KR100440363B1 - 적합한니켈코팅및이러한니켈코팅으로물품을코팅하기위한방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 그 금속제 기판이 구리, 구리 합금, 또는 니켈 합금인 리드 프레임에 관한 것이다. 이 리드 프레임 기판은 리드 프레임이 대략 150㎛ 내지 300 ㎛ 의 굽힘 반경으로 적어도 82°각도로 구부러질 때 크랙에 대한 저항성을 갖는 적합한 니켈 코팅으로 코팅된다. 이러한 식으로 리드 프레임을 구부리면 리드 프레임 기판의 표면이 변형된다. 이러한 굽힘에 기인하는 변형의 깊이가 대략 5㎛ 를 넘지 않을 때 본 발명의 적합한 니켈 코팅의 두께를 통해서는 크랙이 나타나지 않는다.
Description
본 발명은 크랙킹을 견딜 수 있는(resistant to cracking) 니켈 코팅 및, 물품에 대해 그러한 니켈 코팅을 행하는 방법에 관한 것이다.
집적 회로와 같은 장치들은 리드프레임을 거쳐 기계적으로 그리고 전기적으로 커다란 조립체에 연결된다. 이 집적 회로 또는 기타 장치들은 기계적으로 리드 프레임상에 장착되고, 장치는 이후 리드프레임상의 리드에 전기적으로 연결된다. 이 리드 프레임은 이후 전기적으로 그리고 기계적으로 큰 조립체에 연결된다. 이 장치는 리드 프레임에 장착된 후, 보호를 위해 패키징된다. 이 패키징 공정은 와이어본딩, 정돈 및 형성(trim-and-forming), 열적 에이징(thermal aging), 그리고 봉지(encapsulation) 단계들을 포함한다. 이들 단계를 통해 금속 리드 프레임은 기계적 응력(stress)과 변형(strain)을 받게된다. 예를 들어 리드 프레임의 리드가 JEDEC 표준에 따라 형성되었을 때, 성형 각도(forming angle)는 82 내지 90도 각도이며, 성형 반경은 대략 10 mil (
250 ㎛)이다.
리드 프레임은 다양한 재료로 형성되어 왔다. 리드 프레임 재료는 그 기계적 강도, 전도성, 가공성, 성형성, 내식성, 납땜성, 열팽창에 따라 선택된다. 금, 백금, 팔라듐이 양호한 특성을 갖지만, 이들 재료는 그 가격으로 인해 대부분의 적용에 있어 방해가 된다. 구리 및 구리 합금은 또한 본원에 적합한 다양한 유리한 특성을 갖는다. 합금 151(99.9 중량% 구리/ 0.1중량% 지르코늄), 합금194(97.5중량% 구리/2.35중량% 철/ 0.03중량% 인/ 0.12중량% 아연), 합금7025 (96.2중량% 구리/ 3.0중량% 니켈/ 0.65중량% 실리콘/ 0.15중량% 마그네슘)를 포함하는 다수의 상이한 구리 합금이 사용되었다. 그러나, 공기 중에서의 구리의 부식과 구리에 대한 양호한 납땜 접합의 곤란함으로 인해 코팅된 구리 리드 프레임에 대한 수요가 존재하게 되었다. 리드 프레임에 대한 코팅은 부식을 방지하며, 양호한 납땜 표면을 제공한다. 철-니켈 합금, 합금42는 또한 리드 프레임으로서 유용한 특성을 갖는다, 그러나, 이 금속의 공기 중에서의 부식 역시 리드 프레임 재료로서 코팅되지 않은 합금42의 사용을 배제시킨다.
통상적으로, 이들 재료를 포함하는 구리 및 철은 그 산화를 방지하기 위해 니켈로 코팅된다. 그러나, 니켈은 또한 공기중에서 산화되며, 이러한 산화물은 바람직하지 않다. 산화되지 않는 금속의 박막은 니켈위에 도금되어 이들 산화물이 형성되는 것을 방지한다. 통상 "귀금속 재료"로 지칭되는 이들 재료의 예에는 은, 팔라듐, 금이 포함된다. 이들 얇은 코팅은 대략 0.075 ㎛ 내지 1.5 ㎛ 의 두께가 된다.
종래의 전기증착(electrodeposition) 기법을 이용한 니켈 코팅은 리드 프레임이 장치의 정돈 및 형성 단계와 관련한 응력과 변형을 받게 될 때 크랙이 생기는 경향이 있다. 니켈층에 크랙이 생기면 니켈층상의 귀금속층 또한 크랙이 생긴다. 이들 금속 코팅에 크랙이 생기면, 그 아래의 구리 또는 철 합금이 습기 하에 산화되고, 부식되어 표면으로 이동한다. 이들 표면 침착물은 패키징된 장치에 역효과를 준다. 따라서, 전자 장치의 패키징과 관련한 응력 및 변형을 받게 될 때 크랙이 생기지 않는 리드 프레임용 니켈 코팅이 요구된다.
도 1은 JEDEC 표준에 따라 리드가 형성된 후의 리드 프레임의 측면도.
도 2A-2C는 대략 250㎛의 곡률반경으로 90°각도로 형성되는 합금194 리드 프레임을 200배, 400배, 1000배로 찍은 사진이며, 도 2A와 도 2B는 평면도이고, 도 2C는 측면도.
도 3A와 도 3B는 적합한 니켈 층이 도금되고 대략 250㎛ 의 곡률반경으로 90도 각도 형성된 합금 194 리드 프레임을 400배와 1000배로 확대하여 측면도시한 사진.
도 4A와 도 4B는 종래 방법에 의해 니켈층이 도금되고 대략 250㎛의 곡률반경으로 90도 각도 형성된 합금 194 리드 프레임을 1000배로 확대하여 도시한 사진.
도 5는 도 3A와 도 3B에 도시한 리드 프레임의, 증기에 8시간 노출된 후 비활성 로진 플럭스를 사용하여 납땜된 사진.
도 6은 도 4A와 도 4B에 도시한 리드 프레임의, 증기에 8시간 노출된 후 비활성 로진 플럭스를 사용하여 납땜된 사진.
도 7은 구리, 니켈, 팔라듐층이 연속하여 도금된 합금 42 리드프레임을 측면 도시한 사진으로서, 이 니켈층은 본 발명의 적합한 니켈 코팅이며, 리드 프레임은250㎛의 형성 반경으로 90도 각도로 형성되는 상태의 측면도.
도 8은 24시간동안 염분무에 노출된 후의 도 7의 리드프레임을 평면도시한 사진.
도 9는 구리, 니켈, 팔라듐층이 연속하여 도금된 합금 42 리드프레임을 측면 도시한 사진으로서, 니켈층은 종래의 방법으로 도금되었고, 리드 프레임은 250㎛의 형성 반경으로 90도 각도로 형성되는 상태의 측면도.
도 10은 8시간동안 염분무에 노출된 후 도 9의 리드프레임을 평면도시한 사진.
본 발명은 적합한(conformable) 니켈 코팅이 적용되는 리드 프레임이 JEDEC 표준( 즉 형성 반경이 대략 10 mil (대략 250㎛)인 리드 프레임에서 리드(lead) 형성 각도가 대략 적어도 82도인 표준) 에 따라 형성될 때 크랙이 발생하지 않는 적합한 니켈 코팅에 관한 것이다. 리드 프레임(10)의 형성 각도(12)와 리드 프레임(10)의 형성 반경(14)은 도 1에 도시되어 있다 형성후, 리드 프레임은 장치에 커플링되어, 패키징되고, 커다란 조립체에 배치된다. 본 발명은 또한 금속 기판의 표면에 적합한 니켈층을 형성하기 위한 방법에 관한 것이다. 금속 기판의 예로는 구리 기판, 구리합금 기판, 철합금 기판이 있다.
본 발명의 내용에 있어서, 적합한 니켈층은 도금된 리드 프레임이 전술한 표준에 따라 형성될 때도 크랙이 발생하지 않도록 니켈이 도금되는 금속의 표면에 적합한 니켈층이다. 상기 표준에 따라 리드 프레임을 형성하게 되면 리드 프레임 기판이 변형된다. 이들 변형은 0.1 ㎛ 이상의 깊이를 갖는 표면 기복 형태이다. 이러한 표면 변형에 대해 민감한(susceptible) 기판의 예로는 합금 151 기판, 합금 194 기판, 합금 7025 기판, 합금 42 기판을 들 수 있다. 기판이 두꺼울수록 형성되는 동안에 크랙킹에 대해 보다 민감해진다. 본 발명의 적합한 니켈 코팅은 리드 프레임 형성에 기인하는 표면 변형이 5 ㎛ 이하의 깊이를 가질 때 크랙이 발생하지 않는다. 본 발명의 적합한 니켈 코팅의 두께는 적어도 대략 0.5 ㎛ 이다. 이는 본 발명의 적합한 니켈 코팅이 적어도 대략 2 ㎛ 의 두께를 갖는다면 유리하다.
본 발명의 적합한 니켈 코팅은 적합한 니켈로 코팅된 기판이 JEDEC 표준에 따라 형성될 때 적어도 대략 25 % 연신된다 ( ASTM 표준 B489-85를 사용하여 측정된 것임). 이는 종래의 니켈 코팅의 연신에 비해 현저한 개선이다. 때로는 연성(ductility)으로도 일컬어지는 연신(elongation)은 코팅이 변형되는 정도의 측정이다. 코팅의 연신 또는 연성이 클수록, 코팅된 기판이 변형될때의 크랙킹에 대한 저항성이 높아진다.
본 발명의 일실시예에서는 Ni(NH2SO3)2와 같은 니켈화합물을 대략 75 g/l 내지 130 g/l 함유하고 NiC12·6H2O 와 같은 니켈염을 대략 3 내지 5 g/l 함유하는 도금조(a plating bath)에서 리드 프레임을 도금하므로써, 바람직하게 기판에 적합한 니켈층이 얻어진다. 도금조가 H3BO3와 같은 완층제를 대략 30 g/l 내지 대략 45g/l 함유하고 (페르플루오리네이티드 4기(基)(quaternary) 아민을 대략 10 ppm 함유하는 수용액에 기초하여) 페르플루오로 도데실 트리메틸 암모늄 플루오라이드와 같은 페르플루오리네이티드 4기 아민 침윤제를 대략 5 m/l 내지 대략 20 m/l 함유 한다면 유리하다. 상기 도금조의 조성은 이 도금조의 pH가 대략 2 내지 2.5의 범위로 유지되도록 제어된다.
도금조 내의 금속 불순물이 대략 30 ppm 이하이면 유리하다. 금속 불순물은 니켈이외의 어떤 금속들이다. 본 발명의 일실시예에서는 니켈이 50 내지 65℃의 온도에서 대략 5 내지 50 Amps/dm2의 도금 전류 농도를 이용하여 금속 리드 프레임 기판에 도금된다. 이 도금조가 도금중에 대략 25 내지 60 cm/sec 의 속도로 교반되면 유리하다.
리드 프레임 기판에 적합한 니켈 코팅이 형성된 후 공기중에서 산화되지 않는 금속측이 니켈 위에 코팅되어 납땜가능한 표면을 제공하는데, 이는 니켈이 공기 중에서 산화하고 산화된 니켈은 양호한 납땜 접합이 이루어지지 못하게 하기 때문이다. 이러한 재료의 예로는 금, 은, 팔라듐, 팔라듐 합금이 있다. 이들 층은 통상적으로 대략 0.075 ㎛ 내지 1.5 ㎛ 의 두께를 가지며, 당업자에게 공지되어 있는 방법에 의해 니켈 기판상에 형성된다. 기판에 팔라듐층을 형성하는 하나의 예시적인 방법이 어비스 등에게 허여된 미국 특허 제 4,911,799호에 기재되어 있으며, 이 '799특허는 본원에 참조로 포함되어 있다.
본 발명은 리드 프레임 기판에 대한 적합한 니켈 코팅에 관한 것이다. 리드프레임은 통상 구리 및 그 합금(예를 들어 전술한 합금 151,194, 7025)과, 합금42 와 같은 철/니켈 합금과 같은 재료이다. 적어도 0.1㎛ 의 깊이를 갖는 변형은 JEDEC표준에 따라 형성될 때 이들 기판의 표면에서 발전된다. 이 니켈 코팅은 적어도 대략 0.5 ㎛ 의 두께를 갖는다. 이 두께는 적어도 대략 2 ㎛ 인 것이 유리하다. 적합한 니켈 코팅은 리드 프레임 기판이 JEDEC표준 (이 표준은 형성에 의한 기판 표면의 변형이 5㎛ 이하의 깊이를 가질 때 리드 프레임이 적어도 대략 250㎛ 의 형성 반경으로 최소한 82도 각도로 구부러질 것을 요구한다) 과 같은 표준 기술에 의해 형성될 때 그 두께에 걸쳐 크랙이 발생하지 않는다. 이 표준에 따르면, 기판은 적어도 대략 100 ㎛의 두께를 갖는다.
도 2A-2C에 도시되어 있듯이, 리드 프레임이 JEDEC 표준에 따라 형성될 때 리드 프레임 기판에는 표면 요철(통상 "오렌지 필(orange peel)"로 지칭됨)이 생긴다. 도 2A는 대략 250 ㎛의 반경으로 90도 각도로 형성된 합금 194 리드 프레임의 사진이다. 이 사진은 형성 공정에 기인하는 표면 요철을 200배 확대 도시한 것이다. 도 2B는 동일한 리드 프레임의 400배 확대 사진이다. 이 사진에서도 "오렌지 필" 요철이 뚜렷하게 나타나 있다. 도 1C는 동일한 리드 프레임을 측면에서 사시로 찍은 사진이다. 이 1000배 확대 사진은 형성 공정에 기인하는 리드 프레임의 표면이 최대 3 ㎛ 깊이의 골(trough) 을 갖는 것으로 나타내고 있다.
전술했듯이, 이들 표면 요철이 니켈 코팅을 크랙킹시키면 그 아래의 구리가 습기 존재하에 산화하여 부식하고 크랙을 통해 코팅된 리드 프레임의 표면으로 이동(migrate)된다. 리드 프레임의 표면에 구리 부식물이 형성되면, 이는납땜성(solderbility)을 저하시키고 리드 프레임과 기타 콤포넌트 사이의 적절한 기계적 및 전기적 접합을 방해하게 된다. 따라서, 리드 프레임이 형성될 때 크랙이 생기지 않는 니켈층이 매우 요망된다.
배쓰의 pH가 대략 2 내지 2.5 로 유지되는 전기도금법을 이용하여 기판에 적합한 니켈 코팅이 형성된다. 리드 프레임의 금속은 니켈 화합물과 니켈염을 함유하는 전기도금조에 배치된다. 일실시예에서, 이 도금조는 Ni(NH2SO3)2와 같은 니켈 화합물을 대략 75 g/l 내지 130 g/l 함유하고 NiCl2·6H2O 와 같은 니켈염을 대략 3 내지 5 g/l 함유한다. 이 도금조가 H3BO3와 같은 완충제를 대략 30 g/l 내지 대략 45 g/l 함유하고 예를 들어 페르플루오로도데실 트리메틸 암모늄 플루오라이드와 같은 페르플루오리네이티드 4기 아민 침윤제를 대략 5 m/l 내지 대략 20 m/l 함유한다면 유리하다. 이 도금조는 페르플루오리네이티드 4기 아민을 대략 10 ppm 함유하는 수용액에 기초하여 침윤제를 대략 5 m/l 내지 대략 50 m/l 함유한다.
상기 도금조가 금속불순물을 30 ppm 이하 함유한다면 유리하다. 특히 도금조가 철분순물을 20 ppm 이하, 구리, 주석, 아연 불순물을 25 ppm 이하, 그리고 납불순물을 30 ppm 이하 함유한다면 유리하다.
리드 프레임 기판에 니켈층을 도금하기 위해 대략 50 내지 65℃의 온도로 유지되는 도금조에 대략 5 내지 50 Amps/dm2의 전류 농도가 적용된다. 이 니켈층의 두께는 대략 적어도 0.5 ㎛ 이다. 니켈층이 적어도 대략 2㎛ 의 두께를 갖는다면 유리하다. 소요 두께의 니켈층을 얻는데 필요한 전류 농도 및 도금시간은 당업자에의해 용이하게 결정된다.
일단 니켈층이 기판에 형성되면, 다른 재료의 층이 니켈층에 형성되어 코팅된 리드 프레임에 바람직한 특성을 부여한다. 예를 들어 본원에 참조로 포함되어 있는 어비스 등에게 허여된 미국 특허 제 5,360,991 호에 기재되어 있듯이, 니켈층 위에 팔라듐 스트라이크 또는 골드 스트라이크 층이 형성되고, 이어서 팔라듐-니켈 합금층, 그리고 팔라듐 층이 형성된다. 이들 연속적인 층들은 대개 설계 선택의 문제이다. 그러나, 전술했듯이, 납땜가능한 표면을 제공하기 위해 니켈층위에 귀금속층을 형성하는 것이 유리하다. 니켈이 공기중에서 산화하고 산화된 니켈이 전기적 접속을 위한 바람직한 표면이 아니므로, 니켈층은 공기중에서 산화하지 않는 전도성이 양호한 재질의 층으로 피복되는 것이 유리하다. 공기중에서 산화하지 않는 재료의 예로는 팔라듐, 금, 은을 들 수 있다.
이하의 예들은 단지 예시적인 목적으로 기술된 것이다.
실시예 1
니켈 화합물 Ni(NH2SO3)2을 120 g, 니켈염 (NiCl2·6H2O)을 5 그램, 그리고 완충제 H3BO3를 30그램 혼합하고, 이들 혼합물을 물로 일리터 체적까지 희석하므로써 도금조가 준비되었다. 이 혼합물에 페르플루오로 도데실 트리메틸 암모늄 플루오라이드를 10 ppm 함유하는 수용액 20 m/l 추가되었다. 이 도금조의 온도는 60℃ 로 유지되었으며 pH는 도금도중에 2 였다. 그리고 이 도금조는 25 cm/sec 의 속도로 교반되었다.
실시예 2
실시예1에 기술된 도금조는 다양한 금속의 리드 프레임 기판상에 니켈을 도금하는데 사용되었다. 이 예에서는 도금조에 10 A/dm2의 전류밀도를 1.5분간 적용 하므로써 0.127 mm 두께의 합금 194 리드 프레임에 2.5 ㎛ 두께의 적합 니켈층이 형성되었다. 니켈층위에는 0.025 ㎛ 두께의 팔라듐 스트라이크층이 형성되고 이어서 0.075㎛ 두께의 팔라듐-니켈 합금(80중량% 팔라듐)층이 , 그리고 0.075㎛ 두께의 팔라듐 도금층이 형성되었다. 팔라듐 스트라이크, 팔라듐-니켈 합금, 팔라듐 도금의 층을 도금하는데 사용되는 조건들은 당업자에게 공지되어 있으며, 어비스등에게 허여된 미국 특허 제 5,360,991호와, 어비스등에게 허여된 미국 특허 제 4,178,475호와, 어비스등에게 허여된 미국 특허 제4,911,798호와, 어비스 등에게 허여된 미국 특허 제 4,911,799호에 기재되어 있으며, 이들 특허는 모두 본원에 그 내용이 참조로 포함되어 있다.
실시예 3
이 예에서는, 실시예1의 도금조예 10 A/dm2의 전류밀도를 2분 15초 동안 적용하므로써 0.2032 mm 두께의 합금 194 리드 프레임에 3.75 ㎛ 두께의 적합 니켈층이 형성되었다. 니켈층위에는 0.025 ㎛ 두께의 팔라듐 스트라이크층이 형성되고 이어서 0.075㎛ 두께의 팔라듐-니켈 합금(80중량% 팔라듐)층이 , 그리고 0.075㎛ 두께의 팔라듐 도금층이 형성되었다.
JEDEC표준에 따라 리드 프레임이 형성되었고, 리드는 대략 250㎛의 반경으로기판에 대해 90도 각도를 이루도록 구부러졌다. 도 3A 와 도 3B는 리드 프레임의 사진이다. 이들은 측면 사시로 찍은 사진이다. 도 3A는 400배로 확대한 것이고, 도 3B는 1000배로 확대한 사진이다. 이들 사진은 형성 공정의 결과로 본 발명의 적합 니켈 코팅의 두께에 걸쳐서 크랙이 발생하지 않음을 보여준다.
실시예 4
0.1524 mm 두께의 합금 42 리드 프레임위에 구리 스트라이크가 도금되었다.
이 구리 스트라이크는 0.125 ㎛두께이며 2.6 A/dm2의 전류밀도로 도금되었다. 동일한 용액으로부터 4㎛ 두께의 구리층이 구리 스트라이크 위에 도금되었다. 이 구리 전기도금조는 구리 시안화물을 42 g/l, 칼륨 시안화물을 66.6 g/l, 칼륨 탄산염을 30 g/l, 그리고 로쉘염(Roschelle salt)을 60 g/l 함유하였다. 이는 당업자에게 공지되어있는 시판중인 구리 전기도금조이다. 이 구리도금조는 도금중에 45 내지 55℃ 의 온도와 10.2 내지 10.5 의 pH로 유지되었다. 원하는 두께의 코팅을 얻기위해 1.3 A/dm2전류 밀도가 20분간 적용되었다.
Witco Corporation으로부터 구한 시판중인 설파메이트 니켈 도금조를 사용하여 구리 코팅된 기판상에 2.5 ㎛ 두께의 니켈층이 도금되었다. 75 g/l의 니켈 설파메이트와, 5 g/l 의 NiCl2·6H2O와, 30 g/l 의 H3BO3를 함유한 배쓰 조성은 충분한 물과 혼합되어 혼합물을 일리터로 희석하였다. 여기에는 0.3 체적 퍼센트의 Barret SNAP A/M(anti-pit agent) 와, 7.8 ml/l 의 Barret SNHA (경화제)가 첨가되었다. 도금조의 온도는 50℃ 로 유지되었고 pH는 4.0 으로 유지되었다. 이 도금조를 혼합하기 위해 적절한 교반이 이용되었다. 이후 니켈층 위에는 0.175 ㎛ 두께의 팔라듐 코팅이 적용되었다.
실시예 5
Wood's Nickel 공정을 이용하여 0.1524 mm 두께의 합금 42 리드 프레임에 0.125 ㎛ 두께의 니켈 스트라이크층이 도금되었다. Wood's Nickel 공정에서는, 기판이 니켈 염화물을 240 g/l, 염산을 120 m/l 함유한 도금조내에 배치된다 이 도금조는 니켈 전극을 구비한다. 도금조 pH는 0.6 이었고, 온도는 대기온도였다. 니켈층은 대략 2 내지 5 A/dm2의 전류밀도를 일분간 적용시키므로써 도금되었다. 이후 실시예4에 기재된 조건과 재료를 이용하여 니켈 스트라이크 위에 4㎛ 두께의 니켈층이 도금되었다. 실시예4에 기재된 시판중인 설파메이트 니켈 도금조를 사용하여 구리 코팅된 기판에는 2.5 ㎛ 두께의 니켈층이 도금되었다. 니켈층위에는 0.175 ㎛ 두께의 팔라듐 코팅이 적용되었다.
실시예 6
0.1524 mm 두께의 합금 42 리드 프레임에 구리 스트라이크가 도금되었다. 구리 스트라이크는 0.125 ㎛ 두께이며, 2.6 A/dm2의 전류밀도가 사용되어 도금되었다. 동일한 용액으로부터, 실시예4에 기재된 조건과 재료를 이용하여 구리 스트라이크 위에 4㎛ 두께의 구리층이 도금되었다. 실시예2에 기재된 조건을 이용하여 구리 코팅된 기판에는 적합한 니켈층이 2.5 ㎛ 두께로 도금되었다. 니켈층위에는 0.175 ㎛ 두께의 팔라듐 코팅이 적용되었다.
실시예 7
종래의 공정과 실시예4에 기재된 재료를 이용하여 두께 0.127㎛ 의 합금 194로 만들어진 리드 프레임 기판에 3.75 ㎛ 두께의 니켈층이 도금되었다. 니켈층위에는 0.15㎛두께의 팔라듐 층이 형성되었다. 이후 리드 프레임은 JEDEC 표준에 따라 형성되었다. 즉, 이들 리드는 리드 프레임에 대해 90도 각도로 구부러졌다. 굽힘 반경은 250㎛ 였다.
도 4A 와 도 4B에 도시되었듯이, 니켈층에는 성형 공정의 결과로서 크랙이 형성되었다. 도 4A는 측면 사시로 1000배 확대하여 도시한 형성된 리드 프레임의 사진이다. 도 4B는 동일한 니켈 코팅을 평면도시한 사진이다. 도 4A에서 니켈층 위에 코팅된 팔라듐은 분리층으로서 나타나지 않는다. 도 4A와 도 4B는 성형 공정의 결과로서 니켈에 형성되는 크랙이 또한 니켈층 위에 코팅된 팔라듐에도 형성됨을 보여준다. 전술했듯이, 이러한 크랙킹은 리드 프레임 표면의 납땜성에 치명적이다.
실시예 8
본 발명의 적합한 니켈 코팅에 의해 제공되는 개선점을 설명하기 위해서, 실시예 2,3,7에 개시 및 준비되어 있는 리드 프레임에 대해 코팅이 만족스러운지를 결정하는데 사용되는 표준 테스트를 하였다. 실시예2와 7에 기술된 코팅된 리드 프레임을 표준 테스트, MIL-STD-833( TM 2003 과 TM 2022)하였다. TM 2003 은 납땜성 테스트, 즉 "침지 및 관찰(dip-and-look)" 테스트로서, 이는 납땜이 코팅된 금속 기판에 필수 기간동안 접합되는지를 결정하기 위한 것이다. TM 2002는 납땜의 침윤(wetting)속도를 결정하는 테스트이다. 이 리드 프레임은 납땜이 리드 프레임표면의 95% 이상을 커버하였으므로 TM 2003 을 통과하였다. 리드 프레임은 상기 표준이 표면을 1초 이내에 침윤시키기 위해 납땜을 필요로 하므로 TM 2022를 통과하였다. 이와 대조적으로, 실시예 7에 개시되어 있는 공정에 따른 니켈 코팅된 리드 프레임은 이들 두 테스트에 모두 떨어졌다.
실시예3과 7에 기재된 코팅된 리드 프레임은 표준 테스트, J-STD-002(두 카테고리 2 와 카테고리 3)를 받았다. 카테고리2는 침지 및 관찰 테스트 이전의 한시간동안의 증기 에이지(steam age)이다. 카테고리3은 "침지 및 관찰" 테스트 이전의 여덟시간동안의 증기 에이지이다. 실시예3의 리드 프레임은 납땜이 리드 프레임의 95 % 이상을 커버하였으므로 카테고리2를 통과하였다. 실시예3은 납땜이 일초 이내에 리드 프레임의 95% 이상을 커버했으므로 카테고리3을 통과하였다. 이와 대조적으로, 실시예7에 기재된 공정에 따라 니켈로 코팅된 리드 프레임은 이들 두 테스트에 떨어졌다. 이는 도 5와 도 6에 도시되어 있다. 도 5는 TM 2003에 따른 납땜 적용이후 8시간 동안의 증기 에이징 이후에 실시예3에 기재된 리드 프레임의 사진이다. 도 5에 도시되어 있듯이, 코팅은 기판을 균일하게 커버한다. 도 6은 TM 2003에 따른 납땜 적용이후 8시간 동안의 증기 에이징 이후에 실시예7에 기재된 리드 프레임의 사진이다. 도 6에 도시되어 있듯이, 코팅에는 비교적 큰 구멍이 나타나서 그 아래의 기판을 노출시킨다.
실시예 9
실시예 4 내지 6에 기재되어 있는 리드 프레임에 대해 내식성 테스트(ASTM B-117)를 실시하였다. 이 테스트 도중에, 리드 프레임은 적어도 24시간동안 35℃의온도에서 소금 용액에 담겨진다. 리드 프레임은 리드가 250㎛의 곡률반경으로 리드 프레임에 대해 90도 각도를 형성하도록 형성하였다. 리드 프레임은 이후 염분무의 적용을 받는다. 이러한 테스트 결과가 아래 표1에 요약되어 있다.
[표 1]
리드 프레임 8시간후 24시간후
실시예 4 50% 녹슴 100% 녹슴
(탈락) (탈락)
실시예 5 50% 녹슴 100% 녹슴
(탈락) (탈락)
실시예 6 〈5% 녹슴 〈5% 녹슴
(통과) (통과)
이러한 결과는 구리층이 기판위에 도금되면 비구리 또는 비구리 합금 리드 프레임 기판(예: 니켈/철 함금 42)이 ASTM B-117 테스트를 통과하고 적합한 니켈층이 구리 위에 도금됨을 나타낸다. 표1은 합금 42 기판이 구리 스트라이크층, 구리층, 비적합한 니켈층 또는 니켈 스트라이크층, 구리층, 비적합 니켈층에 의해 적절하게 보호됨을 나타낸다.
본 발명의 적합 니켈 코팅의 우수한 성능이 또한 도 7 내지 도 10에 도시되어 있다. 도 7은 실시예6에 기재되어 있는대로 준비되고 250㎛ 의 곡률반경으로 90도 각도로 JEDEC 표준에 따라 형성된 리드 프레임의 측면 사시도이다. 도 7은 적합한 니켈 코팅은 형성된 이후에도 내부의 표면 변형과 무관하게 그 아래층 위에 균일한 코팅을 제공함을 나타내고 있다. 도 8은 24시간 동안 염분무의 적용을 받은 후 동일 리드 프레임의 사진을 도시한다. 도 8은 24시간동안의 염분무의 부식 효과를 받은 후에도 리드 프레임에 녹이 전혀 슬지 않았음을 보여준다. 이는 또한 본 발명의 코팅이 그 아래의 기판 위에 균일한 코팅을 제공하는 것을 증명하며, 이는 코팅을 통해 아래의 구리로 크랙이 나타난다면 24시간동안의 염분무의 부식 효과의 적용을 받은 후 리드 프레임 표면상에 녹이 형성되기 때문이다.
도 9는 실시예4에 기재된 바와 같이 준비된 리드 프레임의 측면 사진이다. 실시예4에 기재된 리드 프레임상에 니켈층을 형성하기 위해 표준 니켈 도금 방법이 이용되었다. 이 리드 프레임은 JEDEC표준에 따라 90도 각도와 250㎛의 형성반경으로 형성되었다. 도 9는 리드 프레임에 형성된 구리층을 덮는 니켈층에 크랙이 나타남을 명확하게 보여준다. 도 7과 도 9를 대조해보면 본 발명의 니켈층의 우수성이 명확히 드러난다. 도 10은 8시간동안 염분무를 받은 후의 도 9에 도시된 동일한 리드 프레임의 사진이다. 도 10에서는 녹이 분명하게 보인다. 이는 추가로 실시예4에 기재된 리드 프레임의 니켈층에 크랙이 나타남을 보여준다. 따라서, 코팅이 적용되는 리드 프레임이 JEDEC표준에 따라 형성된 후에 본 발명의 니켈층을 통해서는 크랙이 존재하지 않는다. 이는 코팅이 적용되는 리드 프레임이 JEDEC표준에 따라 형성될 때 크랙이 나타나는 종래의 니켈 코팅과 대조적인 것이다.
실시예 10
다양한 기판들이 실시예1에 기재된 형식(formulation)을 이용하여 본 발명의 적합 니켈 코팅으로 코팅되었다. 이들 기판은 이후 형성되었다. 굽힘 정도는 90도내지 180 정도로 변화하였다. 이들 형성된 기판의 표면 불균일성이 관찰되었으며 이는 기판 표면에서 관측된 오목부의 깊이로 특징지어진다. 적합한 니켈 코팅은 형성 공정중에 크랙이 발생하는지를 결정하기 위해 검사되었다. 아래의 표2가 이 결과를 요약하여 나타내고 있다.
[표 2]
기 판 두께 굽힘 곡률반경 오목부깊이 크랙
(합금) (㎛) (°) (㎛) (㎛)
Cu 194 200 90 150 2 없음
Cu 194 200 180 500 3 없음
Cu 194 250 90 150 2 없음
Cu 194 250 180 500 3 없음
Cu 194 250 180 250 〉5 있음
BeCu 125 180 250 3 없음
합금42 150 90 250 2 없음
합금42 150 180 875 1 없음
표2에 나타나 있듯이, 본 발명의 적합한 니켈 코팅은 형성 공정에 기인하는 리드 프레임 기판의 오목부 깊이가 5㎛ 이하라면 크랙이 발생하지 않는다.
Claims (15)
- 구리, 구리 합금, 니켈 합금으로 구성되는 그룹에서 선택되는 재료로 만들어 지고 적합한 니켈 코팅이 0.5㎛ 이상의 두께로 행해지는 리드 프레임으로서,굽힘의 결과로 인해 금속 기판에 나타나는 표면 변형의 깊이가 5㎛ 를 초과 하지 않을 때 리드 프레임이 l50㎛ 내지 300㎛의 형성 반경으로 82도 각도로 구부러지면 니켈층의 두께에 걸쳐 크랙이 발생하지 않는 것을 특징으로 하는 리드 프레임.
- 제 1 항에 있어서, 상기 기판은 합금 151, 합금 194, 합금 7025, 합금 42로 구성되는 그룹에서 선택되는 재료로 만들어진 리드프레임인 것을 특징으로 하는 리드 프레임.
- 제 1 항에 있어서, 리드 프레임이 구부러질 때 발생되는 상기 표면 변형은 0.1㎛ 이상의 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 리드 프레임.
- 제 1 항에 있어서, 상기 적합한 니켈 코팅은, 니켈화합물을 75 g/l 내지 130 g/l, 니켈염을 3 g/l, 완충제를 30 g/l 내지 45 g/l, 페르플루오리네이티드 4기 아민 침윤제를 5 m/l 내지 20 m/l 함유하는 니켈 도금조에 리드 프레임을 배치하고, 도금조의 pH를 2 내지 2.5로 유지하면서 기판에 소정의 두께를 갖는 니켈층을 도금하기에 충분한 시간동안 5 내지 50 Amps/dm2의 전류밀도를 적용하므로써 형성되는 것을 특징으로 하는 리드 프레임.
- 제 4 항에 있어서, 상기 니켈 도금조는 도금중에 10 내지 6O℃의 온도로 유지되는 것을 특징으로 하는 리드 프레임.
- 제 5 항에 있어서, 상기 니켈 도금조는 도금중에 25 내지 60 cm/sec의 속도로 교반되는 것을 특징으로 하는 리드 프레임.
- 제 4 항에 있어서, 상기 니켈 화합물은 니켈 설파미드이고 니켈염은 니켈 염화물인 것을 특징으로 하는 리드 프레임.
- 제 7 항에 있어서, 상기 페르플루오리네이티드 4기 아민은 페르플루오로 도데실 트리메틸 암모늄 플루오라이드인 것을 특징으로 하는 리드 프레임.
- 제 1 항에 있어서, 리드 프레임 기판과 니켈층 사이에 0.5 내지 10 ㎛ 두께의 구리층이 배치되는 것을 특징으로 하는 리드 프레임.
- 제 9 항에 있어서, 리드 프레임 기판과 구리층 사이에 개재되는 니켈 스트라이크층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 리드 프레임.
- 제 10 항에 있어서, 금, 팔라듐, 백금, 은 및, 그 합금으로 구성되는 그룹에서 선택된 귀금속 재료로 된 하나 이상의 층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 리드 프레임.
- 금속 기판에 적합한 니켈층을 전기도금하기 위한 방법으로서,니켈화합물을 75 g/l 내지 130 g/l, 니켈염을 3 g/l, 완충제를 30 g/l 내지 45 g/l, 페르플루오리네이티드 4기 아민 침윤제를 5 m/l 내지 50 m/l 함유하는 니켈 도금조에 구리, 구리 합금, 니켈 합금으로 구성되는 그룹에서 선택된 재료로 만들어지는 금속 기판을 배치하고, 도금조의 pH를 2 내지 2.5로 유지하면서 기판에 소정 두께의 니켈층을 도금하기에 충분한 시간동안 5 내지 50 Amps/dm2의 전류밀도를 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 금속 기판에 니켈층을 전기도금 하는 방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 기판 재료는 합금 151, 합금 194, 합금 7025, 합금 42 로 구성되는 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는, 금속기판에 니켈층을 전기 도금하는 방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 도금조는 도금중에 50 내지 65℃의 온도로 유지되는 것을 특징으로 하는, 금속기판에 니켈층을 전기도금하는 방법.
- 제 14 항에 있어서, 니켈층이 도금되기 이전에 금속 기판위에 구리층을 도금하는 것을 특징으로 하는, 금속기판에 니켈층을 전기도금하는 방법.
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