專利名稱：帶有電鍍引線的半導(dǎo)體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件，確切涉及帶有電鍍引線的半導(dǎo)體器件的制造方法。
諸如四邊形扁平封裝(QFP)器件之類的半導(dǎo)體封裝器件通常包含一個(gè)連接于金屬引線框的半導(dǎo)體管芯，此引線框包括一個(gè)管芯焊盤和多個(gè)引線。通稱為“引線連接”的細(xì)引線將半導(dǎo)體芯片上的焊盤連接到適當(dāng)?shù)囊€上。包封劑則覆蓋半導(dǎo)體管芯、引線連接和引線的一部分。引線的暴露部分常用錫/鉛(Sn/Pb)之類的低熔點(diǎn)可焊接金屬進(jìn)行涂覆以增加潤(rùn)濕或可焊性，并在最后裝配過程中當(dāng)封裝器件連接到印刷電路板時(shí)形成冶金連接。
制造廠家通常采用浸焊工藝或電鍍工藝來涂覆暴露的引線。在浸焊工藝中，暴露的引線被浸入熔融的焊料中，從而覆蓋暴露的引線。浸焊工藝的一個(gè)缺點(diǎn)是過量的焊料會(huì)聚積在暴露的引線上，引起焊料搭橋最終導(dǎo)致電短路。因用焊料搭橋，故浸焊不適于相鄰引線間距小的器件。
在電鍍工藝中，借助于將引線暴露于電解溶液中、可焊金屬組成陽(yáng)極以及電流源，而使引線被可焊金屬所覆蓋。因電鍍提供了更均勻的覆蓋，故電鍍工藝在相鄰引引間距小的封裝中優(yōu)于浸焊工藝。但在常規(guī)電鍍工藝所制作的電鍍引線中也存在一些問題。
例如，電鍍上去的可焊金屬對(duì)其下方的引線的粘附性常常很差。這種粘附不良又引起電鍍上去的可焊金屬?gòu)钠湎乱€脫層或脫離，在后續(xù)工序(例如修整成形、電學(xué)測(cè)試、捆扎和卷繞等)更是如此。這種脫層的可焊金屬有害地影響到設(shè)備的正常運(yùn)行時(shí)間(例如脫層金屬阻塞妨礙設(shè)備)、設(shè)備壽命、電信號(hào)輸出(例如相鄰引線搭橋的脫層金屬引起的電短路)以及可靠性。設(shè)備的停機(jī)時(shí)間減少產(chǎn)量從而提高制造成本。此外，脫層問題要求廠家在電鍍后的各個(gè)階段中采用外觀檢查以控制有問題的部件，這就大大增加了制造成本。而且，在電鍍過程中會(huì)形成可焊金屬的局部密集區(qū)或球，這就可能引起相鄰引線間搭橋并最終引起電短路問題。
顯然，如果有一種至少能克服上述與帶有電鍍的可焊金屬有關(guān)的問題的方法，將是很有助益的。如果能以此做到節(jié)約成本就更有利了。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖；圖2示出了用于本發(fā)明的優(yōu)選設(shè)備的軸測(cè)(isometric)圖；以及圖3示出了圖2設(shè)備沿參考線3-3的放大剖面圖。
總的來說，來發(fā)明提供了一種改善電鍍?cè)陔娮悠骷€上的可焊金屬的粘附性并改善電子器件可靠性的方法。更確切地說，本發(fā)明提供了一種在電鍍工藝之后在足以使可焊金屬流動(dòng)或熔化的溫度下加熱帶有可焊金屬的電子器件引線的方法。此加熱在將電子器件的電鍍引線焊接或固定到下一層面裝配(例如一個(gè)附件或印刷電路板、支持襯底等)之前完成。參照?qǐng)D1-3，結(jié)合以下詳細(xì)描述，可更好地理解本發(fā)明。為便于理解，采用了相同的參考號(hào)。
圖1示出了改善電鍍可焊金屬對(duì)半導(dǎo)體器件引線的粘附性以及改善半導(dǎo)體器件可靠性的一個(gè)優(yōu)選工藝的流程圖。圖1示出了用來制作至少帶有一個(gè)鍍有可焊金屬的金屬引線的半導(dǎo)體器件的一種優(yōu)選的順序。在一個(gè)多重單元引線框帶中，通?？梢黄鸺庸讉€(gè)半導(dǎo)體器件。這種多重單元帶在本技術(shù)領(lǐng)域是眾所周知的。
步驟2是管心固定步驟，此時(shí)將電子器件即半導(dǎo)體管心固著在引線框上。通常，引線框含有一個(gè)管心焊盤并有多個(gè)連接到管心焊盤或其附近的引線即連接部位。引線框通常含有銅、銅合金、鐵鎳合金(如合金42)之類。用熟知的技術(shù)將半導(dǎo)體管心固定到管心焊盤上。
步驟4是引線焊接步驟，此時(shí)將導(dǎo)電的引線一端固定或焊接到半導(dǎo)體管心上的引線焊盤上，其另一端則焊接到特定的引線上。引線連接之后，如步驟6所示，用例如環(huán)氧樹脂成形化合物包封半導(dǎo)體管心、引線連接各引線的一部分。各引線只有一部分被包封，其余部分暴露出來(亦即在包封之后，提供了多個(gè)暴露的引線)。引線連接和包封所用的方法和材料在本技術(shù)領(lǐng)域中是眾所周知的。
包封之后，通常用一種印劑來標(biāo)示出半導(dǎo)體器件，并執(zhí)行固化工序來固化成形化合物和印劑。步驟8和10表示了這一步。在步驟12中，半導(dǎo)體器件被置于電鍍槽中，并用熟知的技術(shù)用可焊金屬(例如鉛錫、銦錫、銻錫、鉛銦之類)來電鍍各個(gè)引線。當(dāng)可焊金屬含有二個(gè)或多個(gè)金屬時(shí)，此二個(gè)或多個(gè)金屬或者在分立的鍍槽中分別電鍍，或者用含有此二個(gè)或多個(gè)金屬合金的一個(gè)陽(yáng)極來電鍍。
根據(jù)本發(fā)明，在電鍍之后和最終裝配之前(亦即在電鍍引線被固定或焊接到下一層面裝配之前)，對(duì)電鍍引線進(jìn)行加熱即暴露于足以流動(dòng)或熔化可焊金屬的高溫下。借助于將電鍍引線暴露于這種溫度之下，可焊金屬同其下方引線之間的粘附性被顯著地改善了。此外，由于過量鍍層流入到了整個(gè)沉積物中，故消除了過量鍍層，(即不均勻覆蓋的局部加厚的區(qū)域或球)。
如步驟14所示的加熱步驟最好緊隨電鍍工序立即進(jìn)行。由于改善了的粘附性對(duì)修整和成形步驟(步驟16)、電學(xué)測(cè)試步驟(步驟18)以及封裝步驟(步驟20)有好的影響，故這樣是最佳的。在修整和成形步驟中，電鍍引線被從引線框帶切斷或修整成所需的長(zhǎng)度并彎曲成形為所需的形狀。此工序?qū)⒍嘀貑卧獛Х蛛x成分立的半導(dǎo)體器件。在不要求引線成形的那些器件中，熱處理步驟最好在引線從引線框帶修整或切斷之前進(jìn)行。
若不采取方框14的熱處理步驟，則在修整和成形步驟中，可焊金屬部分傾向于從其下方引線脫層或剝離。為了清掃這種脫層的可焊金屬，工人就要關(guān)機(jī)。這種停機(jī)時(shí)間對(duì)產(chǎn)量有不利影響，從而提高制造成本。根據(jù)本發(fā)明，借助于在修整和成形步驟(步驟16)之前對(duì)可焊金屬進(jìn)行加熱，可大大縮短此步驟中的停機(jī)時(shí)間。
在步驟18的電學(xué)測(cè)試過程中，根據(jù)特定的電學(xué)參數(shù)對(duì)半導(dǎo)體器件進(jìn)行測(cè)試。如果沒有步驟14的熱處理步驟，則脫層的可焊金屬和/或過量的鍍球就可以在相鄰引線之間形成搭橋，從而導(dǎo)致短路問題。脫層可焊金屬還妨礙或阻塞測(cè)試裝置，從而為了清掃而引起停機(jī)。此外，為了使引線同測(cè)試裝置接觸良好，工人必須從引線上手工刮除這種脫層金屬，這對(duì)產(chǎn)量和可靠性都有不利影響。有了步驟14的熱處理步驟，由于減少了搭橋問題而提高了測(cè)試回收率。熱處理步驟還提高了設(shè)備的正常工作時(shí)間和產(chǎn)量，從而降低了制造成本。
在步驟20的封裝步驟中，分立的半導(dǎo)體器件被裝到封裝設(shè)備中，以便儲(chǔ)存和保護(hù)半導(dǎo)體器件，直至它們被用于最終的或下一層面裝配中。捆扎和卷繞設(shè)備是用來封裝半導(dǎo)體器件的器具例子。如果沒有熱處理步驟(步驟14)，則在捆扎和卷繞步驟中，可焊金屬會(huì)進(jìn)一步脫層。這種進(jìn)一步脫層會(huì)引起相鄰引線間的搭橋并在最終裝配后導(dǎo)致電短路。這也要求工人采用外觀檢查步驟來發(fā)現(xiàn)任何脫層問題，這就增加了工序周轉(zhuǎn)時(shí)間和成本。有了熱處理步驟(步驟14)，可使封裝步驟中的進(jìn)一步脫層就大大減少了，從而減少了電短路問題和外觀檢查要求。
步驟22是一個(gè)最終裝配步驟，此時(shí)電鍍引線被固定或焊接到組合件的下一層面。例如，電鍍引線被冶金地固定或焊接到位于印刷電路板表面上的金屬焊盤上。在現(xiàn)有技術(shù)中，這是第一次將可焊金屬加熱到足以使可焊金屬流動(dòng)的溫度。但是，正如上述已明顯可見的那樣，對(duì)于解決最終裝配步驟之前發(fā)生的前述問題來說，在工藝流程中這已為時(shí)太晚了。
圖2示出了使用于本發(fā)明方法的優(yōu)選設(shè)備的軸測(cè)圖。設(shè)備30包括一個(gè)上加熱氣管31和一個(gè)下加熱氣管32。上加熱氣管31和下加熱氣管32分別包括一個(gè)外殼33和34、一個(gè)加熱元件36和37、一個(gè)用來引入待要加熱的載氣的進(jìn)氣口38和39、以及多個(gè)用來將被加熱過的載氣集中到電子或半導(dǎo)體器件47上(用箭頭44和46表示)的孔41和42。
加熱元件36和37通常是電阻型加熱元件，并耦合到可調(diào)電源(未示出)。所選的可調(diào)電源依賴于加熱載氣所需的溫度。載氣源(未示出)連接于進(jìn)氣口38和39。最好采用氮之類的載氣。加熱氣管31和32是市售產(chǎn)品，可從Sylvania公司購(gòu)到。
圖示的半導(dǎo)體器件47是電鍍引線框帶48的一部分。半導(dǎo)體器件47還包含電鍍引線或連接部位49以及覆蓋或裝有電子或半導(dǎo)體器件及導(dǎo)電連接裝置(例如引線連接)的包封部分51。電鍍引線框帶48包括一個(gè)基本金屬52和一個(gè)電鍍可焊金屬53(在圖3中更清楚)。電鍍引線49也包含基本金屬52和電鍍可焊金屬53。例如，基本金屬52包含銅、銅合金、鎳鐵合金(如合金42)等，而電鍍可焊金屬53包含錫鉛合金等。
圖3示出了圖2所示設(shè)備沿參考線3-3截取的放大剖面圖。上加熱氣管31和下加熱氣管32最好二者都分別用電鍍引線框帶48保有一定距離54和56，此距離在～1.5mm-～3.0mm的范圍內(nèi)。
為使電鍍的可焊金屬53流動(dòng)即熔化，將含有半導(dǎo)體器件47的電鍍引線框帶48在上加熱氣管31和下加熱氣管32之間通過(例如圖2和3中箭頭57所示)。當(dāng)電鍍可焊金屬53含有Sn∶Pb＝80∶20的錫鉛合金時(shí)，加熱氣管31和32中的載氣(例如氮?dú)?最好被加熱到使其到達(dá)電鍍引線49時(shí)的溫度在～185℃-～220℃的范圍內(nèi)。載氣源處大約5000kg/m2(約7-8磅/平方英寸)的載氣壓力已足夠。例如，已知可焊金屬的組分再使用隨處可得的相圖信息，就可確定使可焊金屬53流動(dòng)即熔化所需的載氣溫度。
當(dāng)電鍍可焊金屬53含有厚度約為4μm-8μm的Sn∶Pb＝80∶20的錫鉛合金時(shí)，電鍍引線框帶48通過加熱氣管31和32之間的速率一般為～50mm/s。根據(jù)所用可焊金屬的類型、厚度及其晶粒結(jié)構(gòu)，再上下調(diào)節(jié)此速率?？梢栽黾宇~外的上下加熱氣管組以提供使電鍍可焊金屬53流動(dòng)即熔化的額外熱源。從一組加熱氣管出來的載氣的溫度，可以同其它組加熱氣管出來的載氣的溫度相同、更低或更高。雖然在加熱氣管31和32中只示出了一組孔，但各個(gè)加熱氣管在孔41和42附近也可以有額外組的孔。
當(dāng)采用Technic電鍍系統(tǒng)之類的自動(dòng)電鍍系統(tǒng)時(shí)，設(shè)備30可方便地置于鄰接最終裝載設(shè)備處，以便在引線框帶剛要裝入固定箱之前使可焊金屬流動(dòng)。或者采用帶狀爐來使電鍍可焊金屬流動(dòng)。但設(shè)備30因其速度快且可方便地組合到電鍍工序之后而最可取。
至此，顯然已提供了一種用于帶有可焊金屬電鍍引線的半導(dǎo)體器件的方法。借助于加熱電鍍的可焊金屬，使其流動(dòng)即熔化，減少了以后工作過程中的主要工序和或靠性問題。這就大大降低了設(shè)備停工時(shí)間和制造成本，并大大縮短了制造周期時(shí)間。同時(shí)提供了一種用來加熱可焊金屬的最佳設(shè)備，它可以方便地組合到標(biāo)準(zhǔn)電鍍?cè)O(shè)備中，從而簡(jiǎn)化了工序組合并使組合具有投入產(chǎn)出效益。
權(quán)利要求
1.一種制造帶有電鍍引線的半導(dǎo)體器件的方法，其特征是，包括以下步驟提供一個(gè)帶有多個(gè)暴露引線(52)的半導(dǎo)體器件(47)；用可焊金屬(53)對(duì)多個(gè)暴露的引線(52)進(jìn)行電鍍，以形成多個(gè)電鍍引線(49)；以及將多個(gè)電鍍引線(49)加熱到足以使可焊金屬流動(dòng)的高溫，其中加熱多個(gè)電鍍引線的步驟在將半導(dǎo)體器件固定到下一層面組合件之前完成。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，加熱多個(gè)電鍍引線(49)的步驟包括用加熱氣管(31)對(duì)多個(gè)電鍍引線(49)進(jìn)行加熱。
3.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，用可焊金屬(53)電鍍多個(gè)暴露的引線(52)的步驟包括用Sn/Pb合金電鍍多個(gè)暴露的引線。
4.權(quán)利要求3的方法，其特征在于，用Sn/Pb合金電鍍暴露的(52)的步驟包括用Sn∶Pb＝80∶20的合金電鍍暴露的引線(52)。
5.權(quán)利要求4的方法，其特征在于，加熱多個(gè)電鍍引線(49)的步驟包括將多個(gè)電鍍引線(49)加熱到～185℃～220℃范圍內(nèi)溫度。
6.一種制作帶有電鍍引線的電子器件(47)的工藝方法，其特征在于，包括以下步驟用可焊金屬(53)對(duì)金屬引線進(jìn)行電鍍以形成電鍍引線(49)；以及在足以至少流動(dòng)一部分可焊金屬的高溫下加熱電鍍引線(49)，其中的加熱步驟發(fā)生在將電鍍引線冶金地固定于應(yīng)用襯底之前。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的工藝方法，其特征在于，加熱步驟發(fā)生在修整或成形電鍍引線(49)之前。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的工藝方法，其特征在于，加熱步驟發(fā)生在對(duì)電子器件(47)進(jìn)行電學(xué)測(cè)試之前。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的工藝方法，其特征在于，加熱步驟用加熱氣管(31、32)來進(jìn)行。
10.一種制作帶有電鍍連接部分(49)的半導(dǎo)體器件(47)的方法，其特征在于，包括以下步驟將帶有多個(gè)連接部分的半導(dǎo)體器件置于電鍍槽中，其中的多個(gè)連接部分含有第一金屬(52)；將第二金屬(53)電鍍到多個(gè)連接部分上；以及將第二金屬(53)暴露于足以熔化第二金屬的溫度下，其中的第二金屬在修整或成形多個(gè)連接部分之前被熔化。
全文摘要
一種用于帶有電鍍可焊金屬(53)引線(49)的半導(dǎo)體器件的方法，它包含使可焊金屬(53)暴露于足以流動(dòng)或熔化該可焊金屬(53)的高溫的步驟。在最佳實(shí)施例中，在引線(49)從引線框(48)被切斷之前，可焊金屬(53)被暴露于高溫下。
文檔編號(hào)H01L21/02GK1140899SQ9610785
公開日1997年1月22日 申請(qǐng)日期1996年6月11日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月26日
發(fā)明者詹姆斯·H·克納普, 小弗蘭西斯·J·卡尼 申請(qǐng)人:摩托羅拉公司