KR20070094253A - 반도체 패키지의 리드 프레임 도금 방법 - Google Patents

반도체 패키지의 리드 프레임 도금 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 리드 프레임 도금 방법에 관한 것으로, 벨트 핑거로부터 도금 박편이 발생되는 것을 최소화하기 위한 것이다. 이를 위한 본 발명은 벨트 핑거를 이용해 리드 프레임을 이송 벨트에 부착시켜 이송하며 리드 프레임을 도금하는 반도체 패키지의 리드 프레임 도금 방법으로, a) 산 활성화 용액에 리드 프레임을 수용하여 리드 프레임의 표면에 형성된 산화막을 제거하는 프리딥 공정이 진행되는 단계, b) 도금 용액에 리드 프레임을 수용하고, 전류를 공급하여 리드 프레임의 표면에 도금막을 형성하는 도금 공정이 진행되는 단계, 및 c) 반도체 패키지를 이송 벨트로부터 분리시켜 적재하는 단계를 포함하고, c) 단계는 산 활성화 용액에 전류를 공급하여 산 활성화 용액을 전기 분해하며 진행되는 반도체 패키지의 리드 프레임 도금 방법을 제공한다.
이에 의하면, 프리딥 공정에서 전기 분해를 통하여 벨트 핑거 표면의 산화막을 제거하기 때문에 벨트 핑거의 도금 밀착력을 향상시킬 수 있다. 따라서, 이송 벨트로부터 반도체 패키지를 분리시킬 때, 벨트 핑거가 움직이더라도 벨트 핑거로부터 도금 박편이 떨어져 나가는 것을 억제할 수 있으므로 도금 박편에 의해 후속 공정에서 발생되는 불량을 줄일 수 있다.
도금 설비, Sn-Bi, 리드 프레임, 반도체 패키지, 프리딥

Description

반도체 패키지의 리드 프레임 도금 방법{METHOD OF PLATING FOR LEAD FRAME OF SEMICONDUCTOR PACKAGE}
도 1은 종래의 리드 프레임을 나타내는 평면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 프리딥 공정이 진행되는 산 활성화부를 개략적으로 나타내는 사시도.
도 3은 도 2의 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>
10 : 산 활성화부
20 : 프리딥 용액
30 : 반도체 패키지
35 : 리드 프레임
40 : 이송 벨트
45 : 벨트 핑거
50 : 산 활성화 욕조
53 : 홈
55 : 덮개
60 : 전원장치
70 : 양극판
80 : 접촉판
본 발명은 반도체 패키지의 리드 프레임 도금 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 리드 프레임 도금 과정에서 벨트 핑거의 도금 밀착력을 향상시킬 수 있는 반도체 패키지의 리드 프레임 도금 방법에 관한 것이다.
리드 프레임은 반도체 칩(chip)과 함께 반도체 패키지를 이루는 핵심 구성요소의 하나로서, 반도체 칩을 외부와 연결해주는 도선(lead)의 역할과 반도체 칩을 지지해주는 지지체(frame)의 역할을 겸한다.
이러한 리드 프레임은 일반적으로 반도체 패키지 제조 시 단위 리드 프레임이 다수개 연결되는 리드 프레임 스트립 형태로 제공된다. 리드 프레임을 이용하는 반도체 패키지 제조 공정은 칩 부착 공정, 와이어 본딩 공정, 몰딩 공정, 도금 공정 등이 포함된다. 종래의 리드 프레임을 도시하고 있는 도 1을 참조하면, 칩 부착 공정은 반도체 칩을 리드 프레임(109)의 다이 패드(102)에 부착시키는 공정이고, 와이어 본딩 공정은 반도체 칩의 단자부와 리드 프레임(109)의 내부 리드(103)를 금(Au) 또는 알루미늄(Al) 와이어로 접합하여 전기적으로 연결하는 공정이며, 몰딩 공정은 에폭시 수지 등의 절연 수지를 이용하여 도 1에 나타낸 점선(A) 내부 영역, 즉 반도체 칩과 와이어 및 내부 리드(103) 부분을 봉합부로 형성하는 공정이다.
도금 공정은 몰딩 공정이 완료된 후, 봉합부 외부에 노출되는 외부 리드(104)가 기판에 실장될 때 용이하게 접합될 수 있도록 젖음성(solder wettability)을 향상시키기 위해 진행되며, 외부 리드(104)의 소정 부위에 주석(Sn) 또는 주석 합금 등을 이용하여 도금하게 된다. 이러한 도금 공정은 일반적으로 몰딩 공정이 완료된 반도체 패키지가 도금 설비의 벨트 핑거에 의해 이송 벨트에 부착되어 이송 벨트와 함께 이동하며 진행된다.
도금 공정은 다시 세분화된 여러 공정으로 분류할 수 있으며, 이에 관한 예가 한국특허공개공보 제2004-0058113호 등에 개시되어 있다. 이에 의하면, 종래의 도금 방법은 반도체 패키지의 리드 프레임의 표면에서 도금 피막의 밀착성이나 부착성을 저해하는 유지 등의 유기성의 오염 물질을 제거하는 공정이 먼저 진행되고, 이후, 화학 에칭 처리(기본적으로는 산화-환원 반응을 이용한 처리)를 행하여, 입계나 개재물 등의 존재에 의해 불균일한 표면으로 되어 있는 리드 프레임의 표면을 균일화시키는 공정이 진행된다. 다음으로, 산 활성화 욕조에서 리드 프레임에 형성된 산화막을 제거하게 되고, 이후, 실제적인 도금 공정이 진행된다.
여기서, 산 활성화 욕조에서 진행되는 공정은 리드 프레임에 형성되어 있는 산화막을 제거시키기 위한 공정으로, 예비 산 활성화(Pre-dip; 이하 프리딥) 공정이라 한다. 종래의 프리딥 공정은 전기분해성이 강한 산 활성화 용액(일반적으로 도금 공정에서 쓰이는 도금 용액)을 산 활성화 욕조에 공급하고, 산 활성화 욕조를 경유하는 리드 프레임이 산 활성화 용액 내에 수용되도록 하여 리드 프레임에 형성된 산화막을 제거하는 방법이 이용되고 있다.
그런데, 근래에 들어 환경 오염 등의 문제에 의해 Pb의 사용이 제한됨으로 인해 반도체 패키지의 제조에 사용되는 합금들도 무연(Pb-free) 합금이 이용되고 있다. 이에 따라, 리드 프레임의 도금에 이용되는 합금도 주석(Sn)을 주성분으로 하는 무연 합금이 일반적으로 사용되고 있다.
최근에는 도금을 위한 무연 합금으로는 Sn-Bi가 주로 사용되고 있다. 그러나 Sn-Bi의 경우, 종래의 Sn-Pb에 비하여 금속간 결합이 불안정하기 때문에, 종래에 비해 낮은 도금 밀착력을 갖는다. 따라서, 도금 과정에서 도금되는 리드 프레임과 도금 설비의 벨트 핑거의 표면에는 Sn-Pb에 비해 낮은 도금 밀착력으로 도금막이 형성되며, 이러한 현상은 리드 프레임에 비해 상대적으로 표면이 거친 벨트 핑거에서 더욱 심화된다.
이처럼 낮은 도금 밀착력으로 도금막이 형성되면, 도금 과정이 완료된 후 이송 벨트로부터 반도체 패키지를 분리시킬 때, 벨트 핑거의 움직임으로 인하여 벨트 핑거에 도금된 도금막이 쉽게 박리되어 도금 박편(薄片)으로 형성되는 문제가 있다. 그리고 이러한 도금 박편은 도금 설비의 내부에서 비산(飛散)하며 반도체 패키지의 리드 프레임 등에 안착하여 후속 공정에서 불량을 유발시키는 원인이 되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 리드 프레임과 함께 도금되는 벨트 핑거의 도금 밀착력을 향상시킬 수 있는 반도체 패키지의 리드 프레임 도금 방법을 제공하는 데에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 벨트 핑거를 이용해 리드 프레임을 이송 벨트에 부착시켜 이송하며 리드 프레임을 도금하는 반도체 패키지의 리드 프레임 도금 방법으로, a) 산 활성화 용액에 리드 프레임을 수용하여 리드 프레임의 표면에 형성된 산화막을 제거하는 프리딥 공정이 진행되는 단계, b) 도금 용액에 리드 프레임을 수용하고, 전류를 공급하여 리드 프레임의 표면에 도금막을 형성하는 도금 공정이 진행되는 단계, 및 c) 반도체 패키지를 이송 벨트로부터 분리시켜 적재하는 단계를 포함하며, c) 단계는 산 활성화 용액에 전류를 공급하여 산 활성화 용액을 전기 분해하며 진행되는 것이 특징이다.
이 경우, c) 단계의 전기 분해는 산 활성화 용액에 금속 재질의 양극판을 설치하여 양극으로 하고, 벨트 핑거를 음극으로 하여 진행되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 있어서, 산 활성화 용액은 상기 도금 용액과 동일한 것이 바람직하며, 도금막은 Sn-Bi 합금을 포함하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 또한, 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성 요소들에 대해서는 상세한 설명을 생략하도록 한다.
마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되 거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 프리딥 공정이 진행되는 산 활성화부를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 3은 도 2의 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예의 산 활성화부(10)는 산 활성화 용액(20)이 담겨져 있는 산 활성화 욕조(50), 양극판(70), 및 전원장치(60)를 포함하며, 이송 벨트(40)에 부착된 반도체 패키지(30)들이 산 활성화 욕조(50)의 중심을 가로지르며 이송되도록 형성된다. 본 실시예에서는 Sn-Bi 합금을 이용한 도금 방법으로, 본 실시예에서 이용되는 산 활성화 용액(20)은 도금 용액과 동일한 용액(예컨데, MSA(Methanesulfonicacid) 등)이 이용된다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
산 활성화 욕조(50)는 직사각의 상자 형태로, 상부면에는 오염 물질이 투입되는 것을 방지하기 위한 덮개(55)가 설치된다. 또한, 이송 벨트(40)가 이동하는 경로상에 위치된 산 활성화 욕조(50)의 마주보는 두 측벽에는 수직 방향으로 길게 홈(53)이 형성된다. 이에 따라 이송 벨트(40)와 이송 벨트(40)에 부착된 반도체 패키지(30)는 산 활성화 욕조(50)와 접촉하지 않으며 용이하게 산 활성화 욕조(50)의 내부를 경유하며 지나갈 수 있다.
한편, 산 활성화 욕조(50)의 산 활성화 용액(20)은 산 활성화 욕조(50)에 형성되어 있는 홈(53)들을 통해 지속적으로 산 활성화 욕조(50)의 외부로 배출된다. 따라서, 산 활성화 욕조(50)의 하부에는 산 활성화 용액(20)을 보충하기 위해 용액 공급부(도시되지 않음)가 설치된다. 용액 공급부는 산 활성화 욕조(50)와 연결되어 지속적으로 산 활성화 욕조(50)에 산 활성화 용액(20)을 공급하게 된다. 따라서, 산 활성화 용액(20)은 항상 산 활성화 욕조(50) 내부를 지나는 반도체 패키지(30) 전체가 잠길 수 있는 높이로 유지된다.
양극판(70)은 산 활성화 욕조(50)의 다른 양 측벽 즉, 홈(53)이 형성되지 않은 마주보는 측벽에 근접하도록 각각 설치된다. 이러한 양극판(70)은 전기 전도성이 좋은 금속 재질로 이루어지며, 프리딥 공정이 진행될 때 산화 반응이 일어나는 곳이므로 내식성 및 내구성이 강한 금속(예컨데, 티타늄(titanium) 등)을 이용하는 것이 바람직하다.
전원장치(60)는 산 활성화 용액(20)에 전류를 공급하기 위한 것으로, 전원장치(60)의 양극은 산 활성화 욕조(50)의 양측에 설치되는 각각의 양극판(70)과 전기적으로 연결된다. 전원장치(60)의 음극은 접촉판(80)을 통해 이송 벨트(40) 및 벨트 핑거(45)와 전기적으로 연결된다. 따라서, 산 활성화 용액(20)에 수용되는 벨트 핑거(45) 및 벨트 핑거(45)와 전기적으로 연결되는 반도체 패키지(30)의 리드 프레임(35)이 모두 음극판의 역할을 담당하게 된다.
이상과 같은 구성을 갖는 본 실시예에 따른 산 활성화부(10)를 통한 리드 프레임 도금 방법을 설명하면 다음과 같다.
본 실시예에 따른 리드 프레임 도금 방법은 먼저 프리딥 공정이 진행된다. 다양한 세정 과정을 거친 반도체 패키지(30)가 벨트 핑거(45)에 의해 이송 벨트 (40)에 부착된 상태로 산 활성화부(10)의 산 활성화 욕조(50)로 진입하게 된다. 여기서, 반도체 패키지(30)는 리드 프레임 스트립 형태로 벨트에 부착되어 이송된다. 벨트 핑거(45)는 탄성력을 이용하여 반도체 패키지(30)를 이송 벨트(40)에 부착시키게 되는데, 이때 금속 재질인 벨트 핑거(45)와 반도체 패키지(30)의 리드 프레임(35)은 서로 전기적으로 연결된다.
한편, 산 활성화 욕조(50)에 담겨있는 산 활성화 용액(20)에는 전원장치(60)로부터 전류가 지속적으로 공급된다. 전원장치(60)는 양극판(70)을 양극으로 이용하고, 벨트 핑거(45) 및 리드 프레임(35)을 음극으로 이용하여 산 활성화 용액(20)에 전류를 공급하게 되며, 이로 인하여 산 활성화 용액(20)은 전기 분해된다. 즉, 양극판(70)에서는 산화 반응이 발생되고, 음극인 벨트 핑거(45)와 리드 프레임(35)에서는 환원 반응이 발생된다.
음극에서 발생되는 환원 반응으로 인하여 벨트 핑거(45)와 리드 프레임(35)의 표면에 형성되어 있던 산화막이 제거된다. 종래의 Sn-Pb를 이용한 도금 방법의 경우, 이와 같은 전기 분해를 이용하지 않고, 반도체 패키지(30)를 산 활성화 용액(20)에 수용하는 과정만으로도 도금 밀착력에 따른 문제가 발생되지 않았다. 그러나, 현재의 Sn-Bi를 이용하는 경우 종래의 Sn-Pb를 이용하는 경우에 비해 불안정한 도금 밀착력을 보이고 있다. 따라서, 본 발명에서는 반도체 패키지(30)를 산 활성화 용액(20)에 수용시킴과 더불어 전류의 공급을 통한 전기 분해를 함께 진행함으로써, 벨트 핑거(45)와 리드 프레임(35)의 산화막을 최대한 제거하는 방법을 이용한다.
계속해서, 산화막이 제거된 리드 프레임(35)의 표면에 도금막을 형성하는 도금 공정이 진행된다. 리드 프레임의 도금 공정은 공지된 기술이므로, 여기서는 자세한 설명을 생략하기로 한다.
한편, 도금 공정이 진행됨에 따라, 리드 프레임(35)뿐 아니라 벨트 핑거(45)의 표면에도 도금막이 형성된다. 이는 도금 과정 시 벨트 핑거(45)도 리드 프레임(35)과 함께 도금 용액에 담겨진 상태로 전기 분해가 진행되기 때문이다.
리드 프레임(35)의 도금 공정이 완료되면, 반도체 패키지(30)는 세정 및 건조 공정을 거친다. 반도체 패키지(30)는 세정 공정을 통해 표면에 묻은 도금 용액을 모두 제거하게 되고, 이후 고온의 열을 이용하여 표면의 물기를 모두 제거시키게 된다.
이상과 같은 과정을 통해 리드 프레임(35)에 도금막이 형성된 반도체 패키지(30)는 이송 벨트(40)로부터 분리되어 이송 매거진(도시되지 않음)에 적재되는 단계를 거친다. 이때 이송 벨트(40)로부터 반도체 패키지(30)가 분리되는 과정에서 벨트 핑거(45)가 열리게 되는데, 본 실시예에 따른 벨트 핑거(45)는 향상된 도금 밀착력으로 도금막이 형성되므로, 이 과정에서 도금 박편이 거의 발생되지 않는다.
한편, 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 상술된 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다. 예를 들면, 본 발명의 양극판은 산 활성화 욕조의 마주보는 양 측벽에 설치하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, 산 활성화 욕조 내에서 효과적으로 산 활성화 용액을 전기 분해할 수 있는 위치라면 다양한 적용이 가능하다.
이상과 같이 본 발명의 리드 프레임 도금 방법에 따르면 프리딥 공정에서 전기 분해를 통하여 벨트 핑거 표면의 산화막을 제거함으로써, 벨트 핑거의 도금 밀착력을 향상시킬 수 있다.
따라서, 이송 벨트로부터 반도체 패키지를 분리시킬 때, 벨트 핑거가 움직이더라도 벨트 핑거로부터 도금막이 박리되어 도금 박편으로 떨어져 나가는 것을 억제할 수 있으며, 이에 도금 박편에 의해 후속 공정에서 발생되는 불량을 줄일 수 있다.

Claims (4)

  1. 벨트 핑거를 이용해 리드 프레임을 이송 벨트에 부착시켜 이송하며 리드 프레임을 도금하는 반도체 패키지의 리드 프레임 도금 방법으로,
    a) 산 활성화 용액에 리드 프레임을 수용하여 상기 리드 프레임의 표면에 형성된 산화막을 제거하는 프리딥 공정이 진행되는 단계;
    b) 도금 용액에 상기 리드 프레임을 수용하고, 전류를 공급하여 상기 리드 프레임의 표면에 도금막을 형성하는 도금 공정이 진행되는 단계; 및
    c) 상기 반도체 패키지를 상기 이송 벨트로부터 분리시켜 적재하는 단계;를 포함하며,
    상기 c) 단계는 상기 산 활성화 용액에 전류를 공급하여 상기 산 활성화 용액을 전기 분해하며 진행되는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 리드 프레임 도금 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 c) 단계의 전기 분해는 상기 산 활성화 용액에 금속 재질의 양극판을 설치하여 양극으로 하고, 상기 벨트 핑거를 음극으로 하여 진행되는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 리드 프레임 도금 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 산 활성화 용액은 상기 도금 용액과 동일한 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 리드 프레임 도금 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 도금막은 Sn-Bi 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 리드 프레임 도금 방법.
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