KR19990000416A - 외부 리드에 구리가 도금된 리드 프레임을 사용하는 반도체 칩 패키지 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

합금42 리드 프레임을 사용하는 반도체 칩 패키지를 인쇄회로기판에 솔더링 접합할 때 생기는 크랙을 방지하고 접합력을 향상시키기 위하여, 패키지 몸체 외부로 노출된 외부 리드에 구리 도금부를 형성하고 그 위에 주석-납 합금을 도금한다. 구리 도금부는 합금42 리드 프레임을 제조할 때 형성될 수도 있고, 다이 본딩, 와이어 본딩, 패키지 몸체 형성이 끝난 다음 주석-납 합금을 도금하기 전에 형성될 수도 있다. 구리 도금부는 주석-납 합금 도금부와의 접착력이 우수하기 때문에 솔더링 접합시 외부 리드에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

Description

외부 리드에 구리가 도금된 리드 프레임을 사용하는 반도체 칩 패키지 및 그 제조방법

본 발명은 반도체 조립공정에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 합금42 리드 프레임을 사용하는 반도체 칩 패키지를 인쇄회로기판에 실장할 때 발생하는 크랙을 방지하기 위해서 외부 리드에 구리가 도금된 합금42 리드 프레임을 사용하는 반도체 칩 패키지 및 그 제조방법에 관한 것이다.

반도체 조립공정에 사용되는 리드 프레임은 반도체 칩을 고정하는 다이 패드(die pad)와, 외부 회로기판과 반도체 칩을 전기적으로 연결시키기 위한 리드를 구비하며, 반도체를 조립공정으로 유지하기 위한 프레임을 말한다. 리드 프레임에 사용되는 재료는 성형 가공에서 조립, 실장, 실제 사용에 이르기까지 전 단계에 걸쳐 요구되는 특성을 만족시킬 필요가 있다. 이러한 특성에는 기계적 강도나 열전도도, 구부리기 가공성 등의 1차 특성과, 스탬핑(stamping)이나 식각(etching) 등의 리드 프레임의 가공에 관한 성질과 도금성 및 본딩성 등의 2차 특성이 있다.

현재 리드 프레임에 주로 사용되는 재료로는 구리합금과 합금42 (Alloy 42)가 있다. 구리 리드 프레임은 전기 전도도가 우수하고, 봉지 재료로 사용되는 봉지 수지와 비슷한 열팽창 계수를 가지지만, 산화와 부식이 잘 되고, 산화 피막에 의한 각종 불량이 생겨 패키지 제품의 신뢰성을 저하시킨다는 단점이 있다.

한편 합금42는 철과 니켈이 58대 42로 합금된 것으로서 강도나 스탬핑성이 좋기 때문에 다핀 리드 프레임에 주로 사용된다. 다핀 리드 프레임을 사용하는 반도체 칩 패키지 제품은 외부 리드가 J자 형태나 갈매기 날개 모양으로 구부러진 형태를 가져서 외부 인쇄회로기판에 면실장된다. 패키지를 인쇄회로기판에 면실장하기 위해서는 주로 솔더링(soldering) 접합방법을 많이 사용하는데, 패키지의 외부 리드와 인쇄회로기판간의 접합력을 높이기 위해 외부 리드에는 주석-납 합금을 도금한다. 주석과 납의 조성비는 공정점(eutectic point)에 가까운 63%의 주석과 37%의 납으로 하는 것이 일반적이며, 이러한 주석-납 도금은 다이본딩, 와이어 본딩, 몰딩 등의 공정이 끝난 리드 프레임 스트립 상태에서 행한다.

주석-납 합금이 도금된 리드 프레임을 사용하는 패키지를 인쇄회로기판에 솔더링에 의해 면실장할 때, 인쇄회로기판과 리드 프레임 리드의 열팽창계수의 차이에 의해 크랙이 발생하는데, 합금42를 사용한 리드 프레임인 경우에는 솔더링 접합부 바로 위, 즉 주석-납 합금이 도금된 외부 리드부분에서 크랙이 발생한다. 이러한 크랙은 인쇄회로기판에 실장된 패키지가 조그마한 외부의 충격에 의해서도 기판에서 떨어지게 하는 등의 문제가 있으므로 방지해야 할 필요가 있다.

본 발명의 목적은 반도체 칩 패키지와 이것이 실장되는 인쇄회로기판 간의 접착력을 높이는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 합금42를 리드 프레임의 재료로 사용하는 반도체 칩 패키지를 인쇄회로기판에 실장할 때 외부 리드 부분에서 발생하는 크랙을 방지하기 위한 것이다.

도1은 본 발명에 따른 구리가 도금된 합금42 리드 프레임을 사용하는 SOJ형 반도체 칩 패키지가 인쇄회로기판에 실장된 것을 나타내는 단면도.

도2는 본 발명에 따른 구리가 도금된 합금42 리드 프레임을 사용하는 SOP형 반도체 칩 패키지가 인쇄회로기판에 실장된 것을 나타내는 단면도.

도3은 본 발명에 따라 합금42 리드 프레임의 외부리드에 구리를 도금하는 방법을 설명하기 위한 리드 프레임의 평면도.

도면의 주요 부호에 대한 설명

10, 20; 반도체 칩 패키지12, 22; 외부 리드

14, 24; 구리 도금 부분15, 25; 주석-납 합금 도금 부분

16, 26; 솔더링 접합부18, 28; 인쇄회로기판

30; 리드 프레임31; 사이드 레일(side rail)

32; 다이 패드(die pad)33; 타이 바(tie bar)

34; 내부 리드35; 외부 리드

36; 댐바(dam bar)37; 패키지 몸체 형성부

38; 구리 도금 부분

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 반도체 칩 패키지는 반도체 칩을 보호하기 위한 패키지 몸체와, 상기 반도체 칩과 전기적으로 연결되어 있으며 상기 소정의 형상으로 구부러진 채 상기 패키지 몸체 외부로 노출되어 외부 인쇄회로기판에 실장되는 외부 리드를 가지며, 상기 외부 리드는 합금42로 이루어져 있고, 구리 도금부와, 주석-납 합금 도금부가 차례대로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 이러한 구리 도금부는 합금42 리드 프레임을 제조하는 과정에서 형성될 수도 있고, 패키지 몸체를 형성한 다음 주석-납 합금을 도금하기 직전에 형성될 수도 있다.

이하 도면을 참조로 본 발명을 상세하게 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 구리가 도금된 합금42 리드 프레임을 사용하는 SOJ형 반도체 칩 패키지가 인쇄회로기판에 실장된 것을 나타내는 단면도이다. 반도체 칩 패키지(10)는 외부 리드(12)가 J자 형태로 구부러진 예컨대 SOJ(Small Outline J-leaded) 패키지로서 인쇄회로기판(18)에 면실장된다. 외부 리드(12)의 한쪽 면에는 구리 도금(14)이 되어 있고, 그 바깥에는 주석-납 합금 도금(15)이 되어 있다. 구리 도금부(14)는 주석-납 합금 도금부(15)보다 안쪽에 형성되어 있는데, 이것은 이하에서 설명되겠지만, 리드 프레임을 형성할 때 구리 도금부(14)를 미리 만들어서 생길 수도 있고, 리드 프레임에 패키지 몸체를 형성한 다음, 외부 리드를 주석-납 합금으로 도금하기 전에 전처리 공정으로 구리를 도금하여 형성될 수도 있다.

구리 도금부(14)와 주석-납 합금 도금부(15)가 형성된 외부 리드(12)는 인쇄회로기판(18)에 솔더링에 의해 접합되며, 솔더링 접합부(16)는 외부 리드(12)를 통해서 반도체 칩 패키지(10)와 인쇄회로기판(18)을 전기적으로, 그리고 기계적으로 연결하는 역할을 한다.

도2는 본 발명에 따른 구리가 도금된 합금42 리드 프레임을 사용하는 SOP형 반도체 칩 패키지가 인쇄회로기판에 실장된 것을 나타내는 단면도이다. 여기에 도시한 반도체 칩 패키지(20)의 외부 리드(22)는 갈매기 날개 형태로 구부러진 SOP (Small Outline Plastic) 패키지이다. 도1의 실시예와 마찬가지로, 본 발명에 따른 구리 도금부(24)는 주석-납 합금 도금부(25)보다 안쪽에 형성되어 있다는 공통점이 있지만, 구리 도금부(24)는 외부 리드(22)의 안쪽 면에 형성되어 있다. 외부 리드(22)는 인쇄회로기판(28)에 솔더링 접합부(26)에 의해 접착된다.

위 실시예에서 알 수 있는 바와 같이, 솔더링 접합부에 의해 인쇄회로기판에 접합되는 외부 리드의 면에는 구리 도금부가 형성되어 있어서, 이 면에 도금되어 있는 주석-납 합금과 합금42로 이루어진 외부 리드간의 접합력을 높여 주어 솔더링시 크랙이 생기는 것을 방지할 수 있다.

도3은 본 발명에 따라 합금42 리드 프레임의 외부리드에 구리를 도금하는 방법을 설명하기 위한 리드 프레임의 평면도이다. 리드 프레임(30)은 여러 개의 반도체 칩(도시 아니함)을 조립하기 위해 사이드 레일(side rail)에 의해 연결된 스트립(strip) 형태이다. 리드 프레임(30)은 조립하고자 하는 반도체 칩이 실장되는 다이 패드(32), 다이 패드(32)와 사이드 레일(31)을 연결시켜서 반도체 칩을 지지해 주는 타이 바(33; tie bar), 다이 패드(32)에 부착된 반도체 칩과 전기적으로 연결되는 내부 리드(34), 내부 리드와 연결되며 외부의 인쇄회로기판과 전기적으로 연결되는 외부 리드(35) 및 패키지 몸체를 형성할 때 봉지수지가 외부로 흘러 넘치는 것을 방지하기 위한 댐바(36; dam bar)를 구비하고 있다. 패키지의 몸체는 일점쇄선(37)으로 표시한 부분에 플라스틱 수지와 같은 봉지수지를 채움으로써 형성될 것이다.

본 발명에 따른 구리 도금부는 점선(38)으로 표시한 영역에 형성된다. 이러한 구리 도금부(38)를 형성하는 공정은 다음의 두 가지 방법에 의해 달성된다.

첫째, 리드 프레임 제조과정에서 스트립 형태로 준비된 합금42 재질의 리드 프레임(30)에 다이 패드(32), 내부 리드(34), 외부 리드(35) 등의 패턴을 형성한 다음, 다이 패드(32) 또는 내부 리드(34)에 금속선으로 연결할 수 있도록 은(Ag) 도금을 하는 것과 동일한 방법으로 구리 도금부(35)에 구리를 도금하는 공정을 진행한 리드 프레임(30)으로 다이본딩, 와이어 본딩, 패키지 몸체 형성, 외부 리드에 주석-납 합금 도금, 댐바 절단 공정을 진행한다. 이러한 방법을 사용하여 구리 도금부(38)에 구리를 도금하기 위해서는 내부 리드와 다이 패드에 은 도금을 할 때 사용하는 마스크(mask)와 동일한 마스크를 사용한다.

둘째, 구리 도금이 되지 않은 합금42 리드 프레임을 사용하여 다이본딩, 와이어 본딩, 패키지 몸체 형성 공정을 진행한 다음, 외부 리드에 주석-납 합금을 도금하기 전에 구리 도금부(35)에 구리를 도금한다. 이 방법을 사용하는 경우에는, 주석-납 합금을 전기도금하는 도금조(Plating bath)에 도금액으로서 구리를 사용하면 된다.

위 두 가지 방법 중 어떤 방법을 사용하는 경우에도 만들고자 하는 반도체 칩 패키지의 유형이 어떠냐에 따라, 즉 외부 리드가 구부러지는 형상이 어떠냐에 따라 반도체 칩이 실장되는 면에 구리 도금부를 형성할 것인지, 아니면 반도체 칩이 실장되는 면의 반대면 에 구리 도금부를 형성할 것인지가 결정된다. 즉, 앞의 도1을 참조로 설명한 SOJ형 반도체 칩 패키지의 경우에는 반도체 칩이 실장되는 면과 동일한 면에 구리 도금부를 형성하여야 하고, 도2를 참조로 설명한 SOP형 반도체 칩 패키지의 경우에는 반도체 칩이 실장되는 면과 반대면 에 구리 도금부를 형성하여야 한다. 물론, 두 번째 방법에서 리드 프레임의 양면에 구리 도금부를 형성하는 것도 가능하다.

이상 설명한 바와 같이 외부 리드에 구리 도금부가 형성된 합금42 리드 프레임을 사용한 반도체 칩 패키지는 외부 리드부분에만 구리가 도금되어 있으므로, 패키지 몸체 내부는 합금42 재질로 되어서, 산화에 강하고 패키지 몸체를 이루는 봉지수지와의 내열성이 우수하여 제품품질을 향상시킬 수 있다. 또한 이러한 구조를 갖는 반도체 칩 패키지를 인쇄회로기판에 솔더링 접합할 때 발생하는 크랙을 줄일 수 있고, 패키지와 인쇄회로기판 간의 접합력을 높일 수 있다.

Claims (8)

1. 반도체 칩을 보호하기 위한 패키지 몸체와, 상기 반도체 칩과 전기적으로 연결되어 있으며 상기 소정의 형상으로 구부러진 채 상기 패키지 몸체 외부로 노출되어 외부 인쇄회로기판에 실장되는 외부 리드를 갖는 반도체 칩 패키지에 있어서, 상기 외부 리드는 합금42로 이루어져 있고, 구리 도금부와, 주석-납 합금 도금부가 차례대로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 패키지.
2. 제1 항에 있어서, 상기 구리 도금부는 상기 인쇄회로기판과 직접 접하는 외부 리드의 면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 패키지.
3. 제1 항에 있어서, 상기 외부 리드는 상기 인쇄회로기판에 솔더링 접합되는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 패키지.
4. 제1 항에 있어서, 상기 반도체 칩 패키지는 상기 인쇄회로기판에 면실장되는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 패키지.
5. 반도체 칩 패키지 제조방법으로서,

   반도체 칩이 실장되는 다이 패드와, 상기 반도체 칩과 전기적으로 연결되는 내부 리드와, 상기 내부 리드와 일체형으로 형성되어 있으며 상기 반도체 칩을 외부와 전기적으로 연결하기 위한 외부 리드가 형성되어 있는 합금42 리드 프레임을 준비하는 단계와,

   상기 외부 리드에 구리 도금부를 형성하는 단계와,

   상기 다이 패드에 반도체 칩을 부착하는 단계와,

   상기 다이 패드에 부착된 반도체 칩과 상기 내부 리드를 전기적으로 연결하는 단계와,

   상기 반도체 칩과 내부 리드를 봉지하는 패키지 몸체를 형성하는 단계 및

   상기 구리 도금부가 형성된 외부 리드를 주석-납 합금으로 도금하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 패키지 제조방법.
6. 상기 구리 도금부를 형성하는 단계는 상기 반도체 칩이 부착되는 면과 동일한 리드 프레임의 면에만 구리 도금부를 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 패키지 제조방법.
7. 반도체 칩 패키지 제조방법으로서,

   반도체 칩이 실장되는 다이 패드와, 상기 반도체 칩과 전기적으로 연결되는 내부 리드와, 상기 내부 리드와 일체형으로 형성되어 있으며 상기 반도체 칩을 외부와 전기적으로 연결하기 위한 외부 리드가 형성되어 있는 합금42 리드 프레임을 준비하는 단계와,

   상기 다이 패드에 반도체 칩을 부착하는 단계와,

   상기 다이 패드에 부착된 반도체 칩과 상기 내부 리드를 전기적으로 연결하는 단계와,

   상기 반도체 칩과 내부 리드를 봉지하는 패키지 몸체를 형성하는 단계와,

   상기 패키지 몸체 외부로 노출된 외부 리드에 구리 도금부를 형성하는 단계 및

   상기 구리 도금부가 형성된 외부 리드를 주석-납 합금으로 도금하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 패키지 제조방법.
8. 제7 항에 있어서, 상기 구리 도금부는 전기 도금법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 패키지 제조방법.