KR20000062950A - 금으로 점도금된 반도체 소자용 리드프레임 및 그 제조 방법 - Google Patents

금으로 점도금된 반도체 소자용 리드프레임 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR20000062950A
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KR
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leadframe
layer
segment
gold
nickel
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KR1020000013800A
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English (en)
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애버트도날드씨.
모엘폴알.
Original Assignee
윌리엄 비. 켐플러
텍사스 인스트루먼츠 인코포레이티드
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Abstract

집적 회로 칩과 사용하기 위한 리드프레임은 납땜 부착을 하기 위해 상기 프레임의 영역을 선택적으로 덮는 금 도금층을 포함하고, 상기 금 도금층은 상기 영역에 가시적인 구별을 제공한다.

Description

금으로 점도금된 반도체 소자용 리드프레임 및 그 제조 방법{GOLD SPOT PLATED LEADFRAMES FOR SEMICONDUCTOR DEVICES AND METHOD OF FABRICATION}
본 발명은 일반적으로 반도체 소자 및 그 제조 방법의 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 집적 회로 소자용 리드프레임의 재료 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 소자용 리드프레임은 반도체 소자의 여러 가지 요건과 그 작동을 동시에 만족시키기 위해 발명되었다(미국 특허 제3,716,764호 및 제4,034,027호). 첫째, 리드프레임은 반도체 칩, 보통 집적 회로(IC) 칩을 견고하게 위치시키기 위해 안정된 지지 패드를 제공한다. 이 패드를 포함하는 리드프레임이 도전성 재료로 제조되므로, 이 패드는, 필요하면, 반도체 소자를 포함하는 회로망에 요구되는 전기 전위, 특히 접지 전위로 바이어싱될 수도 있다.
둘째, 리드프레임은 여러 도전체를 칩에 밀접하게 하기 위해 다수의 도전성 세그먼트를 제공한다. IC 표면 상의 도전체 패드와 세그먼트의 ("내부") 팁 사이에 있는 간극은 IC 접촉 패드와 리드프레임 세그먼트에 각각 접합된 얇은 금속 와이어에 의해 통상 브리징된다. 명백하게, 와이어 접합 기술은 신뢰성 있는 용접이 (내부) 세그먼트 팁에 형성될 수 있는 것을 필연적으로 수반한다.
셋째, IC 칩("외부"팁)으로부터 이격된 리드 세그먼트의 단부는, 예를 들어, 인쇄 회로 기판을 조립하기 위해 "다른 부품"또는 "외부"에 전기적 및 기계적으로 연결될 필요가 있다. 압도적인 대다수의 전자 응용 분야에서, 이러한 부착은 납땜에 의해 수행된다. 명백하게, 납땜 기술은 신뢰성 있는 습윤(wetting)과 납땜 접촉이 (외부) 세그먼트 팁에서 수행될 수 있는 것을 필연적으로 수반한다.
얇은(약 120㎛ 내지 250㎛) 판금으로부터 일체의 리드프레임을 제조하는 것이 보통 실행된다. 쉬운 제조성으로 인해, 보통 선택되는 시동 금속은 구리, 구리 합금, 철-니켈 합금(예를 들어, "합금 42") 및 인바(invar)이다. 리드프레임의 소정의 형상은 원판으로부터 에칭되거나 스탬핑된다. 이러한 방식으로, 리드프레임의 각각의 세그먼트는 특정 외형이 설계에 의해 결정된 얇은 금속 스트립의 형상을 취한다. 대부분의 경우, 통상적인 세그먼트의 길이는 그 폭보다 상당히 더 길다.
1995년 6월 14일자로 등록된 유럽 특허 제0 335 608 B1호[애버트(Abbott)의 "부식이 감소된 리드프레임(Leadframe With Reduced Corrosion")]에서, 부식 생성물을 형성하는 상부면으로 기본 금속 이온이 이동하는 것을 돕는 갈바니(galvanic) 전위력으로 인한 부식이 되지 않는 팔라듐 도금된 리드프레임이 개시되어 있다. 이 특허는 (기본 금속 위의) 니켈, 팔라듐/니켈 합금, 니켈, 및 (최외부의) 팔라듐으로 구성된 연속적인 층들을 기술하고 있다. 이러한 기술은 반도체 산업에서 광범위하게 도입되었다.
리드프레임 상에 조립된 후, 대부분의 IC는 성형 공정에서 보통 플라스틱 재료에 의해 캡슐식으로 보호된다. 성형 화합물(molding compound), 보통 에폭시계 열경화성 화합물은 캡슐식으로 보호하는 리드프레임과 소자 부품에 대하여 양호한 부착성을 가지는 것이 필수적이다. 리드프레임의 최외부 층으로서 상기한 팔라듐은 성형 화합물에 대하여 우수한 부착을 제공한다.
불행하게도, 팔라듐은 고가이며, 그 가격은 지난 10년 동안 금 가격의 약 1/3배로부터 금 가격보다 약 20% 더 높게 상승했다. 반도체 제조에서의 비용 감소 압박으로 인해 사용된 팔라듐층들의 두께를 이전 두께의 약 1/3로 감소시키는 노력이 시작되었다. 이렇게 얇으면, 팔라듐은 하층의 니켈의 산화를 방지하지 않으며, 이것은 그 납땜성을 방해할 것이다. 반도체 제조에 도입된 방법은 산화를 방지하기 위해 팔라듐 표면 상에 얇은 금층을 사용한다. 관련된 일 예로서, 1999년 1월 12일자로 등록된 미국 특허 제5,859,471호[구라이시(Kuraishi) 외의 "외부 리드선이 보강된 탭 테이프 리드프레임을 구비한 반도체 장치(Semiconductor Device having TAB Tape Leadframe with Reinforced Outer Leads)"]가 개시되어 있다.
그러나, 이 방법에서, 리드프레임의 전체 표면은 금으로 도금된다. 이러한 실행은 성형 화합물에 대한 리드프레임 세그먼트의 부착을 심하게 방해하고 열기계적 응력 시험에서 리드프레임 세그먼트를 얇은 층으로 갈라지게 할 우려가 있다. 또한, 얇은 금층으로 전체 리드프레임을 도금하면 리드프레임이 금 표면을 갖는지의 여부를 시각적 검사에 의해 결정하는 것이 불가능하게 한다. 그러나, 이러한 표준의 단순 검사는 제조 실행으로서 상당히 바람직하다. 결국, 불필요한 영역에 금을 용착하는 것은 비용 절감의 노력에 역효과를 준다.
따라서, 성형 화합물에 대한 납땜성, 접합성, 부착 성능 및 시각적 검사 대조와 관련하여 팔라듐층의 두께를 감소한 리드프레임에 대한 저가의 신뢰성 있는 대량 생산 방법에 대한 절박한 필요성이 대두되었다. 리드프레임과 그 제조 방법은 여러 가지의 반도체 제품군 및 광범위한 설계 및 조립 변경에 대하여 적용되기에 충분하게 융통성이 있어야 하며, 향상된 공정 생산성 및 소자 신뢰성을 목표대로 향상시켜야 한다. 양호하게는, 이러한 혁신은 새로운 제조 기계에 대한 투자가 필요 없도록 하기 위해 기본적으로 설치된 장비를 사용하여 달성되어야 한다.
반도체 집적 회로(IC)의 리드프레임에 대한 본 발명에 의하면, 금 도금층은 납땜을 위해 리드프레임의 영역들을 선택적으로 덮으므로, 이들 영역에 가시적인 구별을 제공하고 납땜 부착을 최적화한다. 이러한 금층은 상당히 얇아서 리드프레임의 가격을 거의 증가시키지 않으므로, 와이어 접합 및 성형 화합물에 대한 부착에 있어 리드프레임의 품질을 감소시키지 않고도 하층에 도금된 금속의 상당한 절약을 가능하게 한다.
본 발명은 특히 많은 수의 입력부/출력부를 갖는 고밀도의 IC에 관한 것이며, 또한 인쇄 회로 기판 조립체에 표면 장착을 필요로 하는 패키지 내의 소자에 관한 것이다. 이러한 IC는 표준의 선형 및 논리 제품, 디지털 신호 프로세서, 마이크로프로세서, 디지털 및 아날로그 소자, 고주파수 및 고전력 소자, 대면적 및 소면적의 칩 종류 등의 많은 반도체 소자 계열에서 볼 수 있다. 본 발명은 종래의 구리 기부에 팔라듐 도금된 리드프레임에 비하여 반도체 패키지, 특히 플라스틱 성형된 패키지의 상당한 비용 감소를 나타낸다.
본 발명의 하나의 태양은 고가의 희금속, 특히 팔라듐층들의 두께를 감소시킴과 동시에 리드프레임의 납땜성을 향상시키고 플라스틱 성형 화합물에 대한 신뢰성 있는 부착을 유지시키는 기술을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 하나의 태양은 기본적으로 설치된 제조 장비를 사용함으로써 장비 변화의 비용 및 새로운 자금 투자 없이 이러한 목적을 달성하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 하나의 태양은 단순하고 저가의 시각적 검사에 기초하여 제조 품질을 검사하기 위한 것이다. 이러한 검사는 정확한 리드프레임의 선택 및 리드프레임을 조립 공정 플로우로 보내기 전에 적절한 준비를 보장한다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따라 제조된 리드프레임의 일부의 개략적인 단면도.
도2는 본 발명의 제2 실시예에 따라 제조된 리드프레임의 일부의 개략적인 단면도.
도3은 기판 상에 납땜 조립된, 본 발명에 따른 리드프레임을 구비한 패키지 반도체 소자의 개략적이고 단순화된 단면도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
100 : 리드프레임부
101 : 판
102 : 니켈층
103 : 합금층
104 : 니켈층
105 : 희금속층
106 : 금층
106a : 한계선
300 : 반도체 패키지
301 : 리드프레임
302 : 장착 패드
303 : IC 칩
305 : 리드 세그먼트
306 : 기부
이러한 태양들은 대량 생산에 적당한 마스킹 및 용착 방법에 관한 본 발명의 사상에 의해 달성되었다. 리드프레임 준비의 다양한 수정이 성공적으로 사용되었다.
본 발명의 제1 실시예에서, 제1 니켈, 팔라듐-니켈 합금, 제2 니켈, 및 팔라듐의 빈번히 사용된 연속적인 층들은 팔라듐층의 두께가 전체 리드프레임을 가로질러 감소되고 얇은 금층이 납땜 부착을 위해 리드 세그먼트 영역 상에 선택적으로 도금되어 하층의 니켈의 산화를 방지하고 그 납땜성을 보존하도록 수정된다.
본 발명의 제2 실시예에서는 제1 니켈층과 팔라듐-니켈 합금층이 생략된다. 또한, 납땜성, 접합성, 플라스틱에 대한 부착성, 및 부식 무반응성이 설명되었다.
본 발명에 따라 제조된 리드프레임은 패키지 리드 세그먼트를 만곡시키는 것에 기초한 표면 장착 기술에 성공적으로 사용될 수 있다.
본 발명의 태양뿐만 아니라 본 발명에 의해 나타난 기술적인 진보는 첨부된 도면 및 특허 청구 범위에 기술된 새로운 특징과 관련하여 고려하면 본 발명의 양호한 실시예에 대한 이하의 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명은 리드프레임 상에의 반도체 IC의 조립과 그 최종적인 캡슐식 보호, 다양한 금속의 용착된 층들을 사용한 이들 리드프레임의 연속적인 구성, 및 리드프레임이 품질 관련 검사와 기판에 대한 신뢰성 있는 납땜 부착을 제공하도록 이들 리드프레임을 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 리드프레임의 기능을 최대화하면서 리드프레임의 비용을 감소시킨다. 본 발명은 이하의 설계 특성을 나타내는 반도체 기술에 사용된 임의의 리드프레임과 임의의 기판에 가장 잘 적용된다. 보통, 리드 세그먼트에 의해 둘러싸인 IC 칩의 지지를 위한 칩 패드는 이 칩 패드에 근접한 내부 팁과 칩 패드로부터 이격된 외부 팁을 구비한다. 그래서, 본 발명은 PIDPs, SOICs, QFPs, SSOPs, TQFPs, TSSOPs 및 TVSOPs 등의 반도체 패키지 형태에 적용된다.
PDIPs에 있어서, 금 점은 외부 세그먼트의 양 측면에 인가된다. 갈매기 날개형 소자(도3 참조)에 있어서, 금 점은 조립 기판에 대면하는 세그먼트의 표면 상에만 요구된다. J자형 소자에 있어서, 금은 J자형 만곡부의 외면 상에 있으며, 이것은 또한 세그먼트의 모서리를 덮는다.
리드프레임의 기본 재료는 통상 구리이거나 구리 합금이다. 다른 선택은 철-니켈 합금("합금 42"), 인바, 또는 알루미늄을 포함한다.
리드프레임 세그먼트는 반도체 조립에서 5개의 요건을 만족시켜야 한다.
1) 리드프레임은 다른 부분에 납땜 부착하기 위한 외부 세그먼트 팁을 포함해야 한다.
2) 리드프레임은 와이어에 납땜 부착하기 위한 내부 세그먼트 팁을 포함해야 한다.
3) 리드프레임은 세그먼트를 형성하여 만곡시키기 위한 연성의 외부 세그먼트를 포함해야 한다.
4) 리드프레임 표면은 성형 화합물에 대한 부착을 포함해야 한다.
5) 리드프레임 세그먼트는 부식에 대한 무반응성을 포함해야 한다.
본 발명의 사상에 의하면, 요건 1)은 납땜 접합이 만들어져야 하는 곳에서, 그리고 그 곳에서만 금층을 선택적으로 용착함으로써 만족된다. 이 금층은 의도적으로 얇게 만든 희금속, 보통 팔라듐층 위에 도금된다. 이렇게 얇으므로, 팔라듐은 하층의 니켈의 산화를 방지하지 않게 될 것이고, 또한 이러한 방지를 위한 얇은 금층이 제공되며 니켈의 납땜성이 보장된다.
전술한 바와 같이, 만곡 후에 외부 리드 세그먼트의 최종 형상은 금이 필요한 곳을 결정한다.
본 발명은 요건 1)을 충족시키는 데 사용된 희금속층의 선택에 의해 요건 2)를 만족시킨다. 팔라듐에 있어서, 얇은 층이 와이어 부착을 신뢰성 있게 접합[스티치(stitch) 접합, 볼 접합, 또는 쐐기 접합]하기에 충분하다. 니켈층의 두께 및 증착 방법은 층이 연성을 보장하고 외부 리드 세그먼트의 만곡 및 형성을 가능하게 하도록 선택되어야 한다.
본 발명은 요건 1)을 충족시키는데 사용된 희금속층의 선택에 의해 요건 4)를 만족시키며, 실제 선택은 열가소성 성형 화합물과 다른 캡슐식 보호 재료에 대해 우수한 부착성을 갖는 팔라듐이다. 최대 부착의 관점에서, 본 발명이 완성된 패키지 내부의 금을 회피하는 것이 유리하다.
본 발명은 구리 기부 상에 용착된 연속적인 층들에 의해 요건 5)를 만족시킨다. 최적의 부식 무반응성은 도1에 도시된 연속적인 층들에 의해 달성된다.
도1의 본 발명의 실시예에서, 본 발명에 따른 리드프레임부의 개략적인 단면은 도면 부호 100으로 도시되어 있다. 구리 또는 구리 합금계 판(101)은 100㎛ 내지 300㎛ 범위의 양호한 두께를 가지며, 더 얇은 두께도 가능하다. 이러한 두께 범위의 연성은 세그먼트 만곡 및 형성 작업에 필요한 신장도의 5% 내지 15%를 제공한다. 리드프레임은 시동 판금으로부터 스탬핑 또는 에칭된다. 스탬핑 또는 에칭된 리드프레임은 먼저 알칼리성의 예비 세정액 내에 20℃ 내지 90℃에서 몇 초 내지 3분 동안 침지된다. 이에 의해, 기름, 그리스, 흙, 오물 및 다른 오염 물질이 제거된다.
씻어낸 다음, 리드프레임은 산성 활성조(槽) 내에 실내 온도에서 몇 초 내지 5분 동안 침지된다. 이 산성 활성조는 황산, 염산, 또는 다른 산 용제, 양호하게는 약 30g/l 내지 60g/l 농도의 용제로 구성된다. 이러한 용제는 구리 산화물을 제거하고 금속 구리 산화면을 활성화된 상태로 하여, 즉시 금속 니켈의 용착을 수용할 수 있다.
니켈층(102)은 약 50nm 내지 150nm 사이 범위의 두께로 전자 도금된다. 다음으로 용착된 층(103)은 팔라듐, 로듐, 금 은 및 플라티늄으로 구성된 군으로부터 선택된 희금속과 니켈 사이의 합금이다. 양호한 선택은 팔라듐으로, 60% 내지 80%의 팔라듐이다. 합금층은 전자 도금에 의해 용착되고 두께가 약 25nm 내지 150nm사이이며, 그 목적이 부식 방지이므로 밀착되어야 한다.
중요 층(104)은 양호하게는 약 0.5㎛ 내지 3㎛의 두께로 용착된 전자 도금 니켈이다. 이 니켈층은 리드프레임 세그먼트의 만곡 및 형성 공정에서 펴 늘일 수 있게 하기 위해서는 연성이 되어야 한다. 또한, 니켈 표면은 땜납 합금 또는 도전성 부착제가 성공적으로 사용될 수 있도록 하기 위해서는 납땜 공정에서 습윤성이 있어야 한다.
2개의 니켈층과 니켈 합금층의 전체 두께는 약 650nm 내지 4000nm의 범위 내에 있다.
도1의 실시예에서 다음으로 용착된 층은 팔라듐, 로듐, 금 및 실버로 구성된 군으로부터 선택된 전자 도금 희금속을 포함하는 층(105)이다. 양호한 실시예는 팔라듐이며, 그러나, 땜납과의 최소 상호 확산이 필요하다면, 층(105)은 플라티늄으로 구성될 수도 있다. 팔라듐의 가격이 최근 몇 년간 상당히 증가하였으므로, 본 발명에서는 팔라듐의 두께를 종래의 두께 값(약 3배 더 큼)으로부터 감소시키는 것이 중요하다. 본 발명에 따르면, 층(105)은 팔라듐이 선택되면 약 10nm 내지 30nm 사이의 두께인 것이 바람직하다.
이러한 두께 범위에서, 팔라듐은 모든 와이어 접합 부착(스티치 접합, 볼 접합 및 쐐기 접합)에 대하여 적합하며, 열가소성 성형 화합물에 대하여 우수한 부착, 즉 패키지가 얇은 층으로 갈라져 점진적인 부식을 방지하기 위해 중대한 특성을 유지한다.
도1의 실시예에서의 최외부 층은 약 2nm 내지 5nm 범위의 두께로 선택적으로 도금된 금을 포함하는 층(106)이다. 그 목적은 납땜 접합이 만들어질 때마다 하층(104)의 표면 산화를 방지하기 위한 것이다. 도1에 도시된 바와 같이, 층(105)의 부분을 덮는 마스크는 납땜성이 필요한 영역에 금이 점 도금되도록 하기 위해 금 용착이 한계선(106a)에서 시작하게 한다.
이러한 두께 범위에서, 금은 양호한 납땜성을 신뢰성 있게 제공할 뿐만 아니라 금 도금 영역과 금 용착이 없는 인접한 팔라듐 또는 니켈 표면과의 사이에서의 가시적인 구별을 제공한다. 이러한 덮여진 영역과 덮여지지 않은 영역 사이에서의 대조는 육안으로 용이하게 볼 수 있으며, 따라서, 제조 공정 제어에 있어 자동화된 시각적 검사에 상당히 적합하므로 제품의 품질을 보장하는데 기여한다.
용제로부터 연속적인 스트립으로 금속을 선택적으로 용착하기 위한 여러 방법들이 있다. 부피가 큰 리드프레임의 제조를 위해서는, 연속적인 스트립 또는 오픈 리일식의 도금이 유리하다. 양호한 방법의 공정 단계는 이하와 같다.
** 단계 및 반복
* 리드프레임 재료가 선택적인 도금 헤드 내에서 정지됨.
* 고무 마스크 시스템이 재료 상에 고정됨.
* 도금 용제가 재료에 분사됨.
* 전류가 인가됨.
* 전류가 차단됨.
* 용제가 차단됨.
* 헤드가 개방됨.
* 재료가 이동함.
이점 : 모서리 선명도가 우수하고 상당히 날카로운 도금 점; 표시 구멍, 핀 및 피드백 시각 시스템과 함께 사용될 때의 상당히 양호한 점 위치 성능.
단점 : 느림; 선택적인 도금 중 재료가 정지해야 함; 구입 및 유지 보수하기에 장비가 고가임; 타이밍이 생김; 이동 부분이 많음.
** 휘일 시스템
* 용제가 재료로 이동하게 하기 위해 내부에 구멍을 갖춘 대직경의 휘일 상으로 재료가 이동됨.
* 지지 벨트가 재료의 마스크 배면과 휘일 상에 재료를 고정하는데 사용됨.
* 전극이 휘일 내부에 고정됨.
이점 : 빠름; 선택적인 도금 중 재료가 정지하지 않음; 타이밍이 생기지 않음; 펌프, 정류기 및 구동 시스템이 연속적으로 있음; 기구적으로 덜 복잡하므로 저가임.
단점 : 금 점 도금용이 아님(불량한 모서리 형상, 불량한 점 위치 및 유출은 중요한 문제가 아님).
도2에서 개략적인 단면도로 도시된 본 발명의 실시예에서, 리드프레임의 구리 또는 구리 합금 기부에는 전자 도금된 니켈층(104)이 직접 이어지며, 부가적인 니켈층 및 니켈/팔라듐 합금층이 생략되어 있다. 니켈층(104)의 두께 범위도 0.5㎛ 내지 3㎛이다. 본 발명에 따르면, 전자 도금된 희금속층(105, 예를 들어, 팔라듐)은 약 10nm 내지 30nm 두께일 뿐이다. 최외부 층은 양호한 두께 범위가 약 2nm 내지 5nm인 얇고 선택적으로 도금된 금층(106)이다. 도2에 도시된 바와 같이, 마스크는 납땜성이 필요한 영역에 금이 점도금 되도록 하기 위해 금 용착이 한계선(106a)에서 시작하게 한다.
도3의 개략적인 단면도에서, 본 발명의 구리 또는 구리 합금 리드프레임(301)은 반도체 패키지(300)의 조립체에 적용된 것으로 도시되어 있다. 리드프레임(301)은 IC 칩(303)이 부착 재료(304, 통상 중합 반응을 해야 하는 에폭시 또는 폴리이미드)를 사용하여 부착된다. 리드프레임(301)은 다수의 리드 세그먼트(305)를 더 갖는다. 이러한 리드 세그먼트는 칩 장착 패드(302) 부근의 제1 단부(305a)와 장착 패드(302)로부터 이격된 제2 단부(305b)를 갖는다.
도3에 개략적으로 도시된 바와 같이, 리드 세그먼트(305)는 구리 또는 구리 합금으로 만들어진 기부(306)를 포함한다. 이러한 구리의 표면 상에는 도1에 상세하게 도시된 연속적인 층들이 있다. 니켈의 제1 층(307)이 구리에 가장 밀접하다. 이 층에는 니켈과 희금속, 양호하게는 팔라듐으로 만들어진 합금층(308)과 니켈의 제2 층(309)이 이어진다. 패키지 내부 및 리드프레임(305)의 일부분 상의 상부층은 희금속, 양호하게는 팔라듐으로 만들어진 층(310)이다.
도1과 관련하여 설명된 바와 같이, 이러한 연속적인 층들은 부식에 대한 신뢰성 있는 보호, 플라스틱 캡슐식 보호 화학물에 대한 신뢰성 있는 부착, 및 칩 접촉 패드를 리드프레임 세그먼트에 연결하기 위한 신뢰성 있는 와이어 접합을 제공한다. 도3에서, 접합 와이어(311)는 리드프레임 세그먼트(305)의 팔라듐 표면(310)에 용접된 스티치(312)를 구비한다. 접합 와이어는 금, 구리, 알루미늄, 및 이들의 합금으로 구성된 군으로부터 선택된다. 이들 금속들은 모두 다 본 발명의 적층된 리드프레임에 신뢰성 있는 용접을 제공한다.
도3에 도시된 바와 같이, 세그먼트(305)의 제2 단부(305b)는 구리 기부와 전자 도금된 니켈층의 연성으로 인해 만곡 및 형성에 적합하다. 이렇게 펴 늘일 수 있는 특징을 사용하여, 세그먼트(305)는 반도체 소자의 표면 장착 또는 기판 부착의 다른 기술에 필요한 형상으로 형성될 수도 있다. 세그먼트의 만곡은 제2 세그먼트 단부(305b)의 부식 보호 작용을 감소시키지 않는다. 예를 들어, 도3은 소위 "갈매기 날개 형상"의 세그먼트(305)를 나타낸다. 이러한 형상은 도3에 도시된 바와 같이 소위 "작은 외형"의 형태인 IC 패키지에 광범위하게 사용된다.
도3에서 최외부 층(313)은 본 발명의 점도금된 얇은 금층이다. 이러한 금층은 납땜 접합이 만들어지는 외부 세그먼트 단부(305b)의 영역을 덮는다. 경계선(313a)으로 인해, 금은 플라스틱 외형 부근의 팔라듐과 니켈 표면으로부터 구별될 수 있다. 도3과 다른 실시예에서, 갈매기 날개형 소자의 금은 조립 기판에 대면하는 세그먼트의 표면만을 덮으며, 이 경우에, 금은 세그먼트의 반대 측면에 비교될 때 팔라듐 표면으로부터 또한 구별될 수 있다.
본 발명의 금으로 점도금된 구리 리드프레임은 기판 또는 형성된 리드프레임 세그먼트의 다른 부분에 쉽고 신뢰성 있는 납땜 부착을 제공된다. 도3에서, 납땜 부착 재료(314)는 주석/납 혼합물, 주석/인듐, 주석/은, 주석/비스무트, 및 도전성 부착 화합물로 구성된 군으로부터 선택된 재료를 포함한다. 팔라듐이 층(310)의 금속으로서 선택되면, 팔라듐은 니켈층(309)에 대한 직접 납땜 습윤 작용이 달성되도록 하기 위해 부착 공정 중에 납땜 재료로 용해될 수도 있다(도3에 도시 안됨).
도3에서, 성형 화합물(315)은 장착 칩(303), 접합 와이어(311), 및 리드 세그먼트(305)의 제1 단부(305a)를 캡슐식으로 보호한다. 세그먼트의 제2의, 이격된 단부(305b)들은 성형된 패키지 내에 포함되지 않고 납땜 부착부에 노출된다. 통상적으로, 캡슐식 보호 재료(315)는 리드프레임의 층(310)에 대한 부착에 적합한 에폭시계 성형 화합물로 구성된 군으로부터 선택된다. 팔라듐에 대해서는, 성형 화합물에 대한 우수한 부착 특성이 달성될 수 있으므로, 패키지의 얇은 층으로 갈라짐, 습기의 침입 및 부식을 방지한다.
본 발명이 예시적인 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 이러한 설명은 제한적인 의미로 해석되도록 하기 위해 의도된 것이 아니다. 본 발명의 다른 실시예들뿐만 아니라 예시적인 실시예들에 대한 여러 수정과 조합은 상기 설명을 참조하면 당업자에게는 명백할 것이다. 예로서, 반도체 칩의 재료는 실리콘, 실리콘 게르마늄, 갈륨 비화물, 또는 제조에 사용되는 다른 반도체 재료를 포함할 수도 있다. 다른 예로서, 금층의 설계, 덮는 영역 및 제조 방법은 특정 리드프레임 또는 기판의 요구에 맞도록 수정될 수도 있다. 따라서, 첨부된 특허 청구 범위는 이러한 수정 또는 실시예들을 모두 포함하도록 의도된 것이다.
전술한 바와 같이, 반도체 집적 회로(IC)의 리드프레임에 대한 본 발명에 의하면, 금 도금층은 납땜을 위해 리드프레임의 영역들을 선택적으로 덮으므로, 이들 영역에 가시적인 구별을 제공하고 납땜 부착을 최적화한다. 이러한 금층은 상당히 얇아서 리드프레임의 가격을 거의 증가시키지 않으므로, 와이어 접합 및 성형 화합물에 대한 부착에 있어 리드프레임의 품질을 감소시키지 않고도 하층에 도금된 금속의 상당한 절약을 가능하게 한다.

Claims (22)

  1. 집적 회로 칩과 사용하기 위한 리드프레임으로서,
    납땜 부착을 위해 상기 리드프레임의 영역을 선택적으로 덮는 금 도금층을 포함하며,
    상기 금층은 상기 영역에 가시적인 구별을 제공하는 것을 특징으로 하는 리드프레임.
  2. 칩 장착 패드와 다수의 리드 세그먼트를 구비하고 집적 회로 칩과 사용하기 위한 리드프레임으로서,
    구리 또는 구리 합금으로 만들어진 리드프레임 기부와,
    상기 구리 또는 구리 합금 상에 용착된 제1 니켈층과,
    상기 제1 니켈층 상의 니켈 및 팔라듐 합금층과,
    상기 리드 세그먼트의 만곡, 와이어 접합, 및 납땜 부착에 적합하게 상기 합금층 상에 용착된 제2 니켈층과,
    니켈 표면을 보호하고 와이어 접합 및 납땜하고 성형 화합물에 부착하기에 적합하도록 용착된 팔라듐층과,
    납땜 부착을 위해 상기 리드 세그먼트의 영역을 선택적으로 덮는 금층을 포함하며,
    상기 금층은 상기 영역에 가시적인 구별을 제공하고 납땜 부착을 최적화하는 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 리드프레임.
  3. 제2항에 있어서, 상기 금층은 2nm 내지 5nm 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 리드프레임.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제1 니켈층은 50nm 내지 150nm 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 리드프레임.
  5. 제2항에 있어서, 상기 합금층은 50nm 내지 150nm 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 리드프레임.
  6. 제2항에 있어서, 상기 제2 니켈층은 1000nm 내지 3000nm 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 리드프레임.
  7. 제2항에 있어서, 상기 팔라듐층은 25nm 내지 75nm 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 리드프레임.
  8. 제2항에 있어서, 상기 구리 또는 구리 합금 기부는 100㎛ 내지 250㎛ 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 리드프레임.
  9. 제2항에 있어서, 상기 납땜 부착은 주석/납, 주석/인듐, 주석/은, 주석/비스무트 및 도전성 부착 화합물로 구성된 군으로부터 선택된 납땜 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 리드프레임.
  10. 제1항에 있어서, 상기 리드프레임은 금으로 선택적으로 도금된 철-니켈 합금 또는 인바 기부를 포함하는 것을 특징으로 하는 리드프레임.
  11. 집적 회로 칩용의 칩 장착 패드, 및 상기 장착 패드 부근의 제1 단부와 상기 장착 패드로부터 이격된 제2 단부를 갖는 다수의 리드 세그먼트를 구비한 리드프레임과,
    상기 장착 패드에 부착된 집적 회로 칩과,
    상기 칩과 상기 리드 세그먼트의 상기 제1 단부를 서로 연결하는 접합 와이어와,
    상기 칩, 접합 와이어 및 상기 리드 세그먼트의 상기 제1 단부를 둘러싸는 캡슐식 보호 재료로서, 상기 캡슐식 보호 재료와 둘러싸인 부분 사이의 부착이 최대화되도록 하는 캡슐식 보호 재료
    를 포함하며,
    상기 리드프레임은 제1 니켈 표면층, 니켈과 팔라듐 합금층, 제2 니켈층, 및 팔라듐층을 가지며,
    상기 리드프레임은 상기 리드 세그먼트의 상기 제2 단부를 선택적으로 덮는 최외부 금층을 납땜 부착을 최적화하는 두께로 더 가지며,
    상기 캡슐식 보호 재료는 상기 리드 세그먼트의 상기 제2 단부를 노출되게 하여 상기 금층에 대한 납땜 부착이 최대로 되게 하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
  12. 제11항에 있어서, 상기 접합 와이어는 금, 구리, 알루미늄, 및 이들의 합금으로 구성된 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
  13. 제11항에 있어서, 상기 리드 세그먼트의 상기 제1 단부에 대한 접합 와이어 접촉부는 볼 접합, 스티치 접합, 또는 쐐기 접합에 의해 만들어진 용접부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
  14. 제11항에 있어서, 상기 캡슐식 보호 재료는 상기 리드프레임에 부착하기에 적당한 에폭시계 성형 화합물로 구성된 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
  15. 제11항에 있어서, 상기 제2 단부가 만곡된 리드 세그먼트를 더 포함하며, 상기 세그먼트는 납땜 부착에 적합한 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
  16. 칩 장착 패드, 및 상기 장착 패드 부근의 제1 단부와 상기 장착 패드로부터 이격된 제2 단부를 갖는 다수의 리드 세그먼트를 구비한 리드프레임을 제조하는 방법으로서,
    상기 세그먼트의 제2 단부를 노출되게 하기 위해 상기 칩 패드와 상기 제1 세그먼트 단부를 선택적으로 마스킹하는 단계와,
    금 도금된 리드프레임 영역과 도금되지 않은 리드프레임 영역 사이의 가시적인 구별을 할 수 있도록 하기 위해 납땜 부착을 최적화하기에 적당한 두께로 상기 노출된 세그먼트 단부 상에 금층을 도금하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 리드프레임을 제조하는 방법으로서,
    집적 회로 칩용의 장착 패드, 및 상기 장착 패드 부근의 제1 단부와 상기 장착 패드로부터 이격된 제2 단부를 갖는 다수의 리드 세그먼트를 구비한 구리 리드프레임을 제공하는 단계와,
    알칼리성 담금 세정 및 알칼리성 전자 세정으로 상기 리드프레임을 세정하는 단계와,
    구리 산화물을 용해하기 위해 상기 리드프레임을 산성 용제에 침지시킴으로써 상기 리드프레임을 활성화시키는 단계와,
    상기 리드프레임을 전기 분해 니켈 도금 용제로 침지시키고 제1 니켈층을 상기 구리 상에 용착시키는 단계와,
    니켈과 팔라듐의 합금을 구비한 층을 전자 도금하는 단계와,
    상기 리드 세그먼트를 기계적으로 만곡시키기 위해 제2 니켈층을 전자 도금하는 단계와,
    팔라듐층을 전자 도금하는 단계와,
    상기 세그먼트의 제2 단부를 노출되게 하기 위해 상기 칩 패드와 상기 세그먼트의 제1 단부를 선택적으로 마스킹하는 단계와,
    금 도금된 리드프레임 영역과 도금되지 않은 리드프레임 영역 사이의 가시적인 구별을 할 수 있도록 하기 위해 납땜 부착을 최적화하기에 적당한 두께로 상기 노출된 세그먼트 단부 상에 금층을 도금하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 금 도금 단계는 전기 분해식으로 또는 전기 분해 없이 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 리드프레임의 상기 마스킹된 부분은 성형 화합물에 의해 캡슐식으로 보호되도록 하는 리드프레임 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제17항에 있어서, 공정 단계들은 시간 지연 없이 연속적으로 실행되지만 간헐적으로 나타나는 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제17항에 있어서, 상기 산성 용제는 황산, 염산 또는 다른 산인 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 리드프레임을 제조하는 방법으로서,
    집적 회로 칩용의 장착 패드, 및 상기 장착 패드 부근의 제1 단부와 상기 장착 패드로부터 이격된 제2 단부를 갖는 다수의 리드 세그먼트를 구비한 구리 리드프레임을 제공하는 단계와,
    알칼리성 담금 세정 및 알칼리성 전자 세정으로 상기 리드프레임을 세정하는 단계와,
    구리 산화물을 용해하기 위해 상기 리드프레임을 산성 용제에 침지시킴으로써 상기 리드프레임을 활성화시키는 단계와,
    상기 리드 세그먼트를 기계적으로 만곡시키기 위해 니켈층을 전자 도금하는 단계와,
    팔라듐층을 전자 도금하는 단계와,
    상기 세그먼트의 제2 단부를 노출되게 하기 위해 상기 칩 패드와 상기 세그먼트의 제1 단부를 선택적으로 마스킹하는 단계와,
    금 도금된 리드프레임 영역과 도금되지 않은 리드프레임 영역 사이의 가시적인 구별을 할 수 있도록 하기 위해 납땜 부착을 최적화하기에 적당한 두께로 상기 노출된 세그먼트 단부 상에 금층을 도금하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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