引線框架和使用該引線框架制造的半導(dǎo)體封裝件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種引線框架和使用該引線框架制造的半導(dǎo)體封裝件，所述引線框架具有優(yōu)異的焊料潤濕性和可焊性，該引線框架與銅線良好地接合，并且制造成本低。所述引線框架包括：基體材料；第一金屬層，形成在基體材料的至少一個表面上，第一金屬層包括鎳；第二金屬層，形成在第一金屬層的表面上，第二金屬層包括鈀；以及第三金屬層，形成在第二金屬層的表面上，第三金屬層包括銀。
【專利說明】引線框架和使用該引線框架制造的半導(dǎo)體封裝件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電子裝置，更具體地講，涉及一種引線框架和使用該引線框架制造的半導(dǎo)體封裝件。
【背景技術(shù)】
[0002]引線框架用于將半導(dǎo)體芯片電連接到外部裝置且還支撐半導(dǎo)體芯片。通過將半導(dǎo)體芯片附著到引線框架，使用接合線將半導(dǎo)體芯片接合到引線框架，然后用成型樹脂(moldresin)密封獲得的結(jié)構(gòu)來制造半導(dǎo)體封裝件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]技術(shù)問題
[0004]近來，為了在半導(dǎo)體封裝件的制造工藝過程中不使用鉛，已經(jīng)廣泛地使用預(yù)鍍鈀(PPF)的引線框架。根據(jù)PPF引線框架，鈀鍍層形成在鎳鍍層上。在組裝工藝的施加熱的過程中，鈀被氧化，或者鎳擴散到鈀鍍層中而在鈀鍍層的表面上形成氧化鎳，從而使引線接合特性和焊料潤濕性/可焊性降低。
[0005]為了克服這種限制，第2010-0103015號韓國專利申請公開公布公開了一種金(Au)鍍層形成在鈀鍍層上的結(jié)構(gòu)。然而，按重量計金(Au)比其它金屬材料貴幾倍至幾百倍。因此，制造引線框架的成本變得太高，由此削弱了引線框架的價格競爭力。
[0006]為了降低引線框架的制造成本，第1999-111909號日本專利申請公開公布公開了一種在鎳鍍層上形成鈀合金鍍層而不使用金(Au)的結(jié)構(gòu)。這里，鈀合金的鈀含量為50%或更高，鈀合金鍍層的厚度的范圍是0.05μπι至I μ m。然而，鈀幾乎和金(Au) —樣貴。因此，當鈀合金鍍層的鈀含量為50%或更高并且它的厚度范圍是0.05 μ m至I μ m時，與使用金(Au)鍍層相比，制造引線框架的成本不會極大地降低。此外，鈀材料極大地影響焊料潤濕性。當鈀材料的鈀含量為50%或更高時，降低了焊料潤濕性/可焊性。
[0007]問題的解決方案
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種引線框架，該引線框架具有優(yōu)異的焊料潤濕性和可焊性，與銅線良好地接合并且制造成本低。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種使用該引線框架以低成本制造的并具有高可靠性的半導(dǎo)體封裝件。
[0010]發(fā)明的有益效果
[0011]如上所述，根據(jù)本發(fā)明的引線框架對由銅材料構(gòu)成的接合線具有強的粘著力，并在裸片附著工藝中有效地抑制環(huán)氧樹脂的溢出(bleeding)現(xiàn)象。此外，由于最外面的金屬層由銀鈀合金而不是由昂貴的金來形成，因此極大地降低了制造引線框架的成本。此外，弓丨線框架的抗變色特性是優(yōu)異的，并且改善了焊料潤濕性和可焊性。
[0012]另外，根據(jù)本發(fā)明的另一方面的半導(dǎo)體封裝件設(shè)置有該引線框架，因此該半導(dǎo)體封裝件具有高可靠性并且能夠以低成本制造。【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是示出本發(fā)明可以被應(yīng)用到的引線框架的示例的平面圖；
[0014]圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的引線框架的一部分的剖視圖；
[0015]圖3至圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的其它實施例的引線框架的部分的剖視圖；
[0016]圖8是放大圖7中示出的部分A的圖；
[0017]圖9是示出半導(dǎo)體芯片被安裝在根據(jù)本發(fā)明的實施例的引線框架上的剖視圖；
[0018]圖10示出對引線框架的變色測試的結(jié)果；
[0019]圖11示出對根據(jù)本發(fā)明的引線框架的焊料潤濕性測試的結(jié)果；
[0020]圖12示出對根據(jù)本發(fā)明的引線框架的可焊性測試的結(jié)果；
[0021]圖13是根據(jù)本發(fā)明的通過使用引線框架制造的半導(dǎo)體封裝件的剖視圖。
[0022]實施本發(fā)明的最 佳方式
[0023]為了解決以上問題，根據(jù)本發(fā)明的引線框架包括:基體材料；第一金屬層，形成在基體材料的至少一個表面上，第一金屬層包括鎳；第二金屬層，形成在第一金屬層的表面上，第二金屬層包括鈀；以及第三金屬層，形成在第二金屬層的表面上，第三金屬層包括銀。
[0024]第三金屬層的厚度比第二金屬層的厚度薄。
[0025]第三金屬層包括銀鈀合金。
[0026]所述引線框架還包括形成在第三金屬層的表面上的第四金屬層，所述第四金屬層包括銀鈕合金。
[0027]第三金屬層的厚度比第二金屬層的厚度厚。
[0028]第四金屬層的銀鈀合金的鈀含量為大約5原子％至大約50原子％或大約4.4重量％至大約46重量％。
[0029]基體材料的表面被改性為粗糙的。
[0030]所述引線框架還包括在基體材料和第一金屬層之間的改性層，所述改性層的表面被改性為粗糙的。
[0031]第一金屬層包括鎳合金。
[0032]第二金屬層包括鈀合金。
[0033]第二金屬層由鎳(Ni)、銅(Cu)、鈷(Co)、鑰(Mo)、釕(Ru)、錫(Sn)和銦(In)中的至少一種與鈀合金構(gòu)成。
[0034]所述引線框架還包括形成在最外面的金屬層的表面上有機膜層。
[0035]金(Au)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鈷(Co)、鑰(Mo)、釕(Ru)、錫(Sn)和銦(In)中的至少一種可以被添加到銀鈀合金中。
[0036]為了解決以上問題，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體封裝件包括:引線框架，包括基體材料、第一金屬層、第二金屬層、第三金屬層和第四金屬層，所述基體材料包括裸片置盤和引線部，第一金屬層形成在基體材料的至少一個表面上，第一金屬層包括鎳，第二金屬層形成在第一金屬層的表面上，第二金屬層包括!B，第三金屬層形成在第二金屬層的表面上，第三金屬層包括銀，第四金屬層形成在第三金屬層的表面上，第四金屬層包括銀鈀合金；半導(dǎo)體芯片，接合到裸片置盤；以及多條接合線，將半導(dǎo)體芯片連接到引線部。
[0037]第四金屬層的銀鈀合金的鈀含量為大約5原子％至大約50原子％或大約4.4重量％至大約46重量％。
[0038]為了解決以上問題，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體封裝件包括:引線框架，包括基體材料、第一金屬層、第二金屬層和第三金屬層，所述基體材料包括裸片置盤和引線部，第一金屬層形成在基體材料的至少一個表面上，第一金屬層包括鎳，第二金屬層形成在第一金屬層的表面上，第二金屬層包括鈕，第三金屬層形成在第二金屬層的表面上，第三金屬層包括銀和從第二金屬層擴散的鈀；半導(dǎo)體芯片，接合到裸片置盤；以及多條接合線，將半導(dǎo)體芯片連接到引線部。
[0039]第三金屬層的厚度比第二金屬層的厚度薄。
[0040]第三金屬層包括銀鈀合金和從第二金屬層擴散的鈀。
【具體實施方式】
[0041]在下文中，將參照附圖詳細地描述本發(fā)明的實施例。相同的標號始終表示相同的元件。
[0042]圖1是示出本發(fā)明可以被應(yīng)用到的引線框架100的示例的平面圖。參照圖1，引線框架100包括裸片置盤107-1和引線部107-2。半導(dǎo)體芯片(圖9的211)附著到裸片置盤107-1。引線部107-2包括多條引線，并且引線部107-2通過多條線(圖13的231)被連接到半導(dǎo)體芯片(圖9的211)。因此，從半導(dǎo)體芯片(圖9的211)輸出的電信號可以通過引線部107-2被傳輸?shù)酵獠垦b置，并且從外部裝置輸入到引線部107-2的電信號可以被傳輸?shù)桨雽?dǎo)體芯片(圖9的211)。
[0043]圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的引線框架101的一部分的剖視圖。圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的引線框架102的一部分的剖視圖。
[0044]參照圖2和圖3，根據(jù)本發(fā)明的實施例的引線框架101包括基體材料107、第一金屬層111、第二金屬層121和第三金屬層131，根據(jù)本發(fā)明的實施例的引線框架102包括基體材料1071、第一金屬層1111、第二金屬層1211和第三金屬層1311。
[0045]基體材料107由鍍有第一金屬層111、第二金屬層121和第三金屬層131的金屬板構(gòu)造，并且基體材料107由用于均勻地支撐第一金屬層111、第二金屬層121和第三金屬層131的硬質(zhì)材料構(gòu)成。基體材料107的表面可以是光滑的，如圖2所示；或者基體材料1071的表面可以是粗糙的，如圖3所示。
[0046]為了形成圖3中示出的基體材料1071的粗糙的表面，可以執(zhí)行機械或化學(xué)表面處理，可以執(zhí)行等離子體處理，或可以執(zhí)行電解拋光處理。關(guān)于表面粗糙度，優(yōu)選的是，中心線平均高度(Ra)是大約1500 A或更大。在基體材料1071的表面如上所述地被改性的
情況下，可以提聞形成在基體材料1071上的金屬層之間的粘著力。此外，在基體材料1071的表面被改性的情況下，基體材料1071的表面粗糙度影響其上形成的第一金屬層1111、第二金屬層1211和第三金屬層1311，使得金屬層的每個表面均是粗糙的。因此，受基體材料1071影響的具有表面粗糙度的金屬層與銅線具有寬闊的接觸區(qū)域，因此可以提高線的接合強度，并且還可以提高對施用到最外金屬層上的環(huán)氧樹脂的粘著力。
[0047]基體材料107與圖1中示出的引線框架100的裸片置盤107_1和引線部107_2對應(yīng)?；w材料107可以由銅或銅合金材料構(gòu)成。如附圖中所示，第一金屬層111、第二金屬層121和第三金屬層131可以形成在基體材料107的兩側(cè)上，但是它們也可以僅形成在基體材料107的一側(cè)上。
[0048]第一金屬層111形成在基體材料107的表面上。第一金屬層111可以由鎳或鎳合金構(gòu)成。優(yōu)選的是，第一金屬層111的厚度dl的范圍為大約0.05 μ m至大約I μ m。第一金屬層111由對將要在其上形成的貴金屬層具有優(yōu)異的粘著力的材料形成，并且第一金屬層111被形成為對貴金屬層容許優(yōu)異的粘著力的厚度。第一金屬層111防止用作基體材料107的銅或銅合金材料擴散到貴金屬層中?？梢酝ㄟ^使用電鍍法來形成第一金屬層111。例如，可以將基體材料107放入到金屬離子溶液容器中，可以對其施加高電流密度，使得基體材料107在短時間內(nèi)被電鍍,從而形成金屬層111。參照圖3,第一金屬層1111的表面可以受基體材料1071的表面粗糙度的影響，因此可以是粗糙的。
[0049]第二金屬層121形成在第一金屬層111的表面上。參照圖3，第二金屬層1211的表面可以受第一金屬層1111的表面粗糙度的影響，因此可以是粗糙的。可以通過使用鈀或鈀合金材料執(zhí)行電鍍來形成第二金屬層121?？紤]到穩(wěn)定性、材料成本和表面粗糙度，優(yōu)選的是，第二金屬層121的厚度d2的范圍為大約0.002 μ m至大約0.03 μ m。該金屬層121防止基體材料107和第一金屬層111的銅或鎳材料擴散到表面。在第二金屬層121厚的情況下，可焊性因為高熔點而降低。因此，在上述范圍內(nèi)形成第二金屬層121。在第二金屬層121由鈀合金構(gòu)成的情況下，可以向鈀中加入諸如鎳(Ni)、銅(Cu)、鈷(Co)、鑰(Mo)、釕(Ru)、錫(Sn)和銦(In)的金屬。
[0050]第三金屬層131形成在第二金屬層121的表面上。參照圖3,第三金屬層1311的表面可以受第二金屬層1211的表面粗糙度的影響，因此可以是粗糙的?？梢酝ㄟ^使用銀(Ag)執(zhí)行電鍍來形成第三金屬層131。第三金屬層131比第二金屬層121薄并且形成為薄膜。優(yōu)選的是，第三金屬層131的厚度d3的范圍為大約0.0002 μ m至大約0.05 μ m。在第三金屬層131的厚度大于約0.05 μ m的情況下，被包括在第二金屬層121中的鈀難以擴散到第三金屬層131的表面中或分散在第三金屬層131的表面上。在第三金屬層131的厚度小于約0.0002 μ m的情況下，銀含量是微不足道的，因此可提高引線框架的可焊性。
[0051]根據(jù)本發(fā)明的實施例，由于包括銀的第三金屬層131被形成為薄的厚度d3，因此可通過在半導(dǎo)體封裝件制造工藝過程中執(zhí)行的熱處理使鈀(被包括在第二金屬層121中)分散到第三金屬層131上。
[0052]在通過使用根據(jù)本發(fā)明的實施例的引線框架101和102來制造半導(dǎo)體封裝件的同時，執(zhí)行各種熱處理。例如，在高溫下執(zhí)行各種熟化(cure)處理，并且將線接合到引線框架或者將焊球附著到引線框架的工藝跟隨著熱處理。在這種高溫狀態(tài)或熱處理工藝期間，快速地發(fā)生增大熵的異種金屬之間的相互擴散。
[0053]由于第三金屬層131的厚度d3比第二金屬層121的厚度d2薄，因此在熱處理過程中，被包括在第二金屬層121中的鈀更容易擴散到第三金屬層131中。因此，除了銀(Ag)之外，半導(dǎo)體封裝件中包括的引線框架101的第三金屬層131還包括鈀(Pd)。在如上所述，引線框架的最外層包括銀和鈀的情況下，可以獲得銀材料和鈀材料兩者的優(yōu)點。詳細地講，借助于銀，提高了與由銅材料構(gòu)成的接合線(圖13中的231)的粘著力，并且有效抑制用于裸片附著工藝的環(huán)氧樹脂的溢出(bleeding)現(xiàn)象。此外，鈀允許優(yōu)異的抗變色性。
[0054]第三金屬層131可包括銀鈀合金。在第三金屬層131包括銀鈀合金的情況下，可添加例如金(Au)、釕(Ru)、鎳(Ni)和磷(P)的其它金屬材料中的至少一種。優(yōu)選的是，這些元素的百分數(shù)總和不超過大約5%。這里，為了第二金屬層121中包括的鈀的擴散，第三金屬層131被形成為比第二金屬層121的厚度薄的厚度，具體地，第三金屬層131被形成為薄膜。優(yōu)選的是，第三金屬層131的厚度的范圍為約0.0002 μ m至約0.05 μ m。另外，在第三金屬層131中包括一部分銀(Ag)以減少環(huán)氧樹脂的溢出現(xiàn)象。即，在第三金屬層131由銀鈀合金構(gòu)成的情況下，考慮到擴散到第二金屬層121中的鈀的量和成本，優(yōu)選的是鈀含量為大約30%或更低。
[0055]圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的引線框架103的一部分的剖視圖。
[0056]圖4中不出的實施例與其它實施例的不同在于:在基體材料107和第一金屬層1111之間還包括改性層110。與圖2和圖3中的標號相同的圖4中的標號指示相同的元件。由于相同的元件具有相同的功能或操作，所以下面省略相同的元件的描述。
[0057]改性層110為包括銅、銅合金、鎳和鎳合金中的至少一種的金屬層。改性層110的接觸第一金屬層1111的表面可以通過各種處理變得粗糙。例如，改性層110的表面可以通過等離子體處理、電解拋光以及其它機械、物理和化學(xué)處理而變得粗糙。改性層110的表面粗糙度影響在其上形成的第一金屬層1111、第二金屬層1211和第三金屬層1311，使得第一金屬層至第三金屬層的每個表面變得粗糙。
[0058]圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的引線框架104的一部分的剖視圖。
[0059]在圖5中示出的實施例中，與圖4中示出的實施例相比，在第三金屬層1311上還形成有機膜層1511。與圖4中的標號相同的圖5中的標號指示相同的元件。由于相同的元件具有相同的功能或操作，所以下面省略相同的元件的描述。
[0060]可以利用有機膜層151包覆第三金屬層1311的至少一部分表面，例如，其上安裝有半導(dǎo)體芯片(圖13的211)的裸片置盤(圖9的107-1)。有機膜層151包括有機材料。在將半導(dǎo)體芯片(圖13的211)附著到裸片置盤(圖9的107-1)的裸片附著工藝中，借助于環(huán)氧樹脂將半導(dǎo)體芯片(圖13的211)安裝在裸片置盤(107-1)上。在此工藝過程中，會出現(xiàn)環(huán)氧樹脂的溢出現(xiàn)象。這里，有機膜層151用于有效地抑制環(huán)氧樹脂的溢出現(xiàn)象。
[0061]雖然圖5示出有機膜層151形成在圖4的引線框架103的最外面的金屬層上，但是本發(fā)明不限于此。因此，有機膜層151可分別形成在圖2中示出的引線框架101和圖3中示出的引線框架102的最外面的金屬層上。
[0062]圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的引線框架105的一部分的剖視圖。
[0063]圖6中示出的實施例與圖2中示出的實施例的不同在于:包括銀鈀合金的第四金屬層141形成在第三金屬層131上，并且第三金屬層131比第二金屬層121厚。與圖2中的標號相同的圖6中的標號指示相同的元件。由于相同的元件具有相同的功能或操作，所以下面省略相同的元件的描述。
[0064]第三金屬層131形成在第二金屬層121的表面上。通過使用銀(Ag)執(zhí)行電鍍來形成第三金屬層131。優(yōu)選的是，第三金屬層131的厚度為大約0.02 μ m至大約0.5 μ m，因此第三金屬層131的厚度比第二金屬層121的厚度厚。由于第三金屬層131由銀材料構(gòu)成，因此使由銅構(gòu)成的基體材料107和由銅構(gòu)成的接合線(圖13的231)之間的粘著力最大化，第二金屬層121的鈀材料的氧化最小化，并且提高了焊料潤濕性。
[0065]第四金屬層141形成在第三金屬層131的表面上作為引線框架105的最外面的金屬層。形成第四金屬層141以防止引線框架105的變色或氧化。第四金屬層141可以由銀(Ag)鈀(Pd)合金材料形成。這里，鈀含量可以為大約5原子％至大約50原子％或者大約
4.4重量％至大約46重量％。余量可以為銀。這里，在鈕含量小于大約5原子％或大約4.4重量％的情況下，最外層的抗變色性的效果是微小的。此外，在鈀含量大于大約50原子％或大約46重量％的情況下，無法良好地執(zhí)行引線接合并且可焊性不好。
[0066]可以將其它金屬材料(例如，金(Au)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鈷(Co)、鑰(Mo)、釕(Ru)、錫和銦(In))添加到被包括在第四金屬層141中的銀鈀合金中。優(yōu)選的是，這些元素的百分數(shù)總和不超過大約10%?？紤]到穩(wěn)定性、價格和表面粗糙度，優(yōu)選的是第四金屬層141被形成為大約0.0002 μ m至大約0.02 μ m范圍的薄厚度。
[0067]如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實施例，雖然第三金屬層131是厚的，但是在第三金屬層131上形成由銀鈀合金構(gòu)成的第四金屬層141，以使由銀構(gòu)成的第三金屬層131的變色最小化。由于第四金屬層141 (引線框架105的最外層)包括活性比金(Au)的活性大的銀(Ag)，因此有效地減少了用于裸片附著工藝的環(huán)氧樹脂的溢出現(xiàn)象。為了減少環(huán)氧樹脂的溢出現(xiàn)象，需要確保第四金屬層141中包括的銀(Ag)的百分數(shù)。即，在第四金屬層141由銀鈀合金形成的情況下，優(yōu)選地，鈀的百分數(shù)不超過大約50%。在第四金屬層141由銀鈀合金形成的情況下，改善了引線框架105的延展性和耐蝕性。
[0068]圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的引線框架106的一部分的剖視圖。圖8是放大圖7中示出的引線框架106的一部分的圖。
[0069]在圖7中示出的實施例中，第一金屬層1111的表面是粗糙的，在第一金屬層1111上的第二金屬層1211、第三金屬層1311和第四金屬層1411也具有粗糙的表面。與圖6中的標號相同的圖7中的標號指示相同的元件。由于相同的元件具有相同的功能或操作，所以下面省略相同的元件的描述。
[0070]第一金屬層1111可包括兩層，即，種子層113和保護層115。種子層113形成在基體材料107的表面上，保護層115形成在種子層113的表面上。種子層113和保護層115可由相同的金屬或不同的金屬材料構(gòu)成。
[0071]種子層113可具有粗糙的表面。為此，將基體材料107放入到硫酸銅溶液中，在約5秒至約20秒的短時間內(nèi)向其施加大約15A/dm2 (ASD)或更高的高電流密度，以使種子層113快速地生長。因此，種子層113的表面變得粗糙并且具有小節(jié)(nodule)形狀。
[0072]在下文中，將描述使用例如銅的相同金屬來形成種子層113和保護層115以及使得種子層113和保護層115具有粗糙表面的方法。
[0073]用于由銅形成種子層113的硫酸銅溶液包括硫酸(CuSO4)和水合硫酸銅(CuSO4.5H20)。優(yōu)選的是，硫酸和水合硫酸銅(CuSO4.5H20)的濃度為大約10g/L至大約30g/L。
[0074]在水合硫酸銅(CuSO4.5H20)的濃度低于大約10g/L的情況下，硫酸銅離子不足，因此增加了用于電鍍種子層113的時間段。因此，需要增大電流密度。在這種情況下，種子層113的生長會不穩(wěn)定，因此種子層113和基體材料107之間的粘著力會變?nèi)?。相反，在水合硫酸銅(CuSO4.5H20)的濃度高于大約30g/L的情況下，種子層113會過度地生長，引起臟物(smut)的產(chǎn)生。該臟物會引起種子層113從基體材料107剝落或種子層113的表面剝落的剝落現(xiàn)象。此外，如果水合硫酸銅(CuSO4.5Η20)的濃度高于約30g/L，則種子層113會過度地生長，引起毛刺(burr)的產(chǎn)生。因此，優(yōu)選的是，水合硫酸銅(CuSO4.5Η20)的濃度為大約10g/L至大約30g/L。
[0075]優(yōu)選的是，硫酸的濃度為大約20ml/L至大約60ml/L。在硫酸的濃度低于大約20ml/L的情況下，導(dǎo)電鹽不足，因此種子層113的電流集中的部分會被燒毀或變黑。在這種情況下，由于種子層113不具有所需的表面粗糙度，因此會降低導(dǎo)電性。相反，在硫酸的濃度高于約60ml/L的情況下，導(dǎo)電鹽過度地產(chǎn)生，因此種子層113變得光滑。因此，難以形成具有期望的表面粗糙度的種子層113。
[0076]當使用電鍍法形成種子層113時，優(yōu)選的是，設(shè)置工藝時間為大約5秒至大約20秒。如果工藝時間少于大約5秒，則降低種子層113和基體材料107之間的粘著力。如果工藝時間長于大約20秒，則種子層113的表面剝落。
[0077]優(yōu)選的是，種子層113的表面粗糙度(Ra)平均為大約0.1 μ m至大約0.5 μ m。如果種子層113的表面粗糙度小于大約0.1 μ m，則表面凹凸度太小，因此形成在種子層113上的保護層115的凹凸度和后形成的鍍層的凹凸度變小。因此，會降低與成型部件的互鎖效果。相反，如果種子層113的表面粗糙度大于約0.5 μ m，則種子層113不穩(wěn)定，因此種子層113的一部分剝落或分離。
[0078]保護層115形成在種子層113的表面上，并且與種子層113相比，保護層115可通過使用施加低電流密度的低速電鍍法來形成。在如上所述，保護層115和種子層113由相同金屬材料形成的情況下，種子層113和保護層之間的粘著強度優(yōu)異并且制造工藝簡單。因此，可以快速地形成第一鍍層111。
[0079]優(yōu)選的是，保護層115被形成為大約0.125μπι至大約Ι.Ομπι范圍的厚度。如果保護層115的厚度小于約0.125 μ m，則對種子層113的粘著力的補充會不足。相反，如果保護層115的厚度大于大約1.0 μ m，則會降低保護層115的表面粗糙度。
[0080]由于保護層115在種子層113的表面上薄薄地形成，因此種子層113的表面粗糙度可影響保護層115的表面。即，保護層115的表面粗糙度對應(yīng)于種子層113的表面粗糙度，并且可以為大約0.1 μ m至大約0.5 μ m，其與種子層113的表面粗糙度相似。
[0081]由于種子層113通過高電流快速地生長，因此對基體材料107的粘著力會有點變?nèi)趸蛘叻N子層113的一部分會分離。然而，保護層115形成在種子層113的表面上并補充種子層113的弱粘著部分。因此，可有效地改善種子層113的粘著強度。因此，種子層113可穩(wěn)定地固定到基體材料107。此外，保護層115用于保護種子層113免受外來物質(zhì)影響。
[0082]如上所述，由于種子層113的粘著強度被保護層115補充，因此第一金屬層1111可整體穩(wěn)定地固定到基體材料107。此外，第一金屬層1111 一次(一下子)形成在基體材料107上，因此與具有表面粗糙度的鍍層相比，第一金屬層1111具有優(yōu)異的柔性。因此，在弓I線接合工藝中可進一步地提高線的接合強度。
[0083]即使當種子層113和保護層115由不同的金屬形成時，也可以類似地執(zhí)行上述方法。
[0084]第二金屬層1211形成在第一金屬層1111的表面上。第二金屬層1211的表面可以受第一金屬層1111的表面粗糙度的影響，因此可以是粗糙的。第三金屬層1311和第四金屬層1411的表面也可以受第一金屬層1111的表面粗糙度的影響，因此可以是粗糙的。
[0085]雖然在附圖中未示出，但是引線框架106的表面可以通過使得基體材料107具有粗糙的表面或者通過在基體材料107和第一金屬層1111之間形成其表面是粗糙的改性層110(如關(guān)于圖3和圖4的實施例所描述的)而變得粗糙。
[0086]圖9是示出半導(dǎo)體芯片211安裝在根據(jù)本發(fā)明的實施例的引線框架106上的圖。
[0087]參照圖9，第四金屬層1411的至少一部分表面(例如，其上安裝有半導(dǎo)體芯片211的裸片置盤107-1)可以包覆有有機膜層151。有機膜層151包括有機材料。在用于將半導(dǎo)體芯片211附著到引線框架107的裸片置盤107-1的裸片附著工藝中，借助于環(huán)氧樹脂將半導(dǎo)體芯片211安裝在裸片置盤107-1上。在此工藝過程中，會發(fā)生環(huán)氧樹脂的溢出現(xiàn)象。這里，有機膜層151用于有效地抑制環(huán)氧樹脂的溢出現(xiàn)象。
[0088]圖10示出對引線框架進行的變色測試的結(jié)果。圖10(a)示出對引線框架的變色測試的結(jié)果，在該引線框架中圖2的基體材料107鍍有鎳層(25μπι)/鈀層(0.5μπι)/銀層(5ym);圖10(b)示出對引線框架的變色測試，在該引線框架中圖2的基體材料107鍍有鎳層(25μπι)/鈀層(0.5μπι)/金層(0.25μπι);圖10(c)示出對根據(jù)本發(fā)明的引線框架的變色測試，即，在該引線框架中，圖2的基體材料107鍍有鎳層(25μπι)/鈀層(0.5μπι)/銀層(5 μ m) /銀IE合金層(0.2 μ m) (IE含量:20原子％ )。
[0089]對于這些測試，引線框架在制造工藝中經(jīng)歷熱歷史(在大約175的溫度下大約I小時，在大約200的溫度下大約40分鐘，在大約175的溫度下大約4小時)，并在恒溫恒濕條件(20°C，45% RH)下，將引線框架放入到含有5%硫化銨溶液的室中達大約15分鐘。
[0090]參照圖10，可理解的是，圖10(b)和圖10(c)的引線框架幾乎不變色，圖10(a)的引線框架極大地變色(示出的B部分)。即，根據(jù)本發(fā)明的引線框架(即，圖10(c)的引線框架)的抗變色特性與具有金(Au)鍍層的圖10(b)的引線框架的抗變色特性相似。然而，圖10(c)的引線框架的抗變色特性優(yōu)于圖10(a)的典型的引線框架的抗變色特性。
[0091]圖11示出對根據(jù)本發(fā)明的圖2的引線框架101的焊料潤濕性測試的結(jié)果，圖12示出對根據(jù)本發(fā)明的圖2的引線框架101的可焊性測試的結(jié)果。
[0092]用于測試的圖2的引線框架101具有圖2的基體材料107鍍有鎳層/鈀層(0.5 μ m)/銀層(5 μ m)/銀鈀合金層(0.2 μ m)(鈀含量:20原子％ )的結(jié)構(gòu)。
[0093]針對該測試，將圖2的引線框架101在大約175的溫度下保持大約4小時，將引線框架101暴露于蒸汽老化大約8小時，并且將引線框架101暴露于焊劑(flux) (R-焊劑:α -100)大約5秒。
[0094]參照圖12,分別在大約0.0秒和大約0.3秒時兩次測得了交零時間(zero crosstime)。該結(jié)果表明焊料潤濕性是優(yōu)異的。
[0095]參照圖12，可理解的是，焊料以整體上足夠的厚度設(shè)置在圖2的引線框架101的引線上。該結(jié)果表明可焊性是優(yōu)異的。
[0096]以下示出的表I示出對根據(jù)本發(fā)明的圖2的引線框架101的引線接合強度的測試結(jié)果。
[0097]表I比較了金(Au)形成在最外層上的引線框架與根據(jù)本發(fā)明的圖2的引線框架101 (即，基體材料鍍有鎳層/鈀層/銀層(5 μ m) /銀鈀合金層(0.2 μ m)(鈀含量:20原子％)的引線框架)。
[0098]在三條引線接合的引線框架在大約175的溫度下熟化(cure)大約2小時后，進行引線接合強度測試。
[0099][表 I][0100]
【權(quán)利要求】
1.一種引線框架，所述引線框架包括: 基體材料； 第一金屬層，形成在基體材料的至少一個表面上，第一金屬層包括鎳； 第二金屬層，形成在第一金屬層的表面上，第二金屬層包括鈕;以及 第三金屬層，形成在第二金屬層的表面上，第三金屬層包括銀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的引線框架，其中，第三金屬層的厚度比第二金屬層的厚度薄。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的引線框架，其中，第三金屬層包括銀鈀合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的引線框架，所述引線框架還包括形成在第三金屬層的表面上的第四金屬層，第四金屬層包括銀鈀合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的引線框架，其中，第三金屬層的厚度比第二金屬層的厚度厚。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的引線框架，其中，第四金屬層的銀鈀合金的鈀含量是大約5原子％至大約50原子％ 或大約4.4重量％至大約46重量％。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的引線框架，其中，基體材料的表面被改性為粗糙的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的引線框架，所述引線框架還包括位于基體材料與第一金屬層之間的改性層，所述改性層的表面被改性為粗糙的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的引線框架，其中，第一金屬層包括鎳合金。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的引線框架，其中，第二金屬層包括鈀合金。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的引線框架，其中，第二金屬層由鎳(Ni)、銅(Cu)、鈷(Co)、鑰(Mo)、釕(Ru)、錫(Sn)和銦(In)中的至少一種與鈀合金構(gòu)成。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的引線框架，所述引線框架還包括形成在最外面的金屬層的表面上的有機膜層。
13.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的引線框架，其中，金(Au)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鈷(Co)、.(Mo)、釕(Ru)、錫(Sn)和銦(In)中的至少一種被添加到所述銀鈀合金中。
14.一種半導(dǎo)體封裝件，所述半導(dǎo)體封裝件包括: 引線框架，包括基體材料、第一金屬層、第二金屬層、第三金屬層和第四金屬層，所述基體材料包括裸片置盤和引線部，第一金屬層形成在基體材料的至少一個表面上，第一金屬層包括鎳，第二金屬層形成在第一金屬層的表面上，第二金屬層包括鈕，第三金屬層形成在第二金屬層的表面上，第三金屬層包括銀，第四金屬層形成在第三金屬層的表面上，第四金屬層包括銀鈀合金； 半導(dǎo)體芯片，接合到裸片置盤；以及 多條接合線，將半導(dǎo)體芯片連接到引線部。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體封裝件，其中，第四金屬層的銀鈀合金的鈀含量是大約5原子％至大約50原子％或大約4.4重量％至大約46重量％。
16.一種半導(dǎo)體封裝件，所述半導(dǎo)體封裝件包括: 引線框架，包括基體材料、第一金屬層、第二金屬層和第三金屬層，所述基體材料包括裸片置盤和引線部，第一金屬層形成在基體材料的至少一個表面上，第一金屬層包括鎳，第二金屬層形成在第一金屬層的表面上，第二金屬層包括!B，第三金屬層形成在第二金屬層的表面上，第三金屬層包括銀和從第二金屬層擴散的鈕； 半導(dǎo)體芯片，接合到裸片置盤；以及多條接合線，將半導(dǎo)體芯片連接到引線部。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體封裝件，其中，第三金屬層的厚度比第二金屬層的厚度薄。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體封裝件，其中，第三金屬層包括銀鈀合金和從第二金屬層擴散 的鈀。
【文檔編號】H01L23/495GK103988301SQ201280061073
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2012年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月12日
【發(fā)明者】白城官, 申東逸, 樸世喆 申請人:Mds株式會社