KR101680719B1 - 리드프레임 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속재질의 기저 금속층, 상기 기저 금속층 상에 Ni 또는 Ni 합금으로 형성된 Ni 도금층 및 상기 Ni 도금층 상에 Sn 또는 Sn 합금으로 형성된 Sn 도금층을 포함하는 리드프레임을 제공함으로써 솔더 도금 공정을 생략할 수 있어 공정의 단순화가 가능해지며, 귀금속 도금을 대체할 수 있게 되어 비용을 절감시킬 수 있게 된다.

Description

리드프레임{LEAD FRAME}

본 발명은 리드프레임에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 Sn계 선도금을 통해 와이어 본딩 및 에폭시 몰딩 이후의 솔더 도금을 생략시키고 귀금속 도금을 대체할 수 있는 리드프레임에 관한 것이다.

리드프레임은 반도체 칩과 함께 반도체 패키지를 이루는 핵심 구성요소의 하나로서, 반도체 패키지를 외부로 연결해주는 도선(lead)의 역할과 반도체 칩을 지지해주는 지지체(frame)의 역할을 한다.

도 1은 통상적인 리드프레임의 평면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 리드프레임(1)은 다이 패드(2) 및 리드4, 5)를 구비한다.

다이 패드(2)는 패드 지지부(3)에 의해 레일(7)에 연결되고 반도체 칩을 지지하는 기능을 가진다.

리드(4, 5)는 내부 리드(inner lead)(4) 및 외부 리드(outer lead)(5)를 구비하며, 상기 내부 리드(4)와 외부 리드(5) 사이에는 각 리드 간의 간격을 유지하고 지지하는 댐바(6)가 형성되어 있다. 반도체 패키지의 조립이 완료되면 상기 레일(7) 및 댐바(6)는 제거된다.

이와 같은 구조를 가지는 리드프레임(1)은 기억소자인 반도체 칩과의 조립과정을 거쳐 반도체 패키지를 이루게 된다. 반도체 조립 과정에는 다이 부착 공정, 와이어 본딩 공정, 몰딩 공정이 포함된다. 다이 부착 공정은 반도체 칩(다이)을 리드프레임의 패드에 부착시키는 공정이며, 와이어 본딩 공정은 반도체 칩의 단자부와 리드프레임의 내부 리드를 금 등으로 접합하여 연결하는 공정이며, 몰딩 공정은 몰딩수지 등의 절연체로 칩과 와이어 및 내부리드 부분을 밀봉시키는 공정으로 주로 EMC(Epoxy Molding Compound)가 주로 사용된다.

상기 반도체의 조립 공정 중 다이 부착 공정에서 반도체 칩과의 접착력을 좋게 하고, 와이어 본딩 공정에서 내부 리드의 와이어 본딩성을 개선하기 위하여, 다이 패드(2)와 내부 리드(4)에 소정 특성을 갖는 금속 소재를 도포하는 경우가 많다. 이와 더불어 몰딩 공정 후, 외부 리드(5)가 기판 실장되는 공정에서 납땜 젖음성을 향상시키기 위하여 외부 리드의 소정 부위에 주석과 납(Sn-Pb)의 합금으로 된 솔더링 기초 도금을 행한다.

도 2는 종래의 은 도금을 이용하여 형성된 리드프레임의 단면도이다. 도 2를 참조하면, 종래의 리드프레임은 구리층(10) 상에 구리 스트라이크(strike)층(20) 및 은(Ag) 도금층(30)을 차례로 형성한다. 하지만, 이와 같은 Ag 도금층(30)이 형성된 리드프레임은 와이어 본딩 및 에폭시 몰딩 후에 솔더 도금을 실시해야 하므로 추가 공정을 요하는 문제점이 있다.

이와 같은 문제점 해결을 위해 반도체 패키지 공정 전에 납땜 젖음성이 우수한 소재를 금속 소재에 미리 도포함으로써 반도체 후공정에서의 솔더 도금 공정을 생략할 수 있는 선도금방법(Pre-Plated Frame : PPF)이 제안되었다. 상기 선도금방법을 사용한 리드프레임은 후공정이 간편해질 뿐 아니라, 반도체 패키지 공정에서 납도금이라는 환경오염 공정을 줄일 수 있어 최근 각광을 받고 있다.

도 3은 한국공개특허 제10-2012-0003415호(특허문헌 1)에 개시된 종래의 PPF 도금에 따른 리드프레임의 단면도이다. 도 3을 참조하면, Cu층(50) 상에 Ni 도금층(60), Pd 도금층(70) 및 Au 등과 같은 귀금속 도금층(80)이 순차적으로 형성되어 있으며, 귀금속 도금층(80)과 와이어 본딩의 신뢰성을 높이고 EMC와의 결합력을 높이기 위해 Cu 표면에 거칠기를 주어 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 이와 같은 PPF 도금 타입의 리드프레임은 상술한 Ag 도금층(30)이 형성된 리드프레임과는 달리 솔더 도금 공정이 불필요하게 된다. 하지만 Au 혹은 Pd와 같은 귀금속을 전면에 도금해야 하므로 비용이 증가하는 문제점이 있다.

특허문헌 1: 한국공개특허 제10-2012-0003415호

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, Sn계 선도금을 통해 와이어 본딩 및 에폭시 몰딩 이후의 솔더 도금을 생략할 수 있어 공정의 단순화가 가능하며, 귀금속 도금을 대체할 수 있는 구조를 구비한 리드프레임을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위하여 제공되는 본 발명의 리드프레임은, 금속재질의 기저 금속층; 상기 기저 금속층 상에 Ni 또는 Ni 합금으로 형성된 Ni 도금층; 및 상기 Ni 도금층 상에 Sn 또는 Sn 합금으로 형성된 Sn 도금층;을 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 리드프레임에 있어서, 상기 기저 금속층은, Cu 또는 Cu 합금으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 리드프레임에 있어서, 상기 기저 금속층과 Ni 도금층 사이에 Cu와 Ni의 금속간화합물로 형성된 제 1 금속간화합물층을 더 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 리드프레임에 있어서, 상기 Ni 도금층과 Sn 도금층 사이에 Ni과 Sn의 금속간화합물로 형성된 제 2 금속간화합물층을 더 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 리드프레임에 있어서, 상기 Sn 도금층의 두께는 0.1㎛ ~2㎛가 되도록 형성되어 이루어질 수 있다.

본 발명의 리드프레임에 있어서, 상기 Ni 도금층의 두께는 1㎛ ~ 5㎛가 되도록 형성되어 이루어질 수 있다.

본 발명의 리드프레임에 있어서, 상기 Sn 합금은, Sn-Cu, Sn-Ag, Sn-Zn, Sn-Bi, Sn-In, Sn-Ag-Ni 또는 Sn-Ag-Cu 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.

본 발명에 따르면, Sn계 선도금을 통해 와이어 본딩 및 에폭시 몰딩 이후의 솔더 도금을 생략할 수 있어 공정을 단순화시킬 수 있으며, Cu의 산화방지 및 와이어 본딩 및 에폭시 몰딩을 개선시킬 수 있는 효과를 가진다. 아울러, 종래의 고가의 귀금속 도금을 대체할 수 있게 되어 제조 비용의 저비용화를 실현시킬 수 있는 효과도 가진다.

도 1은 통상적인 리드프레임을 도시한 평면도이다.
도 2는 종래의 Ag 도금층이 형성된 리드프레임을 도시한 단면도이다.
도 3은 종래의 PPF 도금 타입의 리드프레임을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 리드프레임을 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 리드프레임에서의 Sn 도금층 표면의 실제 이미지이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 각 용어의 의미는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 할 것이다. 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.

본 발명은 Sn계 선도금을 통해 와이어 본딩 및 에폭시 몰딩 이후의 솔더 도금 공정을 생략하고, 귀금속 도금을 대체할 수 있는 구조를 구현하는 리드프레임을 제공하는 것을 그 요지로 한다.

도 4는 본 발명에 따른 리드프레임을 도시한 단면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 리드프레임에서의 Sn 도금층 표면의 실제 이미지의 확대도이다. 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 리드프레임은 기저 금속층(110) 상에 Ni 도금층(130) 및 Sn 도금층(150)이 순차적으로 형성된다.

상기 기저 금속층(110)은 금속재질로서 Cu 또는 Cu 합금으로 이루어진 기저물질을 포함하는 것이 바람직하며, 이하의 실시예에서는 기저 금속층(110)이 Cu층인 것으로 설명한다.

상기 기저 금속층(110)인 Cu층 상에 형성된 Ni 도금층(130)은 확산방지층으로서의 역할을 하는 것으로, Ni 또는 Ni-Pd 등과 같은 Ni 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이때, 상기 Ni 도금층(130)은 전해 도금 또는 무전해 도금 이후 경화에 의해 형성될 수 있으며, 상기 Ni 도금층(130)의 두께는 1㎛ ~ 5㎛가 되도록 형성하는 것이 바람직하다.

상기 기저 금속층(110)과 Ni 도금층(130) 사이에 제 1 금속간화합물층(120)을 더 포함하여 형성하는 것이 바람직하다. 상기 제 1 금속간화합물층(120)은 열처리에 의해 Ni과 Cu의 금속간화합물(Intermetallic Compound)[Ni_xCu_y]로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 Ni 도금층(130)과 Sn 도금층(150) 사이에는 제 2 금속간화합물층(140)을 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 제 2 금속간화합물층(140)은 열처리에 의해 Sn과 Ni의 금속간화합물[Sn_xNi_y]로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 제 2 금속간화합물층(140) 상에 형성된 Sn 도금층(150)은 Sn 또는 Sn 합금으로 이루어지는 것으로 와이어 본딩이 되는 면이며, 이후 솔더링이 되는 면이다. 상기 Sn 합금은 Sn-Cu, Sn-Ag, Sn-Zn, Sn-Bi, Sn-In, Sn-Ag-Ni 또는 Sn-Ag-Cu 중 어느 하나인 것이 바람직하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 특히, 상기 Sn 도금층(150)은 0.1㎛ ~2㎛의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 이하의 표 1 및 표 2는 Sn 합금 및 합금 도금 공정의 예를 나타낸 것이다.

Sn-X	구성	m.p.
Sn Sn-Cu Sn-Ag Sn-Zn Sn-Bi Sn-Bi Sn-In	100% 99.3Sn-0.7Cu 96.5Sn-3.5Ag 91Sn-9Zn 43Sn-57Bi 84Sn-16Bi 48Sn-52In	232℃ 227℃ 221℃ 199℃ 139℃ 215℃ 117℃

Sn-X	프로세스	방법
Sn Sn-Cu Sn-Ag Sn-Zn Sn-Bi Sn-In	Strong Acid Bath Strong Acid Bath Strong Acid Bath Neutral Bath Strong Acid Bath Acid Bath	무전해 혹은 전해 전해 전해 전해 전해 전해

이와 같이 본 발명에 따른 리드프레임에 의하면, Sn계 선도금을 통해 와이어 본딩 및 에폭시 몰딩 이후의 솔더 도금 공정을 생략할 수 있어 공정의 단순화가 가능해지며, 귀금속 도금을 대체할 수 있는 구조로 인하여 제조 단가의 절감이 가능하게 된다.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것은 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함 없이 본 발명에 대해 다수의 적절한 변형 및 수정이 가능함을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변형 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

1: 리드프레임 2: 다이 패드
3: 패드 지지부 4: 내부 리드
5: 외부 리드 6: 댐바
7: 레일 10, 50: Cu층
20: Cu 스트라이크층 30: Ag 도금층
60: Ni 도금층 70: Pd 도금층
80: Au 도금층
110: 기저 금속층
120: 제 1 금속간화합물층
130: Ni 도금층
140: 제 2 금속간화합물층
150: Sn 도금층

Claims (7)

1. Cu 또는 Cu 합금을 포함하는 기저 금속층;
   상기 기저 금속층 상에 Ni 또는 Ni 합금으로 형성되며 1㎛ ~ 5㎛ 두께의 Ni 도금층;
   상기 Ni 도금층 상에 Sn 또는 Sn 합금으로 형성되며 0.1㎛ ~2㎛ 두께의 Sn 도금층;
   상기 기저 금속층과 Ni 도금층 사이에 Cu와 Ni의 금속간화합물로 형성된 제 1 금속간화합물층
   상기 Ni 도금층과 Sn 도금층 사이에 Ni과 Sn의 금속간화합물로 형성된 제 2 금속간화합물층
   을 포함하고,
   상기 Sn 합금은, Sn-Cu(99.3Sn-0.7Cu), Sn-Ag(96.5Sn-3.5Ag), Sn-Zn(91Sn-9Zn), Sn-Bi(43Sn-57Bi 또는 84Sn-16Bi) 및 Sn-In(48Sn-52In) 중 어느 하나인 리드프레임.
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