專利名稱：半導(dǎo)體集成電路器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及半導(dǎo)體集成電路器件，特別涉及能有效地防止焊絲斷裂的技術(shù)。
背景技術(shù)：
在裝配半導(dǎo)體集成電路的常規(guī)工藝中，進(jìn)行了以下步驟。即，在Ag點(diǎn)電鍍步驟中，對(duì)模具模塑的沖壓或腐獨(dú)的引線框架(下文稱做內(nèi)引線)的引線的前端部(包括通過(guò)Au線引焊絲鍵合芯片和引線框架得到的部分)施加Ag點(diǎn)電鍍。接下來(lái)，在裝配封裝的步驟中，進(jìn)行管芯粘結(jié)、焊絲鍵合以及要模塑封裝的裝配。在此后的外部電鍍步驟中(包括浸漬步驟)，為了安裝到印刷電路板或電路板上，按照外部電鍍，Sn-Pb系列焊料層預(yù)先接合到包括沒有被模具模塑的引線(下文稱做外引線)和襯底之間的接觸部分上。完成以上提到的Ag點(diǎn)電鍍步驟和外部電鍍步驟之后，進(jìn)行加工產(chǎn)品的步驟。
然而，在需要考慮環(huán)境問(wèn)題的近些年中，特別是，針對(duì)Pb的日本待審專利公開No.5-270860(USP No.5,633,090)等中指出的，即使在如半導(dǎo)體集成電路器件等的一般電子部件和安裝板中，也需要將Pb減少到滿足環(huán)境問(wèn)題的水平。
通常，為了減少Pb，采用不含Pb作為主要金屬的其它焊料(合金)，即無(wú)Pb替代焊料(由無(wú)Pb金屬組成的焊料)代替外部電鍍中使用的Sn-Pb焊料的措施。無(wú)Pb替代焊料要求具有類似于Sn-Pb的熔解溫度范圍和優(yōu)良的粘結(jié)性，特別是潤(rùn)濕性。目前不存在完全滿足要求的組合物，對(duì)應(yīng)于如印刷電路板、芯片部分、半導(dǎo)體封裝等部件選擇性地使用焊料。因此，現(xiàn)已提出根據(jù)不同用途基于Sn的Sn基合金的不同組合物，例如，在日本待審專利公開No.10-93004(現(xiàn)有技術(shù)1)的發(fā)明中，使用Sn-Bi系列代替Sn-Pb系列用做接合并形成在常規(guī)引線中的焊料層使用的金屬。此外，對(duì)于焊料的金屬組合物的結(jié)構(gòu)，在日本待審專利公開No.11-179586(WO 99 30866)(現(xiàn)有技術(shù)2)中提出一種使用Sn-Ag-Bi系列焊料安裝封裝外引線和襯底的發(fā)明。
當(dāng)外部電鍍使用Sn-Pb共晶的無(wú)Pb替代焊料時(shí)，以與現(xiàn)有技術(shù)中提到的相同的方式在每次使用時(shí)選擇Sn基合金，然而，特別是安裝在運(yùn)輸工具、顯著發(fā)展的移動(dòng)電子裝置上的部件和高可靠性的部件中，需要粘結(jié)強(qiáng)度和耐熱疲勞特性優(yōu)良的合金?，F(xiàn)已知當(dāng)優(yōu)良的粘結(jié)強(qiáng)度、優(yōu)良的耐熱疲勞特性和高可靠性很重要時(shí)，Sn-Ag系列合金作為Sn基合金，Sn-Pb共晶焊料的熔點(diǎn)通常為183℃，相反，大多數(shù)Sn-Ag系列合金的熔點(diǎn)為200℃以上，高于Sn-Pb共晶焊料的熔點(diǎn)。因此，目前使用Sn-Pb共晶的無(wú)Pb替代焊料安裝半導(dǎo)體集成電路時(shí)，回流溫度不可避免地變高。于是，本申請(qǐng)的發(fā)明人在高于常規(guī)回流溫度的回流溫度下，裝配Ag電鍍內(nèi)引線并使用熔點(diǎn)高于Sn-Pb共晶焊料熔點(diǎn)的無(wú)Pb替代焊料電鍍外引線的半導(dǎo)體集成電路器件，并研究產(chǎn)品。結(jié)果，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)由于線斷裂產(chǎn)生劣質(zhì)產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種在高于常規(guī)回流溫度的回流溫度下裝配使用熔點(diǎn)高于Sn-Pb共晶焊料熔點(diǎn)的無(wú)Pb替代焊料電鍍外引線的半導(dǎo)體集成電路器件時(shí)能夠有效地防止產(chǎn)生焊絲斷裂的措施。
本發(fā)明的另一目的是提供一種能夠有效地防止由于除回流溫度增加之外通常施加到半導(dǎo)體集成電路器件的卡路里增加產(chǎn)生的線斷裂的措施。
下面簡(jiǎn)要地介紹在本申請(qǐng)中公開的發(fā)明中一個(gè)代表性的發(fā)明的概要。因此，提供一種半導(dǎo)體集成電路器件，包括具有導(dǎo)電性的連接部件；在與所述連接部件連接的部分處提供有包括把層的金屬層的被連接部件，其在樹脂模塑部分外的部分提供有合金層，該合金層的熔點(diǎn)高于以Pb作為主要組成金屬的焊料的熔點(diǎn)且其主要組成金屬中不含Pb；以及模塑所述被連接部分的樹脂。
以上提到的發(fā)明使用Pd作為通過(guò)裝置提供的金屬通過(guò)電鍍等方法接合和形成連接部件要連接的部分。由于對(duì)應(yīng)于具有導(dǎo)電性的連接部件的Au焊絲等的焊絲和對(duì)應(yīng)于如Cu合金和42合金等被連接材料的框材料之間的粘結(jié)特性沒有問(wèn)題，因此由于與Ag相比Pd為較硬金屬，由毛細(xì)管的凹坑產(chǎn)生的不足減少，接合到每個(gè)被連接部件的金屬厚度分布減少。此時(shí)，被接合和形成的位置設(shè)置為連接部件要連接的部分，這是由于位置要限制到連接部件的粘結(jié)特性沒有問(wèn)題的最小面積，因?yàn)镻d與Sn-Pb系列合金和Ag相比不是很便宜，特別是當(dāng)用于接合和形成如具有較大面積的外引線等的模塑體外的部分時(shí)，不能有效地實(shí)現(xiàn)降低成本的目的。
對(duì)于由于接合和成形后向接合和成形的部分施加物理變形力的模塑工藝等產(chǎn)生的電鍍裂紋等問(wèn)題，本發(fā)明沒有所述問(wèn)題，因?yàn)殡婂儾糠直荒Ｋ埽瑳]有成形或處理過(guò)。此外，還有可以避免Ag遷移以及電鍍時(shí)不需要?jiǎng)《居泻Φ那璧鹊膬?yōu)點(diǎn)。
此外，被連接部件構(gòu)成為使得熔點(diǎn)高于Pb作為主要組成金屬的焊料熔點(diǎn)以及不含有Pb作為主要組成金屬的合金接合并形成在由樹脂模塑部分外的部分上，這是由于要使用除Cu框架之外如42Ni-Fe合金等對(duì)應(yīng)于框架材料和被連接部件的其它材料，以避免整個(gè)表面Pd電鍍由于采用與內(nèi)引線的前端部相同的Pd電鍍時(shí)的材料成本不能實(shí)現(xiàn)成本降低的固有問(wèn)題。
此外，本申請(qǐng)的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)由于可以減小電鍍厚度的分布和增加粘結(jié)強(qiáng)度，Pd電鍍施加到內(nèi)引線的前端部的本發(fā)明的技術(shù)想法也適用于縮短線和縮小芯片。
因此，下面簡(jiǎn)要地介紹本申請(qǐng)中公開的發(fā)明中另一個(gè)代表性的發(fā)明的概要。因此，提供一種半導(dǎo)體集成電路器件，包括直徑等于或小于30mm的焊絲；在與所述焊絲連接的部分處提供有包括鈀層的金屬層的被連接部件，其在樹脂模塑部分外的部分提供有以Pb作為主要組成金屬的焊料；以及模塑所述被連接部分的樹脂。
即使目前沒有完全使用無(wú)Pb焊料，由于鈀金屬層接合并形成在連接部件上，由此提高了粘結(jié)強(qiáng)度，相對(duì)于管腳數(shù)量的增加和封裝尺寸的增加，結(jié)構(gòu)有效地提高了組件成品率和可靠性，由芯片縮小導(dǎo)致焊絲縮短(金屬線直徑等于或小于目前30μm的尺寸)。此外，由于鈀金屬層充分地接合并形成在要連接的部分上，因此除了內(nèi)引線的前端部，根據(jù)結(jié)合和形成步驟的成本與材料成本之間的關(guān)系，鈀金屬層可以接合并形成在薄片(tab)上。
下面詳細(xì)地說(shuō)明本申請(qǐng)中介紹的發(fā)明。
本申請(qǐng)的發(fā)明人反復(fù)研究以發(fā)現(xiàn)線斷開的原因并重新確定了產(chǎn)生的原因。通過(guò)本發(fā)明人的分析，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)焊絲中引線側(cè)斷開變差可分為“模塑后焊絲斷開變差”和“回流后引線接合部分?jǐn)嚅_變差”。首先，可以認(rèn)為模塑后焊絲斷開變差是由引線的振動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)力和樹脂硬化和收縮產(chǎn)生的應(yīng)力造成的。如圖1所示，當(dāng)從入口33填充樹脂時(shí)(填充時(shí)間為10秒鐘)，內(nèi)引線4的前端部由于樹脂流垂直地振動(dòng)。由于振動(dòng)應(yīng)力施加到焊絲19，特別是振動(dòng)應(yīng)力趨于施加到入口部分附近的管腳。此外，由于樹脂從遠(yuǎn)離入口33的位置朝入口33(圖中的從左到右)硬化和收縮，估計(jì)張力施加到焊絲19，從具有較弱粘結(jié)強(qiáng)度的引線側(cè)粘合部分產(chǎn)生焊絲斷開。
接下來(lái)，估計(jì)是由于引線框架的膨脹36和樹脂的膨脹35之間的差異產(chǎn)生回流后引線接合部分?jǐn)嚅_變差。圖2為以上介紹情況的示意圖。樹脂硬化材料的物理性質(zhì)在樹脂的玻璃轉(zhuǎn)化點(diǎn)Tg(150到160℃)變化很大，特別是在等于或大于Tg的區(qū)域(α2)中熱膨脹系數(shù)α(＝1.4)變成約四到五倍等于或小于Tg的區(qū)域(α1)中的值。由于回流時(shí)的溫度高于Tg的溫度，由于回流時(shí)樹脂的膨脹(α2)，焊絲19受到損傷，在具有較小強(qiáng)度的部分產(chǎn)生裂紋37(圖2中的A部分)，由于引線框架的膨脹36和樹脂的膨脹35之間的差異產(chǎn)生斷開，如圖3所示。
由于使用無(wú)Pb焊料的原因使用由高熔點(diǎn)的Sn基合金制成的替代焊料增加了回流溫度，因此施加到封裝的卡路里增加，特別是引線框架的膨脹和樹脂的膨脹之間的差異增大。因此，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)在以上提到的焊絲斷開變差之中回流后引線側(cè)接合部分?jǐn)嚅_變差特別成問(wèn)題。
此時(shí)，本申請(qǐng)的發(fā)明人研究了Ag電鍍的厚度和焊絲斷開之間的關(guān)系。由此，現(xiàn)已明確當(dāng)電鍍的厚度變?yōu)轭A(yù)定的厚度范圍時(shí)容易產(chǎn)生焊絲斷開。分析其原因，認(rèn)為以太薄的電鍍厚度粘合Au焊絲時(shí)不能充分地保障Ag和Au之間連接表面的區(qū)域，由此由于熱應(yīng)力造成的焊絲變形產(chǎn)生焊絲斷開。此外，當(dāng)使Ag電鍍的厚度大于某個(gè)厚度時(shí)，在等于或大于必要值的程度Ag電鍍表面變形以吸收鍵合能量。由此，認(rèn)為不可能得到充分的鍵合，鍵合表面的截面形狀變成相對(duì)于Au焊絲的熱變形產(chǎn)生的張力變?nèi)醯男螤睢?br> 此外，下面從形狀的角度介紹回流后引線接合部分?jǐn)嚅_變差。圖4為焊絲19通過(guò)毛細(xì)管20粘合到Ag點(diǎn)電鍍表面時(shí)的截面圖。圖4中的陰影部分對(duì)應(yīng)于毛細(xì)管20的前端，前端的直徑為170μm，Au焊絲19的直徑為30μm。在圖中，引線框架7的厚度為150μm。如上所述，由于對(duì)于每個(gè)要Ag電鍍的引線框架，Ag鍍層38的厚度分布在約1.5μm和10μm之間的范圍內(nèi)，因此很難定義Ag電鍍的定義。因此，在圖中，假定產(chǎn)生斷開變差的電鍍厚度較厚。
當(dāng)接合線時(shí)，由于Ag為較軟的金屬，毛細(xì)管20深入到Ag鍍層38的表面內(nèi)，Ag電鍍38的部分表面如圖4所示鼓起。然后，圖4中參考符號(hào)A所表示的部分中的Au焊絲19的厚度變得較薄，由此產(chǎn)生具有較弱線強(qiáng)度的部分。圖5為鍵合后引線側(cè)粘合部分的透視圖。在圖5中，由圖5中線A表示的部分對(duì)應(yīng)于圖4中的A部分?；亓髦?，由于引線框架的膨脹和樹脂的膨脹之間的差異，在圖6中所示的圖4中的部分處產(chǎn)生焊絲斷開。作為參考，圖7為模塑后焊絲斷開變差的引線側(cè)接合部分的透視圖。產(chǎn)生回流后引線側(cè)接合部分中斷開變差，由此斷開的焊絲與接合部分交疊，然而，產(chǎn)生模塑后引線側(cè)接合部分中焊絲斷開變差，由此斷開的焊絲與接合部分分離。如上所述，在本申請(qǐng)發(fā)明人分析的基礎(chǔ)上顯然由于毛細(xì)管20深入具有較大厚度的Ag鍍層表面內(nèi)由此產(chǎn)生具有較弱線強(qiáng)度的部分的原因產(chǎn)生焊絲斷開。
近些年來(lái)，設(shè)計(jì)上要求的Ag鍍層的厚度變薄到幾μm。通過(guò)研究Ag鍍層表面的厚度分布，現(xiàn)已知在目前的Ag電鍍工藝中，處理很多要電鍍的主體時(shí)，很難保持初始設(shè)置的電鍍厚度，對(duì)于每個(gè)要電鍍的主體，電鍍厚度分布在1.5μm和10μm之間的范圍。因此，為了限制每個(gè)引線框架Ag鍍層的厚度分布，本申請(qǐng)的發(fā)明人已嘗試使最大厚度位于5和8μm之間的范圍內(nèi)，而不是常規(guī)的10μm。然而，在目前的Ag電鍍工藝中，以上提到的最大厚度10μm為極限值，很難將最大厚度設(shè)置在5和8μm之間。因此，可以認(rèn)為在目前的Ag電鍍工藝中很難使電鍍厚度的分布小于目前的水平。
然而，為了解決以上提到的產(chǎn)生焊絲強(qiáng)度變?nèi)醪糠值膯?wèn)題，本發(fā)明可通過(guò)以下方式獲得使用比Ag硬并且厚度分布較小的金屬作為金屬層接合并形成在內(nèi)引線的前端部并研究和考慮以使用合適的金屬制造成本最低的產(chǎn)品。
接下來(lái)，介紹鈀金屬層如上所述接合并形成在內(nèi)引線的前端部的原因，由此從引線側(cè)粘合部分的形狀的角度可以防止回流后引線側(cè)接合部分的斷開。
圖8為焊絲19通過(guò)毛細(xì)管20接合到Pd鍍層10表面的剖面圖。介紹了一個(gè)實(shí)施例，其中圖8中的陰影部分為毛細(xì)管20的前端部，前端的直徑為170μm，Au線19的直徑為30μm。當(dāng)接合焊絲19時(shí)，由于Pd為較硬的金屬，與電鍍表面為Ag的情況相比，毛細(xì)管20沒有深入那么多。因此，與圖4中的部分A相比，圖8中部分A的Au焊絲19的厚度t可以確保到足夠的厚度，由此可以保持線強(qiáng)度。圖9為鍵合后引線側(cè)粘合部分的透視圖。圖9中線A表示的部分對(duì)應(yīng)于圖8中的部分A。現(xiàn)已知與圖5中的相比，可以確保圖9中的Au焊絲厚度?；亓髦螅捎谝€框架的膨脹和樹脂膨脹之間的差異造成應(yīng)力沿圖9中的箭頭方向施加。然而，由于沒有強(qiáng)度變?nèi)醯牟糠?，因此沒有產(chǎn)生斷開，即斷開的焊絲與Ag鍍層部分產(chǎn)生的粘合部分重疊。當(dāng)設(shè)置毛細(xì)管20的接合力以確保引線框架7的厚度為150μm時(shí)Au焊絲的厚度t為10μm以上，至少不產(chǎn)生線斷開，Pd鍍層10的厚度最小為0.02μm，最大為0.15μm。
接下來(lái)，介紹本發(fā)明將Pd金屬層接合和形成到要連接的部件的技術(shù)思想能被應(yīng)用到縮短連接部件的技術(shù)而與無(wú)Pb無(wú)關(guān)的原因。
作為估算本申請(qǐng)代表性發(fā)明中各條件的結(jié)果，應(yīng)注意到該估算是在假定封裝尺寸沒有改變的前提下作出的。此時(shí)，如上所述由引線框架的膨脹和樹脂膨脹之間的差異造成焊絲斷開。因此，可以認(rèn)為當(dāng)隨著多管腳封裝變大時(shí)，以上提到的膨脹差異變得更突出。由于容量增加，卡路里變大，由此回流時(shí)施加到樹脂上的卡路里增加。此外，由于多管腳，回流時(shí)從襯底流出穿過(guò)管腳的卡路里也增加。
此外，即使由于芯片縮小縮短了間距，與具有相同尺寸的封裝相比，仍有很多卡路里施加到封裝。因此，即使是具有相同數(shù)量管腳的封裝，由于芯片縮小封裝尺寸變小，焊絲鍵合的焊盤間距隨之縮小，焊絲直徑變小。隨著芯片收縮引起的線縮短，即，隨著目前的線直徑30μm進(jìn)一步變窄，必須考慮使電鍍厚度變薄。由于考慮到在目前的Ag點(diǎn)電鍍工藝中能夠?qū)崿F(xiàn)的范圍內(nèi)的電鍍厚度的分布在將來(lái)會(huì)太大，所以鍵合操作變得不穩(wěn)定。
也就是說(shuō)，即使回流溫度不改變但由于隨著多芯片和芯片縮小而間距縮小所以施加到封裝的卡路里增加的情況對(duì)應(yīng)于回流溫度的增加。因此，由于可以減小金屬厚度的分布并增加鍵合強(qiáng)度，而與無(wú)Pb沒有直接的關(guān)系，所以可以采用將Pd金屬層接合并形成到要連接的部件的技術(shù)想法。
此時(shí)，雖然該技術(shù)想法與本申請(qǐng)中介紹的發(fā)明完全不同，但有一種預(yù)焊料電鍍的引線框架(PPL)工藝作為可以實(shí)現(xiàn)無(wú)Pb的處理方法。PPL工藝是一種在模塑之前將具有良好粘結(jié)性能的鈀金屬電鍍?cè)诎ü苄菊辰Y(jié)部分內(nèi)引線和外引線的整個(gè)引線框架上的工藝。由于在電鍍中使用的金屬為鈀，因此PPL工藝可以制得無(wú)Pb。此外，在PPL工藝中，由于不要求通常模塑之后進(jìn)行的外部電鍍工藝，因此可以縮短裝配時(shí)間，并且由于省略了外引線的焊料電鍍使整個(gè)裝配工藝自動(dòng)化。
然而，由于框部件的材料和Pd材料之間的電位差形成局部電池，因此存在產(chǎn)生腐蝕的危險(xiǎn)，由此如42合金(42Ni-Fe)金屬等的Fe系列框不能用做框部件，框局限為銅合金。此時(shí)，通過(guò)在框和Pd金屬層之間插入阻擋金屬可以使用Fe系列框，然而，由于在實(shí)際的裝配工藝中切割阻擋條和引線的前端時(shí)截面中的材料露出，材料腐蝕從截面同心地集中地加速，由于考慮到制造成本制造工藝的復(fù)雜性，所述Fe系列框變得不利，所以該結(jié)構(gòu)不合適。此外，由于由框狀態(tài)進(jìn)行外引線的電鍍，外引線表面被污染，并且在除去非常有可能模塑產(chǎn)生的樹脂毛刺等的毛刺除去操作中，安裝襯底時(shí)焊料的潤(rùn)濕性變差。此外，由于與鉛系列焊料相比鈀為硬金屬，因此產(chǎn)生如果電鍍后形成外引線電鍍剝離的問(wèn)題。
因此，即使使用以上提到的Pd電鍍工藝作為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的即防止線斷開的方式，基本上可以使每個(gè)要電鍍的主體的電鍍厚度差異變小，然而，由于存在以上提到的不足，毫無(wú)疑問(wèn)該方式不是解決問(wèn)題的合適方式。
此外，本申請(qǐng)的發(fā)明人在申請(qǐng)本申請(qǐng)之前從“引線框架上鍍Pd”的角度檢索了現(xiàn)有技術(shù)。結(jié)果在日本待審專利公開No.11-40723(U.S.P.No.5,889,317)(現(xiàn)有技術(shù)3)和11-220084(現(xiàn)有技術(shù)4)中，提出了通過(guò)Pd系列金屬電鍍包括至少外引線的部分或整個(gè)引線的發(fā)明。此外，作為主要從不需要外部電鍍工藝和整個(gè)裝配工藝自動(dòng)化的角度通過(guò)Pd系列金屬電鍍整個(gè)引線的發(fā)明，有日本待審專利公開No.10-284666(現(xiàn)有技術(shù)5)、10-298798(現(xiàn)有技術(shù)6)和10-18056(現(xiàn)有技術(shù)7)，從進(jìn)一步將Au-Ag合金電鍍到Pd系列金屬層最外表面上的角度，有日本待審專利公開No.11-8341(現(xiàn)有技術(shù))。


圖1為模塑之后產(chǎn)生焊絲連接變差的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為回流之后在引線側(cè)粘合部分中產(chǎn)生裂紋的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為回流后在引線側(cè)粘合部分中產(chǎn)生焊絲斷開的示意圖；圖4為粘合焊絲時(shí)焊絲鍵合到Ag電鍍表面上的放大圖；圖5為焊絲鍵合到Ag電鍍表面上的線粘合部分的放大圖；圖6為回流Ag電鍍后線斷開的示意圖；圖7為Ag電鍍的樹脂硬化并收縮之后線斷開的示意圖；圖8為粘合線時(shí)焊絲鍵合到Pd電鍍表面上的放大圖；圖9為焊絲鍵合到Pd電鍍表面上的焊絲粘合部分的透視圖；圖10為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的引線框架的平面圖；圖11為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的引線框架的放大平面圖；圖12為沿圖11的線A-B的剖面圖；圖13為內(nèi)引線前端中Pd電鍍的詳細(xì)剖面圖；圖14為根據(jù)本發(fā)明使用框架的管芯粘結(jié)工藝中施加粘合劑材料的示意圖；圖15為根據(jù)本發(fā)明使用框架的管芯粘結(jié)工藝中安裝芯片的示意圖；圖16為根據(jù)本發(fā)明使用框架的焊絲鍵合工藝的示意圖；圖17為根據(jù)本發(fā)明使用框架的管芯粘結(jié)工藝中Pd電鍍部分的放大圖；圖18為焊絲鍵合到Pd電鍍表面上時(shí)Au焊絲粘合部分形狀的示意圖；圖19為焊絲鍵合到Pd電鍍表面上粘合部分的透視圖；圖20為完成焊絲鍵合之后根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例引線框架的放大平面圖；圖21為根據(jù)本發(fā)明使用框架的樹脂模塑的剖面圖；圖22為根據(jù)本發(fā)明使用框架電鍍外引線之后的剖面圖；圖23為根據(jù)本發(fā)明使用框架彎曲工藝的示意圖；圖24為根據(jù)本發(fā)明使用框架引線前端對(duì)準(zhǔn)工藝的示意圖；圖25為根據(jù)本發(fā)明使用框架封裝的完成產(chǎn)品的俯視正面圖；
圖26為根據(jù)本發(fā)明使用框架沿封裝的完成產(chǎn)品的線E-F的剖面圖；圖27為根據(jù)本發(fā)明使用框架封裝的完成產(chǎn)品的透視圖；圖28為根據(jù)本發(fā)明的封裝安裝在襯底上的結(jié)構(gòu)示意圖；圖29為根據(jù)本發(fā)明的封裝安裝之后安裝襯底的俯視正面圖；圖30為風(fēng)扇內(nèi)置型CSP的周邊焊盤結(jié)構(gòu)的示意性剖面圖。
具體實(shí)施例方式
下面參考附圖詳細(xì)地介紹根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。此時(shí)，在介紹實(shí)施例的所有附圖中相同的參考數(shù)字表示具有相同功能的元件，并且省略了重復(fù)的說(shuō)明。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體集成電路器件為內(nèi)引線的前端部為點(diǎn)鍍鈀并且外引線為Sn-Ag系列合金電鍍的半導(dǎo)體集成電路器件。
在本實(shí)施例中，以具有208個(gè)管腳和封裝尺寸為28mm見方的結(jié)構(gòu)為例說(shuō)明。
在半導(dǎo)體集成電路器件中使用的引線框架的四個(gè)重復(fù)單元圖示在圖10中。當(dāng)然重復(fù)單元的數(shù)量不限于四個(gè)。此外，在本實(shí)施例中材料為Cu合金，然而也可以是如42Ni-Fe等的鐵系列引線框架。在本實(shí)施例中，由于鈀電鍍沒有施加到整個(gè)表面上，因此不會(huì)產(chǎn)生在鈀整個(gè)表面電鍍中外引線中的局部電池的問(wèn)題。
圖11為鈀電鍍1施加到內(nèi)引線4的前端部的一個(gè)引線框架7的放大圖。薄片(管芯墊)2是所謂的小薄片，將芯片安裝表面的面積設(shè)置得小于安裝于其上的半導(dǎo)體芯片的主表面的面積。通過(guò)使用小薄片，可以預(yù)先防止產(chǎn)生回流裂紋的危險(xiǎn)。根據(jù)本實(shí)施例，薄片為小薄片，然而也可以為交叉的薄片型(僅有懸掛引線3寬度的類型)，也可以是通常的薄片。此外，根據(jù)本實(shí)施例，鈀電鍍沒有施加到管芯墊2，然而，鈀電鍍可以施加到管芯墊2。
圖12為沿圖11所示的引線框架7放大圖的線A-B的剖面圖。鈀電鍍1施加到引線的前端部。將要鈀電鍍的部分可以構(gòu)成為使得焊絲鍵合部分具有要點(diǎn)鍍的最小尺寸。電鍍時(shí)，根據(jù)電解電鍍通過(guò)掩蔽除引線框架7的背面和引線的前端部之外的其它部分進(jìn)行電鍍。因此，除了在下述最小量所需的內(nèi)引線前端部的表面上電鍍之外，電鍍也施加在厚度方向上。下面以使用具有30μm的焊絲直徑的Au焊絲19相對(duì)于電鍍所需的最小面積進(jìn)行焊絲鍵合的情況為例進(jìn)行說(shuō)明，點(diǎn)鍍所需的最小面積21約為圖19所示由粘合寬度a和粘合長(zhǎng)度b表示的線粘合部分a×b面積的75％。根據(jù)本實(shí)施例，值a和b都設(shè)置為至少90μm，設(shè)置所需的最小面積21的位置以便它的中心設(shè)置在距引線框架的前端300μm處。
此外，通過(guò)變形懸掛引線3將管芯襯墊2設(shè)置在內(nèi)引線4的表面之下進(jìn)行所謂的薄片下沉。這是由于可以防止填充樹脂時(shí)芯片的上和下部分之間樹脂填充速度的差異。
圖13示出了根據(jù)本實(shí)施例內(nèi)引線的前端部中鈀電鍍的結(jié)構(gòu)。鈀電鍍由三層構(gòu)成，Ni電鍍11首先施加到內(nèi)引線4作為底電鍍，鈀電鍍10施加于其上，最后施加Au薄鍍9以提高耐腐蝕性。設(shè)置根據(jù)本實(shí)施例各層的具體厚度以便內(nèi)引線的厚度為150μm，Ni電鍍的厚度為1.0μm，鈀電鍍的厚度為0.15μm，Au薄鍍的厚度約為1nm。
下面參考圖14介紹管芯粘結(jié)工藝。圖14為沿圖11中線C-D的剖面圖。下沉薄片之后的引線框架7安裝在工作臺(tái)16上，并與管芯襯墊2的下表面接觸。通過(guò)設(shè)置具有用于容納管芯襯墊上粘結(jié)材料15的注射器12的分配器，用于管芯粘結(jié)的粘結(jié)材料15粘合到管芯襯墊的上表面上。此時(shí)，粘結(jié)材料15使用用于具有小消耗功率的半導(dǎo)體器件的導(dǎo)電膏(含有Ag粉和碳的有機(jī)樹脂)。除了良好的透熱性之外，管芯粘結(jié)材料需要的特性為相對(duì)于半導(dǎo)體器件和引線框架7的涂覆膜的焊料潤(rùn)溫性、由于使用半導(dǎo)體器件時(shí)和不使用半導(dǎo)體器件時(shí)之間的溫度差異焊料的熱疲勞性能等?？紤]到以上因素，導(dǎo)電膏很有效。此外，由于本發(fā)明的目的是減少Pb，因此不使用主要由Pb組成通常在功率器件中使用的金屬焊料。然而，這不意味著沒有金屬焊料可以使用，可以使用無(wú)Pb焊料。為此，在不考慮無(wú)Pb的另一代表性發(fā)明中，當(dāng)然可以使用主要由Pb組成的金屬焊料。下一步驟參考圖15。通過(guò)夾頭17將半導(dǎo)體芯片18移動(dòng)到粘結(jié)材料15粘合的引線框架上之后，芯片粘合到芯片粘合位置。夾頭17的截面形狀為圖15所示的四角錐形，夾頭17和半導(dǎo)體芯片18由于負(fù)壓吸引緊密地固定于夾頭17。
下面參考圖16介紹焊絲鍵合工藝。管芯粘結(jié)工藝之后，芯片18的下表面和內(nèi)引線4的下表面固定到工作臺(tái)16。如凹槽等接收管芯襯墊2的部分預(yù)先形成在工作臺(tái)16中。固定之后，毛細(xì)管20從芯片18上的焊盤鍵合到內(nèi)引線4。圖17為焊絲鍵合部分的放大圖。圖18為焊絲鍵合之后粘合部分的形狀示意圖。在本發(fā)明中，焊絲直徑d為30μm，粘合寬度W最大105μm，粘合長(zhǎng)度最大105μm。從本發(fā)明人進(jìn)行的研究結(jié)果顯然看出通過(guò)設(shè)置L、W和d的關(guān)系滿足公式1.5≤W/d≤3.5和1.5≤L/d≤3.5可以得到良好的粘合狀態(tài)。
完成以上提到的焊絲鍵合工藝之后得到的引線框架7顯示在圖20中，接下來(lái)在模塑工藝中進(jìn)行樹脂模塑。在模塑工藝中，引線框架7固定在模塑金屬模具22之間，從樹脂填充口23灌注樹脂24。在本實(shí)施例中，構(gòu)成灌注時(shí)間以使填充時(shí)間變?yōu)?0秒。灌注時(shí)，有必要在引線框架2的上和下部分之間以相同的速度灌注樹脂。這是由于模塑時(shí)引線框架7的振動(dòng)寬度設(shè)置的盡可能地小，施加到焊絲19的應(yīng)力減小以防止線斷開。
圖22示出了樹脂模塑之后外部電鍍施加到外引線5并且完成外部電鍍之后的狀態(tài)。在本實(shí)施例中外部電鍍使用的金屬為通過(guò)將Cu和/或Bi添加到Sn-Ag系列金屬得到的合金。這是由于可以實(shí)現(xiàn)減少Pb并且并假定具有高回流溫度的回流安裝。因此，除了以上提到的合金之外，當(dāng)然可以使用Zn、In、Sb和Sn之中的合金或Sn系列合金。當(dāng)回流安裝時(shí)，粘結(jié)糊狀釬料包括具有不同安裝溫度的結(jié)構(gòu)，例如，Sn-Ag系列、Sn-Zn系列、Sn-Bi系列等。在目前的狀態(tài)中，Sn-Ag系列金屬的熔點(diǎn)高于含Pb焊料的熔點(diǎn)。然而，在其它實(shí)施例中，外部電鍍使用鉛系列焊料。這是由于當(dāng)注意到通過(guò)向內(nèi)引線4施加鈀鍍層增加了內(nèi)引線4和焊絲19之間的粘結(jié)強(qiáng)度的事實(shí)時(shí)，不需要將外部電鍍局限為鉛系列焊料。
完成外部電鍍之后，為形成外部引線5的工藝。首先，如圖23所示，樹脂模塑體保持并固定在外引線5的根部，并通過(guò)沖壓機(jī)25使外引線5成形。成形之后，通過(guò)圖24中所示從下部移動(dòng)沖模26切割和成形外引線5的前端部。
圖25示出了本實(shí)施例中完成的產(chǎn)品示意圖，圖27為示意圖的透視圖，圖26為沿圖27中線E-F的截面圖。管腳數(shù)為208，然而，在圖中示出的管腳數(shù)量少以避免麻煩。通過(guò)斜切一個(gè)角并刻出標(biāo)記得到樹脂模塑體的形狀，以確保安裝處理時(shí)封裝的方向性。對(duì)于本實(shí)施例中完成產(chǎn)品的具體尺寸，樹脂模塑體的尺寸D為28mm見方，包括外引線5的半導(dǎo)體封裝的外部尺寸為30.6±0.2mm，最大高度為3.56mm。此外，引線的間距p為0.5mm，每個(gè)引線的寬度w為0.2mm，厚度t為0.15mm，樹脂模塑體和外引線前端之間水平方向中的長(zhǎng)度為1.3mm，彎曲的外引線的前端長(zhǎng)度k為0.5mm。
下面參考圖28和29介紹安裝在印刷電路板上的工藝。焊膏28施加到大于外引線5的前端安裝表面的足跡29上。通過(guò)施加焊膏之后從上面安裝封裝31并施加熱進(jìn)行安裝操作?；亓鞣òㄆ嗷亓鳌⒖諝饣亓?、紅外線回流等。在實(shí)施例中，回流溫度為255 ℃，比通常的Sn-Pb系列焊料的回流溫度235℃高20℃。這是由于對(duì)應(yīng)于焊料熔點(diǎn)高的事實(shí)。此外，對(duì)于印刷電路板30上足跡29的具體尺寸，寬度為0.20到0.25mm，長(zhǎng)度b為1.3mm。
這是由于在尺寸的范圍內(nèi)，安裝封裝時(shí)產(chǎn)生的封裝位置小量的偏移可以通過(guò)回流自對(duì)準(zhǔn)，所以沒有產(chǎn)生由安裝位置的偏移引起的問(wèn)題。
在以上提到的實(shí)施例中，介紹了用于制造QFP目的的本發(fā)明，然而，本發(fā)明也可以應(yīng)用到表面安裝型封裝，例如QFN、QFJ等，并不局限于QFP，此外，本發(fā)明也可以應(yīng)用到具有線連接部分的一般封裝，例如，排列在芯片中間的焊盤通過(guò)焊絲連接到引線的小外廓無(wú)鉛引線封裝。此外，根據(jù)實(shí)施例，制造結(jié)構(gòu)以提高對(duì)應(yīng)于連接部件的線接合和連接到對(duì)應(yīng)于要連接部件的內(nèi)引線的部分的連接強(qiáng)度，然而，連接部件不限于焊絲，要連接的部件不限于引線。例如，本發(fā)明適用于將Pb鍍層施加到對(duì)應(yīng)于接合部分的焊盤40，并將對(duì)應(yīng)于連接部件42的引線連接到芯片尺寸封裝中的半導(dǎo)體芯片39的情況，在所述封裝中使用如聚酰亞胺帶43等的絕緣部件作為基底材料并通過(guò)焊料球安裝在襯底上，如圖30中的示意截面圖所示。即，本發(fā)明通常適用于改進(jìn)半導(dǎo)體器件中連接部分的連接特性和可靠性。
下面簡(jiǎn)要地介紹本申請(qǐng)公開的發(fā)明中代表性的發(fā)明得到的效果。
根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種無(wú)鉛LSI封裝，具體地，適用熔點(diǎn)高于Pb系列焊料熔點(diǎn)的無(wú)鉛替代焊料的LSI封裝，可以提高組件成品率和可靠性。此外，可以提供一種由于封裝中管腳增加或它的尺寸增加和芯片縮小引起線縮短的LSI封裝，并且可以提高組件成品率和可靠性。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體集成電路器件，包括管芯襯墊；半導(dǎo)體芯片，安裝在所述管芯襯墊上方；多個(gè)內(nèi)引線部分，布置在所述管芯襯墊周圍；多個(gè)外引線部分，分別與所述多個(gè)內(nèi)引線部分連續(xù)地形成；多個(gè)焊絲，將所述半導(dǎo)體芯片與所述多個(gè)內(nèi)引線部分電連接；第一金屬層，形成在所述內(nèi)引線部分的每一個(gè)的末端部分的表面上，所述多個(gè)焊絲的每一個(gè)焊絲的一端與所述第一金屬層相接觸；樹脂，密封所述半導(dǎo)體芯片、所述多個(gè)焊絲和所述多個(gè)內(nèi)引線部分，所述多個(gè)外引線部分從所述樹脂向外突出；以及第二金屬層，形成在所述多個(gè)外引線部分的每一個(gè)的表面上，其中所述第一金屬層是鈀層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體集成電路器件，其中所述第二金屬層是提供與印刷電路板的電連接的焊料層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體集成電路器件，其中所述多個(gè)內(nèi)引線部分的每一個(gè)都具有主表面、與所述主表面相對(duì)的后表面、在所述主表面與所述后表面之間的側(cè)表面以及與所述半導(dǎo)體芯片相對(duì)的所述末端部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的半導(dǎo)體集成電路器件，其中所述第一金屬層形成在所述末端部分處并且在所述主表面上方。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體集成電路器件，其包括管芯襯墊；半導(dǎo)體芯片，安裝在管芯襯墊上方；多個(gè)內(nèi)引線部分，布置在管芯襯墊周圍；多個(gè)外引線部分，分別與多個(gè)內(nèi)引線部分連續(xù)地形成；多個(gè)焊絲，將半導(dǎo)體芯片與多個(gè)內(nèi)引線部分電連接；第一金屬層，形成在內(nèi)引線部分的每一個(gè)的末端部分的表面上，多個(gè)焊絲的每一個(gè)焊絲的一端與第一金屬層相接觸；樹脂，密封半導(dǎo)體芯片、多個(gè)焊絲和多個(gè)內(nèi)引線部分，多個(gè)外引線部分從樹脂向外突出；以及第二金屬層，形成在多個(gè)外引線部分的每一個(gè)的表面上，其中第一金屬層是鈀層。由此能有效地防止由于施加到半導(dǎo)體集成電路器件的卡路里增加產(chǎn)生的線斷開。
文檔編號(hào)H01L23/31GK101013683SQ200610103048
公開日2007年8月8日 申請(qǐng)日期2001年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月18日
發(fā)明者宮木美典, 鈴木博通, 金田剛 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所