KR940007384B1 - 리드프레임 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

리드프레임 및 그 제조방법

제 1 도는 이 발명의 한 실시예에 의한 리드프레임의 평면도.

제 2 도a는 제 1 도의 A-A 단면도, b는 B-B 단면도.

제 3 도는 리드프레임과 몰드수지의 계면을 모식적으로 표시하는 단면도.

제 4 도 내지 제 6 도는 실시예 및 비교예에 있어서의 동의 산화피막의 결정구조를 표시하는 주사전자현미경사진.

제 7 도는 종래의 리드프레임의 평면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 리드프레임 2 : 다이패드

3 : 인너리드 4 : Ag 도금부

7 : 모재(母材) 8 : Ni 바탕도금부

9 : 동의산화피막

10 : 몰드수지.(각 도면중, 동일부호는 동일부분 또는 상당부분을 표시한다.)

이 발명은, 반도체장치의 패키지에 사용되는 리드프레임, 특히 수지봉하여 막는 패키지의 신뢰성을 향상시키는 리드프레임, 및 그 제조방법에 관한 것이다.

집적회로, 개별반도체등의 반도체장치의 패키지는 수지봉하여 막는 패키지이고, 동 또는 동합금으로 이루어지는 리드프레임(동계 리드프레임)이 많이 사용된다.

제 7 도는 종래의 동계 리드프레임을 표시하는 평면도이다. 도면에 있어서, (1)은 동 또는 동합금으로 이루어지는 프레임, (2)는 반도체칩을 얹어 실어놓기 위한 리드프레임(1)에 형성된 다이패드, (3)은 반도체칩의 전극과 전기적 접속을 취하기 위한 인너리드이며, 다이패드(2)의 전면과 인너리드(3)의 선단부의 반도체칩 실어서 얹어놓는면 쪽에서 Ag 도금부(4)가 형성되어 있다. Ag 도금부(4)의 아래에는 통상 밑바탕금속으로서 Cu 혹은 Ni 등의 밑바탕도금이 시행되고 있다. (5)는 외부와의 전기적, 물리적접속을 취하기 위한 아웃터리드이고, 아웃터리드(5)는 타이바(6)에 의하여 서로 연결되어 있다.

이와 같은 종래의 동계 리드프레임(1)의 제조방법은, 우선 동 또는 동합금과 같은 동계 금속재료의 판재를, 순송발형(順送拔型)을 사용하여 압연하여 뽑아내든가, 혹은, 동 또는 동합금의 판재표면에 전사노출법등에 의하여 레지스트를 패터닝하여, 레지스트로 덮여져 있지 않은 부분을 에칭으로 용해제거하는 것에 의하여, 리드프레임의 형상이 형성된다.

그후, 다이패드(2)의 전면 및 인너리드(3)의 선단부의 Ag 도금부(4)로 되는 부분에 Ag 도금을 시행하는 공정이 행하여진다.

이 공정은, Ag 도금부(4)로 되는 부분을 제외하고, 보호체에 의하여 액밀(液密)로 차폐하고, Cu 혹은 Ni 등의 밑바탕도금, Ag 도금의 순으로 도금을 시행하든가, 또는 전면에 Cu 혹은 Ni 등의 밑바탕도금을 시행한 후, Ag 도금부(4)로 되는 부분 이외의 부분을 보호체로 액밀로 차폐하여 Ag 도금을 시행하고, 불요부분의 밑바탕도금을 박리(剝離)하는 등의 방법, 즉 밑바탕도금의 노출부분을 남게하지 않는 방법이 일반적이지만, 경우에 따라서 밑바탕도금의 노출부분을 남게할 수도 있다.

이와 같이하여 제조된 리드프레임(1)은 다이패드(2)의 위에 반도체칩을 접착제나 땜납을 사용하여 접착하고, 반도체칩의 각 전극과 인너리드(3)의 Ag 도금부(4)를 본딩와이어로 접속하여, 타이바(6)로 둘러쌓인 내측을 몰드수지로 봉하여 막게된다.

다시금 몰드수지로 봉하여 막게 되어있지 않은 리드프레임(1)의 노출부분에 땜납도금이 시행되고, 타이바(6)를 절단하여 아웃터리드(5)를 분리하고, 최후에 아웃터리드(5)의 꾸부림가공을 시행하여 반도체장치의 패키지로서 완성한다.

상기와 같은 종래의 동계 리드프레임은, 동계 금속재료의 보디(body) 표면, 혹은 Cu, Ni 등의 밑바탕도금의 노출표면에 직접 몰드수지로 봉하여 막게하면, 상기 어떠한 금속의 경우도 몰드수지와의 계면에 강한 결합이 생기지 않고, 리드프레임과 몰드수지와의 밀착성이 나쁘다.

또, 반도체장치 패키지의 조립공정에 있어서는, 200~300℃의 여러가지의 온도조건에서 가열을 받으므로, 동계 금속재료가 대기중의 산소와 화합하여, 표면에 산화피막이 형성될 경우가 있으나, 이와 같은 조립공정에 있어서 형성되는 산화피막은, 일반적으로 침상결정(針狀結晶)으로 이루어지는 것은 아니고, 치밀도가 떨어지고, 기계적으로 연약하고, 몰드수지와의 밀착성이 나쁘다.

그러므로 예를들면 반도체장치를 프린트배선판에 땜납할때등, 반도체장치 패키지에 열에 의한 팽창수축이 가하여지는 상황에서는, 리드프레임과 몰드수지의 열팽창계수의 차에 의하여, 리드프레임과 몰드수지의 접착계면에 전단력이 작용하여, 상기 계면의 밀착성이 상실된다.

한편, 반도체장치 패키지를 장기간 보존하는 동안에, 또 흡습(吸濕)이 가속되는 상황하에 있어서는 보다 짧은시간 사이에, 몰드수지의 흡습이 일어나므로, 밀착성이 상실된 상기 계면에 물이 응결하고, 재차 열이 가하여지는 것에 의하여 응결한 물이 기화하여 팽창하여, 패키지에 크랙이 발생한다는 문제점이 있었다.

또 반도체장치 패키지에 있어서의 리드프레임과 몰드수지의 접착계면에는, 상기의 열팽창수축에 의한 비교적으로 완만한 전단력이 작용하는 이외에, 패키지 제조공정에 있어서의 타이바의 절단 및 아웃터리드의 꾸부림가공시에 충격적인 전단력이 작용한다.

이것이 상기 접착계면에 박리를 갖게하든지, 또는 박리를 갖게하지 않은것일지라도 계면의 밀착력을 저하시키는 요인으로 된다는 문제점이 있었다.

이 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것이며, 몰드수지와의 밀착성이 뛰어나고, 내열충격성이 양호하고, 몰드수지의 흡습이 일어나도 패키지크랙이 발생하기 어렵고 단시간에 큰 전단력이 리드프레임과 몰드수지의 계면에 작용할 경우에도, 충분히 전단력에 대항할 수가 있는 리드프레임 및 그 제조방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 다음의 리드프레임 및 그 제조방법이다.

(1) 반도체장치의 수지봉하여 막는형 패키지 사용되는 리드프레임에 있어서, 리드프레임이 적어도 몰드수지로 봉하여 막게되는 부분의 표면의 일부에 동의 산화피막을 가지고 있고, 또한 상기 동의 산화피막의 주요한 구조가 틈새를 가지는 침상결정의 집합체로 이루어지는 리드프레임.

(2) 동 또는 동합금으로 이루어지는 리드프레임을 양극으로 하고, 알카리금속의 수산화물, 알카리토류금속의 수산화물, 또는 그것들의 혼합물을 주요성분으로 하는 알카리용액중에서, 0.2A/dm²~1.5dm²의 양극전류밀도로, 전해를 행하고 양극산화하는 것에 의하여, 상기 리드프레임 표면에 틈새를 가지는 침상결정의 집합체를 주요한 구조로 하는 동의 산화피막을 형성하는 리드프레임의 제조방법.

이 발명에 의한 리드프레임은, 동 또는 동합금으로 이루어지는 모재의 표면에, 동의 산화피막을 형성한 것이기 때문에, 몰드수지의 성분인 에폭시수지 및 실란계 커프링제에 포함되는 수산기와의 사이에 화학결합이 생기는 작용에 있는 것에 더하여, 모재의 표면에 형성한 동의 산화피막의 주요한 구조가 무수한 틈새를 가지는 침상결정의 집합체이고, 상기 틈새에 몰드수지가 침투하여 고화(固化)하기 때문에, 리드프레임과 몰드수지의 계면에 작용하는 전단력에 대항하여 앵커작용을 발휘하므로, 리드프레임과 몰드수지의 밀착성은 아주 강고하게 된다.

[실시예]

아래에, 이 발명의 실시예를 도면에 관하여 설명한다.

제 1 도는 이 발명의 한 실시예를 표시하는 리드프레임의 평면도, 제 2 도a는 제 1 도의 A-A 단면도, b는 B-B 단면도, 제 3 도는 리드프레임과 몰드수지의 계면을 모식적으로 표시하는 단면도이고, 도면에 있어서, 제 4 도와 동일부호는 동일 또는 상당부분을 표시한다.

(7)은 동 또는 동합금으로 이루어지는 리드프레임(1)의 모재이고, 반도체칩을 얹어실어놓는 쪽의 모재(7)의 표면에는, Ni 밑바탕도금부(8)를 사이에 두고 Ag 도금부(4)가 형성되어 있다. (9)는 Ag 도금부(4) 이외의 표면에 형성된 동의 산화피막이고, 주요한 구조가 틈새를 가지는 침상결정의 집합체로 이루어진다. (10)은 몰드수지이다.

상기의 리드프레임(1)은, 다이패드(2)의 위에 반도체칩을 접착제 혹은 땜납등을 사용하여 접착하고, 반도체칩의 각 전극과 인너리드(3)의 Ag 도금부(4)를 본딩와이어로 접촉하여, 타이바(tiebar)(6)로 둘러쌓인 내측이 몰드수지(10)로 봉하여 막게된다.

다시금 몰드수지(10)로 봉하여 막혀있지않은 리드프레임(1)의 노출부분에 형성되어 있는 동의 산화피막(9)을 산의 용액으로 용액하여 땜납이 시행되고, 타이바(6)를 절단하여 아웃터리드(5)를 분리하고, 최후에 아웃터리드(5)의 꾸부림가공을 시행하여 반도체장치의 패키지로서 완성한다.

상기와 같이 구성된 반도체장치의 패키지는, 리드프레임(1) 표면에 형성된 동의 산화피막(9)의 주요한 구조가 틈새를 가지는 침상결정의 집합체로 이루어지기 때문에, 몰드수지(10)의 밀착성이 강화하고, 그러므로 장기보존이나 몰드수지(10)의 흡습이 가속되는 상황에서 사용하여도, 또 열충격등을 받아도, 패키지크랙이 발생하기 어려운 이외에, 리드프레임과 몰드수지의 계면에 충격적인 전단력이 작용하여도, 상기 계면의 박리나 몰드수지와의 밀착성의 열화가 일어나기 어렵다.

다음에 실시예의 리드프레임의 제조방법에 관하여 설명한다. 각 예중, %는 중량%이다.

[실시예 1]

상기 리드프레임을 얻기 위한 제조방법의 한 실시예로서, Sn ; 2.0%, Ni ; 0.2%, 나머지부분 Cu로 이루어지는 동합금의 판재(板材)를 사용하여, 통상의 에칭법에 의하여 제 1 도에 표시하는 리드프레임(1)의 형상을 형성한다.

그리고, 다이패드(2)의 표면 및 인너리드(3)의 선단부의 반도체칩을 실어얹어 놓는쪽의 Ag 도금부(4)로 이루어지는 부분을 합성고무계 포토레지스트로 피복하고, 하기의 조건에 의하여 틈새를 가지는 침상결정의집합체로 구성된 구조의 동의 산화피막(9)을 형성하였다.

양극산화조건 1

전 해 액 조 성……0.6M 수산화카륨, 0.3M 수산화마그네슘

양극전류밀도……0.3A/dm²

온 도……55℃

그리고, 동의 산화피막(9)을 형성한 부분을 실리콘고무로 이루어지는 보호체로 피복하고, Ni 밑바탕도금과 Ag 도금을 공지의 방법으로 시행하였다.

[실시예 2]

리드프레임의 모재로서, Ni ; 2.4%, P ; 0.16%, Si ; 0.4%, 나머지 Cu로 이루어지는 동합금의 판재를 사용한 것과, 하기조건에 의하여 양극산화를 행하였다는 것의 이외는 실시예 1과 마찬가지 방법으로, 리드프레임(1)의 형상 및 틈새를 가지는 침상결정의 집합체로 구성된 구조의 동의 산화피막(9)을 형성하였다.

양극산화조건 2

전 해 액 조 성……1.3M 수산화나트륨

양극전류밀도……0.6A/dm²

온 도……45℃

그리고, 실시예 1과 마찬가지로, 동의 산화피막(9)을 형성한 부분이외의 표면에, Ni 밑바탕도금과 Ag도금을 공지의 방법으로 시행하였다.

이와 같이하여 제조한 상기 실시예의 리드프레임(1)에 대하여, 다이패드(2)상에 Si의 반도체칩을 다이본딩하고, 칩의 전극과 인너리드(3)의 Ag 도금부(4)를 Au 본딩와이어로 결선하여, 에폭시수지와 실리카필러로 이루어지는 몰드수지(10)를 가압주입하여 봉하여 막었다.

다이에 타이바(6)등의 리드프레임(1)의 불요부분을 절단제거하고, 최후에 아웃터리드(5)의 꾸부림가공을 행하여 패키지를 완성하였다.

이것들의 패키지에 대하여, 타이바(6) 및 인너리드(3)를 포함하는 단면이 나타나도록 에메리종이 및 입지름(粒經) 0.3㎛의 알미나연마재를 사용하여 연마하고, 금속현미경으로 관찰하였으나, 리드프레임(1)과 몰드수지(10)의 계면의 박리는 보여지지 않았다.

다음에, 본 발명에 의한 동의 산화피막(9)의 몰드수지에 대한 밀착성이, 다른 방법에 의한 동의 산화피막에 비하여 뛰어나 있는 것을 확인하기 위하여, 실시예 2 를 사용한 동합금에 대하여, 아래의 실시예 및 비교예에 의한 방법으로 동의 산화피막을 형성하였다.

[실시예 3]

다음의 조건에 의하여 양극산화를 행하여, 동의 산화피막을 형성하였다.

양극산화조건 3

전 해 액 조 성……1.0M 수산화나트륨

양극전류밀도……0.3A/dm²

온 도……50℃

[실시예 4]

다음 조건에 의하여 양극산화를 행하고, 동의 산화피막을 형성하였다.

양극산화조건 4

전 해 액 조 성……1.0M 수산화나트륨

양극전류밀도……0.6A/dm²

온 도……50℃

[비교예 1]

1.9M 수산화나트륨과 0.16M 과산화수소로 이루어지는 산화작용이 있는 30℃의 알카리용액에 상기 동합금을 담구어서, 동의 산화피막을 형성하였다.

[비교예 2]

유산동 100g/l, 유산(乳酸) 250g/l, 수산화나트륨 120g/l로 이루어지는 전착액을 사용하여, 50℃의 전착액중에서 상기 동합금을 음극으로 하여 전해하고, 동의 산화피막을 형성하였다.

[비교예 3]

상기 동합금을 대기중 190℃로 가열하여, 동의 산화피막을 형성하였다.

[비교예 4]

다음의 조건에 의하여 양극산화를 행하고, 동의 산화피막을 형성하였다.

양극산화조건 5

전 해 액 조 성……1.0M 수산화나트륨

양극전류밀도……0.1A/dm²

온 도……50℃

이와 같이하여 형성한 실시예 3~4 및 비교예 1~4의 동의 산화피막의 표면구조를, 주사전자현미경으로 관찰하여 조사하였다. 제 4 도는 실시예 3에 의한 동의 산화피막의 결정구조를 표시하는 주사전자현미경사진(배율 : 10000배)이고, 길이 수천 Å의 무수한 침상결정의 집합체가 틈새를 구성하고 있는 구조인 것이 확인되었다.

또 실시예 4의 동의 산화피막에 대한 주사전자현미경관찰의 결과도, 제 4 도와 마찬가지인 틈새를 가지는 침상결정의 집합체로 이루어지는 구조인 것이 확인되었다.

제 5 도는 비교예 1에 의한 동의 산화피막의 결정구조를 표시하는 주사전자현미경사진(배율 : 10000배)이고, 실시예 3 및 4와 같은 침상결정은 전혀 보여지지 않았다. 비교예 2 및 3의 동의 산화피막도, 제 5 도와 거의 마찬가지의 구조였었다.

제 6 도는 비교예 4에 의한 동의 산화피막의 결정구조를 표시하는 주사전자현미경사진(배율 : 10000배)이고, 이 발명의 요건외의 조건에 의한 양극산화이기 때문에, 틈새를 가지는 침상결정의 집합체는 형성되지않고, 입상(粒狀)의 산화피막과 비늘모양의 부착물로 이루어지는 구조인 것이 확인되었다.

다음에 상기 실시예 3~4 및 비교예 1~4의 동의 산화피막의 몰드수지에 대한 밀착성을 조사하기 위하여, 에폭시수지와 실리카필러로 이루어지는 몰드수지를 가압주입하여 봉하여 막고, 인장시험을 행하여 수지접착경계면의 전단력을 조사하였다. 단 형상에 의한 전단력의 변화를 배제하기 위하여, 시료(試料)의 칫수를, 길이 70㎜, 가로 15㎜의 단책편(短冊片)으로 가즈런히하여 시험을 행하였다.

이 인장시험의 결과를 제 1 표에 표시한다.

제 1 표에 표시하는 바와 같이, 이 발명의 실시예는 비교예에 비하여, 극히 큰 전단력에 대항하는 밀착력을 가지는 것을 확인할 수 있다.

[표 1]

그런데, 상기의 각 실시예에서 설명한 동의 산화피막을 형성하기 위한 조건은, 꼭 각각 상기 기재와 똑같이 행할 필요는 없고, 동합금의 산화에 대한 반응성, 제조에 있어서의 코스트등의 관점에서, 본 발명의 범위내에서 변경하는 것을 방해하지 않는다.

또 모재로서는, 일반적으로 반도체장치용 리드프레임 재료로서 사용되는 동 또는 동합금이면, 상기의 방법을 적용하는 것에 의하여, 주요한 구조가 틈새를 가지는 침상결정의 집합체로 이루어지는 동의 산화피막을 형성하는 것이 가능하다.

이 발명에 의하면, 리드프레임 표면에, 주요한 구조가 틈새를 가지는 침상결정의 집합체로 이루어지는 동의 산화피막을 형성한 것이기 대문에, 몰드수지와의 밀착성이 뛰어나고, 열충격이나 흡습이 일어나도 패키지크랙의 발생을 효과적으로 방지할 수 있는것 이외에 리드프레임과 몰드수지의 계면에 충격적인 전단력이 작용하여도, 충분한 대항력을 발휘하여 몰드수지와의 밀착성을 확보할 수가 있다.

Claims (2)

1. 반도체장치의 수지봉하여 막는형 패키지에 사용되는 리드프레임에 있어서, 리드프레임의 적어도 몰드수지로 봉하여 막게되는 부분의 표면의 일부에 동의 산화피막을 가지고 있고, 또한 상기 동의 산화피막의 주요한 구조가 틈새를 가지는 침상결정의 집합체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리드프레임.
2. 동 또는 동합금으로 이루어지는 리드프레임을 양극으로 하고, 알카리금속의 수산화물, 알카리토류금속의 수산화물, 또는 그것들의 혼합물을 주성분으로 하는 알카리용액 중에서, 0.2A/dm²~1.5A/dm²의 양극전류밀도로, 전해를 행하여 양극산화하는 것에 의하여, 상기 리드프레임 표면에 틈새를 가지는 침상결정의 집합체를 주요한 구조로 하는 동의 산화피막을 형성하는 것을 특징으로 하는 리드프레임의 제조방법.

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