TW201001657A - Metal frame for electronic part - Google Patents

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Description

201001657 31347pif.doc 六、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種適用於電子零件的金屬導線架 (metal frame),且特別是有關於一種適用於電子零件且 能夠最小化晶鬚(whiskers)所造成之缺陷(defects)的 屬導線架。 ’ 【先前技術】 f) 用於各種電性元件與電子元件的電子零件包括:諸如 半導體元件專的電子構件或電子發光元件;以及金屬導線 架,其將電子構件以電性方式連接至外部電路元件,且具 有支撐作用,以保持電子構件的形狀。電子零件用的典型 金屬導線架是半導體封裝(semic〇nduct〇r package )中使用 的引線框架(lead frame )。 電子零件用的金屬導線架以電性方式連接至安裝在金 屬導線架上的電子構件,也以電性方式連接至外部電路元 (η 件。在大多數情形下,與外部電路元件的電性連接可透過 f 焊接(soldering )來達成。 知接疋種用來接合(bonding)技術,其使用炫點 、y melting point)等於或低於45〇〇c的焊料藉由僅熔化此焊 料而不熔化基底金屬(basemetal)來接合想要接合的目標 材料。 近年來’隨著國際間對鉛(Pb)的使用管制逐漸嚴厲, 以錫為主要成分的無錯(Pb_freetjn_base(j)焊料合金已普 遍用於烊接。無鉛焊料合金的主要典型範例有錫-銀(Ag) 201001657 -3134/pif.doc 基合金、锡-銅(Cu)基合金、錫-叙(Bi)基合金、錫-辞 (Zn)基合金,這些無鉛焊料合金以錫為主要成分,且適 當地添加銀、銅、鋅、銦(In)、錄(Ni)、鉻(Cr)、 鐵(Fe)、鈷(Co)、鍺(Ge)、磷(P)以及鎵(Ga)。 同時,金屬導線架與電子元件裝配在一起,以形成電 子零件。常使用的是銅基合金,其具有極佳的導電性與鉛 可焊性(Pdsolderability) ’且使用錫基合金來進行表面電鍍 (surface plating)。 然而’當金屬導線架經過在長時間的久使用之後,此 金屬導線架與焊料合金之間或金屬導線架的表面上容易形 成晶須晶鬚。這些晶鬚晶須是當不同的材料相互接合且兩 種材料之間發生相互擴散(mutual diffusi〇n )時在材料表 面上升> 成的突出晶體(protruding cry贫也),且這也'曰/ 晶鬚對熱與濕度敏感。如果金屬導線 頊 電路中就會發生電短路的現象,二:ί 【發明内容】 本發明提供一種適用於電子跫 屬導線架能夠最小化晶鬚所造成^導線架,此金 依照本發明的一觀點,提供 電短路的缺陷。 屬導線架’此金屬導線架包括引線U於電子零件的金 性方式連接至電子元件,其巾引7^ ’此㈣單元以電 此第-金屬層是以銅(Cu)為主括第金屬層, 或鈹(Be)。 战且更包括硼(乜、 201001657 31347pif.doc 爛或鈹在所述第-金屬層中佔0.005至05 wt%,而銅 與雜質佔剩餘的重量百分比。 第-金屬層可更包括鐵(Fe),且鐵在所述第一 層中佔0.1至6 wt%。 第-金屬層可更包括碟⑺,且鱗在所述第 層中佔 0.006 至 0.2 wt〇/〇 〇 ’ 第-金屬層可與至少-個引線單元形成一整體。 Ο Ο 金屬導線架可更包括安裝單元(m〇untingunit) 子=件絲在此絲單元上,且安料元與引 相同的材料來形成。 了用 金屬導線架可更包括以錫為主要 ΐ連LI金屬層是位於引線單元的表面上,且以;性二 式,接到至少—個電子元件。在】^ 以是以純H軸的额層。 弟-金屬層可 依照本發明,可提供一種適用帝 鬚形成的金屬導_。、用於电子零件且能抑制晶 種質優價廉的軒科驗料_。 %供- 舉Ί讓本發明之上述特徵和優點能更賴易懂,下文特 舉貝知例,並配合所附圖式作詳細說明如下下文特 【實施方式】 細插目式#_述本發明之實施例來詳 U。然而’本發明也可體現為許多不同的形態, 5 201001657 31347pii.doc 而不應侷限於本說明書所列舉的實施例。確切地說,提供 這些實施例是為了使揭露的内容更透徹更完整,且將本發 明的概念^地傳遞給本領域射通常技藝者。 裝的== 之圖-的-種適用於半導體封 線架的範例。圖2是—種丰道為適用於電子零件的金屬導 所示的半導體封體封裝面圖_,且圖2 ^ (molding process) 此晶==架:包括:晶粒墊(㈣·, =-、等,二= = = ; 繞接人u 内弓丨線13,葬由發 ί接广(Wlre bonding)連接至半導體晶片12 •以 ,、泉14,用以將半導體晶片12連接至外部電路。’及外弓i 如圖2所示,半導體晶片12 且半導體晶片12透過電線16與内^^日,墊U上, 脂保護器(resinprotect()1,) 17來模 ’然後用樹 樹脂保護器π來支禮引線框架末^ 特別述,,至少-個引線單… 疋外引線14可利用以銅(Cu)為主要成人 4。此外,至少一個引線單元15、特別 始口孟來
:括第-金屬層,此第—金屬層以銅為主要成分丨d )或皱(Be)。此處,以銅為主要成分的合金H 6 201001657 31347pif.doc 以銅為基主的多元合金(poly-alloy),其主要成分是鋼, 在此情形下,銅可至少佔8〇wt%。由於引線單元15是以 銅為主要成分,所以其具有足夠的導電性與強度來作為引 線單元。 '' 依照本實施例,第一金屬層可位於引線框架1〇的至 少一個引線單元15與至少一焊料材料相接合的部分上,且 可與至少一個引線單元15形成一整體。整個引 可以是單—的第一金屬層。 更特架1G中,引線單元15、特別是外引線14、 以電性金屬層可透過以錫為主要成分的焊料材料而 所过⑽式連接至外部電路。在此情形下,如同先前技術 2互ΐϊνΓΓ成分與烊料材料巾_成分之間 立擴散可導致晶鬚的形成。 引線ί-了抑制晶_形成’本發明人在以銅為主要成分之 '、、第—入金屬層中祕鈹_來作為次要成分。 I 錫為主要成分的焊料材料來與二^^^ 今仍未=的表面上形成晶鬚’而導致晶_成的原因至 與焊,之間就會發:相=料接合’則金屬導線架 地•兄’當金屬導線架中的銅成分與焊料材料中的 201001657 31347pif.doc 錫成分之間發生相互擴散時,銅成分從金屬導線架擴散至 焊料材料的速度會大於錫成分從焊料材料擴散至金屬導線 架的速度。特定言之,銅成分沿著焊料材料之晶界(_η boundaries)的擴散速度很大。而後,金屬導線架與焊料材 =的接合介面(bondinginterface)上會形成金屬間化 s 物(intermetallic compound ) CuxSny。 本發明人認為’這種相互擴散造成焊料材料中產生壓 應力(comp— stress),而為了減小這樣的壓應力, 單晶體(
即晶鬚。 J 法:月人提出一種抑制晶鬚形成的方法,此方 體尺寸很小的金屬參透到焊料材料中之· 門=f laIskes)來抑制銅與錫之間的金屬 ^廣放’以抑制金屬導線架與焊料材料之間的相 =咸小焊料材料中的壓應力。詳細地:’ =相互擴散時’金屬導線架的第—金屬層中所含= 門屬在滲透到銅裡面之前會先渗透到錫晶體的 鈹與领被用作原子尺寸小的金屬。曰被抑制。 外,層除7以銅為主要成分的合金以 外其還可包含作為次要成分的錢· =以 僅包含銅與鈹或銅與·。 金屬層可 0.=基合金中所含的鈹或硼可佔大約讀5職至 201001657 31347pif.doc /、 认要成分(即,雜nm、 相比,大約_5wt%至大小於〇.〇〇5wi%”的情形 鍵或魅料_巾之^5;:%的鈹㈣足以藉由使 的形成。如此-來, 「便疋在诸如熱衝擊測試(thermal shi est)與峡溫歧雜賴 3形成,稍後將對此進行插述。此時,若次要成分Ϊ, 鈹或硼)大於0.005wt〇/o,刖涣、杀a 1 f 則滲透到銅之間隙位置的鈹或硼 會達到飽和,所以反而導致成本提高且降低經濟效益。 嚴元施例㈣線框架1〇中,晶粒墊11與引線 0一目5的材料來形成。詳細地說,晶粒墊n盥 引線單元15可利用相同的板料來衝壓成形 (press-formed)。 ^金屬層可更包含鐵(Fe),以提高其剛性 (rigidity )。 鐵可佔大約O.lwt%至大約6wt〇/〇。 由於鐵的存在可以提升沈澱強化(师咖础⑽ strengthening ),進而可提高合金的強度。 另外,引線框架10可更包含磷(P)。 石粦可佔大約〇.〇〇6^^%至大約〇.21^%。 磷可提高合金的強度。 此外,第一金屬層可更包含少量鎳(Ni)、錫、銦(in)、 鎂(Mg)、錳(Μη)、矽(Si)、鈦(Ti)、鉻(Cr)等, 目的是提高合金的強度,且第一金屬層可更包含鋅(Zn), 目的是提高氧化層的黏性、耐熱性以及相對於焊料材料的 201001657 31347pif.doc 抗分離性(separation resistance)。 同日t,依fl?、本發明之另一實施例,如圖3所示,至少 一個引線單元15、特別是外引線14可更包括第二金屬層 20,以防止引線框架1〇被侵蝕,且強化與焊料材料的^ 合。為了加強與焊料材料的接合,第二金屬層2〇以 要成分。 即工尸叮通…娜π主受驭分的笫二金屬層也可 免因引線框架1G與第二金屬層2G之間發生反應而造 二金屬層20或焊料材料的表面上形成晶鬚。 錫,於引線框架1〇中所含的鈹或爾廣散到 抑鬚所以銅與錫之間的擴散被抑制,進而 因此,對於有第二金屬層2〇形成於並 10,即便士是長時間過後也能多句抑制晶鬚的形成。勺u匡4 所形::電::、本貫施例’第二金屬層2。可以是用純錫 在一般的引線框架中,通常是 來進行怖X加強錢基焊_4丨疋_錫基金屬 錫來進行麵會促使晶鬚的形成,m I ’ s由於利用純 然而,依照本實施例,由不適用。 中含有鈹—的金屬材料來 、,4 10是用銅成分 上形成由純錫構成的電鑛層M旦如’所以儘管弓i線框架10 引線框架10的基底金屬之間的择上文所述,此電鍍層與 晶鬚形成。 ’、政可被抑制,因此可防止 201001657 ' 3134/pif.doc 純錫比合金錫便宜且其與焊料材料之間的接八極 佳。依照本實施例,引線框架1G上可形成用純錫構成= 鑛層。 如此一來,可以提供具有極佳特性、無晶鬚且價柊 廉的引線框架10。 、σ & 同時,如@ 3所示,第二金屬詹20可形成在引 兀15的整個表面上,特別是形成在外引線14的整個表面 上為了防止整個引線框架10被侵钱,第二金屬層可 形成在包括晶粒墊11之引線框架10的整個表面上° 然而,若要執行額外的處理,也可以是在 2與0焊料材料之間的接合部分W的表面上形成第二金屬層 再者,除了依照上述實施例的引線框架10 發明還可勒㈣—辭導體縣導 (ballgridarray,BGA),^^^^^^^^ 金屬導線架’諸如連接件(connector)。 、萍 子零ί ㈣減金肺辩目朗的各種電 本發日?然二已咖露如上,然其並非用以限定 本發明之精神貝,有通常知識者’在不脫離 發明之保魏圍、§可作些狀更動與潤飾,故本 【圖式簡單軸之申請專利所界定者為準。 圖 疋依…、本發明之—實施例的—種適用於半導體封 201001657 ' 31347pif.doc 裝的引線框架的平面圖,其作為適用於電子零件的金屬導 線架的範例。 圖2是一種半導體封裝的橫剖面圖,且圖2所示的半 導體封裝為對圖1所示之引線框架進行模製製程所得到的 半導體封裝。 圖3是圖2所示之部分A的另一範例的放大橫剖面 圖。 【主要元件符號說明】 10 : 引線框架 11 : 晶粒塾 12 : 半導體晶片 13、 14 :引線 14a :接合部分 15 : 引線單元 16 : 電線 17 : 樹脂保護器 20 : 金屬層 A : 部分 12

Claims (1)

  1. 201001657 31347pif.doc 七、申請專利範圍: 1. 一種金屬導線架,適用於電子零件,所述金屬導線 架包括引線單元,所述引線單元以電性方式連接至電子元 件,其中所述引線單元包括第一金屬層’所述第一金屬層 是以銅(Cu)為主要成分且更包含硼(B)或鈹(Be)。 2. 如申請專利範圍第1項所述之金屬導線架,其中硼 或鈹在所述第一金屬層中佔0,005至0.5 wt%,而銅與雜質 佔剩餘的重量百分比。 3. 如申請專利範圍第1項所述之金屬導線架,其中所 述第一金屬層更包含鐵(Fe)。 4. 如申請專利範圍第3項所述之金屬導線架,其中鐵 在所述第一金屬層中佔0.1至6 wt%。 5. 如申請專利範圍第1項所述之金屬導線架,其中所 述第一金屬層更包含填(P)。 6. 如申請專利範圍第5項所述之金屬導線架,其中磷 在所述第一金屬層中佔0.006至0.2 wt%。 7. 如申請專利範圍第1項至第6項中之任一項所述之 金屬導線架,其中所述第一金屬層與至少一個所述引線單 元形成一整體。 8. 如申請專利範圍第1項至第6項中之任一項所述之 金屬導線架,更包括安裝單元,所述電子元件安裝在所述 安裝單元上, 其中所述安裝單元與所述引線單元是由相同的材料 所形成。 13 201001657 31347pif.doc 9. 如申請專利範圍第1項至第6項中之任一項所述之 金屬導線架,更包括以錫為主要成分的第二金屬層,所述 第二金屬層是位於所述引線單元的表面上,且以電性方式 連接到至少一個所述電子元件。 10. 如申請專利範圍第9項所述之金屬導線架,其中所 述第二金屬層是用純錫來形成的電鍍層。 34
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