KR100243368B1 - 리드프레임의 열처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리드프레임의 열처리 방법에 관한 것이다. 리드 프레임의 소정부위에 도금층을 형성하는 단계 및 상기 도금층이 형성된 리드 프레임을 600 내지 1000℃의 온도로 가열하는 단계를 포함하는 리드 프레임의 열처리 방법에 있어서, 상기 가열단계 이전에 3시간 이내 동안 리드 프레임을 150 내지 250℃의 온도로 유지하여 리드 프레임내에 존재하는 수소를 제거하는 단계를 포함하는 본 발명의 리드 프레임의 열처리 방법에 따라 제조된 리드 프레임은 내부식성이 뛰어나다.

Description

리드프레임의 열처리 방법

본 발명은 리드 프레임의 열처리 방법에 관한 것으로서, 특히 다단계 열처리를 통하여 내부식성을 향상시키는 리드 프레임의 열처리 방법에 관한 것이다.

반도체 리드 프레임은 반도체 칩(chip)과 함께 반도체 패키지(package)를 이루는 핵심 구성요소의 하나로서, 반도체 패키지의 내부와 외부를 연결해주는 도선(lead)의 역할과 반도체 칩을 지지해주는 지지체(frame)의 역할을 한다. 이러한 반도체 리드 프레임은 통상적으로 스탬핑(stamping) 방식 또는 에칭(etching) 방식에 의해 의해 제조된다.

스탬핑 방식은 순차적으로 이송되는 프레스 금형장치를 이용하여 박판의 소재를 소정 형상으로 타발하여 제조하는 방법으로서, 이는 리드 프레임을 대량생산하는 경우에 주로 적용된다.

에칭 방식은 화학약품을 이용하여 소재의 국소 부위를 부식시킴으로써 제품을 형성하는 화학적 식각방법으로서, 이는 리드 프레임을 소량생산하는 경우에 주로 적용되는 제조방법이다.

상기한 두가지 제조방법 중 어느 하나의 방법에 의해 제조되는 반도체 리드 프레임은 니켈과 같은 금속으로 오버플로우 도금을 하고 그 위에 팔라듐(Pd) 또는 팔라듐-니켈(Pd-Ni) 합금을 이용하여 오버플로우 도금을 행함으로써 완성된 리드프레임이 얻어진다.

이러한 오버플로우 도금방법은 전해 방식과 무전해 방식으로 구별되는데 주로 전해방식을 이용한 전해 도금법이 사용된다.

이 전해 도금법은 리드프레임과 같은 피도금 물체에 음전기를 공급하여 용액중에 녹아 있는 금속 양이온을 피도금 물체의 표면으로 강제 석출시키는 방법이다. 금속 양이온은 피도금 물체의 표면에서 핵 형태로 석출된다. 이 핵은 제품의 형상, 전류밀도 및 용액 중에 녹아 있는 금속 양이온의 농도 분포에 따라서 불균일하게 석출된다. 피도금 물체의 표면의 한 지점에서 핵이 생성되면 핵을 중심으로 금속이 성장하는데, 이 성장속도는 인접한 지점에 핵이 생성되는 속도보다 빠르다. 이러한 현상은 도금층에 대한 X선 회절분석 결과에 의하여 도금층이 일정한 결정 배향성을 보여주는 것으로부터 알 수 있다.

이와 같은 도금구조에 있어서, 도금층의 핵과 핵 사이에는 기체나 기포들이 유입된다. 이러한 기포들을 통하여 부식을 촉진시키는 이온, 예를 들어 염소이온 등의 침투가 용이하다. 실제로 Ni 42% 및 소량의 다른 원소를 포함하는 Ni-Fe 합금인 얼로이(alloy)42로 이루어진 리드프레임에 상기 도금을 실시한 후 염수분무시험(Salt Spray Test)을 실시하면 초기 2 내지 3시간 내에 도금된 전 표면에서 기포가 형성된 부분을 중심으로 점부식이 발생되는 것이 확인된다.

이러한 점부식의 형성은 리드프레임의 부식 및 전기전도도 저하를 초래하여 리드프레임의 특성에 치명적인 영향을 미친다. 따라서 상기 리드프레임의 도금단계 이후, 열처리를 통해서 유해가스 성분을 제거하고, 도금층의 결정구조를 재배열시켜 기포의 수를 최소화하게 되는데, 종래의 통상적인 열처리는 노(furnace) 안에 리드프레임을 넣고 일정시간 동안 진공 또는 불활성 가스 분위기하에서 일정온도로 열처리함으로써 이루어진다. 일본 특개평6-112389호에는 600 내지 1000℃의 열처리 온도에서 리드 프레임의 내부식성을 향상시키는 기술이 소개되어 있다.

그러나, 이 경우 600℃가 넘는 고온에서 리드프레임을 열처리함으로 인하여, 리드프레임의 도금층 표면이 대기중 산소와의 결합으로 산화되기 쉽다는 문제가 있다. 특히, 팔라듐(Pd)은 400℃에서 상변화를 일으킨다.

표면산화가 일어나면, 도금층의 표면의 산화막 때문에 확산 경로가 차단되므로 도금층속의 수소저장합금에 있는 수소가 도금층 밖으로 빠져나오지 못하게 된다. 그 결과 도금층내에 잔류하는 수소에 의해, 도금층의 내부식성이 저하되고, 크랙이 유발되며 납땜성이 저하되는 등의 문제점을 일으킨다.

만일, 열처리 전에 도금층 내에 존재하는 수소가스를 제거할 수 있다면 상기 잔류 수소로 인한 문제는 해결될 것이고 본 발명은 이에 착안한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하여 내부식성을 향상시키는 리드 프레임의 열처리 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 리드 프레임의 부식 전위 및 부식 전류를 나타내는 그래프이다.

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는, 리드 프레임의 소정부위에 도금층을 형성하는 단계 및 상기 도금층이 형성된 리드 프레임을 600 내지 1000℃의 온도로 가열하는 단계를 포함하는 리드 프레임의 열처리 방법에 있어서, 상기 가열단계 이전에 3시간 이내 동안 리드 프레임을 150 내지 250℃의 온도로 유지하여 리드 프레임내에 존재하는 수소를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리드 프레임의 열처리 방법이 제공된다.

본 발명에서는 고온 열처리 전에 도금층 내부의 수소들을 완전히 제거하는 공정을 추가하여 수소에 의한 부식성의 저하를 방지한 것이다.

본 발명의 수소제거 공정은 리드프레임의 표면산화가 일어나지 않는 온도인 150 내지 250℃의 온도에서 일정시간동안 리드프레임을 유지하는 것으로서, 리드 프레임내의 수소저장합금에 있는 수소가 가열에 의해 리드프레임의 표면 밖으로 나오게 된다. 이후, 고온 열처리를 실시하여 도금층의 결정구조를 재배열함으로써 내부식성을 향상시키고, 수소이온에 의한 취성(brittleness)도 미연에 방지할 수 있게 되는 것이다. 또한, 도금시 도금액에서 유입된 수소가스 등의 유해가스 성분이 제거된다. 그 결과 내부식성이 향상되고 리드프레임의 전기전도도가 향상된다.

또한, 본 발명은 오버플로우 도금된 리드프레임에 대해 열처리를 통한 재배열화 공정을 수행함으로써 도금층에 형성된 기포들을 제거하여 점부식을 대폭 감소시킬 수 있다.

또한, 열처리에 의하여 리드프레임의 연신율이 향상되어 리드프레임의 구부러지는 부위의 크랙을 최소화할 수 있다.

이하, 실시예 및 비교예에 의거하여 본 발명을 설명하기로 하되, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

〈실시예 1〉

판두께 0.203㎜의 얼로이42의 표면에 일반적인 탈지 및 활성화 처리를 한 후, Ni 6540(독일의 degussa사)을 사용하여 1.2㎛의 두께로 도금하고, 그 위에 Pd 451(독일의 degussa사)를 사용하여 0.2㎛의 두께로 전기도금하였다.

상기 시료를 250℃에서 30분간, 500℃에서 3분간 유지하여 열처리 한 후, 다음과 같은 성능 평가를 행하였다.

1. 부식 전위 및 부식 전류의 양 측정

0.5M NaCl(약 3.5중량%의 NaCl) 수용액에 상기 시료를 침적하여, potentiostat/galvanostat model 263A(EG＆G사)를 사용하여 부식 전위 및 부식 전류를 측정하였다. 이때 조건은 초기 전위 -0.2V, 최종 전위 1.2V 및 스캐닝 속도 2 mV/sec로 하여 타펠 외삽법(Tafel extrapolation method)이었다. 측정 결과 부식 전위(Ecorr)는 -0.007Vsce이고, 부식 전류(Icorr)는 6.5×10-9A/㎠이었다.

2. 염수 침적 시험

35℃, 5중량%의 염수에 96시간동안 시료를 침적하여 20×30㎟의 도금부위에 발생한 부식부위의 발생 점(point)수를 측정하였다. 발생 점수는 1개이었다.

〈실시예 2〉

상기 실시예 1에서 열처리를 250℃에서 30분간, 400℃에서 3분간 행한다는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 시료를 제조한 후, 염수 침적시험을 행한 결과 부식부위의 발생 점수는 4개이었다.

〈실시예 3〉

상기 실시예 1에서 열처리를 250℃에서 30분간, 550℃에서 3분간 행한다는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 시료를 제조한 후, 염수 침적시험을 행한 결과 부식부위의 발생 점수는 2개이었다.

〈비교예〉

상기 실시예 1에서 열처리를 행하지 않는다는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 시료를 제조한 후, 부식 전위와 부식 전류를 측정한 결과 각각, -0.064 Vsce, 3.3×10-8A/㎠이었다. 또한, 염소 침적 시험을 행한 결과 부식 부위의 발생 점수는 67개이었다.

상기 부식 전위 및 부식 전류 측정 시험은 혼합 전위이론을 이용한 전기화학적인 방법에 의해서 부식속도를 결정하는 타펠 외삽법(Tafel extrapolation method)에 의해 측정된 값으로서 Ecorr은 양의 방향으로 이동할수록, Icorr은 음의 방향으로 이동할수록 부식이 쉽게 되지 않음을 의미한다.

상기 실시예에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에서 다단열처리를 거친 시료의 경우, 부식저항이 향상된 반면, 열처리를 거치지 않은 비교예의 경우 부식 저항이 불량하였다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 열처리 방법에 의하여 제조된 리드프에임은 수소에 의한 부식에 대한 내성이 뛰어나 전기 전도도등 성능이 우수하다.

Claims (1)

1. 리드 프레임의 소정부위에 도금층을 형성하는 단계 및 상기 도금층이 형성된 리드 프레임을 600 내지 1000℃의 온도로 가열하는 단계를 포함하는 리드 프레임의 열처리 방법에 있어서,

   상기 가열단계 이전에 3시간 이내 동안 리드 프레임을 150 내지 250℃의 온도로 유지하여 리드 프레임내에 존재하는 수소를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리드 프레임의 열처리 방법.