KR100205331B1 - 리드 프레임 및 그 도금 방법 - Google Patents

Abstract

이 발명은 리드 프레임 및 그 도금방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 반도체 패키지 공정 전에 부분 도금 공정으로 온도의 한계성을 극복한 고온용 주석합금을 이용하여 후 공정에서도 잘 견디는 리드 프레임 및 그 도금방법에 관한 것이다. 동판, 동합금판 또는 니켈합금판으로 이루어진 기저 금속에 속하는 다이 패드부 및 인너 리드부에는 은을 도금하고, 아우터 리드부에는 주석(90±10wt.%)과 안티몬(10±10wt.%)의 이원계로 이루어진 합금으로 도금하거나 또는 주석(10±5wt.%), 안티몬(10±5wt.%) 및 납(80±5wt.%)의 삼원계로 이루어진 합금으로 도금을 실시하고 후속 공정인 반도체 패키지 공정을 실시한다. 따라서, 이 발명에 따른 리드 프레임은 무독성과 뛰어난 내부식성 그리고 우수한 젖음성을 가진 주석과 용융점이 높고 어느 정도의 경성을 갖는 안티몬을 첨가하고, 젖음성이 우수하고 용융점이 높아 고온에서 도금층의 작업성을 향상시키는 납을 첨가하여 선도금함으로써 후속 공정인 반도체 패키지 공정의 고온에서도 작업성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

리드 프레임 및 그 도금방법

제 1도는 일반적인 리드 프레임의 구조를 도시한 평면도이고.

제 2도(가) 내지 (다)는 종래 기술에 따른 도금된 리드 프레임의 구성 성분을 도시한 단면도이고.

제 3도는 이 발명의 실시예에 따른 도금된 리드 프레임의 구성을 도시한 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 다이 패드부 2 : 리드

21 : 인너 리드부 22 : 아우터 리드부

ⓐ,ⓑ : 은 도금층 ⓒ : 주석 합금 도금층

이 발명은 리드 프레임 및 그 도금방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 말하자면, 반도체 패키지(package) 공정 전에 온도의 한계성을 극복하기 위해 부분도금 공정에서 안티몬이 첨가된 고온용 주석합금을 이용하여 후 공정에서도 잘 견디는 리드 프레임 및 그 도금방법에 관한 것이다.

일반적으로 리드 프레임(lead frame)은 반도체 칩을 프린트 기판에 접착하여 외부와 접속하기 위한 리드와 다이 패드를 지지하는 금속의 틀로 정의되는 집적회로 소자의 구성 부분으로, 그 형상은 반도체 칩의 고밀도, 고집적화, 기판 실장방법의 변화에 따라 다양한 형상이 존재할 수 있다.

이러한 일반적인 리드 프레임의 구성은 중앙에 집적회로 칩이 탑재되는 다이 패드부(1)가 형성되어 있고 다수의 리드(2)가 각각 다이 패드부(1)를 중심으로 집적되어 있으며 각각의 리드(2)는 탑재된 칩과 와이어 본딩(wire bonding)에 필요한 패드부 및 몰드 공정에서 에폭시 수지로 쌓여지는 인너(inner) 리드부(21)와 몰드 공정에서 패키지 외부로 드러나 있으며 기판에 패키지를 실장하기 위해서 필요한 아우터(outer) 리드(22)로 구성되어 있다.

그리고 이러한 리드 프레임은 이후 공정을 실시하기 전에 부분 도금으로 기능 부위에 속하는 다이 패드부(1)와 와이어 본딩에 필요한 인너 리드부(21)에 도전성을 높이기 위해 은(Ag) 도금을 실시하고, 이후 공정인 반도체 패키지 공정(package process) 중에서 수지 몰딩(molding) 작업후 조립의 최종 공정에서 납땜성 향상을 높이기 위해 아우터 리드부(22)에 주석(Sn) 또는 납(Pb) 도금을 실시하는 공정으로 이루어져 있다.

그러나 반도체 패키지 공정 중에 연납도금을 실시하면 리드 프레임의 인너 리드부(21)까지 주석 또는 납이 침투하게 되고 침투된 주석 또는 납을 제거해야 하는 공정이 필요하게 되고 수지 몰딩 작업후 완성품에 가까운 제품에 습식처리함으로써 제품의 신뢰성이 현저하게 떨어지는 문제점을 가지고 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 반도체 패키지 공정전에 납젖음성(solder wettability)이 양호한 도금층을 미리 도포하여 상기 한 문제점을 해결하려는 선도금 리드 프레임(pre-plated frame, 이후 PPF)방법이 개발되었다.

이러한 선도금방법 중에 가장 많이 연구되어진 시스템은 파라듐 또는 파라듐의 합금을 이용하는 방법으로서 동계 소재적용에는 별문제가 없으나, 귀금속을 사용하므로 리드 프레임 가격이 증가된다는 것과 철합금계 소재에서는 소재와 파라듐 사이에 유전 결합(galvanic coupling) 현상에 기안한 부식성문제 때문에 적용할 수 없다는 문제점을 가지고 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 다양한 층구조의 파라듐 PPF 방법이 개발되었다.

그러면, 첨부한 도면을 참고로 하여 종래의 도금된 리드 프레임에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.

제2도 (a) 내지 (c)는 종래 기술에 따른 도금된 리드 프레임의 구성을 성분을 도시한 단면도이다.

제2도 (a)는 "일본 昭 63-2358"에 발표된 것으로서, 종래의 도금된 리드 프레임은 구리로 이루어진 기적 금속(base metal) 위에 니켈층이 도금되어 있고 니켈층 위에 니켈과 파라듐(Pb)의 합금층이 도금되어 있고 니켈과 파라듐 합금층 위에 파라듐층이 도금되어 있다.

그리고, 제2도 (b)는 "EP Application NO. 0 250 146 0 335 608"에 발표된 것으로서, 스트라이크(strike: 정상 전류 밀도보다 높은 전류 밀도로 짧은 시간동안에 도금하는 것) 니켈층, 니켈과 파라듐의 합금층, 니켈층, 파라듐층이 차례로 도금되어 있다.

그리고 제2도(다)는 "미국 특허 No. 5,360,991"에 발표된 것으로서, 기저 금속 위에 차례로 니켈층, 스트라이크 금층, 니켈과 파라듐 합금층, 파라듐층, 금층으로 도금되어 있다.

그러나 이러한 종래의 다층 구조로 도금된 리드 프레임도 유전 결합에 기인한 부식성 문제를 완전히 해결하지 못하고 있는 상태이다.

또 다른 선도금 방법으로써 기존에 패키지 제조공정 중에 수행하고 있는 납 또는 주석 도금공정을 미리 리드 프레임 제조공정 중에 수행하는 이색 도금(two color palting) 방법이 있다.

이러한 도금 방법은 리드 프레임 가격이 현저히 낮아지고 패키지 공정중에 습식도금 과정을 생략하게 됨으로써 패키지의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 장점을 가지고 있다.

그러나 이러한 도금 방법은 반도체 리드 프레임 도금시 주석과 납의 이원 합금계를 아우터 리드부에 선도금할 경우 녹는점이 낮아(최대 약 175℃) 250℃ 이상의 온도가 적용되는 반도체 패키지 후공정 중에서는 견디기 힘들다는 문제점을 가지고 있다.

이 발명의 목적은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 이색 도금 방법으로 선도금하는 경우에도 후속 공정인 반도체 패키지 공정의 고온에서도 잘 견디도록 하기 위해 용융점이 높고 어느정도의 경성을 갖는 안티몬(Sb)을 추가하는 데에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 이 발명의 구성은, 중앙에 집적회로 칩이 탑재되는 다이 패드부와 상기 다이 패드부를 중심으로 집적되는 모양으로 상기 다이 패드부와 인접한 부분은 인너 리드부이고 외부로 연결 접속되는 아우터 리드부로 구성되어 있는 다수의 리드를 포함하고 있는 리드 프레임으로서, 상기 다이 패드부와 상기 인너 리드부에는 은이 도금되고 상기 아우터 리드부에는 주석과 안티몬 이원계 합금으로 도금되어 이루어진다.

상기 목적을 달성하기 위한 이 발명의 다른 구성은, 중앙에 집적회로 칩이 탑재되는 다이 패드부와 상기 다이 패드부를 중심으로 집적되는 모양으로 상기 다이 패드부와 인접한 부분은 인너 리드부이고 외부로 연결 접속되는 아우터 리드부로 구성되어 있는 각각의 리드를 포함하고 있는 리드 프레임으로서, 상기 다이 패드부와 상기 인너 리드부에는 은이 도금되고 상기 아우터 리드부에는 주석, 안티몬 및 납의 삼원계 합금으로 도금되어 이루어진다.

상기 목적을 달성하기 위한 이 발명에 따른 리드 프레임의 도금 방법은, 리드 프레임에 속하는 다이 패드부 및 인너 리드부에는 은을 도금하는 단계와, 아우터 리드부에는 주석과 안티몬의 이원계 합금으로 후속 패키지 공정전에 선도금하는 단계를 포함하여 이루어진다.

상기 목적을 달성하기 위한 이 발명에 따른 리드 프레임의 다른 도금 방법은, 리드 프레임에 속하는 다이 패드부 및 인너 리드부에는 은을 도금하는 단계와, 상기 아우터 리드부에는 주석, 안티몬 및 납의 삼원계 합금으로 선도금하는 단계를 포함하여 이루어진다.

이 발명에 따른 이러한 리드 프레임 및 그 도금 방법에서는 무독성과 뛰어난 내부식성 그리고 우수한 젖음성(wettability)을 가진 주석과 용융점이 높고 어느정도의 경성(hardness)을 갖는 안티몬을 첨가하고, 젖음성이 우수하고 용융점이 높아 고온에서 도금층의 작업성을 향상시키는 납을 첨가한 합금을 선도금하여 후속 공정인 반도체 패키지 공정의 고온에서도 잘 견디게 된다.

그러면, 첨부한 도면을 참고로 하여 이 발명에 따른 리드 프레임 및 그 도금 방법의 한 실시예를 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명한다.

제3도는 이 발명의 실시예에 따른 도금된 리드 프레임의 구성을 도시한 단면도이다.

첨부한 제3도에 도시되어 있듯이 이 발명의 실시예에 따른 기저 금속에 도금된 리드 프레임의 구성은, 중앙에 다이 패드부(1)를 중심으로 양쪽에 리드(2)가 각각 형성되어 있고 리드(2)에서 다이 패드부(1)에 인접한 부분은 인너 리드부(21)이고 가장자리 부분은 패키지 공정 이후 외부와 접속되는 부분으로서 아우터 리드부(22)이다.

그리고 다이 패드부(1)와 인너 리드부(21) 위에는 각각 은도금층(ⓐ,ⓑ)이 형성되어 있고 리드(2)의 아우터 리드부(22)에는 주석 합금 도금층(ⓒ)이 형성되어 있다. 여기서 주석 합금 도금층(ⓒ)의 성분은 주석(90±100wt.%)과 안티몬(10±10wt.%)의 이원계(binary system)인 경우가 있고, 주석(10±5wt.%), 안티몬(10±5wt.%) 및 납(80±5wt.%)의 삼원계인 경우가 있다.

그리고 기저 금속은 동판, 동합금판 또는 니켈 합금판으로 이루어졌으며 두께는 0.1∼3mm 사이의 범위가 적당하다.

이러한 이 발명에 따른 리드 프레임의 제조방법은 다음과 같이 이루어진다. 동판, 동합금판 또는 니켈합금판으로 이루어진 기저 금속에 속하는 다이 패드부 및 인너 리드부에는 은을 도금하고, 아우터 리드부에는 주석(90±10wt.%)과 안티몬(10±10wt.%)의 이원계(binary system)로 이루어진 합금으로 도금한다.

그리고 이 발명에 따른 리드 프레임의 다른 제조방법은 다음과 같이 이루어진다.

동판, 동합금판 또는 니켈 합금판으로 이루어진 기저 금속에 속하는 다이 패드부 및 인너 리드부에는 은을 도금하고, 아우터 리드부에는 주석(10±5wt.%), 안티몬(10±5wt.%) 및 납(80±5wt.%)의 삼원계로 이루어진 합금으로 도금을 실시하고 후속 공정인 반도체 패키지 공정을 실시한다.

따라서, 이 발명에 따른 리드 프레임은 무독성과 뛰어난 내부식성 그리고 우수한 젖음성(wettability)을 가진 주석과 용융점이 높고 어느정도의 경성(hardness)을 갖는 안티몬을 첨가하고, 젖음성이 우수하고 용융점이 높아 고온에서 도금층의 작업성을 향상시키는 납을 첨가하여 선도금함으로써 후속 공정인 반도체 패키지 공정의 고온에서도 작업성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 중앙에 집적회로 칩이 탑재되는 다이 패드부와 상기 다이 패드부를 중심으로 집적되는 모양으로 상기 다이 패드부와 인접한 부분은 인너 리드부이고 외부로 연결 접속되는 아우터 리드부로 구성되어 있는 다수의 리드를 포함하고 있는 리드 프레임으로서, 상기 다이 패드부와 상기 인너 리드부에는 은이 도금되고 상기 아우터 리드부에는 주석과 안티몬 이원계 합금으로 도금된 것을 특징으로 하는 리드 프레임
2. 제1항에서, 상기 이원계 합금의 구성은 주석(90±100wt.%)과 안티몬(10±10wt.%)의 비율로 이루어진 리드 프레임
3. 중앙에 집적회로 칩이 탑재되는 다이 패드부와 상기 다이 패드부를 중심으로 집적되는 모양으로 상기 다이 패드부와 인접한 부분은 인너 리드부이고 외부로 연결 접속되는 아우터 리드부로 구성되어 있는 각각의 리드를 포함하고 있는 리드 프레임으로서, 상기 다이 패드부와 상기 인너 리드부에는 은이 도금되고 상기 아우터 리드부에는 주석과 안티몬 및 납의 삼원계 합금으로 도금된 것을 특징으로 하는 리드 프레임