[发明专利]铅框架和用于铅框架的铜合金

说明书

本发明涉及用于树脂密封型包装的铜合金铅框架，和具有新的表面结构的铜合金。

其中半导体薄片被热固化树脂密封的树脂密封型包装，最常作为半导体设备的塑料包装，因为制备此类型的包装具有经济和生产效率方面的优势。通常，最常使用的塑料包装结构是双重内联包装(DIP)，它是一种铅插入式包装。为增加表面包装密度，此包装已越来越多的被诸如小轮廓包装(SOP)和铅块平面包装(QFP)及类似的包装类型所取代。经常使用QFP，因为输入和输出信号在QFP中可以增加。随着最近对降低电子元件体积的需要，出现了此类薄的包装如1mm厚度的薄的小轮廓包装(TSOP)和薄的铅块平面包装(TQFP)，和0.5mm厚度的极小轮廓内联包装(USOP)。

装配所有这些包装过程中，通常进行以下操作。将半导体薄片借助于银糊(Agpaste)或类似物热焊接在铅框架上。或者将半导体薄片固化或银钎焊在用于铅框架上的金或银电镀层上。随后用树脂密封并进行外部工序。通过在外部铅上电镀而将外平面镀膜，目的在于增加铅的抗腐蚀能力和有利于在基底上快速装配。在外表镀膜前用化学抛光剂进行预处理，以除去在前面方法中形成的任何氧化膜，也即是说，当树脂固化时将外部的铅加热。用化学抛光剂除去几个μm的厚度。使用具有好的可湿性的焊接剂作为外镀膜的材料。焊接剂在由重量63％Sn和37％Pb组成时具有低共熔点。焊接剂的最低熔点是183℃，在此共熔点有最高的可湿性。在修整(trimming)过程中要对外部的铅进行摩擦。焊接剂必须足够坚硬以不致在修整时形成固体颗粒。因此将所用焊接剂中Sn的含量定在重量的80-90％。

有关这些包装的可靠性的一个严重问题，是在表面封固时包装出现裂缝和剥落。当装配半导体包装时，如果在树脂和冲模焊接点(die pad)(铅框架的部分，在此处将半导体薄片封固)之间的粘合很少，过热的处理将导致在它们之间产生热破裂。这是包装剥落的机理。认为包装产生裂缝的机理是：在装配半导体包装后，模塑的树脂吸湿，所吸收的水分在快速表面包装的加热过程中蒸发。如果在包装中有裂缝，水蒸气在包装的这些裂缝中产生压力。这是作用于剥落的表面的内压力并导致裂缝扩大。如果树脂经受不住内压力，树脂会裂化。当在表面封固的包装上形成裂缝时，湿度、杂质及类似物侵入半导体薄片组件中，因此将半导体腐蚀，继续发展形成损害。膨胀的包装导致外表的破坏，并丧失商业价值。最近，诸如包装裂缝并剥落的这类问题随着较薄包装的发展而变得严重。

包装裂缝问题可归因于树脂和冲模焊接点(die pad)之间的连接失败。因为在包装的封闭过程中，铅框架材料在如冲模-压焊和线-压焊等树脂封闭之前要经受各种热处理，在铅框架材料的表面形成数十至数千nm厚度的氧化膜。这些氧化膜对树脂在铅框架材料上的附着产生严重的影响。

偶然，一种表示为42％Ni-Fe的铁-镍合金及一种铜合金被作为铅框架材料。因为42％Ni-Fe合金的热膨胀系数接近于陶瓷，因此用这些合金作为陶瓷包装的材料。也用42％Ni-Fe作为塑料包装的高可靠性的材料。然而，不利的是铁-镍合金的电导率比铜合金低。铁-镍合金因此不适于作为需要增加热耗散和信号传导速度的现代包装。在这一方面，因为铜合金具有高的电导率，它在热耗散和信号高速传导方面具有优势。铜合金因此能够用于设计可靠性高的包装。

附着于铜合金的氧化膜次于附着于铁-镍合金的氧化膜。因此剥落易发生于树脂和铜合金的冲模焊接点(die pad)之间。因此在用铜合金作为铅框架时易于发生包装裂缝和剥落问题。为生产可靠性高的包装，因此必须发展附着有高级氧化膜的铜合金。

铅框架材料也需要以下的特性。首先，铅框架材料必须比较薄以满足包装变薄的要求。最近，最常使用的薄片的厚度是0.15mm和0.125mm。因为铅框架如上所述变薄和变窄，则整个铅框架和铅的刚性降低。结果，内部铅在装配过程中会发生变形，外部铅在装置封固过程中会发生变形。铅框架材料必须有高的刚性以防止外部和内部铅的变形。提供铅框架模式的蚀刻术描绘了铅框架材料的轮廓。因此需要刻蚀特性。另外，需要可压制性。进而，因为在封固过程中对铅框架进行焊接，铅框架的焊接点的部分必须具有高的可靠性。铅框架材料需要如上所述的多方面的特性。

本发明的一个目的是提供一种铜合金铅框架，它附着有改进的氧化膜，并可以解决包装裂缝和剥落的问题，并可增强热散失特性，提高包装的运动速度。

本发明的一个目的也是提供一种有新的最上表层结构的铜合金。