[发明专利]用于半导体器件的改良湿度可靠性和增强可焊性的引线框架

说明书

技术领域

本发明一般涉及半导体器件和处理的领域，并且更具体地涉 及用于集成电路器件和半导体组件的引线框架末层(finish)的材料和 制作。

背景技术

用于半导体器件的引线框架提供用于稳固地放置封装中的半 导体芯片(通常是集成电路(IC)芯片)的稳定支撑衬垫。由薄的(大 约120μm到250μm)金属薄片制造单片引线框架已经是普遍的实践。 为了简单制造，普遍选择的起始金属是铜、铜合金、铁镍合金(例如 所谓的“合金42”)和铝。引线框架的期望形状从原始薄片中模印或 刻蚀出来。

除芯片衬垫外，引线框架提供多个导电段以使各种电导体紧 邻芯片。在段的内部末端和IC表面上的接触焊盘之间的剩余空隙通过 连接器被桥接，这些连接器一般是薄金属导线，如被分别键合到IC接 触焊盘和引线框架段上的金线。因此，内部段末端的表面必须是在冶 金上适合于跳焊附着(stitch-attaching)连接器。

远离IC芯片(“外部”末端)的引线段的末端需要电子地和 机械地连接到印刷电路板之类的外部电路。这一附着通常通过在200℃ 以上的回流温度下常规地焊接锡合金焊料来执行。因此，外段末端的表 面需要具有适合于回流附着到外部部件的冶金学构造。

最后，引线框架提供用于封装敏感芯片和脆弱连接导线的架 构。由于低成本，使用塑料材料而不是金属罐或陶瓷进行封装已经成 为优选的方法。175℃下环氧基热固树脂复合物的传递模塑处理已被实 践了许多年。用于模塑和塑模固化(聚合)的175℃的温度与用于共晶 焊料回流的＞200℃的温度是兼容的。

在潮湿环境中的可靠性测试要求模塑复合物对引线框架和其封 装的器件部件具有良好的粘附力。对良好粘附力的两个贡献因素是模 塑复合物和引线框架的金属末层之间的化学亲和性，以及引线框架的 表面粗糙度。

近几年，许多技术趋势使得寻找用于不同需求的满意的解决 方案变得越来越复杂。例如，封装尺寸在缩小，这提供了用于粘附的 更小表面。然后，使用无铅焊料的要求把回流温度范围推进到大约 260℃附近，这使维持塑模复合物对引线框架的粘附力变得更困难。这 对于可用于QFN(方形扁平无引线)和SON(小外型无引线)器件内 的很小的引线框架表面尤其如此。

另外，市场压力力图降低引线框架的成本而因此强调减少用 于引线框架的任何昂贵金属。这对于要被最小化的任何贵金属的数量 尤其如此，这些贵金属通常可能被用于引线框架，如金或钯。

发明内容

申请人认识到有实现低成本器件制作的新概念的需要，该制 作使用为半导体器件的高可靠性特制的引线框架结构。低成本引线框 架有可能提供对模塑复合物的粘附力、连接导线的可键合性、暴露引 线框架段的可焊接性和无风险锡枝晶生长的组合。

当引线框架及其制作方法足够灵活地被应用到不同的半导体 产品族和宽范围的设计与装配变化中，并且实现对处理产出和设备可 靠性改进的目标时，其存在技术优势。当这些创新通过使用已安装的 设备基础来完成从而不需要在新制造机器上投资并且创新处理导致产 量的增加和周期的缩短时，其存在进一步的技术优势。

本发明的一个实施例是具有由基体金属薄片构成的结构的引 线框架板条，其中该薄片具有第一和第二表面。连续的金属层(优选 镍)与第一和第二薄片表面接触。镍层厚度在0到大约2μm的范围内。 第一贵金属(优选钯)的第一层与第一薄片表面上的金属层接触；这 一第一层具有一厚度，优选大约10nm。第一贵金属的第二层与第二薄 片表面上的金属层接触；这一第二层具有大于第一层的厚度的厚度， 优选大约75nm。一层第二贵金属层(优选金)与第一贵金属的第一层 接触。

本发明的另一个实施例是一种半导体器件，其具有包含由基 体金属构成的结构的引线框架，其中该结构包括芯片安放衬垫和多个 引线段，并且该薄片有第一和第二表面。覆盖基体金属表面的是连续 的镍层。第一薄片表面上方的镍层上是具有一定厚度的第一钯层。第 二薄片表面上方的镍层上是具有大于第一薄片表面上方的层厚度的厚 度的第二钯层。此外，金层与第一薄片金属上方的钯层接触。半导体 芯片被附着到芯片安放衬垫上并连接到引线段。聚合封装材料覆盖芯 片、连接和多个部分引线段。