一種半導(dǎo)體引線框架的表面處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體引線框架的制造方法，尤其涉及一種半導(dǎo)體引線框架的表面處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體封裝中一個(gè)非常重要的材料就是引線框架。引線框架是半導(dǎo)體封裝的三大基本原材料之一(另外兩種是塑封材料和芯片本身)。半導(dǎo)體封裝中的內(nèi)部互聯(lián)通常使用金線、鋁絲、銅絲，實(shí)現(xiàn)管腳與芯片之間的連接。采用金線的金絲球熱超聲波壓焊多用于存儲(chǔ)器、處理器以及專用集成電路芯片等的內(nèi)互聯(lián)。采用鋁絲的冷超聲波壓焊多用于功率、整流器等半導(dǎo)體器件的封裝。
[0003]引線框架一般由銅合金作為基材，制造過(guò)程主要是模具沖壓和表面處理兩大工序，經(jīng)過(guò)沖壓成型后.再經(jīng)過(guò)表面處理以便增加可焊性。表面處理主要是除油、電鍍銅和鍍層保護(hù)，引線框架的表面處理之所以重要是因?yàn)楹附庸に囍苯幼饔糜谄浔砻妫鳛橐€的電氣連接點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)芯片功能和外部電路連接的橋梁，對(duì)于內(nèi)互聯(lián)來(lái)說(shuō)比較重要的是表面質(zhì)量，直接影響焊接的可靠性。
[0004]超聲波焊接的物理過(guò)程很復(fù)雜，至今還未十分清楚。但是有這樣一個(gè)事實(shí):即具有未飽和電子結(jié)構(gòu)的金屬原子相互接觸便能相互結(jié)合，如果兩種相同(或不同)金屬的表面絕對(duì)清潔，彼此貼緊，則兩金屬表面層的原子的未飽和電子將結(jié)合成為真正的冶金鍵合，即兩種金屬相互擴(kuò)散相互滲透。這是一種理想的假設(shè)，實(shí)際的金屬表面不可能絕對(duì)清潔和光滑，一定存在不同程度的污染和氧化層，通常狀態(tài)下普通金屬表面并不是絕對(duì)清沽和光滑的，即使經(jīng)過(guò)精加工，金屬表面還有厚度約為300個(gè)原子厚度的具有很強(qiáng)吸引力的不平整層，它可從大氣中吸收和捕獲氧，形成金屬氧化物結(jié)晶體，而且像自由金屬表面原子一樣，具有未飽和鍵的表面分子，這種金屬氧化物的分子對(duì)水汽的吸引力很強(qiáng)。因此，在金屬氧化物表面會(huì)凝聚著空氣中的水汽、氣體和有機(jī)物質(zhì)薄膜，形成阻礙焊接的薄膜和氧化層，在金屬表面形成隔膜層，就像一個(gè)壁皇一樣阻礙具有未飽和結(jié)構(gòu)的原子接觸，造成焊接不緊密，焊接質(zhì)量差，直接影響焊接的可靠性，影響引線框架的封裝質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有引線框架在焊接時(shí)由于形成的隔膜層造成焊接不緊密，焊接質(zhì)量差的缺陷，本發(fā)明提供了一種引線框架表面處理工藝，該表面處理工藝在銅表面層設(shè)置有一層有機(jī)保護(hù)層來(lái)代替隔膜層，并且在沾錫和焊鋁線時(shí)，本保護(hù)層自然消除，達(dá)到保護(hù)又不影響焊接效果的作用。
[0006]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種半導(dǎo)體引線框架的表面處理方法，其特征在于:依次包括超聲波除油、電解除油、水洗、硫酸中和活化、水洗、電鍍銅、水洗、酸中和、水洗、銅保護(hù)、水洗、熱水洗和烘干，所述銅保護(hù)的具體工藝要求為:將半導(dǎo)體引線框架導(dǎo)入保護(hù)液中浸泡已達(dá)到附上銅保護(hù)膜的目的，所述保護(hù)液的pH為5?7，溫度為20?40°C，浸泡時(shí)間為10?20S，所述保護(hù)液包括如下成分:
烷基苯并咪唑:9?15g/L 醋酸:1?3g/Lo
[0007]所述超聲波除油的具體工藝要求為:將半導(dǎo)體引線框架導(dǎo)入超聲波脫脂劑中進(jìn)行超聲波除油，超聲波脫脂劑的溫度為50?60°C，超聲波脫脂劑濃度為50?60g/L，超聲波除油時(shí)間為10?20S。
[0008]所述電解除油的具體工藝要求為:將半導(dǎo)體引線框架導(dǎo)入電解除油劑中進(jìn)行電解除油，電解除油劑的溫度為50?60°C，電解除油劑的濃度為50?60g/L，電解除油時(shí)間為10 ?20S。
[0009]所述硫酸中和活化的具體工藝要求為:將半導(dǎo)體引線框架硫酸溶液中進(jìn)行酸洗，硫酸溶液濃度為3?7g/L，酸洗時(shí)間為5?15S。
[0010]所述電鍍銅的具體工藝要求為:將半導(dǎo)體引線框架導(dǎo)入電鍍液中進(jìn)行電鍍銅，電鍍液溫度為40?60°C，電鍍時(shí)間為10?20S，電鍍液電流密度為4?6安培/平方分米，所述電鍍液包括如下成分:
氰化亞銅:30g?50/L ；
氫氧化鉀:5?15g/L。
[0011]所述酸中和的具體工藝要求為:將半導(dǎo)體引線框架導(dǎo)入硫酸溶液中進(jìn)行中和，硫酸溶液濃度為0.5?1.5g/L，中和時(shí)間為6?10S。
[0012]所述烘干的具體工藝要求為:烘干的溫度120?140°C，時(shí)間為15?25S。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
本發(fā)明的銅保護(hù)的具體工藝要求為:將半導(dǎo)體引線框架導(dǎo)入保護(hù)液中浸泡已達(dá)到附上銅保護(hù)膜的目的，所述保護(hù)液的pH為5?7，溫度為20?40°C，浸泡時(shí)間為10?20S，所述保護(hù)液包括如下成分:烷基苯并咪唑:9?15g/L醋酸I?3g/L。由于烷基苯并咪唑與銅之間的絡(luò)合反應(yīng)，以及烷基苯并咪唑分子之間的氫鍵和范德華引力，在銅表面上形成烷基苯并咪唑-銅絡(luò)合物膜，它是一層致密、疏水、耐熱的防氧化膜，又具有優(yōu)良的可焊性能。醋酸幫助烷基苯并咪唑在水中溶解。以化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理在銅層表面生成保護(hù)膜，并具有防氧化防止受潮等效果，避免銅層被氧化.在送到客戶使用時(shí)，保護(hù)膜很容易在350°C (沾錫上芯的溫度350-400°C)時(shí)立即(0.5-1秒)分解，使銅表面與沾錫、焊接的結(jié)合力非常牢固。通過(guò)烷基苯并咪唑-銅絡(luò)合物膜的作用能夠防止隔膜層的生成，大大提高了焊接質(zhì)量。本發(fā)明的銅保護(hù)工藝相比于現(xiàn)有的銅保護(hù)工藝具有成本低，保質(zhì)期(由6個(gè)月延長(zhǎng)到12個(gè)月)更長(zhǎng)，不影響用戶的沾錫和可焊性好的優(yōu)點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0014]本發(fā)明的目的在于改善功率半導(dǎo)體引線框架的沾錫和焊接性。改善芯片與載片之間的連接，以及鋁絲與芯片和內(nèi)引腳之間的連接。
[0015]本發(fā)明的工藝流程為:
超聲波除油、電解除油、水洗、硫酸中和活化、水洗、電鍍銅、水洗、酸中和、水洗、銅保護(hù)、水洗、熱水洗和烘干，所述銅保護(hù)的具體工藝要求為:將半導(dǎo)體引線框架導(dǎo)入保護(hù)液中浸泡已達(dá)到附上銅保護(hù)膜的目的，所述保護(hù)液的pH為5?7，溫度為20?40°C，浸泡時(shí)間為10?20S，所述保護(hù)液包括如下成分:
烷基苯并咪唑:9?15g/L 醋酸:1?3g/Lo
[0016]由于烷基苯并咪唑與銅之間的絡(luò)合反應(yīng),以及烷基苯并咪唑分子之間的氫鍵和范德生引力，在銅表面上形成烷基苯并咪唑-銅絡(luò)合物膜，它是一層致密、疏水、耐熱的防氧化膜，又具有優(yōu)良的可焊性能。醋酸幫助烷基苯并咪唑在水中溶解。以化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理在銅層表面生成保護(hù)膜，并具有防氧化防止受潮等效果，避免銅層被氧化.在送到客戶使用時(shí)，保護(hù)膜很容易在350°C (沾錫上芯的溫度350-400°C )時(shí)立即(0.5-1秒)分解，使銅表面與沾錫、焊接的結(jié)合力非常牢固。
[0017]所述超聲波除油的具體工藝要求為:將半導(dǎo)體引線框架導(dǎo)入超聲波脫脂劑中進(jìn)行超聲波除油，超聲波脫脂劑的溫度為50?60°C，超聲波脫脂劑濃度為50?60g/L，超聲波除油時(shí)間為10?20S。
[0018]所述電解除油的具體工藝要求為:將半導(dǎo)體引線框架導(dǎo)入電解除油劑中進(jìn)行電解除油，電解除油劑的溫度為50?60°C，電解除油劑的濃度為50?60g/L，電解除油時(shí)間為10 ?20S。
[0019]所述硫酸中和活化的具體工藝要求為:將半導(dǎo)體引線框架硫酸溶液中進(jìn)行酸洗，硫酸溶液濃度為3?7g/L，酸洗時(shí)間為5?15S。
[0020]所述電鍍銅的具體工藝要求為:將半導(dǎo)體引線框架導(dǎo)入電鍍液中進(jìn)行電鍍銅，電鍍液溫度為40?60°C，電鍍時(shí)間為10?20S，電鍍液電流密度為4?6安培/平方分米，所述電鍍液包括如下成分:
氰化亞銅:30g?50/L ；
氫氧化鉀:5?15g/L。
[0021]所述酸中和的具體工藝要求為:將半導(dǎo)體引線框架導(dǎo)入硫酸溶液中進(jìn)行中和，硫酸溶液濃度為0.5?1.5g/L，中和時(shí)間為6?10S。
[0022]所述烘干的具體工藝要求為:烘干的溫度120?140°C，時(shí)間為15?25S。
[0023]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)發(fā)明作進(jìn)一步的描述，所描述的實(shí)施例僅僅是發(fā)明一部分實(shí)施例，并不是全部的實(shí)施例?；诎l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的其他所用實(shí)施例，都屬于發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0024]實(shí)施例1
本實(shí)施例包括如下工藝步驟:
A、進(jìn)行超聲波除油:將功率半導(dǎo)體引線框架引導(dǎo)入超聲波脫脂劑中進(jìn)行超聲波除油，利用聲波振動(dòng)使表面覆著的油污疏松脫落，以除去基體表面在沖壓時(shí)殘留的油脂。超聲波脫脂劑溫度為50°C (攝氏度)，超聲波脫脂劑溶度為50g/L (克每升)，超聲波除油時(shí)間1S(秒
[0025]B、進(jìn)行電解除油:將功率半導(dǎo)體引線框架導(dǎo)入電解除油劑中進(jìn)行電解除油，利用電解時(shí)表面析出氫氣使表面覆著的油污脫落，以除去基體表面在沖壓時(shí)殘留的油脂。溫度為55°C，電解除油劑的濃度為55g/L，時(shí)間10S。
[0026]C、進(jìn)行硫酸中和活化:將功率半導(dǎo)體引線框架導(dǎo)入硫酸溶液中進(jìn)行酸洗，以中和除去基體表面堿性物質(zhì)并對(duì)基體表面的氧化層進(jìn)行還原反應(yīng)。硫酸溶液濃度是5g/L，酸洗時(shí)間是12S。
[0027]D、進(jìn)行電鍍銅:將功率半導(dǎo)體引線框架導(dǎo)入電鍍液中進(jìn)行電鍍銅，所述電鍍液各組份的含量具體是:氰化亞銅40g/L、氫氧化鉀10g/L、電鍍液溫度50°C，電鍍時(shí)間是20S，電鍍電流密度是4安培/平方分米，溶液連續(xù)過(guò)濾。
[0028]E、進(jìn)行硫酸中和:將功率半導(dǎo)體引線框架導(dǎo)入硫酸溶液中進(jìn)行酸洗，以中和除去在鍍銅時(shí)殘留在表面的物質(zhì)。硫酸溶液濃度是lg/L，酸洗時(shí)間是8S。
[0029]F、進(jìn)行銅保護(hù):將功率半導(dǎo)體引線框架導(dǎo)入保護(hù)液中浸泡附上銅保護(hù)膜，保護(hù)液的PH為6，溫度為30°C，浸泡時(shí)間是15S，保護(hù)液的成分:烷基苯