專利名稱：引線框架及其制造方法以及半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及半導(dǎo)體器件，更具體地說，本發(fā)明涉及通過利用密封樹脂封裝安裝在引線框架上的半導(dǎo)體元件形成的半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
圖1是采用傳統(tǒng)引線框架的半導(dǎo)體器件的剖視圖。圖1所示的半導(dǎo)體器件1具有所謂引線型封裝，該引線型封裝設(shè)置了許多從用于封裝半導(dǎo)體芯片的樹脂密封部分引出的引線端子。
在圖1中，利用小片粘結(jié)材料5，將半導(dǎo)體芯片2固定到引線框架3的小片臺(tái)(die stage)4上。半導(dǎo)體芯片2的各電極通過接合線6連接到內(nèi)部引線7，而利用密封樹脂8封裝半導(dǎo)體芯片2、小片臺(tái)4接合線6以及內(nèi)部引線7。外部引線9從密封樹脂8伸出作為外部連接端子。
通常，通過利用沖壓方法、蝕刻方法等處理并圖形化銅合金板，成型引線框架。在圖形化銅合金板后，對(duì)每個(gè)內(nèi)部引線的端部鍍銀(Ag)，從而便于進(jìn)行導(dǎo)線接合。在需要時(shí)，對(duì)整個(gè)引線框架噴涂有機(jī)防變色劑。在成型引線框架的銅(Cu)合金中含有作為添加劑的鋅(Zn)、鉛(Pb)、鉻(Cr)等。
在上述半導(dǎo)體器件1的制造過程中，在諸如導(dǎo)線接合處理的加熱過程中，引線框架3的表面被熱氧化。也就是說，加熱引線框架3會(huì)在表面上形成氧化銅薄膜。在這種情況下，會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象，即在氧化銅層與基體材料之間的邊界附近會(huì)分離、凝結(jié)出銅合金中的非常少量添加劑元素。凝結(jié)出添加劑元素的部分具有脆弱的特性。也就是說，銅合金基體材料的熱氧化過程在該表面上的氧化銅層與內(nèi)部基體材料之間形成脆性層(brittle layer)。
此外，在在諸如導(dǎo)線接合過程的加熱過程中形成熱氧化膜時(shí)，對(duì)引線框架3的表面噴涂防變色劑也形成脆性層。也就是說，包含在防變色劑中的部分元素可以在銅基體與氧化銅薄膜之間的邊界附近形成脆性層。
在將通過封裝形成了上述脆性層的引線框架3而形成的半導(dǎo)體器件安裝到安裝基底等上的情況下，如果在焊料軟熔處理過程中加熱半導(dǎo)體器件，脆性層可能發(fā)生裂縫。如果密封樹脂中的水分變成蒸氣并進(jìn)入該裂縫，如圖2所示，則在引線框架3(作為小片臺(tái)4的材料的銅合金)與密封樹脂8(小片臺(tái)4表面上的氧化銅層)之間可能出現(xiàn)層離(exfoliation)，而且可能出現(xiàn)發(fā)生封裝出現(xiàn)裂痕或內(nèi)部出現(xiàn)裂痕的問題。如果因?yàn)椴捎脽o鉛焊料而提高安裝溫度，則這種問題將變得更加明顯。
此外，在在銅合金表面上形成二價(jià)銅(CuO)針狀結(jié)晶體的黑化處理過程中，可以獲得與本發(fā)明效果類似的效果。然而，在對(duì)完成的半導(dǎo)體器件進(jìn)行焊料軟熔處理時(shí)，取決于形成過氧化銅的狀態(tài)，可能在氧化銅與銅合金基體材料之間產(chǎn)生層離，而且沒有辦法根據(jù)其外表辨別它們。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的總體目的是提供一種克服了上述問題的改進(jìn)型、有用的半導(dǎo)體器件。
本發(fā)明的更具體目的是提供一種由銅合金構(gòu)成的、可以防止在引線框架表面和采用這種引線框架的半導(dǎo)體器件附近產(chǎn)生層離的引線框架。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種引線框架，該引線框架包括基體材料，由銅合金構(gòu)成；以及氧化銅層，通過使引線框架接觸強(qiáng)氧化劑溶液成型，該氧化銅層用作最外層，而且由不是針狀結(jié)晶體形式氧化銅的氧化銅構(gòu)成。
根據(jù)上述本發(fā)明，由于事先在引線框架的基體材料上成型氧化銅層，所以引線框架的基體材料不被熱氧化，而且在半導(dǎo)體器件的制造過程中，不在基體材料上形成脆性層。因此，即使在進(jìn)行樹脂封裝之后，加熱半導(dǎo)體器件，仍可以防止半導(dǎo)體器件的封裝發(fā)生膨脹或者產(chǎn)生裂痕。此外，僅通過將引線框架浸入強(qiáng)氧化劑溶液中，就可以形成氧化銅層，這樣可以減少半導(dǎo)體器件制造成本的增加。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的引線框架中，氧化銅層的厚度最好為10至1000埃。由于氧化銅層非常薄，所以該氧化銅層不變?yōu)獒槧罱Y(jié)晶體層。因此，在基體材料表面上，可以將該氧化銅層成型為一層穩(wěn)定層。
此外，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種引線框架制造方法，該方法包括將銅合金構(gòu)成的基體材料圖形化為預(yù)定圖形；對(duì)部分基體材料進(jìn)行電鍍；以及通過將基體材料浸入強(qiáng)氧化劑溶液中，在基體材料表面上形成氧化銅層作為最外層，該氧化銅層由不是針狀結(jié)晶體形式氧化銅的氧化銅構(gòu)成。
在根據(jù)本發(fā)明的制造方法中，可以調(diào)節(jié)基體材料浸入強(qiáng)氧化劑溶液內(nèi)的時(shí)間以在氧化銅變成針狀結(jié)晶態(tài)之間從強(qiáng)氧化劑溶液中取出基體材料。
此外，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件包括引線框架，具有成型在由銅合金構(gòu)成的基體材料上的氧化銅層，通過使引線框架接觸強(qiáng)氧化劑溶液形成該氧化銅層，該氧化銅層用作最外層，并由不是針狀結(jié)晶體形式氧化銅的氧化銅構(gòu)成；半導(dǎo)體元件，安裝在引線框架的預(yù)定部分；以及密封樹脂，用于封裝半導(dǎo)體器件。
在根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件中，氧化銅層的厚度可以為10至1000埃。
在結(jié)合附圖閱讀以下詳細(xì)說明時(shí)，本發(fā)明的其他目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯。


圖1是采用傳統(tǒng)引線框架的半導(dǎo)體器件的剖視圖；圖2是圖1所示半導(dǎo)體器件的剖視圖，它示出在小片臺(tái)與密封樹脂之間產(chǎn)生的層離；圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例用于半導(dǎo)體器件的引線框架的平面圖；圖4是圖3所示引線框架的小片臺(tái)的放大剖視圖；圖5是示出在將半導(dǎo)體芯片2安裝到小片臺(tái)上后，進(jìn)行導(dǎo)線接合的狀態(tài)的引線框架的平面圖；圖6是示出安裝在小片臺(tái)上的半導(dǎo)體芯片的放大側(cè)視圖；以及圖7A和7B是用于解釋與傳統(tǒng)黑化處理過程相比，根據(jù)本發(fā)明形成氧化銅層的處理過程的示意圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在，將參考

本發(fā)明實(shí)施例。
圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例用于半導(dǎo)體器件的引線框架10的平面圖。圖4是圖3所示引線框架10的小片臺(tái)11的放大剖視圖。通過對(duì)作為基體的銅合金板進(jìn)行處理和圖形化，形成類似于傳統(tǒng)引線框架的、根據(jù)本發(fā)明用于半導(dǎo)體器件的引線框架10。通常，用于引線框架的銅合金含有含有作為添加劑元素的、非常少量的鋅(Zn)、鉛(Pb)、鉻(Cr)等。通常利用諸如沖壓方法和蝕刻方法的已知技術(shù)，圖形化銅合金板。在為了形成引線框架10的結(jié)構(gòu)而圖形化銅合金板后，對(duì)每一內(nèi)部引線12的端部鍍銀(Ag)。至此，所進(jìn)行的處理與對(duì)傳統(tǒng)引線框架所做的處理相同。
盡管在傳統(tǒng)引線框架中，可以在鍍銀之后，噴涂有機(jī)防變色劑，但是根據(jù)本發(fā)明的引線框架10省略了表面上的防變色劑，而在引線框架10的表面上形成氧化銅薄層。也就是說，在將防變色劑噴涂到銅合金板上后，就完成了傳統(tǒng)引線框架，而在根據(jù)本發(fā)明的引線框架10中，利用如下所述的特殊方法對(duì)作為基體材料的銅合金進(jìn)行氧化，以在引線框架10的表面上形成作為最外層的氧化銅層14(請(qǐng)參考圖4)。
如上所述，在將氧化銅層14成型到引線框架10的表面上，特別是小片臺(tái)11的表面上后，就完成了引線框架10。然后，利用引線框架10制造半導(dǎo)體器件。
除了成型在引線框架10上的氧化銅層14之外，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的基本組成與圖1所示的半導(dǎo)體器件相同。圖5是示出在將半導(dǎo)體芯片2安裝到小片臺(tái)11上后，進(jìn)行導(dǎo)線接合的狀態(tài)的引線框架10的平面圖。圖6是示出安裝在小片臺(tái)11上的半導(dǎo)體芯片2的放大側(cè)視圖。
在該半導(dǎo)體器件的制造過程中，首先，利用設(shè)置在它們之間的小片粘結(jié)材料5，將半導(dǎo)體芯片2安裝到引線框架10的小片臺(tái)11上。然后，利用接合線6，將半導(dǎo)體芯片2的各電極與內(nèi)部引線12的鍍銀部分連接在一起。此后，利用密封樹脂8，封裝小片臺(tái)11、半導(dǎo)體芯片2、接合線6以及內(nèi)部引線12。
根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件采用在基體材料的表面上成型了氧化銅層14的引線框架10。因?yàn)榇嗽颍词乖趯?dǎo)線接合處理過程中，加熱引線框架10，引線框架10的基體材料內(nèi)的銅也不會(huì)被熱氧化。因此，不存在脆性層，從而防止封裝因?yàn)榇嘈詫佣l(fā)生膨脹或產(chǎn)生裂痕，脆性層可能在熱氧化處理期間因?yàn)樘砑觿┰氐睦淠谧鳛榛w材料的銅合金與氧化銅層之間形成。
現(xiàn)在，將參考圖7A和7B說明根據(jù)本實(shí)施例的氧化銅層14的成型過程。圖7A和7B是用于解釋與不成型氧化銅層14的情況相比，成型氧化銅層14的處理過程的示意圖。圖7A示出在不成型氧化銅層的情況下引線框架表面附近狀態(tài)的變化，而圖7B示出在成型根據(jù)本發(fā)明的氧化銅層14情況下引線框架表面附近狀態(tài)的變化。
首先，圖形化構(gòu)成銅合金板的基體材料21以使該板具有引線框架的結(jié)構(gòu)。在這種情況下，如圖7A-(a)和圖7B-(a)所示，基體材料21的銅合金暴露在引線框架的表面上。
接著，根據(jù)本實(shí)施例，對(duì)引線框架10進(jìn)行氧化處理，如圖7B-(b)所示。對(duì)于圖7A所示的、不形成氧化銅層的情況，不進(jìn)行該氧化處理。通過將引線框架10浸入強(qiáng)氧化劑溶液中，進(jìn)行氧化處理。因此，基體材料21內(nèi)的銅被強(qiáng)氧化劑氧化，并形成氧化銅層14。盡管氧化銅層14主要包括一價(jià)銅(Cu2O)，但是氧化銅層14也可以包括二價(jià)銅(CuO)。
在利用強(qiáng)氧化劑進(jìn)行的氧化過程中，在氧化銅層14與基體21的銅合金之間不分離出添加劑元素，而且，因此，不形成因?yàn)樘砑觿┰氐睦淠纬傻拇嘈詫?。此外，即使在基體材料的表面上噴涂防變色劑，防變色劑的成分也不會(huì)包含在基體材料中，因?yàn)樵摮煞直蝗芙獾綇?qiáng)氧化劑溶液中，因此，不形成脆性層。
在此，通過將銅合金浸入強(qiáng)氧化劑溶液內(nèi)形成氧化銅層的過程就是所謂黑化處理過程。黑化處理過程是在銅合金表面上形成二價(jià)銅(CuO)針狀結(jié)晶體層的過程，而將其稱為黑化處理是因?yàn)槎r(jià)銅(CuO)針狀結(jié)晶體層的顏色是黑色的。通常，黑化處理是通過將引線框架的表面配置為針狀形狀，提高密封樹脂與引線框架之間的粘合力的過程。
用于進(jìn)行黑化處理的強(qiáng)氧化劑溶液是例如氯化鈉、氫氧化鈉以及過二硫酸鉀的混合溶液。通過在約100℃下，將銅合金浸入這種混合溶液內(nèi)3至10分鐘，形成二價(jià)銅(CuO)針狀結(jié)晶體層。
盡管還可以利用進(jìn)行上述黑化處理的強(qiáng)氧化劑的混合溶液成型在本實(shí)施例中在基體材料21上形成的氧化銅層14，但是氧化銅層14不是針狀結(jié)晶體層。也就是說，在傳統(tǒng)黑化處理過程中，繼續(xù)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，直到表面上的氧化銅層變成二價(jià)銅(CuO)針狀結(jié)晶體層。相反，根據(jù)本實(shí)施例的氧化銅層14主要包括一價(jià)銅(Cu2O)，這是在形成二價(jià)銅(CuO)，即變成針狀結(jié)晶體層之前，從強(qiáng)氧化劑混合溶液中取出引線框架形成的。
因此，根據(jù)本實(shí)施例的氧化處理時(shí)間必須比傳統(tǒng)黑化處理所需時(shí)間短得多。此外，盡管被進(jìn)行了黑化處理的引線框架的最外層是二價(jià)銅(CuO)針狀結(jié)晶體層，但是根據(jù)本實(shí)施例的引線框架10具有作為最外層、不是針狀結(jié)晶體層的氧化銅層14。此外，根據(jù)本實(shí)施例的氧化銅層14的厚度明顯比通過黑化處理形成的針狀結(jié)晶體層的厚度薄，但是足以在約10至1000范圍內(nèi)。
如上所述，因?yàn)閮H通過將引線框架浸入強(qiáng)氧化劑溶液中非常短的時(shí)間，就可以形成根據(jù)本實(shí)施例的氧化銅層，所以可以容易地形成氧化銅層14，而不增加引線框架的制造成本。此外，氧化銅層14可以非常薄，而且可以成型為穩(wěn)定一價(jià)銅(Cu2O)層。
接著，在利用引線框架形成半導(dǎo)體器件時(shí)，在導(dǎo)線接合處理過程中，加熱引線框架。此時(shí)，如圖7A-(c)所示，由于在不成型圖7所示氧化銅層14情況下暴露的基體材料21中的銅的熱氧化，形成如圖7A-(c)所示的氧化銅層22。相反，在在上述氧化處理過程中成型氧化銅層14情況下，不新成型另一個(gè)氧化銅層，因?yàn)榛w材料21的表面已經(jīng)被氧化銅層14覆蓋。
在此，在圖7A所示的、暴露的基體材料21中的銅被熱氧化而且形成氧化銅層22的情況下，在氧化銅層22與基體材料21之間分離并凝結(jié)出基體材料21中的添加劑元素，從而形成凝結(jié)層23。凝結(jié)層23相當(dāng)于上述脆性層。相反，在圖7B所示的、成型氧化銅層14的情況下，不因?yàn)闊嵫趸a(chǎn)生氧化銅層，因此，不形成凝結(jié)層23。
在進(jìn)行導(dǎo)線接合過程之后，利用密封樹脂8封裝半導(dǎo)體芯片2。將半導(dǎo)體芯片2安裝和固定在引線框架10的小片臺(tái)11上，而且還利用密封樹脂一起封裝小片臺(tái)11。因此，在圖7A所示的過程中，氧化銅層22被密封樹脂8覆蓋，如圖7A-(d)所示。另一方面，在圖7B所示的過程中，利用氧化過程強(qiáng)迫成型的氧化銅層14被密封樹脂8覆蓋，如圖7B-(d)所示。
完成樹脂封裝后，就完成了成型半導(dǎo)體器件。此時(shí)，半導(dǎo)體器件在圖7A所示情況下和圖7B所示情況下均工作正常。因此，保存半導(dǎo)體器件，直到使用它。在保存期間，半導(dǎo)體器件的密封樹脂可以從周圍環(huán)境吸收水分。
因此，在利用半導(dǎo)體器件制造產(chǎn)品時(shí)，將半導(dǎo)體器件安裝到安裝基底等上。在許多情況下，利用焊接安裝方法安裝半導(dǎo)體器件。特別是，通過將外部引線焊接到安裝基底的電極焊盤上，來安裝引線端子型半導(dǎo)體器件。在這種安裝方法中，半導(dǎo)體器件進(jìn)行焊料軟熔的加熱。由于無鉛焊料的熔點(diǎn)高，所以加熱溫度達(dá)到約230至240℃。
在以這樣的溫度加熱半導(dǎo)體器件時(shí)，半導(dǎo)體器件(密封樹脂)內(nèi)產(chǎn)生的熱應(yīng)力升高，這樣可能導(dǎo)致在脆弱的凝結(jié)層23內(nèi)產(chǎn)生小裂痕。如果密封樹脂吸收的水分進(jìn)入這種裂痕并變成蒸氣，則可能在凝結(jié)層23內(nèi)產(chǎn)生層離，如圖7A-(e)所示，而且會(huì)產(chǎn)生密封樹脂發(fā)生膨脹或產(chǎn)生裂痕的問題。
另一方面，在圖7B所示的、對(duì)半導(dǎo)體器件設(shè)置氧化銅層14以防止形成凝結(jié)層23的情況下，在引線框架10與密封樹脂8之間的邊界附近不產(chǎn)生裂痕或破裂，因?yàn)椴淮嬖诖嘈詫?，并因此不存在諸如封裝發(fā)生膨脹或裂痕的問題。
發(fā)明人提出根據(jù)本實(shí)施例具有氧化銅層14的基體材料(圖7B所示情況)而且還提出具有利用熱氧化過程形成的氧化銅層22的基體材料21(圖7A所示情況)，并對(duì)氧化銅層14和22進(jìn)行帶分離測(cè)試(tape pealing test)。將引線框架放置到加熱裝置上，以250℃的溫度加熱3分鐘，然后，將氧化銅層14和22安裝到帶上并從判讀框架(read frame)開始分離(pealing)。因此，在所有5個(gè)測(cè)試件中，作為熱氧化膜的氧化銅薄膜22與基體材料21層離。相反，在所有5個(gè)測(cè)試件中，根據(jù)本實(shí)施例的氧化銅層14內(nèi)不產(chǎn)生層離。因此，可以證明，與利用熱氧化過程形成的氧化銅層22相比，根據(jù)本實(shí)施例的氧化銅層14與引線框架的基體材料21更牢固地接合在一起。
如上所述，利用形成了根據(jù)本實(shí)施例的氧化銅層14的引線框架10，可以防止因?yàn)樵诎惭b過程中加熱半導(dǎo)體器件導(dǎo)致封裝發(fā)生膨脹或產(chǎn)生裂痕。特別是，即使以與利用無鉛焊料進(jìn)行安裝處理相同的230℃至240℃的溫度進(jìn)行焊料軟熔，仍可以防止半導(dǎo)體器件發(fā)生膨脹或產(chǎn)生裂痕。
本發(fā)明并不局限于具體披露的實(shí)施例，而且可以在本發(fā)明范圍內(nèi)進(jìn)行變化和修改。本專利申請(qǐng)基于2002年6月7日提交的第2002-166898號(hào)日本在先專利申請(qǐng)，在此引用其全部?jī)?nèi)容供參考。
權(quán)利要求
1.一種引線框架，該引線框架包括由銅合金構(gòu)成的基體材料；以及通過使引線框架接觸強(qiáng)氧化劑溶液形成的氧化銅層，該氧化銅層用作最外層，并由非針狀結(jié)晶體形式的氧化銅構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的引線框架，其中氧化銅層的厚度為10至1000埃。
3.一種引線框架制造方法，該方法包括將銅合金構(gòu)成的基體材料圖形化為預(yù)定圖形；對(duì)部分基體材料進(jìn)行電鍍；以及通過將基體材料浸入強(qiáng)氧化劑溶液中，在基體材料表面上形成氧化銅層作為最外層，該氧化銅層由非針狀結(jié)晶體形式的氧化銅構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造方法，其中調(diào)節(jié)基體材料浸入強(qiáng)氧化劑溶液內(nèi)的時(shí)間以在氧化銅變成針狀結(jié)晶態(tài)之間從強(qiáng)氧化劑溶液中取出基體材料。
5.一種半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件包括引線框架，其具有成型在由銅合金構(gòu)成的基體材料上的氧化銅層，通過使引線框架接觸強(qiáng)氧化劑溶液形成該氧化銅層，該氧化銅層用作最外層，并由非針狀結(jié)晶體形式的氧化銅構(gòu)成；半導(dǎo)體元件，其安裝在引線框架的預(yù)定部分；以及密封樹脂，用于封裝半導(dǎo)體器件。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件，其中氧化銅層的厚度為10至1000埃。
全文摘要
在半導(dǎo)體器件中，由銅合金構(gòu)成的引線框架防止在引線框架表面附近發(fā)生層離。通過將基體材料浸入強(qiáng)氧化劑溶液中，在基體材料上形成氧化銅層。該氧化銅層用作最外層，而且由非針狀結(jié)晶體形式的氧化銅構(gòu)成。
文檔編號(hào)H01L23/495GK1581473SQ0312755
公開日2005年2月16日 申請(qǐng)日期2003年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月7日
發(fā)明者百合野孝弘 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社