[發(fā)明專利]鉛框架和用于鉛框架的銅合金

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 01111945.4
• 申請日: 2001-02-28
• 公開（公告）號: CN1317828A
• 公開（公告）日: 2001-10-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 富岡靖夫
• 申請（專利權(quán)）人: 日礦金屬株式會社
• 主分類號: H01L23/29
• 分類號: H01L23/29;C22C9/04
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 關(guān)立新,楊麗琴

本發(fā)明涉及用于樹脂密封型包裝的銅合金鉛框架，和具有新的表面結(jié)構(gòu)的銅合金。

其中半導(dǎo)體薄片被熱固化樹脂密封的樹脂密封型包裝，最常作為半導(dǎo)體設(shè)備的塑料包裝，因?yàn)橹苽浯祟愋偷陌b具有經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)效率方面的優(yōu)勢。通常，最常使用的塑料包裝結(jié)構(gòu)是雙重內(nèi)聯(lián)包裝(DIP)，它是一種鉛插入式包裝。為增加表面包裝密度，此包裝已越來越多的被諸如小輪廓包裝(SOP)和鉛塊平面包裝(QFP)及類似的包裝類型所取代。經(jīng)常使用QFP，因?yàn)檩斎牒洼敵鲂盘栐赒FP中可以增加。隨著最近對降低電子元件體積的需要，出現(xiàn)了此類薄的包裝如1mm厚度的薄的小輪廓包裝(TSOP)和薄的鉛塊平面包裝(TQFP)，和0.5mm厚度的極小輪廓內(nèi)聯(lián)包裝(USOP)。

裝配所有這些包裝過程中，通常進(jìn)行以下操作。將半導(dǎo)體薄片借助于銀糊(Agpaste)或類似物熱焊接在鉛框架上。或者將半導(dǎo)體薄片固化或銀釬焊在用于鉛框架上的金或銀電鍍層上。隨后用樹脂密封并進(jìn)行外部工序。通過在外部鉛上電鍍而將外平面鍍膜，目的在于增加鉛的抗腐蝕能力和有利于在基底上快速裝配。在外表鍍膜前用化學(xué)拋光劑進(jìn)行預(yù)處理，以除去在前面方法中形成的任何氧化膜，也即是說，當(dāng)樹脂固化時將外部的鉛加熱。用化學(xué)拋光劑除去幾個μm的厚度。使用具有好的可濕性的焊接劑作為外鍍膜的材料。焊接劑在由重量63％Sn和37％Pb組成時具有低共熔點(diǎn)。焊接劑的最低熔點(diǎn)是183℃，在此共熔點(diǎn)有最高的可濕性。在修整(trimming)過程中要對外部的鉛進(jìn)行摩擦。焊接劑必須足夠堅硬以不致在修整時形成固體顆粒。因此將所用焊接劑中Sn的含量定在重量的80-90％。

有關(guān)這些包裝的可靠性的一個嚴(yán)重問題，是在表面封固時包裝出現(xiàn)裂縫和剝落。當(dāng)裝配半導(dǎo)體包裝時，如果在樹脂和沖模焊接點(diǎn)(die?pad)(鉛框架的部分，在此處將半導(dǎo)體薄片封固)之間的粘合很少，過熱的處理將導(dǎo)致在它們之間產(chǎn)生熱破裂。這是包裝剝落的機(jī)理。認(rèn)為包裝產(chǎn)生裂縫的機(jī)理是：在裝配半導(dǎo)體包裝后，模塑的樹脂吸濕，所吸收的水分在快速表面包裝的加熱過程中蒸發(fā)。如果在包裝中有裂縫，水蒸氣在包裝的這些裂縫中產(chǎn)生壓力。這是作用于剝落的表面的內(nèi)壓力并導(dǎo)致裂縫擴(kuò)大。如果樹脂經(jīng)受不住內(nèi)壓力，樹脂會裂化。當(dāng)在表面封固的包裝上形成裂縫時，濕度、雜質(zhì)及類似物侵入半導(dǎo)體薄片組件中，因此將半導(dǎo)體腐蝕，繼續(xù)發(fā)展形成損害。膨脹的包裝導(dǎo)致外表的破壞，并喪失商業(yè)價值。最近，諸如包裝裂縫并剝落的這類問題隨著較薄包裝的發(fā)展而變得嚴(yán)重。

包裝裂縫問題可歸因于樹脂和沖模焊接點(diǎn)(die?pad)之間的連接失敗。因?yàn)樵诎b的封閉過程中，鉛框架材料在如沖模-壓焊和線-壓焊等樹脂封閉之前要經(jīng)受各種熱處理，在鉛框架材料的表面形成數(shù)十至數(shù)千nm厚度的氧化膜。這些氧化膜對樹脂在鉛框架材料上的附著產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。

偶然，一種表示為42％Ni-Fe的鐵-鎳合金及一種銅合金被作為鉛框架材料。因?yàn)?2％Ni-Fe合金的熱膨脹系數(shù)接近于陶瓷，因此用這些合金作為陶瓷包裝的材料。也用42％Ni-Fe作為塑料包裝的高可靠性的材料。然而，不利的是鐵-鎳合金的電導(dǎo)率比銅合金低。鐵-鎳合金因此不適于作為需要增加熱耗散和信號傳導(dǎo)速度的現(xiàn)代包裝。在這一方面，因?yàn)殂~合金具有高的電導(dǎo)率，它在熱耗散和信號高速傳導(dǎo)方面具有優(yōu)勢。銅合金因此能夠用于設(shè)計可靠性高的包裝。

附著于銅合金的氧化膜次于附著于鐵-鎳合金的氧化膜。因此剝落易發(fā)生于樹脂和銅合金的沖模焊接點(diǎn)(die?pad)之間。因此在用銅合金作為鉛框架時易于發(fā)生包裝裂縫和剝落問題。為生產(chǎn)可靠性高的包裝，因此必須發(fā)展附著有高級氧化膜的銅合金。

鉛框架材料也需要以下的特性。首先，鉛框架材料必須比較薄以滿足包裝變薄的要求。最近，最常使用的薄片的厚度是0.15mm和0.125mm。因?yàn)殂U框架如上所述變薄和變窄，則整個鉛框架和鉛的剛性降低。結(jié)果，內(nèi)部鉛在裝配過程中會發(fā)生變形，外部鉛在裝置封固過程中會發(fā)生變形。鉛框架材料必須有高的剛性以防止外部和內(nèi)部鉛的變形。提供鉛框架模式的蝕刻術(shù)描繪了鉛框架材料的輪廓。因此需要刻蝕特性。另外，需要可壓制性。進(jìn)而，因?yàn)樵诜夤踢^程中對鉛框架進(jìn)行焊接，鉛框架的焊接點(diǎn)的部分必須具有高的可靠性。鉛框架材料需要如上所述的多方面的特性。

本發(fā)明的一個目的是提供一種銅合金鉛框架，它附著有改進(jìn)的氧化膜，并可以解決包裝裂縫和剝落的問題，并可增強(qiáng)熱散失特性，提高包裝的運(yùn)動速度。

本發(fā)明的一個目的也是提供一種有新的最上表層結(jié)構(gòu)的銅合金。