成形される３６。次に、弱い選択的なマイクロ−ブラストが、酸素を含むバブルを塩溶液中に吹き込むことにより、実行され、処理を必要としないリードフレームの部分が、マスクされる３８。このバブルが、リードフレームの表面上において化学反応を生じ、マスクされていない領域上に散在したくぼみを形成する。
マイクロ−ブラストの後で、次に、リードフレームが、銀めっき又はニッケル−パラジウム−金めっきのいずれかによる金属材料の１つ又はそれ以上の層でめっきされ４０、続いて、リードフレームのダウンセッティング部等の、１つ又はそれ以上の後−めっきプロセスが行われる４２。
図５は、本発明の好ましい実施形態による、リードフレーム処理を行った後のリードフレーム４４の表面の断面図である。数多くの不規則−形状のくぼみ４６が、処理されたリードフレーム４４にわたって散在している。このくぼみが、可変の深さ及び幅を有し、弱いマイクロ−ブラスト又は強いマイクロ−ブラストのいずれであるかによって決まるスケールが適応される。
図６は、ＥＭＣ４８の形の成形材料の、リードフレーム４４の表面への接着のためのせん断のロッキング５０及び引張りのロッキング５２機構の両方を示す。ＥＭＣ４８に含まれるフィラー及び樹脂が、リードフレーム４４の表面にわたって広がる多数のくぼみ４６内に入り込み、くぼみ４６の内部に埋め込まれ、閉じ込められる。くぼみ４６の垂直に−成形された形体が、せん断のロッキング５０を提供し、ＥＭＣ４８が、横向きの力によって取り外されることを防ぐ。くぼみ４６の水平に−成形された形体が、引張りのロッキング５２を提供し、ＥＭＣ４８が、リードフレーム４４の表面に垂直なけん引力によって取り外されることを防ぐ。くぼみ４６が、極めて−不規則に成形されるため、これらが、図６に図解されるようなせん断のロッキング５０及び引張りのロッキング５２の両方に対する形体を提供する。
当然のことながら、本発明の好ましい実施形態により形成された極めて不規則なくぼみが、成形材料とのせん断及び引張りのロッキングの両方を改善することが可能であり、結果として生じる電子パッケージに、モイスチャ・センシティビティ・レベル（ＭＳＬ）の要求を満たす優れた性能を与え、ワイヤーボンディング及びはんだ付プロセスウィンドウに対し大きな影響を与えることはない。比較して、マイクロ−エッチングによって得られた従来の“ピーク・トゥ・バレー”表面プロファイルが、ワイヤーボンディング及びはんだ付プロセスウィンドウを狭くするだろう。
このプロセスが、銀めっきリードフレーム及びパラジウム プレ−めっきリードフレームの両方に適応することが可能である。さらに、スタンピングされた及びエッチングされたリードフレームの両方に適応することが可能である。マイクロ−ブラストを使用する製造コストが、銀めっきリードフレームへの従来のブラウン酸化物処理よりもわずかに低いものである一方、これは、パラジウム プレ−めっきリードフレームへのブラウン酸化物処理よりも著しく低く、従って、特にパラジウム プレ−めっきリードフレームに対し、極めてコスト効率の良い解決策を提供する。
本願明細書に記載された本発明が、具体的に記載されたもの以外にも、変更、修正及び／又は追加されることも可能であり、本発明が、上記記載の精神及び範囲に含まれる変更、修正及び／又は追加等の全てを含むものであると理解される。
４４ リードフレーム
４６ くぼみ
４８ ＥＭＣ
５０ せん断のロッキング
５２ 引張りのロッキング
４６ くぼみ
４８ ＥＭＣ
５０ せん断のロッキング
５２ 引張りのロッキング
Claims (16)
- ベアリードフレーム材料を提供する段階；、
前記リードフレーム材料を化学的にエッチングするように塩溶液内に前記ベアリードフレーム材料を浸漬する段階；及び、
前記塩溶液内において、ノズルの出口から前記リードフレーム材料の表面に向かって酸素ガスを含むガスバブルを移動させる段階であって、前記ガスバブルが、前記リードフレーム材料の表面と接触し、前記ベアリードフレーム材料と近接してはじけ、前記酸素ガスを前記リードフレーム材料の表面に作用させ、前記リードフレーム材料の表面上において化学反応を引き起こし、これによって、化学的なエッチングおよび機械的な掘削により前記リードフレーム材料の表面上に不規則なサイズの複数のくぼみを形成し、前記複数のくぼみが、成形材料を前記リードフレーム材料とインターロックさせるように構成される、段階；
とを含むことを特徴とするリードフレームの製造方法。 - 前記塩溶液が、水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムと酸との反応によって形成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記酸が、硫酸を含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
- 前記酸が、シュウ酸を含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
- 前記ガスバブルが、圧縮空気、電解、ノズルスプレー若しくはジェット、及び／又は超音波エネルギーから形成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記ガスバブルが、ノズル出口を通して提供され、
前記ノズル出口が、前記リードフレームの表面に対して４５〜９０°の角度で前記リードフレームの方に向けられていることを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記ノズル出口と前記リードフレームの表面との間の間隙が、５０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の方法。
- 前記ベアリードフレーム材料と接触する前記ガスバブルを移動させる段階が、１０〜５０℃のプロセス温度で実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記プロセス温度が、１５〜４０℃であることを特徴とする請求項８に記載の方法。
- 前記塩溶液のｐＨレベルが、１から９の間であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記塩溶液のｐＨレベルが、２から８の間であることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
- プロセス時間が、５〜１２０秒であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記リードフレームの選択された部分にくぼみが形成されないように、前記リードフレーム材料にガスバブルを移動させる段階の前に、前記ベアリードフレーム材料の選択された部分をマスキングする段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記くぼみが、第一の組のくぼみ及び第二の組のくぼみを含み、
前記第二の組のくぼみが、前記第一の組のくぼみよりも相対的に高い密度を有し、
前記ガスバブルを移動させる段階が、前記第一の組のくぼみを形成し、前記リードフレームの選択された部分をマスキングし、及びその後、前記リードフレームのマスクされていない部分上に前記第二の組のくぼみを形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。 - 前記くぼみが、第一の組のくぼみ及び第二の組のくぼみを含み、
前記第二の組のくぼみが、前記第一の組のくぼみよりも相対的に大きなサイズを有し、
前記ガスバブルを移動させる段階が、前記第一の組のくぼみを形成し、前記リードフレームの選択された部分をマスキングし、及びその後、前記リードフレームのマスクされていない部分上に前記第二の組のくぼみを形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。 - 前記複数のくぼみを形成した後で、金属材料の１つ又はそれ以上の層で、前記リードフレームをめっきする段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
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