KR20000068907A

KR20000068907A - 리드 프레임재

Info

Publication number: KR20000068907A
Application number: KR1019997003963A
Authority: KR
Inventors: 마쓰모토다쓰노리; 노구치마사미; 아소가즈요시
Original assignee: 소네하라 다카시; 닛폰 덴카이 가부시키가이샤; 이이지마 도모오; 가부시키가이샤 노스
Priority date: 1997-02-03
Filing date: 1998-01-21
Publication date: 2000-11-25
Also published as: WO1998034278A1; TW391042B; US6117566A; KR100322975B1

Abstract

두께 35∼300㎛의 동(銅) 또는 동 합금층(A) 상에 두께 1.6∼10㎛의 인 함유량이 0.3∼1.0중량%의 니켈 인 합금층(B)을 형성하고, 이 니켈 인 합금층(B) 상에 다시 필요에 따라 두께 0.2∼30㎛의 동층(銅層)(C)을 형성하여 이루어지는 리드 프레임재(lead frame material)는 증착(蒸着) 등의 번잡한 공정을 필요로 하지 않고, 도금에 의해 에칭 스톱층을 형성할 수 있어, 내열성이 우수하다.

Description

리드 프레임재{LEAD FRAME MATERIAL}

IC, LSI의 고집적화에 따라 핀수가 증가하고, 그 때문에 리드(lead)부를 미세화하는 것이 필요하게 되어 있다. 리드 프레임재를 에칭(etching)하여 리드 프레임을 제조하는 방법은 리드부의 미세화에 적합한 방법이며, 일본국 특개평 3(1991)-148856호 공보에는 알루미늄으로 이루어지는 에칭 스톱층을 두께가 상이한 2층의 금속층에 의해 사이드 에치형으로 끼운 3층 구조의 리드 프레임재를 사용하고, 이것을 에칭함으로써 리드 프레임을 제조하는 방법이 기재되어 있다.

이 방법에 의하면, 에칭 스톱층을 형성함으로써 두께가 상이한 2층의 금속층을 선택적으로 에칭할 수 있어, 리드 프레임의 모재가 되는 두꺼운 금속층을 필요한 기계 강도가 얻어지는 두께로 하고, IC와의 접속부로 되는 얇은 금속층을 접속부에 요구되는 미세(微細)함에 따른 두께로 함으로써, IC와의 미세한 접속부와 충분한 기계적 강도를 가지는 리드 프레임을 제작할 수 있다.

그러나, 이 방법에 사용되는 3층 구조의 리드 프레임재는, 에칭 스톱층 재료가 증착(蒸着)에 의해 형성된 알루미늄이다. 증착에 의한 알루미늄층의 형성은 공정이 번잡하여, 리드 프레임재의 코스트 업으로 이어진다고 하는 문제가 있다.

또, 이 3층 구조의 리드 프레임재를 사용하여 리드 프레임을 제조하는 방법에 있어서는, 리드가 형성된 면의 면 상에 절연 보호막인 폴리이미드 필름을 폴리아미드산계 접착제를 사용하여 350℃ 이상의 온도로 경화(硬化)시켜 접착하는 등, 리드 프레임재가 고온에 드러나는 공정이 존재하여, 에칭 스톱층에는 이와 같은 고온에도 견디는 내열성이 요구된다. 전기 도금 등에 의해 용이하게 층을 형성할 수 있는 니켈층 등은, 350℃ 이상의 고온에 드러나면 금속층의 동이 니켈층으로 확산되어, 에칭 스톱층으로서의 역할을 다할 수 없다.

또, 일본국 특개평 5(1993)-121617호 공보에는 두께 80∼150㎛의 제1 동층과 두께 10∼50㎛의 제2 알루미늄층으로 이루어지는 2층 구조의 리드 프레임재의 알루미늄층 상에 제3 동층을 선택적 도금에 의해 형성하고, 그 후 제1 동층을 패터닝하고 이너(inner) 리드를 형성하여 리드 프레임을 제조하는 방법이 기재되어 있다. 이 방법에 있어서도 에칭 스톱층은 알루미늄층이어서, 3층 구조의 리드 프레임재와 동일한 문제가 있다.

본 발명의 목적은, 증착 등의 번잡한 공정을 필요로 하지 않고 전기 도금에 의해 용이하게 형성할 수 있는 동시에, 내열성이 우수한 에칭 스톱층을 중간층으로서 가지는 3층 구조 및 2층 구조의 리드 프레임재를 제공하는 것에 있다.

본 발명자 등은, 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토를 거듭한 결과, 3층 구조 및 2층 구조의 리드 프레임재의 에칭 스톱층으로서 특정 두께의 특정 합금층을 채용함으로써, 증착 등의 번잡한 공정을 필요로 하지 않고 전기 도금에 의해 용이하게 에칭 스톱층을 형성할 수 있는 동시에, 우수한 내열성을 가지는 3층 구조 및 2층 구조의 리드 프레임재가 얻어지는 것을 발견하고, 이 식견에 따라 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명은 두께 35∼300㎛의 동 또는 동 합금층(A) 상에 두께 1.6∼10㎛의 인 함유량이 0.3∼1.0중량%의 니켈 인(燐) 합금층을 형성하고, 이 니켈 인 합금층(B) 상에 두께 0.2∼30㎛의 동층(銅層)(C)을 형성하여 이루어지는 리드 프레임재를 제공하는 것이다.

본 발명은 또, 두께 35∼300㎛의 동 또는 동 합금층(A) 상에 두께 1.6∼10㎛의 인 함유량이 0.3∼1.0중량%의 니켈 인 합금층(B)을 형성하여 이루어지는 리드 프레임재를 제공하는 것이다.

본 발명은 반도체 장치 등의 리드 프레임 제조에 적합하게 사용되는 리드 프레임재(材)에 관한 것이다.

본 발명의 리드 프레임재에 있어서, 두께 35∼300㎛의 동 또는 동 합금층(A)은 리드 프레임의 아우터(outer) 리드 등을 형성하기 위한 부재로 되는 것으로, 두께가 35㎛ 미만이면 아우터 리드로서의 기계적 강도를 유지할 수 없게 되고, 두께가 300㎛를 초과하면 장시간의 에칭이 필요하게 되어, 생산성이 나빠진다. 바람직한 두께는 50∼200㎛이다. 동 합금으로서는, 예를 들면 동과, Sn, Ni, Zn, P, Fe, Zr, Cr, Mg 및 Si으로부터 선택되는 최소한 1종의 금속과의 합금으로서, 동 합금 중, 동 이외의 상기 금속의 함유량이 0.01∼5중량%인 것이 적합하다. 또, 동 또는 동 합금층(A)은 표면 조도(粗度) Ra가 0.1∼2.0㎛인 것이 적합하고, 더욱 바람직하게는 0.2∼0.8㎛이다. 표면 조도 0.1㎛ 미만인 경우에는 니켈 인 합금층(B)의 밀착성이 악화되는 일이 있고, 2㎛를 초과하는 경우에는 니켈 인 합금층(B)에 핀 홀(pin hole)이 발생되는 일이 있다.

3층 구조의 리드 프레임재에 있어서의 두께 0.2∼30㎛의 동층(C)은 미세한 패턴을 형성하기 위한 부재로 되는 것으로, 두께가 0.2㎛ 미만이거나 30㎛를 초과하거나 하면 미세한 패턴을 형성할 수 없다. 바람직한 두께는 0.5∼10㎛이다.

두께 1.6∼10㎛의 니켈 인 합금층(B)은 동 또는 동 합금층(A)용의 에칭액에 에칭되지 않는 금속층이다. 3층 구조의 리드 프레임재에 있어서는, 이것을 끼우는 금속층의 한쪽에 대한 에칭에 의해 다른 쪽이 에칭되는 것을 저지하는 역할을 다한다. 니켈 인 합금층(B)은 전기 도금에 의해 용이하게 형성할 수 있으므로, 종래 증착에 의해 형성되고 있던 알루미늄층과 비교하여, 번잡한 공정 없이 저코스트의 리드 프레임재를 얻을 수 있다고 하는 이점이 있다. 또, 니켈 인 합금은 인을 함유하고 있음에 따라 고온에 드러나도 인접하는 층의 동이 니켈 인 합금층(B)에 확산되는 일이 없어, 내열성이 우수하다. 니켈 인 합금층(B) 중의 인의 함유량은 0.3∼1.0중량%, 바람직하게는 0.5∼0.8중량%이다. 인의 함유량이 0.3중량% 미만에서는 내열성이 저하되어, 동의 니켈 인 합금층(B)에의 확산이 일어나, 에칭 스톱층으로서의 역할을 다할 수 없게 된다. 또, 1.0중량%를 초과하면 니켈 인 전석(電析) 효율이 저하하여 생산성이 저하된다.

니켈 인 합금층(B)의 두께가 1.6㎛ 미만이면, 에칭 스톱층으로서의 기능, 즉 한쪽의 금속층을 에칭할 때에, 다른 쪽의 금속층을 보호하는 기능을 충분히 확보할 수 없게 된다. 또, 10㎛를 초과하면, 최종적으로 에칭 스톱층을 제거할 때에 장시간을 요해, 리드 프레임 제작 시의 생산성이 저하된다. 바람직한 두께는 2.0∼5.0㎛이다.

또, 니켈 인 합금층(B)의 표면 조도 Ra는 밑바탕의 동 또는 동 합금층(A)의 표면 조도에 어느 정도 영향을 받지만, 0.1∼0.8㎛가 바람직하다.

또, 녹 방지성을 확보하는 점에서, 리드 프레임재의 표면에는 크로메이트(ch

romate) 처리나 아연 화합물을 함유하는 크로메이트 처리가 실시되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 리드 프레임재는 두께 35∼300㎛의 동 또는 동 합금층(A)의 표면에 니켈 인 도금에 의해 두께 1.6∼10㎛의 니켈 인 합금층(B)을 형성하고, 3층 구조의 리드 프레임의 경우에는 다시 니켈 인 합금층(B)의 표면에 동 도금에 의해 두께 0.2∼30㎛의 동층(C)을 형성함으로써 제조할 수 있다. 필요에 따라, 동층(C)의 표면에 크로메이트층을 형성한다.

2층 구조의 리드 프레임재의 경우에는, 니켈 인 합금층(B) 상에 도금 레지스트의 패턴을 형성하여, IC와의 미세한 동 접속부를 도금 형성할 수 있다. 3층 구조의 리드 프레임재의 경우에는, IC와의 미세한 동 접속부를 동층(C)을 에칭함으로써 형성할 수 있다.

니켈 인 도금에 사용되는 바람직한 도금액 조성 및 도금 조건을 다음에 기재한다.

(1) 도금욕(鍍金浴) 조성

유산(硫酸) 니켈 200∼300g/l

붕산 10∼100g/l

아인산(亞燐酸) 0.2∼20g/l

o - 술포 안식향산(安息香酸) 이미드 나트륨 1∼50g/l

유산 마그네슘 10∼200g/l

(2) 전해(電解) 조건

pH : 1.6∼3.0, 전류 밀도 : 1∼10A/d㎡, 액온(液溫) : 20∼70℃

본 발명의 리드 프레임재를 사용하여 제조할 수 있는 바람직한 반도체 장치로서는, TBGA(tape ball grid array), CSP(ship size package) 등을 들 수 있다.

다음에, 본 발명을 실시예 및 비교예에 의해 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

두께 150㎛의 동 합금박(合金箔)(미쓰비시 신도(伸銅) (주)제, 동-니켈-석(錫)계 합금, 상품명 : TAMAC 15, 표면 조도 Ra : 0.2㎛)를 준비하고, 그 비도금면에 미리 플라스틱제의 도금 금속 석출(析出) 방지 피막(被膜)을 실시했다.

이것을 사용하여 다음의 제조 공정(1∼5)을 차례로 실시하고, 동 합금층의 위에 니켈 인 합금층(두께 2㎛, 인 함유량 0.8중량%, 표면 조도 Ra : 0.2㎛) 및 동층(두께 2㎛, 표면 조도 Ra : 0.2㎛)을 형성하여, 3층 구조의 리드 프레임재를 제조했다. 그리고, 1∼5의 각 공정의 종료 후 수세(水洗)를 실시하였다.

제조 공정

1. 탈지(脫脂) 처리

(1) 탈지액

오르토(ortho) 규산 나트륨 30g/l

탄산 나트륨 20g/l

수산화 나트륨 20g/l

(2) 전해 탈지 조건

전류 밀도 : 5A/d㎡, 처리 시간 : 30초, 액온 : 40℃,

음극 : 동 합금박, 양극 : 산화 이리듐

2. 산세(酸洗) 처리

(1) 세정액

유산 : 25g/l

(2) 세정 조건

처리 시간 : 30초, 액온 : 20℃

3. 니켈 인 합금 도금층의 형성

(1) 도금액

유산 니켈 300g/l

붕산 40g/l

아인산 4g/l

o - 술포 안식향산 이미드 나트륨 10g/l

유산 마그네슘 80g/l

(2) 전해 조건

전류 밀도 : 1.1A/d㎡, 전해 시간 : 10분, 액온 : 35℃

pH : 2.5, 양극 : 산화 이리듐

4. 동 도금층의 형성

(1) 도금액

유산 동 280g/l

유산 70g/l

첨가제(젤라틴) 3ppm

첨가제(Cl) 10ppm

(2) 전해 조건

전류 밀도 : 3.5A/d㎡, 전해 시간 : 4분, 액온 : 35℃, 양극 : 산화 이리듐

5. 녹 방지층의 형성

(1) 처리액

중(重)크롬산 나트륨 3.5g/1

(2) 처리 조건

침지(浸漬) 처리 시간 : 25초, 액온 : 20℃, pH : 4.7

6. 건조

건조 조건 온도 : 100℃, 시간 : 5분

상기 공정에 의해 얻어진 3층 구조의 리드 프레임재를 사용하여, N₂가스 분위기 중에서 가열 처리(200℃, 300℃, 400℃, 500℃)를 30분간 실시하고, 다음의 고온열 확산 시험에 의해 리드 프레임재의 내열성을 평가했다.

고온열 확산 시험

각각의 온도로 가열 처리한 시험 부분을 SEM(주사형(走査型) 전자 현미경) 및 오제(Ager) 전자 분광(分光) 분석 장치를 사용하여 리드 프레임의 단면(斷面)(니켈 인 합금층과 얇은 동층의 접합부)의 가열 온도에 의한 금속 상호의 열 확산 합금화의 정도를 분석하고, 열 확산율(%)로서 구해, 그 수치를 표 1에 나타냈다. 열 확산율(%)이 작을 수록, 금속층 상호의 합금화가 진행되지 않고 있는 것을 의미하고 있어, 리드 프레임재는 내열성이 우수하고, 선택 에칭성이 우수한 것으로 된다.

비교예 1

실시예 1과 동일한 동 합금박을 사용하고, 상기 공정 3을 다음의 니켈 도금층의 형성 공정 3'으로 변경하여, 니켈 인 합금층을 니켈층(두께 2㎛, 표면 조도 Ra 0.2㎛)으로 변경한 이외는 실시예 1과 동일하게 하여, 리드 프레임재를 제작하고, 실시예 1과 마찬가지로 열 확산 시험을 실시하여 그 결과를 표 1에 나타냈다.

3'. 니켈 도금층의 형성

(1) 도금액

유산 니켈 280g/l

붕산 40g/l

o - 술포 안식향산 이미드 나트륨 5g/l

(2) 전해 조건

전류 밀도 : 1.0A/d㎡, 전해 시간 : 10분, 액온 : 35℃

pH : 2.5, 양극 : 산화 이리듐

	열 확산율(%)
	200℃	300℃	400℃	500℃
실시예 1	0	0	0	50
비교예 1	0	25	75	100

표 1의 결과로부터, 실시예 1의 리드 프레임재는, 내열성이 우수하다는 것을 알 수 있다.

실시예 2

실시예 1에 있어서, 상기 공정의 4를 실시하지 않은 이외는 실시예 1과 동일하게 하여 리드 프레임재를 제작하고, 실시예 1과 마찬가지로 열 확산 시험을 실시하여 그 결과를 표 2에 나타냈다.

비교예 2

비교예 1에 있어서, 상기 공정의 4를 실시하지 않은 이외는 비교예 1과 동일하게 하여 리드 프레임재를 제작하고, 실시예 1과 마찬가지로 열 확산 시험을 실시하여 그 결과를 표 2에 나타냈다.

	열 확산율(%)
	200℃	300℃	400℃	500℃
실시예 2	0	0	0	50
비교예 2	0	25	75	100

표 2의 결과로부터, 실시예 2의 리드 프레임재는, 내열성이 우수하다는 것을 알 수 있다.

본 발명의 리드 프레임재는 니켈 인 합금으로 이루어지는 에칭 스톱층을 가지고 있으므로, 미세한 리드부의 형성에 적합할 뿐만 아니라. 내열성에도 우수한 것이다. 또, 본 발명의 리드 프레임재는 에칭 스톱층을 전기 도금에 의해 형성할 수 있는 니켈 인 합금층이므로, 증착 등의 번잡한 공정을 필요로 하지 않아 용이하게 제조할 수 있어, 생산성에도 우수한 것이다.

Claims

두께 35∼300㎛의 동(銅) 또는 동 합금층(A) 상에 두께 1.6∼10㎛의 인(燐) 함유량이 0.3∼1.0중량%의 니켈 인 합금층(B)을 형성하고, 이 니켈 인 합금층(B) 상에 두께 0.2∼30㎛의 동층(銅層)(C)을 형성하여 이루어지는 리드 프레임재(lead frame material).
제1항에 있어서, 니켈 인 합금층(B) 중의 인 함유량이 0.5∼0.8중량%인 리드 프레임재.
제1항에 있어서, 동 또는 동 합금층(A)이 동과, Sn, Ni, Zn, P, Fe, Zr, Cr, Mg 및 Si으로부터 선택되는 최소한 1종류의 금속과의 합금으로 이루어지는 동 합금층인 리드 프레임재.
제1항에 있어서, 동 또는 동 합금층(A)의 표면 조도(粗度) Ra가 0.1∼2㎛인 리드 프레임재.
제1항에 있어서, 니켈 인 합금층(B)이 전기 도금에 의해 형성된 것인 리드 프레임재.
제1항에 있어서, 동층(C)의 두께가 0.5∼10㎛인 리드 프레임재.
두께 35∼300㎛의 동 또는 동 합금층(A) 상에 두께 1.6∼10㎛의 인 함유량이 0.3∼1.0중량%의 니켈 인 합금층(B)을 형성하여 이루어지는 리드 프레임재.
제7항에 있어서, 니켈 인 합금층(B) 중의 인 함유량이 0.5∼0.8중량%인 리드 프레임재.
제7항에 있어서, 동 또는 동 합금층(A)이 동과, Sn, Ni, Zn, P, Fe, Zr, Cr, Mg 및 Si으로부터 선택되는 최소한 1종류의 금속과의 합금으로 이루어지는 동 합금층인 리드 프레임재.
제7항에 있어서, 동 또는 동 합금층(A)의 표면 조도 Ra가 0.1∼2㎛인 리드 프레임재.
제7항에 있어서, 니켈 인 합금층(B)이 전기 도금에 의해 형성된 것인 리드 프레임재.