KR100781152B1 - 리드프레임 도금 장치 및 이를 이용한 도금 방법 - Google Patents

리드프레임 도금 장치 및 이를 이용한 도금 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 리드프레임 도금 장치는, 내부에 도금용 전해액이 저장되는 탱크;
상기 탱크의 내부에 설치되고 도금용 전해액에 침잠되어 전극 역할을 하는 것으로, 릴 투 릴 타입 리드프레임의 적어도 일단 레일부가 그 내부에 위치될 수 있도록 길이 방향으로 서로 마주보는 홈이 형성된 한 쌍의 실드바를 구비하는 실드부;
상기 실드부를 지지하는 실드부 지지부; 및
상기 실드부로부터 이격되어 상기 실드부 전극과 상이한 극성을 갖는 플레이트 전극;을 구비하여 된 것을 특징으로 한다.

Description

리드프레임 도금 장치 및 이를 이용한 도금 방법{Apparatus for plating lead frame and process for plating lead frame using the same}
도 1은 릴 투 릴 타입 리드프레임의 일예를 도시한 평면도.
도 2는 본 발명에 따른 리드프레임 도금 장치를 개략적으로 도시한 부분 절개 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 리드프레임 도금 장치의 일 요부인 실드부를 개략적으로 도시한 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 리드프레임 도금 방법을 개략적으로 도시한 흐름도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>
10 ...리드프레임 11 ...다이패드
15,16 ...레일부 100 ...리드프레임 도금 장치
110 ...탱크 120 ...실드부
140,150 ...브라켓 160,170 ...샤프트 지지대
180 ...샤프트 210,220 ...실드바 지지대
본 발명은 리드프레임 도금 방법 및 도금 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 릴 투 릴(reel to reel) 타입 리드프레임의 레일부의 도금층 두께가 두꺼워지는 것을 방지하는 도금 방법 및 도금 장치에 관한 것이다.
반도체 리드프레임은 반도체 칩(chip)과 함께 반도체 패키지(package)를 이루는 핵심 구성요소의 하나로서, 반도체 패키지의 내부와 외부회로를 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 박판의 소재를 프레스 금형장치를 이용하여 소정 형상으로 타발하여 제조하는 방법으로서, 이는 리드 프레임을 대량생산하는 경우에 주로 적용된다. 반면 에칭 방식은 화학약품을 이용하여 소재의 국소 부위를 부식시킴으로써 제품을 형성하는 화학적 식각방법으로서, 이는 리드 프레임을 소량생산하는 경우에 주로 적용되는 제조방법이다.
도 1은 상기한 리드프레임의 일 예를 개략적으로 도시한 평면도로서 반도체 패키지를 구성하는 단위 리드프레임이 연접하여 된 릴 투 릴 타입 리드프레임의 일부를 나타낸 것이다.
도면을 참조하면, 릴 투 릴 타입 리드프레임(10)은 반도체 칩이 고정 장착되는 다이패드(11)와, 와이어 본딩(wire bonding)에 의해 상기 반도체 칩(11)과 연결되는 이너 리드(inner lead,12) 및 외부회로와의 연결을 위한 아우터 리드(outer lead,13)를 구비한다. 또한 그 양단에는 일련의 반도체 패키지 자동 생산 공정에 있어서 위치정렬을 위한 통공(17,18)이 형성된 것으로 단위 리드프레임을 지지하는 레일부(15,16)가 구비된다.
이러한 반도체 패키지용 리드프레임에 있어서, 리드는 내부리드의 와이어 본딩성과 외부리드의 납땜성이 요구되고, 다이패드(11)는 반도체 칩간의 밀착성을 양호하도록 하기 위하여 다이패드(11)와 리드(12,13)에 은(Ag),금(Au), 팔라듐(Pd) 등의 귀금속을 도금하는 것이 일반적이다. 다만 리드프레임의 소재가 구리 또는 구리 성분을 포함하지 않는 얼로이 42(alloy 42)와 같은 합금인 경우에는 부식이 심하게 발생하여 은(Ag) 도금이 적절하지 못하였다.
상기 문제점을 해결하기 위해 얼로이 42와 같은 합금으로 된 리드프레임에 있어서는 상기 리드프레임 위에 구리(Cu) 또는 구리합금으로 된 중간 도금층을 형성한 후 은(Ag) 도금을 행하는 것이 공지되어 있다.
그러나 종래의 도금 장치를 이용하여 릴 투 릴 타입 리드프레임을 도금하는 경우, 레일부(도 1의 15,16)에 전류 쏠림 현상이 발생하여 상기 레일부의 도금층 두께가 두꺼워지는 현상이 발생한다. 레일부(도 1의 15,16)의 도금층 두께가 두꺼워지면 반도체 패키지 제조 공정중 도금층이 떨어져나가 제조상 불순물로 작용할 가능성이 커지는 문제점이 있다. 또한 이를 막기 위해 상기 레일부의 도금층을 박리하는 과정이 부가되는 경우에도 두꺼운 도금층을 박리하기 위한 박리액의 사용량이 증대될 수 밖에 없어 비용이 증가되는 문제점이 있다. 또한 비기능부위에 다량의 귀금속 도금액이 사용이 되므로 도금액의 교환 주기도 짧아지는 문제도 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 릴 투 릴 타입 리드프레임의 레일부의 도금층 두께가 두꺼워지는 것을 억제할 수 있는 리드프레임 도금 장치 및 이를 이용한 도금 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 이를 통해 상기 레일부의 도금층을 박리하기 위한 박리액의 사용량을 감소시켜, 비용을 절감할 수 있는 리드프레임 도금 장치 및 이를 이용한 도금 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 리드프레임 도금 장치는, 내부에 도금용 전해액이 저장되는 탱크;
상기 탱크의 내부에 설치되고 도금용 전해액에 침잠되어 전극 역할을 하는 것으로, 릴 투 릴 타입 리드프레임의 적어도 일단 레일부가 그 내부에 위치될 수 있도록 길이 방향으로 서로 마주보는 홈이 형성된 한 쌍의 실드바를 구비하는 실드부;
상기 실드부를 지지하는 실드부 지지부; 및
상기 실드부로부터 이격되어 상기 실드부 전극과 상이한 극성을 갖는 플레이트 전극;을 구비하여 된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 리드프레임 도금 장치의 상기 실드부 지지부는 상기 탱크의 일측에 설치되고 상기 한 쌍의 실드바를 승강 가능하게 하고 실드바 간의 폭을 조절 가능하게 하는 것을 특징으로 한다.
상기 실드부 지지부는 고정수단에 의해 상기 탱크의 측면에 고정 가능한 한 쌍의 브라켓;
상기 브라켓에 고정되어 상방 연장된 한 쌍 이상의 샤프트 지지대;
상기 서로 짝지워진 샤프트 지지대에 의해 양단이 고정 지지되는 하나 이상의 샤프트; 및
상기 샤프트를 따라 수평 이동 가능한 것으로, 그 일단은 고정수단에 의해 상기 샤프트에 고정 가능하고, 그 타단은 상기 실드바를 고정 지지하는 한 쌍 이상의 실드바 지지대;를 구비하여 된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 리드프레임 도금 방법은 길이 방향으로 서로 마주보는 홈이 형성된 한 쌍의 실드바를 구비하는 실드부를 준비하고, 릴 투 릴 타입 리드프레임의 레일부를 상기 홈에 위치시키는 단계;
내부에 도금용 전해액과, 상기 도금용 전해액에 침잠되는 플레이트 전극을 구비하는 상면이 개방된 탱크에 상기 실드부를 침잠시키고 고정하는 단계;
상기 실드부 및 플레이트 전극에 전원을 인가하고 상기 리드프레임을 상기 실드부를 따라 통과시켜 도금하는 단계; 및
상기 도금된 리드프레임의 레일부의 도금층을 벗겨내는 단계;를 구비하여 된 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명에 따른 리드프레임 도금 장치를 개략적으로 도시한 부분 절개 사시도이고, 도 3은 상기 리드프레임 도금 장치의 요부인 실드부 및 탱크를 절개하여 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 리드프레임 도금 장치(100)는 상면이 개방된 탱크(110)와, 상기 탱크의 내부에 채워지는 도금용 전해액(미도시)과, 상기 전해액에 침잠되며 서로 평행하게 연장된 한 쌍의 실드바(shield bar,121,131)로 된 실드부(120)를 구비한다. 상기 탱크(110) 및 실드바(121,131)는 X축 방향으로 연장되어 있으나 도시의 편의를 위해 생략되었다.
도 3을 참조하면, 상기 한 쌍의 실드바(121,131)는 동일한 높이에 소정 간격을 두고 평행하게 위치하며 서로 마주보는 대면에는 각각 X축 방향으로 홈이 형성되는데, 도시된 실시예에서는 긴 반원형 골(122,132)이 형성된다. 상기 서로 마주보는 반원형 골과 골 사이에는 도 1에서 본 바와 같은 릴 투 릴 타입 리드프레임(10)이 개재되는데, 그 양단의 레일부(15,16)가 반원형 골(122,132)에 각각 개재되면서 상기 릴 투 릴 타입 리드프레임은 탱크(110)의 바닥면에 수평하게 위치된다. 도 3의 점선은 탱크(110)에 채워진 도금용 전해액의 액위를 나타내는 바 상기 실드부(120) 및 리드프레임(10)은 상기 전해액에 침잠되어 도금 과정이 수행된다.
상기 탱크(110)의 내부에는 도금을 위한 전극(250)이 도금용 전해액에 침잠되도록 위치한다. 한 쌍의 실드바(121,131)로 된 실드부(120)가 상기 전극(250)에 대응하는 전극의 역할을 하게 되므로, 상기 전극(250)도 상기 실드부(120)에 대응하여 X축 방향으로 연장된 플레이트 형태를 갖는 것이 바람직한데, 도 2에서는 도시의 편의를 위해 X축 및 Z축 방향으로 부분 절개되어 도시되었다.
상기 실드부(120)는 후술될 고정수단에 의해 고정되는데, 상기 전해액의 액 위에 따라 Z축 방향으로 상하 조정이 가능할 뿐 아니라 개재되는 리드프레임(10)의 폭(w10)에 따라 실드바(121,131) 사이의 간격도 조정이 가능하다.
한 쌍의 실드바(121,131)는 X축 방향으로 연장되어 있으므로 릴 투 릴 타입 리드프레임(10)도 반원형 골(122,132)에 레일부(15,16)가 개재된 채 X축 방향으로 이동될 수 있다. 상기 리드프레임(10)은 릴 투 릴 방식으로 연속적으로 공급 및 회수되므로, 그 이동중에 적절한 장력만 유지된다면 상기 반원형 골을 벗어남이 없이 도금용 전해액에 침잠된 상태로 상기 실드바(121,31)를 따라 이동되며 도금 과정이 수행될 수 있는 것이다.
상기 실드바(121,131)를 지지하는 고정수단은, 탱크(110)의 서로 마주보는 측면 상단에 장착되는 한 쌍의 브라켓(140,150)과, 상기 브라켓에 각각 고정 지지되는 샤프트 지지대(160,170)와, 상기 샤프트 지지대에 의해 양단이 지지되는 샤프트(180)와, 상기 샤프트에 장착되며 실드바(121,131)를 지지하는 실드바 지지대(210,220)를 구비하여 구성된다.
상기 브라켓(140,150)은 ㄷ자형 단면을 가지며 X축 방향으로 연장된 것으로 ㄷ자형 골을 아래로 향하도록 하여 탱크(110)의 측면 단부에 캡(cap)을 씌우듯 장착된다. 따라서 상기 브라켓(140,150)은 그 골의 깊이(D140,D150)만큼 상하로 위치 이동이 가능하며, 실드바(121,131)도 도금용 전해액의 액위에 따라 탱크의 바닥면으로부터의 높이를 조정할 수 있다. 한 쌍의 브라켓 중 일 브라켓(140)은 상하 위치 이동중에 평판 형태의 전극(250)과 충돌되는 것을 방지하지 위해 그 측벽의 일부가 절개된 형태를 갖는다.
상기 브라켓(140,150)은 상하 위치 조정후 그 위치에 고정하기 위한 고정구를 구비하는데, 도 2의 실시예에서는 고정용 볼트(142,152)와 이에 대응하여 브라켓(140,150)에 형성된 볼트 삽입 통공(153)이 일 예로 개시되어 있다. 도면번호 142인 고정용 볼트에 대응하는 볼트 삽입 통공은 도시가 생략되었다. 또한 상기 브라켓(140,150)은 X축 방향으로 길게 연장되어 있어 상기 고정용 볼트(142,152)가 있는 단부의 반대편 타단에도 안정된 고정을 담보하기 위해 고정용 볼트 및 볼트 삽입 통공이 마련되는 것이나 도면에 도시는 생략되었다.
상기 브라켓(140,150)에 의해 각각 지지되는 샤프트 지지대(160,170)는 Z축 방향으로 연장되며, 그 하단 단부는 고정구에 의해 상기 브라켓에 고정되는데, 도 2에서는 고정용 볼트(161,162,171,172)와 이에 대응하여 브라켓(140,150)에 형성된 볼트 삽입 통공(144,145,154,155)이 일 예로 개시되어 있다. 도 2에는 한 쌍의 샤프트 지지대(160,170)만이 도시되었으나 연장된 브라켓(140,150)을 따라 한 쌍 이상이 더 구비될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
샤프트(180)는 상기 한 쌍의 샤프트 지지대(160,170)의 상단 단부에 그 양단이 지지되는데 이는 상기 샤프트 지지대와 일체로 형성될 수도 있고 또는 별개로 형성된 후 고정 설치될 수도 있다. 상기한 바와 마찬가지로 샤프트 지지대가 브라켓(140,150)을 따라 복수 쌍이 구비되면 그에 대응하여 복수 개의 샤프트가 구비됨을 알 수 있을 것이다.
상기 샤프트(180)에는 한 쌍의 실드바 지지대(210,220)가 장착되어 Z축 방향으로 연장된다. 상기 실드바 지지대(210,220)의 상단 단부는 샤프트(180)를 따라 Y 축 방향으로 위치 조정을 위해 이동 가능하며 조정된 위치에 고정하기 위해 고정구를 구비한다. 도 2에서는 일 예로서 실드바 지지대(210,220)의 상단 단부에 Y축 방향으로 가로질러 형성된 깊은 슬릿(211,221) 사이에 상기 샤프트(180)를 위치시키고, X축 방향으로 관통된 통공(214,224)으로 조임용 볼트(212,222)를 관통시켜 이에 대응하는 너트(213,223)로 조여주는 방식으로 고정이 실현된다.
실드바 지지대(210,220)의 하단 단부는 실드바(121,131)를 각각 고정 지지한다. 도 2에서는 고정용 볼트(215,216,225,226)와 이에 대응하여 실드바(121,131)에 형성된 볼트 삽입 통공(125,126,135,136)이 일 예로 개시되어 있다. 상기한 바와 마찬가지로 실드바 지지대도 샤프트가 복수 개 구비되면 이에 대응하여 복수 쌍 구비됨을 쉽게 알 수 있을 것이다. 고정 수단의 상기한 구조로 리드프레임(10)의 폭에 따라 실드바(121,131) 사이의 간격을 조절 및 고정할 수 있고, 또한 도금용 전해액의 액위에 따라 상기 실드바의 높이를 조절 및 고정할 수 있다.
이하 상기 구조를 가지는 리드프레임 도금 장치(100)의 작용을 설명하도록 한다. 본 발명의 바람직한 구현예에서는 전해액이 은 도금용 및 구리 도금용 전해액으로 한정하였으나 전기 도금이 가능한 다른 경우에도 적용이 가능함을 알 수 있을 것이다.
도금용 전해액에 침잠된 실드바(121,131) 및 전극(250)에 도 3에서 도시된 바와 같이 전원을 인가하고, 필름형 리드프레임(10)을 그 레일부(15,16)가 상기 실드바의 반원형 골(122,132)에 개재되도록 하여 상기 실드바(121,131)의 X축 방향 말단으로부터 진입시킨다. 상기 릴 투 릴 타입 리드프레임(10)은 상기 실드바의 반 원형 골(122,132)에서 이탈되지 않고 상기 실드바(121,131)를 따라 X축 방향으로 이동하며 도금된다. 이때 리드프레임(10)은 도 3에 나타난 바와 같이 각 레일부(15,16)의 Y축 방향 말단(15a,16a)만이 반원형 골(122,132)에 접하여 통전되지만, 동시에 상기 레일부는 상기 반원형 골에 의해 소정 거리 이격되어 둘러싸여짐으로써 레일부(15,16)에 전류가 집중되는 이른바 '전류 쏠림' 현상에 의해 도금되는 것을 억제할 수 있다. 이를 좀더 상세히 설명하면, 종래와 달리 레일부(15,16)에 도금이 이루어지는 도금액의 흐름이 상기 반원형 골(122,132)에 의해서 억제가 되고 탱크 내부의 도금액의 와류시에도 상기 반원형 골 내부에 삽입되어 있는 레일부(15,16) 부근의 도금액의 흐름이 미소하기 때문에 비 기능성부위인 상기 레일부의 도금이 집중적으로 이루어지는 것이 방지된다. 이에 따라 레일부(15,16)의 도금층 두께가 두꺼워지는 현상이 억제될 수 있다.
상기 실드부(120)를 통과하여 도금층이 형성된 리드프레임(10)은, 상기 리드프레임이 진입한 실드바의 말단에 대응하는 타단으로 배출되어 회수된다.
도 4는 본 발명에 따른 리드프레임 도금 방법을 개략적으로 도시한 흐름도로서, 이의 실현을 위해서는 상기한 리드프레임 도금 장치를 이용하여야만 한다.
도면을 참조하면, 상기 리드프레임 도금 방법은 릴 투 릴 타입 리드프레임의 레일부를 실드부에 개재하는 단계(S110), 상면이 개방된 탱크 내에 있는 도금용 전해액에 실드부를 침잠 및 고정하는 단계(S120), 상기 탱크 내에 있는 플레이트 전극과 실드부에 전원을 인가하여 상기 리드프레임을 도금하는 단계(S130), 및 상기 리드프레임의 레일부의 도금층을 박리하는 단계(S140)를 구비한다.
상기 도금 방법에 사용되는 전해액으로 구리 이온이 포함된 구리 도금용 전해액을 사용하고, 이를 박리하는 박리액을 사용하는 경우 상기 도금 방법은 릴 투 릴 타입 리드프레임에 구리층을 도금하는데 적용될 수 있다. 마찬가지로 전해액으로 은 이온이 포함된 은 도금용 전해액을 사용하고, 이를 박리하는 박리액을 사용하는 경우 상기 도금 방법은 은층을 도금하는데 적용될 수 있다.
상기한 구리 도금 또는 은 도금은 상술한 리드프레임 도금 장치(도 2의 100)에 의해 수행될 수 있다. 도금 과정에서 구리 도금 및 은 도금을 차례로 수행할 경우에는 별개로 구비되는 상기 리드프레임 도금 장치에 의해 이를 수행할 수 있다는것을 알 수 있을 것이다.
상기 도금층 박리 단계(S140)는 도금층 박리를 필요로 하지 않는 레일부를 제외한 부분이 마스킹된 리드프레임을 도금층 박리액에 소정 시간동안 침잠시킴으로써 수행될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 리드프레임 도금 장치 및 이를 이용한 도금 방법은, 릴 투 릴 타입 리드프레임의 레일부의 도금층 두께가 두꺼워지는 것을 억제하여 도금 불량 및 이로 인한 반도체 패키지의 불량을 방지할 수 있다.
또한 상기 레일부의 도금층을 박리하는 경우, 그 박리액의 소모량 및 그 박리 소요 시간이 감소될 수 있어 릴 투 릴 타입 리드프레임 제조 비용 및 제조 시간이 절감될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (4)

  1. 내부에 도금용 전해액이 저장되는 탱크;
    상기 탱크의 내부에 설치되고 도금용 전해액에 침잠되어 전극 역할을 하는 것으로, 릴 투 릴 타입 리드프레임의 적어도 일단 레일부가 그 내부에 위치될 수 있도록 길이 방향으로 서로 마주보는 홈이 형성된 한 쌍의 실드바를 구비하는 실드부;
    상기 실드부를 지지하는 실드부 지지부; 및
    상기 실드부로부터 이격되어 상기 실드부 전극과 상이한 극성을 갖는 플레이트 전극;을 구비하여 된 것을 특징으로 하는 리드프레임 도금 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 실드부 지지부는 상기 탱크의 일측에 설치되고 상기 한 쌍의 실드바를 승강 가능하게 하고 실드바 간의 폭을 조절 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 리드 프레임 도금 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 실드부 지지부는 고정수단에 의해 상기 탱크의 측면에 고정 가능한 한 쌍의 브라켓;
    상기 브라켓에 고정되어 상방 연장된 한 쌍 이상의 샤프트 지지대;
    상기 서로 짝지워진 샤프트 지지대에 의해 양단이 고정 지지되는 하나 이상의 샤프트; 및
    상기 샤프트를 따라 수평 이동 가능한 것으로, 그 일단은 고정수단에 의해 상기 샤프트에 고정 가능하고, 그 타단은 상기 실드바를 고정 지지하는 한 쌍 이상의 실드바 지지대;를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 리드프레임 도금 장치.
  4. 길이 방향으로 서로 마주보는 홈이 형성된 한 쌍의 실드바를 구비하는 실드부를 준비하고, 릴 투 릴 타입 리드프레임의 레일부를 상기 홈에 위치시키는 단계;
    내부에 도금용 전해액과, 상기 도금용 전해액에 침잠되는 플레이트 전극을 구비하는 상면이 개방된 탱크에 상기 실드부를 침잠시키고 고정하는 단계;
    상기 실드부 및 플레이트 전극에 전원을 인가하고 상기 리드프레임을 상기 실드부를 따라 통과시켜 도금하는 단계; 및
    상기 도금된 리드프레임의 레일부의 도금층을 벗겨내는 단계;를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 리드프레임 도금 방법.
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