KR100729019B1 - Lead frame for semiconductor device and manufacturing methode thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 디바이스용 리드프레임 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 해결하고자 하는 기술적 과제는 리드프레임의 각종 재료적 특성이 우수하면서도, 리드프레임을 저가로 제조 및 공급하는데 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lead frame for a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and a technical problem to be solved is to manufacture and supply a lead frame at low cost while having excellent material characteristics of the lead frame.
이를 위해 본 발명에 의한 해결 방법의 요지는 철(Fe) 및 크롬(Cr)으로 이루어진 합금 모재와, 상기 합금 모재의 적어도 일면에 소정 두께로 도금되어 밀착력을 향상시키는 제1도금층과, 상기 제1도금층의 표면에, 상기 제1도금층의 두께보다 두꺼운 두께로 도금된 동시에, 반도체 다이 및 와이어가 본딩되어 소정 전류가 흐르도록 하는 제2도금층으로 이루어진 반도체 디바이스용 리드프레임이 개시된다.To this end, the gist of the solution method according to the present invention is an alloy base material consisting of iron (Fe) and chromium (Cr), a first plating layer which is plated with a predetermined thickness on at least one surface of the alloy base material to improve adhesion, and the first Disclosed is a lead frame for a semiconductor device comprising a second plating layer on a surface of a plating layer thicker than a thickness of the first plating layer, and simultaneously bonding a semiconductor die and a wire to allow a predetermined current to flow.
리드프레임, 합금, 철, 크롬, 도금층 Leadframe, Alloy, Iron, Chrome, Plating Layer
Description
도 1a는 본 발명에 따른 반도체 디바이스용 리드프레임을 도시한 단면도이고, 도 1b는 스탬핑 또는 에칭된 리드프레임의 일례를 도시한 평면도이다.1A is a cross-sectional view showing a lead frame for a semiconductor device according to the present invention, and FIG. 1B is a plan view showing an example of a lead frame stamped or etched.
도 2는 본 발명에 따른 반도체 디바이스용 리드프레임의 제조 방법을 도시한 플로우 챠트이다.2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a lead frame for a semiconductor device according to the present invention.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 따른 반도체 디바이스용 리드프레임의 제조 방법을 도시한 설명도이다.3A to 3D are explanatory views showing a method of manufacturing a lead frame for a semiconductor device according to the present invention.
도 4a는 본 발명에 따른 반도체 디바이스용 리드프레임중 도금 두께 측정 위치를 도시한 것이고, 도 4b는 제1도금층 형성후의 필링 테스트 결과를 도시한 사진이고, 도 4c는 제2도금층 형성후의 필링 테스트 결과를 도시한 사진이다.4A illustrates a plating thickness measurement position in a lead frame for a semiconductor device according to the present invention. FIG. 4B is a photograph showing a peeling test result after forming a first plating layer, and FIG. 4C is a peeling test result after forming a second plating layer. It is a photograph showing.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 반도체 디바이스용 리드프레임에 다이 본딩 공정을 수행한 후 다이 오프 테스트 결과를 도시한 사진이고, 도 5c 및 도 5d는 와이어 본딩 공정을 수행한 후 와이어 풀 테스트 결과를 도시한 사진이다.5A and 5B are photographs showing a die-off test result after performing a die bonding process on a lead frame for a semiconductor device according to the present invention. FIGS. 5C and 5D show a wire pull test result after performing a wire bonding process. It is a photograph showing.
도 6a는 종래 반도체 디바이스용 리드프레임에 포밍 공정을 수행한 후의 사진이고, 도 6b는 본 발명에 의한 반도체 디바이스용 리드프레임에 포밍 공정을 수행한 후의 사진이다.6A is a photograph after performing a forming process on a lead frame for a semiconductor device, and FIG. 6B is a photograph after performing a forming process on a lead frame for a semiconductor device according to the present invention.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명에 따른 리드프레임을 이용한 반도체 디바이스와 종래 리드프레임을 이용한 반도체 디바이스의 각종 특성을 비교한 그래프이다.7A to 7C are graphs comparing various characteristics of a semiconductor device using a lead frame according to the present invention and a semiconductor device using a conventional lead frame.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
100; 본 발명에 의한 반도체 디바이스용 리드프레임100; Lead frame for semiconductor device according to the present invention
110; 합금 모재 112; 부동태 산화피막110;
120; 제1도금층 130; 제2도금층120;
본 발명은 반도체 디바이스용 리드프레임 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세히는 각종 재료적 특성이 우수하면서도, 저가로 제조 및 공급할 수 있는 반도체 디바이스용 리드프레임 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
일반적으로 반도체 디바이스용 리드프레임은 연속된 금속 스트립(strip)을 기계적 스탬핑(stamping) 또는 화학적 에칭(etching) 방법에 의해 제조한 것으로, 그 역할은 반도체 다이와 외부 장치를 연결시켜 주는 전선(lead) 역할과, 반도체 디바이스를 외부 장치에 고정시켜 주는 버팀대(frame)의 역할을 동시에 수행하는 것을 말한다.In general, a lead frame for a semiconductor device is a continuous metal strip manufactured by a mechanical stamping or chemical etching method, the role of the lead connecting the semiconductor die and the external device. And, it refers to performing the role of the frame (frame) for fixing the semiconductor device to the external device at the same time.
이러한 반도체 디바이스용 리드프레임은 크게 구리 계열(구리:철:인=99.8:0.01:0.025), 구리 얼로이 계열(구리:크롬:주석:아연=99:0.25:0.25:0.22), 얼로이42 계열(철:니켈=58:42) 등으로 구분할 수 있다. 여기서, 상기 구리 계열은 주로 두께 0.15mm 이상의 리드프레임에 이용되고, 구리 얼로이 계열 및 얼로이 42 계열은 주로 0.1~0.15mm의 리드프레임에 이용되며, 얼로이 42 계열은 주로 0.1mm 내외의 리드프레임에 이용되고 있다. 그러나, 상기 리드프레임의 두께에 의해 상기 금속 계열이 절대적으로 결정되는 것은 아니며, 각종 재료적 특성에 따라서 상기 리드프레임으로서 적절한 금속 계열이 결정된다.These lead frames for semiconductor devices are largely copper based (copper: iron: phosphorus = 99.8: 0.01: 0.025), copper alloy series (copper: chromium: tin: zinc = 99: 0.25: 0.25: 0.22), and alloy 42 series. (Iron: nickel = 58:42), and the like. Here, the copper series is mainly used for leadframes with a thickness of 0.15 mm or more, the copper alloy series and the alloy 42 series are mainly used for leadframes of 0.1 to 0.15 mm, and the alloy 42 series is mainly used for leads of about 0.1 mm. Used for frames. However, the metal series is not absolutely determined by the thickness of the lead frame, and a suitable metal series is determined as the lead frame according to various material properties.
한편, 이러한 리드프레임을 이용한 반도체 디바이스는 원가중 상기 리드프레임이 대략 30~60%의 비율을 차지하고 있다. 더욱이, 최근의 경박단소화를 추구하는 반도체 디바이스에 주로 사용되는 얼로이 42로 된 리드프레임은 매우 고가여서, 상기 반도체 디바이스의 원가중 대부분을 차지한다고 해도 과언이 아니다. 여기서, 상기 반도체 디바이스의 원가를 이루는 재료는 주로 리드프레임외에도 에폭시 몰딩 컴파운드 및 골드 와이어 등이 있다.Meanwhile, in a semiconductor device using such a lead frame, the lead frame accounts for approximately 30 to 60% of the cost. Moreover, the lead frame made of the alloy 42, which is mainly used for semiconductor devices in recent years, is extremely expensive, and it is no exaggeration to say that it occupies most of the cost of the semiconductor device. Here, the material for the cost of the semiconductor device is mainly an epoxy molding compound, gold wire and the like in addition to the lead frame.
따라서, 최근에는 상기와 같은 고가의 리드프레임 재질을 변경함으로써, 원가 비중을 줄이는 동시에 각종 재료적 특성은 종래와 같거나 더 우수한 리드프레임의 신규 재질을 찾으려는 많은 연구 및 개발이 진행되고 있다.Therefore, in recent years, many researches and developments have been conducted to find new materials for leadframes by changing the expensive leadframe materials as described above, while reducing the cost share and various material properties being the same as or better than those of the prior art.
현재 산업적으로 이용되고 있는 금속의 수는 헤아릴 수 없이 많지만, 이러한 모든 금속이 리드프레임으로 사용 가능한 것은 아니다. 따라서 어떤 금속이 리드프레임으로 이용되기 위해서는 리드프레임 또는 반도체 디바이스의 요구에 따라 소정 조건을 만족하여야 한다.Although the number of metals currently used industrially is innumerable, not all of these metals can be used as leadframes. Therefore, in order for a metal to be used as a lead frame, certain conditions must be satisfied according to the requirements of the lead frame or the semiconductor device.
상기와 같이 소정 금속이 리드프레임으로 이용되기 위해서는 아래와 같이 크게 두가지 조건을 만족하여야 한다.As described above, in order for a predetermined metal to be used as a lead frame, two conditions must be satisfied.
첫째는, 리드프레임에 적절한 우수한 재료적 특성을 가져야 한다. 이러한 재료적 특성은 크게 기계적 특성, 물리적 특성, 전기적 특성, 열적 특성의 네가지로 분류가 가능하다. 상기 기계적 특성으로는 인장강도, 연신율, 탄성계수 및 경도가 포함되고, 전기적 특성으로는 전기 전도도가 포함되며, 열적 특성으로는 열팽창 계수, 열전도율 및 연화 온도가 포함되고, 물리적 특성으로는 비중 및 납 붙임성이 포함된다. 즉, 어떤 금속이 리드프레임으로 이용되기 위해서는 위의 10가지에 해당하는 항목 또는 스펙을 모두 만족하여야 한다.First, it must have good material properties suitable for leadframes. These material properties can be classified into four categories: mechanical, physical, electrical, and thermal properties. The mechanical properties include tensile strength, elongation, elastic modulus and hardness, electrical properties include electrical conductivity, thermal properties include thermal expansion coefficient, thermal conductivity and softening temperature, physical properties include specific gravity and lead Attachment is included. That is, in order for a metal to be used as a lead frame, all of the above 10 items or specifications must be satisfied.
둘째는, 소정 금속이 상기와 같은 각종 재료적 특성을 만족한다고 해도 종래의 리드프레임(예를 들면 얼로이 42)이 갖는 가격보다 비싸서는 안된다. 즉, 상기 소정 금속은 종래의 리드프레임보다 상당히 싼 가격으로 제조 및 공급될 수 있어야 한다. 예를 들면, 얼로이 42로 된 리드프레임을 반도체 디바이스에 이용할 경우, 그 반도체 디바이스에서 상기 얼로이 42로 된 리드프레임이 차지하는 원가 비중은 상당히 높아서, 결국 상기 반도체 디바이스 자체의 원가도 상승한다. 따라서, 상기 반도체 디바이스의 가격을 낮추기 위해서는 원가 비중이 가장 큰 상기 얼로이 42로 된 리드프레임보다 대략 10~60% 정도는 더 싼 가격으로 신규 리드프레임을 제조 및 공급할 수 있어야 한다.Secondly, even if a given metal satisfies the above various material properties, it should not be more expensive than the price of a conventional lead frame (for example, Alloy 42). That is, the predetermined metal should be able to be manufactured and supplied at a significantly lower price than conventional leadframes. For example, when a lead frame of alloy 42 is used for a semiconductor device, the cost share of the lead frame of alloy 42 in the semiconductor device is considerably high, resulting in an increase in the cost of the semiconductor device itself. Therefore, in order to lower the price of the semiconductor device, it is necessary to be able to manufacture and supply a new lead frame at a price about 10 to 60% lower than that of the alloy 42, which has the largest cost ratio.
본 발명은 상기와 같은 종래의 요구를 감안한 것으로서, 본 발명의 목적은 각종 재료적 특성이 우수하면서도, 저가로 제조 및 공급할 수 있는 반도체 디바이스용 리드프레임 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above conventional needs, and an object of the present invention is to provide a lead frame for a semiconductor device and a method of manufacturing the same, which are excellent in various material properties and can be manufactured and supplied at low cost.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 반도체 디바이스용 리드프레임은 철(Fe) 및 크롬(Cr)으로 이루어진 합금 모재와, 상기 합금 모재의 적어도 일면에 소정 두께로 도금되어 밀착력을 향상시키는 제1도금층과, 상기 제1도금층의 표면에, 상기 제1도금층의 두께보다 두꺼운 두께로 도금된 동시에, 반도체 다이 및 와이어가 본딩되어 전류가 흐르도록 하는 제2도금층을 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, a lead frame for a semiconductor device according to the present invention is an alloy base material consisting of iron (Fe) and chromium (Cr) and a first plated with a predetermined thickness on at least one surface of the alloy base material to improve adhesion. A plating layer and a surface of the first plating layer may include a second plating layer which is plated to a thickness thicker than the thickness of the first plating layer and simultaneously bonds a semiconductor die and a wire to allow a current to flow.
여기서, 상기 합금 모재는 철이 80~84w%이고, 크롬이 13~18w%인 동시에, 탄소(C) 0.12~0.15w%, 실리콘(Si) 0.8~1.0w%, 망간(Mn) 0.8~1.2w%, 인(P) 0.020~0.060w% 및 황(S) 0.015~0.045w%, 니켈(Ni) 0.1~0.7w%으로 이루어질 수 있다.Here, the alloy base material is 80 to 84w% of iron, 13 to 18w% of chromium, 0.12 to 0.15w% of carbon (C), 0.8 to 1.0w% of silicon (Si), 0.8 to 1.2w of manganese (Mn) %, Phosphorus (P) may be made of 0.020 ~ 0.060w%, sulfur (S) 0.015 ~ 0.045w%, nickel (Ni) 0.1 ~ 0.7w%.
또한, 상기 합금 모재는 니켈(Ni)을 더 포함하고, 이때 상기 철은 65.5~72.0w%, 상기 크롬은 18~20w%, 상기 니켈은 8~12w%인 동시에, 탄소(C) 0.06~0.1w%, 실리콘(Si) 0.8~1.0w%, 망간(Mn) 1~3w%, 인(P) 0.020~0.060w% 및 황(S) 0.015~0.045w%, 질소(N) 0.08~0.1w%으로 이루어질 수 있다.In addition, the alloy base material further includes nickel (Ni), wherein the iron is 65.5 ~ 72.0w%, the chromium is 18 ~ 20w%, the nickel is 8 ~ 12w% at the same time, the carbon (C) 0.06 ~ 0.1 w%, Silicon (Si) 0.8 ~ 1.0w%, Manganese (Mn) 1-3w%, Phosphorus (P) 0.020 ~ 0.060w%, Sulfur (S) 0.015 ~ 0.045w%, Nitrogen (N) 0.08 ~ 0.1w It may consist of%.
또한, 상기 합금 모재는 두께가 0.1~0.15mm일 수 있다.In addition, the alloy base material may have a thickness of 0.1 ~ 0.15mm.
또한, 상기 제1도금층은 니켈로 이루어질 수 있다.In addition, the first plating layer may be made of nickel.
또한, 상기 제1도금층은 두께가 0.2~0.8㎛일 수 있다.In addition, the first plating layer may have a thickness of about 0.2 μm to about 0.8 μm.
또한, 상기 제2도금층은 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au) 또는 팔라듐(Pd)/금(Au)중 선택된 어느 하나로 이루어질 수 있다.In addition, the second plating layer may be formed of any one selected from copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), or palladium (Pd) / gold (Au).
또한, 상기 제2도금층은 두께가 3~6㎛일 수 있다.In addition, the second plating layer may have a thickness of 3 μm to 6 μm.
또한, 상기 합금 모재는 인장 강도 260~650N/mm2, 연신율 10~35%, 경도 110~210Hv, 전기 전도도 3~92%IACS, 열팽창 계수 4~21(×10-6)K, 열전도도 12~390W/Mk, 비중 7~9g/cm3일 수 있다.In addition, the alloy base material has a tensile strength of 260 ~ 650 N / mm 2 ,
또한, 상기 합금 모재는 스테인레스 강 계열로 이루어질 수 있다.In addition, the alloy base material may be made of a stainless steel series.
또한, 상기 합금 모재는 스테인레스 강(SUS) 430, 스테인레스 강(SUS) 410L 또는 스테인레스 강(SUS) 304중 선택된 어느 하나일 수 있다.In addition, the alloy base material may be any one selected from stainless steel (SUS) 430, stainless steel (SUS) 410L, or stainless steel (SUS) 304.
또한, 상기 제2도금층 위에 NPN 또는 PNP 트랜지스터가 탑재된 경우 Ic-hFE 특성 곡선, Ic-Vce(sat) 특성 곡선 및 PT-Rtn 특성 곡선은 상기 합금 모재가 얼로이(alloy) 42인 경우와 오차 범위 ±1% 내에서 일치할 수 있다.In addition, when the NPN or the PNP transistor is mounted on the second plating layer, an Ic-hFE characteristic curve, an Ic-Vce (sat) characteristic curve, and a PT-Rtn characteristic curve are different from those when the alloy base material is alloy 42. Can match within ± 1% of range.
더불어, 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 반도체 디바이스용 리드프레임의 제조 방법은 철(Fe) 및 크롬(Cr)으로 이루어진 합금 모재를 준비하는 합금 모재 준비 단계와, 상기 합금 모재를 화학 용액에 소정 시간 침지후 꺼냄으로써, 상기 합금 모재의 표면에 형성된 부동태 산화피막을 제거하는 부동태 산화피막 제거 단계와, 상기 부동태 산화피막이 제거된 합금 모재를 제1도금 용액에 침지후 꺼냄으로써, 소정 두께의 제1도금층이 형성되도록 하는 제1도금층 형성 단계와, 상기 제1도금층이 형성된 합금 모재를 제2도금 용액에 침지후 꺼냄으로써, 소정 두께의 제2도금층이 형성되도록 하는 제2도금층 형성 단계를 포함할 수 있다.In addition, the method of manufacturing a lead frame for a semiconductor device according to the present invention in order to achieve the above object is an alloy base material preparing step of preparing an alloy base material consisting of iron (Fe) and chromium (Cr), and the alloy base material chemical solution Removing the passivation oxide film formed on the surface of the alloy base material by immersing it out after a predetermined time, and then immersing the alloy base material from which the passivation oxide was removed in the first plating solution and then taking it out. A first plating layer forming step of forming a first plating layer, and a second plating layer forming step of forming a second plating layer having a predetermined thickness by immersing the alloy base material on which the first plating layer is formed after being immersed in a second plating solution. can do.
여기서, 상기 합금 모재 준비 단계는 상기 합금 모재의 두께가 0.1~0.15mm가 되도록 할 수 있다.Here, the alloy base material preparing step may be such that the thickness of the alloy base material is 0.1 ~ 0.15mm.
또한, 상기 합금 모재 준비 단계는 상기 합금 모재가 니켈(Ni)을 더 포함하여 이루어질 수 있다.In addition, the alloy base material preparing step may be made of the alloy base material further comprises nickel (Ni).
또한, 상기 제1도금층 형성 단계는 상기 제1도금층의 두께가 0.2~0.8㎛가 되도록 할 수 있다.In the forming of the first plating layer, the thickness of the first plating layer may be 0.2 to 0.8 μm.
또한, 상기 제1도금층 형성 단계는 상기 제1도금층이 니켈로 형성되도록 할 수 있다.In addition, in the forming of the first plating layer, the first plating layer may be formed of nickel.
또한, 상기 제2도금층 형성 단계는 상기 제2도금층의 두께가 3~6㎛가 되도록 할 수 있다.In addition, the second plating layer forming step may be such that the thickness of the second plating layer is 3 ~ 6㎛.
또한, 상기 제2도금층 형성 단계는 상기 제2도금층이 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 또는 팔라듐(Pd)/금(Au)중 선택된 어느 하나로 형성되도록 할 수 있다.In addition, the forming of the second plating layer may allow the second plating layer to be formed of any one selected from copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), or palladium (Pd) / gold (Au).
또한, 상기 합금 모재 준비 단계는 상기 합금 모재가 스테인레스 강 계열이 되도록 할 수 있다.In addition, the alloy base material preparation step may be such that the alloy base material is a stainless steel series.
또한, 상기 부동태 산화피막 제거 단계는 상기 합금 모재를 상온에서 농도 35~45vol%의 염산(HCl) 용액에 5분 내지 10분동안 침지하여 이루어질 수 있다.In addition, the passivation oxide removal step may be made by immersing the alloy base material in hydrochloric acid (HCl) solution of 35 ~ 45vol% concentration at room temperature for 5 to 10 minutes.
또한, 상기 제1도금층 형성 단계는 상기 합금 모재를 상온에서 HCl 125g/l 용액과 NiCl2·6H2O 240g/l 용액이 혼합되어 이루어진 도금액에 침지하고, 음극 전류 밀도는 5~10A/dm2, 전압은 6V, 양극은 니켈판과 탄소판인 조건에서 20~120초간 수행하여 이루어질 수 있다.In addition, the first plating layer forming step is immersing the alloy base material in a plating solution consisting of a mixture of HCl 125g / l solution and NiCl 2 · 6H 2 O 240g / l solution at room temperature, the cathode current density is 5 ~ 10A / dm 2 , The voltage is 6V, the anode can be made by performing for 20 to 120 seconds under the conditions of nickel plate and carbon plate.
또한, 상기 제2도금층 형성 단계는 상기 제1도금층이 형성된 합금 모재를 상 온에서 H2SO4 45~80g/l 용액과 CuSO4 150~250g/l 용액이 혼합되어 이루어진 도금액에 침지하고, 음극전류밀도는 1~8A/dm2, 양극전류밀도는 0.5~5A/dm2, 양극은 함인동판, 염소이온 농도는 20~120ppm인 조건에서 10분~30분간 수행하여 이루어질 수 있다.In the forming of the second plating layer, the alloy base material on which the first plating layer is formed is immersed in a plating solution formed by mixing H 2 SO 4 45-80 g / l solution and CuSO 4 150-250 g / l solution at room temperature, and the cathode The current density is 1 ~ 8A / dm 2 , the anode current density is 0.5 ~ 5A / dm 2 , the anode is made of copper plated, chlorine ion concentration can be made by performing for 10 minutes to 30 minutes under the conditions of 20 ~ 120ppm.
상기와 같이 하여 본 발명에 의한 리드프레임은 종래의 예를 들면 얼로이 42로 된 리드프레임과 비슷하거나 더 우수한 재료 특성 즉, 기계적 특성(인장강도, 연신율, 탄성계수 및 경도) 및 물리적 특성(비중 및 납 붙임성)을 갖는 효과가 있다.As described above, the lead frame according to the present invention is similar to or better than the conventional lead frame, for example, Alloy 42, that is, mechanical properties (tensile strength, elongation, modulus of elasticity and hardness) and physical properties (specific gravity). And lead tackiness).
더욱이, 본 발명에 의한 리드프레임은 종래의 예를 들면 얼로이 42로 된 리드프레임에 비해 더욱 우수한 전기적 특성(전기 전도도) 및 열적 특성(열전도율)을 갖는 효과가 있다. 즉, 상기 전기적 특성(전기 전도도)의 향상으로 인해 본 발명에 의한 리드프레임은 반도체 다이의 응답 속도가 빨라지도록 할 뿐만 아니라, 주울(Joule)열의 발생을 감소시켜 열효율을 높이게 된다. 물론, 이로 인해 반도체 다이의 열에 의한 열화를 감소시켜 하이 파워 디바이스의 실장을 가능하도록 한다. 또한, 상기 열적 특성(열전도율)의 향상으로 인해 본 발명에 의한 리드프레임은 반도체 다이의 동작중 발생하는 주울열을 최대한 빨리 외부로 방출함으로써, 반도체 다이의 성능 저하를 최소화하게 된다.Further, the lead frame according to the present invention has an effect of having better electrical characteristics (electric conductivity) and thermal characteristics (thermal conductivity) than the conventional lead frame of alloy 42, for example. That is, the lead frame according to the present invention increases not only the response speed of the semiconductor die but also the generation of Joule heat due to the improvement of the electrical characteristics (electric conductivity), thereby increasing the thermal efficiency. Of course, this reduces the thermal degradation of the semiconductor die, thereby enabling the mounting of high power devices. In addition, due to the improvement of the thermal characteristics (thermal conductivity), the lead frame according to the present invention releases Joule heat generated during operation of the semiconductor die to the outside as quickly as possible, thereby minimizing the performance degradation of the semiconductor die.
더욱이, 본 발명에 의한 리드프레임은 예를 들면 종래의 얼로이 42로 된 리드프레임에 비해 거의 50% 이하 싼 가격으로 구입 및 제조할 수 있게 된다. 따라 서, 반도체 디바이스중 가장 많은 원가를 차지하는 리드프레임의 가격을 거의 절반 이하로 떨어뜨림으로써, 전체적인 반도체 디바이스의 가격도 상당히 저하시킬 수 있게 되는 경제적인 효과가 있다.Moreover, the lead frame according to the present invention can be purchased and manufactured at a price of almost 50% or less cheaper than the lead frame of the conventional alloy 42, for example. Therefore, by lowering the price of the lead frame, which occupies the most cost among semiconductor devices, to almost half or less, there is an economic effect that the price of the overall semiconductor device can be considerably lowered.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings such that those skilled in the art may easily implement the present invention.
도 1a를 참조하면, 본 발명에 따른 반도체 디바이스용 리드프레임의 단면도가 도시되어 있고, 도 1b를 참조하면 스탬핑 또는 에칭된 리드프레임의 일례가 평면도로서 도시되어 있다.1A, there is shown a cross-sectional view of a leadframe for a semiconductor device in accordance with the present invention, and with reference to FIG. 1B an example of a stamped or etched leadframe is shown as a plan view.
도 1a에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 반도체 디바이스용 리드프레임(100)은 소정 두께의 합금 모재(110)와, 상기 합금 모재(110)의 적어도 일면에 소정 두께로 형성된 제1도금층(120)과, 상기 제1도금층(120)의 표면에 소정 두께로 형성된 제2도금층(130)을 포함한다.As shown in FIG. 1A, a
도 1b에 도시된 바와 같이 스탬핑 또는 에칭된 리드프레임(100)은 소정 형태를 유지하도록 하는 프레임(171), 상기 프레임(171)에 연결된 동시에 반도체 디바이스 제조 공정중 반도체 다이가 본딩되는 다이패들(172), 상기 프레임(171)에 연결된 동시에 반도체 디바이스 제조 공정중 와이어가 본딩되는 리드(173)를 포함할 수 있다. 그러나, 도 1b에 도시된 리드프레임의 형태로 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 본 발명에 의한 리드프레임은 어떠한 형태로도 제조될 수 있음은 당연하다.As shown in FIG. 1B, the stamped or
상기 합금 모재(110)는 철(Fe) 및 크롬(Cr)으로 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 합금 모재(110)는 철이 80~84w%이고, 크롬이 13~18w%일 수 있다. 상기 크롬이 13w% 이하이면, 리드프레임(100)의 내식성 및 고온 경도가 나빠지고, 또한 상기 크롬이 18w% 이상이면, 리드프레임(100)의 기계적 특성, 전기적 특성, 열적 특성 및 물리적 특성이 전반적으로 저하될 수 있다.The
더불어, 상기 합금 모재(110)에는 탄소(C) 0.12~0.15w%, 실리콘(Si) 0.8~1.0w%, 망간(Mn) 0.8~1.2w%, 인(P) 0.020~0.060w% 및 황(S) 0.015~0.045w%, 니켈(Ni) 0.1~0.7w%이 더 포함될 수 있다. 주지된 바와 같이 상기 탄소는 량이 많아지면 경화능이 좋아지지만 내식성이 떨어지므로, 상기 합금 모재(110)에서는 작을수록 좋다. 또한, 상기 실리콘은 량이 많을수록 강도가 증가하지만, 이것은 철광석에서 철을 뽑아낼때 광석중에 함유된 실리콘이 철에 녹아 들어가 형성된 것이므로, 이것 역시 작을수록 좋다. 상기 망간은 량이 많을수록 경도와 고온 강도를 좋게 해주지만, 여기서도 작을 수록 좋다. 상기 인과 황은 원래 철에 없어야 하는 불순물이지만, 상기 망간을 제거하기 위한 제련 과정중 어쩔수 없이 첨가된 것으로서 이것 역시 작으면 작을수록 좋다.In addition, the
더불어, 상기 합금 모재(110)는 철, 크롬 및 니켈로 이루어질 수도 있다. 이때, 상기 합금 모재(110)는 철 65.5~72.0w%, 크롬 18~20w% 및 니켈 8~12w%을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 크롬이 18w% 이하이거나, 상기 니켈이 8w% 이하이면 내식성 및 고온 경도가 나빠진다. 또한, 상기 크롬이 20w% 이상이거나, 상기 니켈이 12w% 이상이면, 리드프레임(100)의 기계적 특성, 전기적 특성, 열적 특성 및 물리 적 특성이 전반적으로 저하될 수 있다. 더불어, 상기 합금 모재(110)에는 탄소(C) 0.06~0.10w%, 실리콘(Si) 0.8~1.0w%, 망간(Mn) 1~3w%, 인(P) 0.020~0.060w% 및 황(S) 0.015~0.045w%, 질소(N) 0.08~0.1w%가 더 첨가될 수도 있다.In addition, the
또한, 상기 합금 모재(110)는 통상적으로 시중에 유통되고 있는 스테인레스 강(SUS)을 그대로 이용할 수도 있다. 예를 들면, 오스테나이트계인 SUS303, SUS304, SUS305, SUS316, SUS321, 페라이트계인 SUS405, SUS410L, SUS430, SUS434, 마르텐사이트계인 SUS403, SUS410L, SUS416, SUS420, SUS440을 합금 모재(110)로 이용할 수 있다. 특히, 상기 스테인레스 강중 페라이트계인 SUS430은 철 및 크롬의 비율이 대략 82w%와 18w%로 이루어져 본 발명의 합금 모재(110)로 이용하기 좋다. 더불어 상기 페라이트계인 SUS410L 역시 철 및 크롬의 비율이 대략 88w%와 12w%로 이루어져 본 발명의 합금 모재(110)로 이용하기 좋다. 물론, 상기 스테인레스 강중 오스테나이트계인 SUS304는 철, 크롬 및 니켈의 비율이 대략 74w%, 18w% 및 8w%로 이루어져 또다른 합금 모재(110)로도 이용할 수 있다.In addition, the
또한, 상기 합금 모재(110)는 대부분의 리드프레임(100) 또는 반도체 디바이스가 필요로 하는 두께를 만족시킬 수 있도록 두께가 0.1~0.15mm 정도가 되도록 함이 바람직하다. 즉, 상기 합금 모재(110)의 두께가 0.1mm 이하이거나, 0.15mm 이상이 되면 리드프레임(100)의 스탬핑 공정중 가공성에 문제가 발생하기 때문에 좋지 않다.In addition, the
상기 제1도금층(120)은 상기 합금 모재(110)의 적어도 일면에 소정 두께로 형성되어 있다. 이러한 제1도금층(120)은 하기할 제2도금층(130)과 합금 모재(110) 사이의 밀착력이 좋지 않기 때문에, 밀착력 향상용으로 형성한 것이다. 이러한 제1도금층(120)은 상기 합금 모재(110) 및 하기할 제2도금층(130)과의 밀착력이 매우 우수한 니켈을 이용함이 좋다. 또한, 상기 제1도금층(120)의 두께는 대략 0.2~0.8㎛ 정도로 형성함이 좋다. 상기 제1도금층(120)의 두께가 0.2㎛ 이하이면, 제2도금층(130)과의 밀착력이 떨어지고, 상기 제1도금층(120)의 두께가 0.8㎛ 이상이면, 밀착력을 충분히 확보함에도 불구하고 고가인 니켈이 너무 많이 사용되어 좋지 않다.The
상기 제2도금층(130)은 상기 제1도금층(120)의 표면에 소정 두께로 형성되어 있다. 이러한 제2도금층(130)은 실제로 반도체 다이 및 와이어 등을 통해서 소정 전류가 흐르는 영역이므로, 전기 전도도가 매우 우수한 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 팔라듐/금(Pd/Au) 또는 그 등가물중에서 선택된 어느 하나 또는 그들의 합금으로 형성될 수 있다.The
또한, 상기 제2도금층(130)의 두께는 대략 3~6㎛ 정도로 형성함이 좋다. 상기 제2도금층(130)의 두께가 3㎛ 이하이면, 전류 효율이 별로 좋지 않고, 상기 제2도금층(130)의 두께가 6㎛ 이상이면 전류 효율을 충분히 확보함에도 불구하고 고가의 구리 또는 은이 너무 많이 사용되어 좋지 않다. In addition, the thickness of the
한편, 상기와 같은 리드프레임(100)의 물성과 종래의 얼로이 42 또는 구리 계열의 합금 소재에 대한 물성을 비교하면 아래 표와 같다.On the other hand, the physical properties of the
여기서, 상기 리드프레임(100)중 가장 두꺼운 부분은 합금 모재(110)이기 때문에, 아래의 표 1에서 각종 물성은 합금 모재(110)의 물성으로 보아도 좋다. 또 한, 아래의 표 1에서 얼로이 42는 종래에 대표적으로 사용되는 리드프레임(100)의 재질이고, 본 발명 1은 합금 모재(110)가 철과 크롬으로 된 경우이고, 본 발명 2는 합금 모재(110)가 철, 니켈 및 크롬으로 된 것을 나타낸다. 또한, 제1비교예, 제2비교예 및 제3비교예는 주로 저가항 반도체 디바이스에서 사용되는 구리 소재 합금 계열이다.Here, since the thickest part of the
위의 표 1에 기재된 "선정 기준"은 대표적으로 이용되는 리드프레임(100)의 조건을 나타낸 것이다. 상기 선정 기준은 인장 강도의 경우 500 이상, 연신율의 경우 10 이상, 경도의 경우 180 이상, 전기 전도도의 경우 30 이상, 열팽창계수의 경우 4.3 근처, 열전도도의 경우 12 이상, 비중의 경우 8 근처, 재료비의 경우 200 이하일 것을 요구하고 있다. 이러한 모든 조건을 가장 이상적으로 만족시키고 있는 것은 표 1에 기재된 바와 같이 합금 모재(110)가 철 및 크롬(본 발명1)으로 이루어진 경우임을 알 수 있다. 물론, 합금 모재(110)가 철,니켈 및 크롬(본 발명2)으로 이루어진 경우도 가능하다."Selection criteria" described in Table 1 above shows the conditions of the
상기 합금 모재(110)가 철 및 크롬으로 된 경우를 예로 하여 좀더 구체적으로 설명한다.The
기계적 특성의 하나인 인장 강도에서 얼로이 42와 본 발명 모두 500 이상의 기준을 만족하고 있다. 또한, 기계적 특성의 하나인 연신율에 있어서는 얼로이 42의 경우에는 8이지만 본 발명은 22로서, 본 발명이 10 이상의 선정 기준을 만족하고 있다. 또한, 기계적 특성의 하나인 경도에 있어서 얼로이 42 및 본 발명 모두 180 이상의 기준을 만족하고 있다.In the tensile strength, which is one of the mechanical properties, both Alloy 42 and the present invention satisfy the criteria of 500 or more. In addition, in the elongation which is one of mechanical characteristics, although the alloy 42 is 8, this invention is 22, and this invention satisfy | fills 10 or more selection criteria. In addition, in alloy hardness, which is one of mechanical properties, both Alloy 42 and the present invention satisfy the criteria of 180 or more.
한편, 전기적 특성의 하나인 전기전도도에 있어서 얼로이 42는 3으로서 선정 기준인 30을 만족시키지 못하고 있지만 본 발명은 30으로서 선정 기준인 30을 만족시키고 있다. 물론, 이와 같은 전기전도도로 인하여, 반도체 다이의 전기적 특성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.On the other hand, in the electrical conductivity which is one of the electrical characteristics, the alloy 42 does not satisfy the selection criterion 30 as 3, but the present invention satisfies the selection criterion 30 as 30. Of course, it can be seen that the electrical properties of the semiconductor die can be improved due to such electrical conductivity.
또한, 열적 특성의 하나인 열팽창계수에 있어서 본 발명이 비록 얼로이 42에 비해 열등한 값을 가지나, 이는 반도체 다이의 크기가 작아질 수록 반도체 디바이스에서 문제 발생 확률이 낮아짐으로써, 크게 염려하지 않아도 된다. 또한, 열적 특성의 하나인 열전도도에 있어서 얼로이 42 및 본 발명 모두 선정 기준인 12 이상을 만족하고 있으나, 본 발명은 얼로이 42에 비해서 월등히 큰 26.1을 가짐으로써, 반도체 다이의 동작중 발생하는 주울열을 신속하게 외부로 배출할 수 있음을 알 수 있다.In addition, although the present invention has an inferior value in comparison with the alloy 42 in the thermal expansion coefficient, which is one of the thermal characteristics, it is not necessary to worry about the problem occurrence in the semiconductor device as the size of the semiconductor die becomes smaller. In addition, although the alloy 42 and the present invention both satisfy the selection criteria of 12 or more in thermal conductivity, which is one of the thermal characteristics, the present invention has a significantly larger 26.1 than the alloy 42. It can be seen that the joule heat can be discharged to the outside quickly.
마지막으로, 재료비에 있어서 얼로이 42는 469이지만 본 발명은 163으로서, 본 발명에 의한 리드프레임(100)을 이용할 경우 재료비를 거의 50% 이하로 다운시킬 수 있음을 알 수 있다.Finally, in the material cost, alloy 42 is 469, but the present invention is 163. When using the
참고로, 표 1에서 굵은 글씨체로 된 부분은 본 발명에 의한 선정 기준과 부합되지 않는 수치를 나타낸 것으로서, 이러한 수치가 하나라도 있는 소재는 리드프레임(100)으로 부적절한 것임을 의미한다.For reference, in bold type in Table 1 shows a value that does not meet the selection criteria according to the present invention, which means that the material having any one of these values is inappropriate as the lead frame (100).
이어서, 본 발명에 의한 반도체 디바이스용 리드프레임(100)의 제조 방법을 설명하기로 한다.Next, the manufacturing method of the
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 반도체 디바이스용 리드프레임(100)의 제조 방법이 플로우 챠트로 도시되어 있고, 도 3a 내지 도 3d를 참조하면, 본 발명에 따른 반도체 디바이스용 리드프레임(100)의 제조 방법이 설명도로서 도시되어 있다.Referring to FIG. 2, a method of manufacturing a
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 반도체 디바이스용 리드프레임(100)의 제조 방법은 합금 모재 준비 단계(S1)와, 부동태 산화피막 제거 단계(S2)와, 제1도금층 형성 단계(S3)와, 제2도금층 형성 단계(S4)를 포함한다.As shown in the drawing, the method for manufacturing a
상기 합금 모재 준비 단계(S1)에서는 철(Fe) 및 크롬(Cr)으로 이루어진 합금 모재(110)를 준비한다. 이러한 합금 모재(110)는 상술한 바와 같이 두께가 0.1~0.15mm가 되도록 한다. 또한, 상기 합금 모재(110)는 철, 크롬 외에도 니켈이 더 포함될 수 있다. 더불어, 이러한 합금 모재(110)는 스테인레스 강을 이용할 수도 있다. 이러한 합금 모재(110)의 종류 및 조성비 등은 위에서 모두 설명했으므로, 여기서는 더 이상의 설명을 생략한다.(도 3a 참조)In the alloy base material preparing step (S1), an
이어서, 상기 부동태 산화피막 제거 단계(S2)에서는 상기 합금 모재(110)의 표면에 형성된 얇은 부동태 산화피막(112)을 소정 화학 용액을 이용하여 제거한다. 즉, 상기 합금 모재(110)의 표면에는 Cr2O3에 의해 형성된다고 알려진 대략 20~40nm의 부동태 산화피막(passive oxide film)(112)이 형성되어 있는데, 이를 소정 화학 용액을 이용하여 제거한다. 이러한, 부동태 산화피막(112)을 제거하는 이유는 반도체 디바이스 제조 공정중 다이 본딩이나 와이어 본딩 공정을 불가능하게 하기 때문이다.(도 3b 참조) 예를 들어, 상기 부동태 산화피막(112)은 상기 합금 모재(110)를 농도 35~45vol%의 염산(HCl) 용액에 상온에서 대략 5분 내지 10분동안 침지함으로써 제거할 수 있다.Subsequently, in the passivation oxide removal step S2, the thin
이어서, 상기 제1도금층 형성 단계(S3)에서는, 상기 부동태 산화피막이 제거된 합금 모재(110)를 제1도금 용액에 소정 시간 침지한 후 꺼냄으로써, 소정 두께의 제1도금층(120)이 합금 모재(110)의 적어도 일면에 형성되도록 한다.(도 3c참조) 일례로, 이러한 제1도금층(120)은 밀착력이 우수한 니켈에 의해 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1도금층(120)의 두께는 0.2~0.8㎛가 되도록 한다. 더불어, 이러한 제1도금층(120)은 니켈 도금의 여러 방법중 비교적 균일한 두께를 얻을 수 있는 니켈 스트라이크 도금 방법을 이용할 수 있다. 아래의 표 2는 니켈 스트라이크 도금을 위한 화학 용액, 온도, 음극 전류 밀도, 전압, 시간 및 양극의 조건을 기재한 것이다.Subsequently, in the first plating layer forming step (S3), the
이어서, 제2도금층 형성 단계(S4)에서는, 상기 제1도금층(120) 위에 소정 두께의 제2도금층(130)이 형성되도록 한다. 일례로, 이러한 제2도금층(130)은 전기 전도도가 매우 우수한 구리, 은 또는 그 등가물중 선택된 어느 하나 또는 합금에 의해 형성될 수 있다. 또한, 제2도금층(130)의 두께는 대략 3~6㎛가 되도록 한다.(도 3d 참조) 더불어, 이러한 제2도금층(130)은 구리 도금의 여러 방법중 공해가 적고, 비용이 적게 들며 평활성이 우수한 황산구리 도금 방법을 사용한다. 이러한 황산구리 도금 방법은 알칼리성(시안화 구리 등) 도금 방법보다 피복력이 떨어지기는 하지만, 본 발명은 상술한 바와 같이 니켈로 제1도금층(120)이 먼저 형성되어 있기 때문에, 이러한 단점이 해결된다. 아래의 표 3은 황산구리 도금을 위한 각종 화학 용액, 온도, 음극 전류 밀도, 양극 전류 밀도, 양극 및 시간 등을 기재한 것이다.Subsequently, in the second plating layer forming step S4, the
이하, 위와 같이 합금 모재(110)가 대략 스테인레스 강(SUS)이고, 그 표면에는 니켈 스트라이크 도금법에 의한 제1도금층(120)이 형성되고, 상기 제1도금층(120) 위에는 황산구리 도금법에 의해 제2도금층(130)이 형성된 리드프레임(100)의 각종 테스트 결과를 설명한다.Hereinafter, as described above, the
먼저 도금 두께에 대한 평가 방법 및 그 결과를 설명한다. First, the evaluation method and the result about plating thickness are demonstrated.
도 4a에 도시된 바와 같이 도금 두께의 평가는 대략 50cm 간격으로 3부분, 각 부분에 대하여 양끝단과 가운데로 3포인트씩 총 9군데를 진행하였으며, 그 결과를 아래의 표 4에 정리하였다.As shown in Figure 4a, the evaluation of the plating thickness was carried out a total of nine places each of the three parts, three points at both ends and the center at approximately 50cm intervals, the results are summarized in Table 4 below.
위의 표 4에 기재된 바와 같이 합금 모재(110) 위에 형성된 제1도금층(120) 및 제2도금층(130)은 그 외관 및 도금 두께가 모두 만족스럽게 나타났음을 확인할 수 있다.As shown in Table 4 above, the
이어서 필링 평가 방법 및 결과에 대해 설명한다.Next, the peeling evaluation method and result are demonstrated.
표 5는 제1도금층(120) 및 제2도금층(130)이 제대로 형성되었는지를 알아보는 필링 평가 방법을 순차적으로 기재한 것이다.Table 5 sequentially describes the peeling evaluation method for determining whether the
한편, 도 4b를 참조하면, 본 발명에 따른 반도체 디바이스용 리드프레임중 제1도금층(120) 형성후의 필링 평가(도금 밀착성 평가) 결과가 사진으로 도시되어 있고, 도 4c를 참조하면, 제2도금층(130) 형성후의 필링 평가 결과가 사진으로 도시되어 있다. 도면중 부호 122는 제1도금층(120)이 칼로 그어진 자국이고, 부호 132는 제2도금층(130)이 칼로 그어진 자국이다.Meanwhile, referring to FIG. 4B, the result of peeling evaluation (plating adhesion evaluation) after the
상기 도 4b 및 도 4c에 도시된 바와 같이, 제1도금층(120) 또는 제2도금층(130)의 벗겨진 상태를 거의 발견하지 못함으로써, 상기 필링 평가 결과가 모두 양호한 것으로 관찰되었다.As shown in FIG. 4B and FIG. 4C, since the peeled state of the
계속해서, 스탬핑 공정성 평가 방법 및 결과에 대해 설명한다.Then, the stamping fairness evaluation method and result are demonstrated.
스탬핑 공정성 평가는 재료의 인장 강도, 경도, 탄성률 등의 기계적 특성과 관련된 특성에서 좌우되는 항목이다. 본 발명의 리드프레임(100)에 대한 스탬핑 결과 종래의 리드프레임에 대한 기본 특성을 모두 만족하는 것으로 관찰되었다.Stamping fairness evaluation is an item that depends on the mechanical properties such as tensile strength, hardness and modulus of the material. As a result of stamping on the
아래의 표 6은 스탬핑 후 치수 및 외관 검사 결과를 기재한 것이다.Table 6 below lists the dimensions and appearance inspection results after stamping.
다음으로 본딩 공정성 평가 및 결과에 대해 설명한다.Next, the bonding fairness evaluation and the result will be described.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 반도체 디바이스용 리드프레임(100)에 다이 본딩 공정을 수행한 후 다이 오프 테스트 결과를 도시한 사진이고, 도 5c 및 도 5d는 와이어 본딩 공정을 수행한 후 와이어 풀 테스트 결과를 도시한 사진이다. 여기서, 도 5a의 사진은 반도체 다이 사이즈가 0.29×0.29mm2이고, 도 5b의 사진은 반도체 다이 사이즈가 0.65×0.65mm2 이다.5A and 5B are photographs illustrating die off test results after a die bonding process is performed on a
본딩 공정성 평가는 리드프레임(100)의 용접성 및 공정 관리(QC:Quality Control) 항목의 경우 도금 특성 및 재료의 가공성에 관련되는 항목으로 다이 본딩의 경우 다이 오프 테스트 결과 파단 위치가 벌크로 나타났고, 파단후 실리콘의 잔량이 70% 이상이었다. 도 5a 및 도 5b중 도면 부호 140'이 실리콘 잔량이다.Bonding processability evaluation is related to the plating properties and workability of the material for the weldability and QC (Quality Control) item of the
또한 와이어 풀의 경우 파단 형태는 C-mode(와이어의 볼 본딩 영역이나 웨지 본딩 영역이 아닌 와이어 루프의 대략 중간 부분이 파단된 형태로서, 와이어 본딩이 가장 강력하게 되었음을 의미함) 파단이었고, 파단 강도는 대략 5g 이상으로 통상의 반도체 디바이스에서 요구하는 수준을 만족하였다. 또한, 반도체 다이의 사이즈가 큰 경우 발생이 예상되었던 칩 팝핑(chip poping)도 발생하지 않았다. 도 5c 및 도 5d중 도면 부호 140은 반도체 다이이고, 150은 와이어이다.In addition, in the case of wire pull, the breaking shape was C-mode (breaking about the middle part of the wire loop rather than the ball bonding area or the wedge bonding area of the wire, meaning that the wire bonding was the strongest) and the breaking strength Was approximately 5 g or more, satisfying the level required for a conventional semiconductor device. In addition, chip popping, which was expected to occur when the size of the semiconductor die was large, did not occur. In FIG. 5C and FIG. 5D,
이어서, 몰딩 공정성 평가 및 결과에 대해 설명한다.Next, molding fairness evaluation and a result are demonstrated.
몰딩 공정성 평가중 주요한 평가 항목은 리드 눌림 및 블리드/플래시(bleed/flash) 발생 상태이다. 리드 눌림은 열팽창계수 차이가 클 경우 리드 눌림이 발생하게 된다. 블리드/플래시는 합금 소재 및 도금 두께가 낮을 시 몰드 작업후 리드 프레임의 표면에 에폭시 몰딩 컴파운드의 레진(resin) 또는 필러(filler) 성분이 금형 밖으로 과도하게 새어 나오게 된다. 본 발명에 의한 리드프레임(100)은 이러한 리드 눌림 및 블리드/플래시 상태가 종래와 동일한 수준으로 관찰되었다.The main evaluation items during the evaluation of molding fairness are lead press and bleed / flash. Lead pressing causes lead pressing when the thermal expansion coefficient difference is large. When the bleed / flash is low in the alloy material and the plating thickness, the resin or filler component of the epoxy molding compound is excessively leaked out of the mold after the mold operation. In the
이어서, 포밍 공정성 평가 및 결과에 대해 설명한다.Next, forming processability evaluation and a result are demonstrated.
포밍은 리드 프레임의 인장 강도, 경도, 탄성률, 연신율 등의 기계적 특성에 관계되는 항목으로 리드프레임(100)의 인장 강도가 기준 스펙 이하인 경우 포밍시 리드의 끊어짐 현상이 발생할 수 있어 일정 값 이상의 강도가 유지되어야 한다. 경도의 경우 경도가 기준 스펙 이하인 경우 포밍시 리드 프레임의 형상 이상(눌림 등)이 발생할 수 있고, 경도가 기준 스펙 이상으로 높으면 깨짐 현상이 발생할 수도 있다. 탄성률이 너무 높으면 포밍 공정 진행후에도 일정한 모양을 유지하지 않고 원래 상태로 돌아가거나 원하는 형상을 유지하기가 어렵다. 연신율의 경우 기준 스펙보다 낮으면 리드 끊어짐이 발생하게 된다. 본 발명에 의한 리드프레임(100)은 이러한 모든 기준 스펙을 만족하였으며, 포밍 결과 포밍 스펙도 모두 만족하였다. 표 7에 이러한 결과를 정리하였으며, 도 6a(종래 기술)와 도 6b(본 발명)에 의한 리드프레임을 이용한 반도체 디바이스의 측면도가 각각 도시되어 있다. 도면중 도면 부호 160은 에폭시 몰딩 컴파운드이다.Forming is an item related to mechanical properties such as tensile strength, hardness, elasticity, and elongation of the lead frame. When the tensile strength of the
마지막으로 전기적 및 열적 특성 평가 결과에 대해 설명한다.Finally, the results of the electrical and thermal characteristics evaluation are described.
전기적 및 열적 특성 평가 결과를 확인한 결과 종래 얼로이 42로 만들어진 리드프레임(100) 대비 전기적 특성의 전체 항목에 대하여 동등 또는 그 이상의 수준 특성을 나타냈다. 이것은 상술한 바와 같이 본 발명에 이용된 합금 모재(110)의 전기 전도도가 종래의 얼로이 42의 그것보다 약간 더 우수하기 때문에 전기적인 열화가 발생하지 않는 것으로 판단된다. 또한, 우수한 Pdmax(주변온도(Ta) 가 대략 25℃인 상태에서 제품의 최대 소비 전력)의 경우 종래의 얼로이 42보다 열전도도가 높은데서 기인한 것으로 판단되며, 이러한 내용을 종합해볼 때 전기적 및 열적 특성에서 본 발명에 의한 리드프레임(100)이 종래 얼로이 42로 된 리드프레임(100)에 대하여 동등하거나 우수한 것으로 판단된다. 아래의 표 8은 종래 얼로이 42로 된 리드프레임을 이용한 반도체 디바이스 및 본 발명에 의한 리드프레임을 이용한 반도체 디바이스의 전기적특성을 비교한 것이다. 또한, 아래의 표 9는 종래 얼로이 42로 된 리드프레임을 이용한 반도체 디바이스 및 본 발명에 의한 리드프레임을 이용한 반도체 디바이스의 열적 특성을 비교한 것이다.As a result of evaluating the electrical and thermal characteristics evaluation results, the entire level of the electrical characteristics compared to the
여기서, 상기 표 8중 특성을 나타내는 약자를 간단히 설명하면 아래와 같다.Here, the abbreviation which shows the characteristic in Table 8 is demonstrated briefly as follows.
VFBE : 베이스-에미터간 포워드 전압 VFBE: Base-Emitter Forward Voltage
BVCEO : 베이스 개방 콜렉터-에미터 항복전압BVCEO: Base Open Collector-Emitter Breakdown Voltage
BVCBO : 에미터 개방 콜렉터-베이스 항복전압BVCBO: Emitter Open Collector-Base Breakdown Voltage
BVEB : 콜랙터 개방 에미터-베이스 항복전압BVEB: Collector Open Emitter-Base Breakdown Voltage
ICBO : 에미터 개방 콜렉터-베이스간 전류ICBO: Emitter Open Collector-Base Current
IEB : 콜렉터 개방 에미터-베이스간 전류IEB: Collector Open Emitter-Base Current
HFE : 출력전류(IC)/입력전류(IB)로 규정되며 트랜지스터의 증폭도.HFE: Defined as output current (IC) / input current (IB), and amplification degree of transistor.
VECsat :콜렉터-에미터 간 전압으로 베이스 전류 IB와 콜렉터 전류 IC가 일반적으로 IC/IB =10의 조건에서의 VCE값VECsat: Collector-emitter voltage, base current IB and collector current IC typically have VCE values at IC / IB = 10
VBEsat :베이스-에미터간 포화전압VBEsat: Saturation voltage between base and emitter
VFBC : 베이스-컬렉터간 포워드 전압VFBC: Forward voltage between base and collector
ICER : 컬렉터-에미터간 역방향 전류ICER: Collector-Emitter Reverse Current
7a 내지 도 7c를 참조하면, 본 발명에 따른 반도체 디바이스용 리드프레임을 이용한 반도체 디바이스와, 종래 리드프레임을 이용한 반도체 디바이스의 각종 특성을 비교한 그래프가 도시되어 있다. 7A to 7C, graphs comparing various characteristics of a semiconductor device using a lead frame for a semiconductor device according to the present invention and a semiconductor device using a conventional lead frame are shown.
여기서, 본 발명에 의한 리드프레임(100)에는 예를 들면 제2도금층(130) 위에 NPN 또는 PNP 트랜지스터가 탑재된 후, 트랜지스터와 리드프레임(100)의 소정 영역이 와이어로 본딩되어 반도체 디바이스를 이룰 수 있다. Here, in the
도 7a에 도시된 Ic-hFE 특성 곡선, 도 7b에도시된 Ic-Vce(sat) 특성 곡선, 도 7c에 도시된 PT-Rtn 특성 곡선에서처럼, 본 발명에 의한 리드프레임(100)을 이용한 반도체 디바이스와 종래 얼로이 42로 된 리드프레임(100)을 이용한 반도체 디바이스는 오차 범위 ±1% 내에서 모든 특성이 일치함을 확인할 수 있다. 여기서 상기 PT는 Power Duration Time의 약자로서, Rth(열저항)를 측정하기 위해 인가하는 전력 지속 시간을 의미한다. 또한, 상기 Rtn은 Routine의 약자로서, "현재 적용중인"을 의미한다.As in the Ic-hFE characteristic curve shown in FIG. 7A, the Ic-Vce (sat) characteristic curve shown in FIG. 7B, and the PT-Rtn characteristic curve shown in FIG. 7C, the semiconductor device using the
상기와 같이 하여 본 발명에 의한 리드프레임은 종래의 예를 들면 얼로이 42로 된 리드프레임과 비슷하거나 더 우수한 재료 특성 즉, 기계적 특성(인장강도, 연신율, 탄성계수 및 경도) 및 물리적 특성(비중 및 납 붙임성)을 갖는 효과가 있다.As described above, the lead frame according to the present invention is similar to or better than the conventional lead frame, for example, Alloy 42, that is, mechanical properties (tensile strength, elongation, modulus of elasticity and hardness) and physical properties (specific gravity). And lead tackiness).
더욱이, 본 발명에 의한 리드프레임은 종래의 예를 들면 얼로이 42로 된 리드프레임에 비해 더욱 우수한 전기적 특성(전기 전도도) 및 열적 특성(열전도율)을 갖는 효과가 있다. 즉, 상기 전기적 특성(전기 전도도)의 향상으로 인해 본 발명에 의한 리드프레임은 반도체 다이의 응답 속도가 빨라지도록 할 뿐만 아니라, 주울열의 발생을 감소시켜 열효율을 높이게 된다. 물론, 이로 인해 반도체 다이의 열에 의한 열화를 감소시켜 하이 파워 디바이스의 실장을 가능하도록 한다. 또한, 상기 열적 특성(열전도율)의 향상으로 인해 본 발명에 의한 리드프레임은 반도체 다이의 동작중 발생하는 주울열을 최대한 빨리 외부로 방출함으로써, 반도체 다이의 성능 저하를 최소화하게 된다.Further, the lead frame according to the present invention has an effect of having better electrical characteristics (electric conductivity) and thermal characteristics (thermal conductivity) than the conventional lead frame of alloy 42, for example. That is, the lead frame according to the present invention increases not only the response speed of the semiconductor die but also the generation of joule heat due to the improvement of the electrical characteristics (electric conductivity), thereby increasing the thermal efficiency. Of course, this reduces the thermal degradation of the semiconductor die, thereby enabling the mounting of high power devices. In addition, due to the improvement of the thermal characteristics (thermal conductivity), the lead frame according to the present invention releases Joule heat generated during operation of the semiconductor die to the outside as quickly as possible, thereby minimizing the performance degradation of the semiconductor die.
더욱이, 본 발명에 의한 리드프레임은 예를 들면 종래의 얼로이 42로 된 리드프레임에 비해 거의 50% 이상 싼 가격으로 구입할 수 있게 된다. 따라서, 반도체 디바이스중 가장 많은 원가를 차지하는 리드프레임의 가격을 거의 절반 이하로 떨어뜨림으로써, 전체적인 반도체 디바이스의 가격도 상당히 저하시킬 수 있게 되는 경제적인 효과가 있다.Moreover, the lead frame according to the present invention can be purchased at a price of almost 50% or more lower than, for example, a conventional lead frame of alloy 42. Therefore, by lowering the price of the lead frame, which occupies the most cost among the semiconductor devices, to almost half or less, there is an economic effect that the price of the overall semiconductor device can be considerably lowered.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 반도체 디바이스용 리드프레임 및 그 제조 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.What has been described above is only one embodiment for implementing the lead frame for a semiconductor device and a method of manufacturing the same according to the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiment, and is claimed in the following claims. As described above, any person having ordinary knowledge in the field of the present invention without departing from the gist of the present invention will have the technical spirit of the present invention to the extent that various modifications can be made.
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