專利名稱：用于銅線鍵合的預(yù)鍍引線框的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于裝配半導(dǎo)體封裝件的引線框(lead frames)，更具體地，特別是而非排他地涉及用于銅引線鍵合的引線框。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)過程中，引線框通常被用作同時(shí)安裝和處理大量的半導(dǎo)體晶?；蛐酒挠谐杀拘б娴姆绞绞褂?。每個(gè)引線框普遍具有大量的晶粒座(die pads)以裝配所述的芯片。另外，引線框也作為一種通過引線框的引線(leads)將半導(dǎo)體芯片電性連接到外圍設(shè)備的裝置。在眾所周知的導(dǎo)線鍵合的工序中，鍵合導(dǎo)線被連接到半導(dǎo)體芯片上出現(xiàn)的電氣觸點(diǎn)和引線框的所述引線。該導(dǎo)線通常包含有金、鋁或銅材料。在半導(dǎo)體芯片已經(jīng)被安裝在引線框上以及在半導(dǎo)體芯片和引線框之間已經(jīng)形成鍵合導(dǎo)線連接之后，每個(gè)半導(dǎo)體芯片必須通過使用塑性模塑混合料，如環(huán)氧樹脂模塑混合料(EMC:epoxy molding compound)將其灌封而受到保護(hù),免遭環(huán)境的侵犯。每個(gè)灌封后的芯片構(gòu)成一個(gè)半導(dǎo)體封裝件。然后將多個(gè)半導(dǎo)體封裝件分割或切割以形成單獨(dú)的半導(dǎo)體器件。在半導(dǎo)體裝配中，很長(zhǎng)時(shí)間以來金線已經(jīng)被用作為半導(dǎo)體芯片和引線框之間的電性互連。由于金的價(jià)格的持續(xù)上升，所以已經(jīng)存在移動(dòng)趨勢(shì)來將銅線作為低成本地替代金線。而且，和金線相比，銅線具有更高的導(dǎo)電率?？墒?，銅線也遭遇了一些不足。其比金更加堅(jiān)硬，當(dāng)其曝露在大氣中時(shí)，銅氧化很容易地發(fā)生。在導(dǎo)線鍵合過程中當(dāng)銅受熱時(shí)其氧化的速率增長(zhǎng)更快。這些因素使得銅線鍵合處理的窗口和金線導(dǎo)線鍵合相比更加狹窄得多。目前,預(yù)鍍引線框(PPF:pre_plated frames)的3層和4層式鍍覆設(shè)計(jì)在工業(yè)上很普遍。這種鍍覆設(shè)計(jì)描述于例如專利號(hào)為7，408，248、發(fā)明名稱為“用于半導(dǎo)體器件的引線框”的美國(guó)專利中。3層式鍍覆設(shè)計(jì)可包括:鎳層、鈀層和金層，而4層式鍍覆設(shè)計(jì)可包括:鎳層、鈀層、金層和銀層。圖1為具有三個(gè)鍍覆層的傳統(tǒng)的預(yù)鍍引線框100的剖面示意圖。它包括:由銅合金組成的基體金屬102、位于基體金屬102上側(cè)的鎳層104、位于鎳層104上側(cè)的鈀層106和位于鈀層106上側(cè)的金層108。這些多個(gè)鍍覆層均勻地鍍覆在傳統(tǒng)的預(yù)鍍引線框100的上側(cè)和下側(cè)。更具體地，將金層108鍍覆達(dá)到超過3nm (30 A (angstroms:埃))的厚度。前述傳統(tǒng)的3層式和甚至4層式鍍覆設(shè)計(jì)所面臨的問題是:它們具有厚金層所引起的高的表面硬度。當(dāng)相對(duì)硬的銅鍵合導(dǎo)線被鍵合到硬的引線框表面上時(shí)，存在不良的表面接觸以致于執(zhí)行導(dǎo)線鍵合變得更為困難。而且，在銅線和預(yù)鍍引線框之間的界面間可能出現(xiàn)微縫(micro-gaps),其降低了鍵合的強(qiáng)度。而且，多個(gè)鍍覆層的一種功能是產(chǎn)生一個(gè)屏蔽層以防止銅和/或鎳原子擴(kuò)散到引線框表面，而在那里可能導(dǎo)致引線框表面處的氧化。引線框表面處的氧化反過來影響導(dǎo)線鍵合質(zhì)量。據(jù)了解，特別是3層式預(yù)鍍引線框在防止銅和鎳原子擴(kuò)散到引線框表面方面不是很成功。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于構(gòu)想一種用于預(yù)鍍引線框的鍍覆設(shè)計(jì)，其特別適合于銅線鍵合，以便于避免在銅線鍵合過程中傳統(tǒng)的預(yù)鍍引線框所面臨的一些不足。因此，本發(fā)明一方面提供一種預(yù)鍍引線框，其包含有:襯底，其包含有銅或銅合金，該襯底具有第一側(cè)面和與第一側(cè)面相對(duì)的第二側(cè)面；第一鍍覆層，其包含有鍍覆在襯底的第一側(cè)面和第二側(cè)面的鎳；第二鍍覆層，其包含有鍍覆在襯底第一側(cè)面和第二側(cè)面的第一鍍覆層上方的鈀；第三鍍覆層，其包含有鍍覆在襯底第二側(cè)面的第二鍍覆層上方的金，襯底第二側(cè)面的第三鍍覆層具有的厚度超過3nm;其中，襯底的第一側(cè)面或者沒有金鍍覆在第二鍍覆層上方，或者包括第三鍍覆層，該第三鍍覆層包含有鍍覆在第二鍍覆層上方的金，其厚度等于或小于1.5nm。本發(fā)明另一方面提供一種制造引線框的方法，該方法包含有以下步驟:提供包含有銅或銅合金的襯底，該襯底具有第一側(cè)面和與第一側(cè)面相對(duì)的第二側(cè)面；將鎳鍍覆在襯底的第一側(cè)面和第二側(cè)面上，以形成第一鍍覆層；將鈀鍍覆在襯底第一側(cè)面和第二側(cè)面的第一鍍覆層之上，以形成第二鍍覆層；將金鍍覆在襯底第二側(cè)面的第二鍍覆層之上，以形成第三鍍覆層，襯底第二側(cè)面的第三鍍覆層具有的厚度超過3nm;以及或者將金鍍覆在襯底第一側(cè)面的第二鍍覆層之上，以形成第三鍍覆層，其厚度等于或小于1.5nm，或者沒有金鍍覆在襯底第一側(cè)面的第二鍍覆層之上。參閱后附的描述本發(fā)明實(shí)施例的附圖，隨后來詳細(xì)描述本發(fā)明是很方便的。附圖和相關(guān)的描述不能理解成是對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明的特點(diǎn)限定在權(quán)利要求書中。


根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的預(yù)鍍引線框的實(shí)例現(xiàn)將參考附圖加以描述，其中。圖1為具有三個(gè)鍍覆層的傳統(tǒng)的預(yù)鍍引線框的剖面示意圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的預(yù)鍍引線框的剖面示意圖。圖3 (a)和3 (b)分別是傳統(tǒng)的光滑引線框表面和根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的粗糙化后的引線框表面的顆粒(grain)表面形貌的圖解示意圖。
具體實(shí)施例方式圖2為根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的預(yù)鍍引線框10的剖面示意圖。預(yù)鍍引線框10具有包含有基體金屬12的襯底，該基體金屬可包括銅或銅合金。第一層鎳層(nickel) 14被鍍覆遍及基體金屬12達(dá)到0.5μηι至1.5μηι的厚度。第二層IE層(palladium) 16被鍍覆在遍及引線框10的鎳層14的上側(cè)達(dá)到0.01 μ m至0.05 μ m的厚度。為了克服如上所述的傳統(tǒng)預(yù)鍍引線框100所面臨的鍵合難題，本發(fā)明所述的預(yù)鍍引線框10構(gòu)成了引線框10的第一側(cè)面和與第一側(cè)面相對(duì)的引線框10的第二側(cè)面之間的差別特征，在該第一側(cè)面處將會(huì)執(zhí)行晶粒安裝和導(dǎo)線鍵合，而在該第二側(cè)面處封裝器件將會(huì)通過它安裝在其他元件或器件上。晶粒安裝指的是將半導(dǎo)體芯片或晶粒安裝至引線框10上，這通常是在和執(zhí)行導(dǎo)線鍵合的側(cè)面相同的側(cè)面上。在這種情形下，導(dǎo)線鍵合被期待使用銅線而得以完成。引線框10的第二側(cè)面是引線框10的表面安裝側(cè)面，其通常使用焊料被安裝至其他器件或元件上。第一鍍覆層14和第二鍍覆層16均被鍍覆在引線框10的第一側(cè)面和第二側(cè)面上。弓丨線框10的晶粒安裝或?qū)Ь€鍵合的側(cè)面通常為其上側(cè)(或如上所述的第一側(cè)面)。為了克服現(xiàn)有技術(shù)所出現(xiàn)的鍵合難題，引線框10的上側(cè)應(yīng)該具有僅僅達(dá)到1.5nm (15埃)的很薄的金鍍覆層，或者可能根本不包含有金。金層的所述減少或消除被發(fā)現(xiàn)來降低引線框10的表面硬度和提高其對(duì)銅線鍵合的適應(yīng)性。另一方面，和上側(cè)相對(duì)的下側(cè)(或如上所述的第二側(cè)面)可能鍍覆有較厚的金層，超過3nm (30埃)。鍍覆層的上述構(gòu)造使得預(yù)鍍引線框10能夠特別地適合于在其上側(cè)進(jìn)行的銅線鍵合，和繼續(xù)適合于在其下側(cè)進(jìn)行表面安裝至其他器件或元件。根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的預(yù)鍍引線框10的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是:據(jù)發(fā)現(xiàn)，其限制了銅和鎳原子擴(kuò)散至引線框10的表面。傳統(tǒng)地，鎳層14用作為擴(kuò)散的屏障，以防止銅合金制成的基體金屬12表面下的銅原子遷移至引線框10的上表面。接下來，鈀層16用作為防止鎳原子遷移至引線框10的上表面的擴(kuò)散屏障。由于鈀層16是薄的，所以鈀層16的純度和鍍覆質(zhì)量對(duì)于這種功能而言是至關(guān)重要的，因?yàn)槿绻Z層16中存在缺陷，那么其下面的鎳原子將會(huì)遷移至上表面。據(jù)本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，鎳朝向金的擴(kuò)散或原子交換速率比其朝向鈀快速得多。因此，任何已經(jīng)擴(kuò)散到鈀層16的鎳將會(huì)輕易地?cái)U(kuò)散到最上層的金層，而較厚的金層18將會(huì)從鈀層16的下方吸引更多的鎳原子。如此，由于具有較厚的金層18，金層18內(nèi)部的鎳原子將更加輕而易舉地?cái)U(kuò)散至引線框10的上表面，以形成其最穩(wěn)定形式的氧化鎳，以致于表面能量(surface energy)將會(huì)最小化。位于引線框10的上表面的氧化鎳將會(huì)導(dǎo)致引線框10的鍵合能力的弱化。如此，金層18的厚度的最小化用作為限制出現(xiàn)在引線框10的表面處的氧化，其將有益于銅線鍵合。圖3 Ca)和3 (b)分別是傳統(tǒng)的光滑引線框表面22和根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的粗糙化的引線框表面24的顆粒表面形貌的圖解示意圖。在圖3 (a)中所闡述圖解的傳統(tǒng)的光滑引線框表面22中，引線框表面的顆粒非常整齊規(guī)則。結(jié)果，它們會(huì)形成相對(duì)堅(jiān)硬的表面，其可限制銅線對(duì)其的鍵合，因?yàn)殂~也是一種相對(duì)堅(jiān)硬的材料。另一方面，在圖3 (b)中所闡述圖解的粗糙化的引線框表面24中，顆粒沒有如此整齊規(guī)則的輪廓。如蝕刻之類的粗糙化的處理將會(huì)在相鄰的顆粒之間的顆粒間界(grainboundaries)處趨向引起擇優(yōu)浸蝕(preferential etching)。結(jié)果,相鄰的顆粒之間產(chǎn)生了較大的間隙26。所以，對(duì)于顆粒和銅鍵合導(dǎo)線的密切接觸而言存在更多的頂峰(apices)。該蝕刻后的表面看起來象整個(gè)表面已經(jīng)被分成多個(gè)隔離島。結(jié)果，在尖管(capillary)用作為導(dǎo)線鍵合的壓入或刷洗(scrubbing)動(dòng)作過程中，上表面能夠被自由地移動(dòng)或形變。各個(gè)顆粒在沒有通常由其相鄰的顆粒所施加的限制下能被形變。據(jù)發(fā)現(xiàn)，這個(gè)特征有助于將相對(duì)堅(jiān)硬的銅線鍵合至引線框10的蝕刻后的表面上。通常，在將各個(gè)鍍覆層14、16、18、20鍍覆在銅合金基體金屬12上以前，銅合金基體金屬12上的表面將會(huì)被粗糙化。正好在鍍覆之前，粗糙化能在各個(gè)蝕刻平臺(tái)、或在鍍覆平臺(tái)處得以被完成。粗糙化可以通過以銅合金和氧化劑之間的化學(xué)反應(yīng)的方式的蝕刻而得以實(shí)現(xiàn)。合適的蝕刻劑化學(xué)制品的示例如過硫酸或過氧化物的鉀、鈉或銨鹽、硝酸(nitricacid)、氯化鐵(ferric chloride)。在這種蝕刻處理中，在溫度控制在15°C至35°C之間的情形下，基體金屬12可被浸沒在所選定的化學(xué)制品中持續(xù)5至60秒。值得注意的是，和傳統(tǒng)的引線框100相比，根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的預(yù)鍍引線框10有助于強(qiáng)化銅引線的鍵合能力。而且，由于在引線框10的上表面使用很少或者不使用金，所以預(yù)鍍引線框10能在較低成本下被制造，尤其是在金的價(jià)格處于持續(xù)增長(zhǎng)的環(huán)境下。此處描述的本發(fā)明在所具體描述的內(nèi)容基礎(chǔ)上很容易產(chǎn)生變化、修正和/或補(bǔ)充，可以理解的是所有這些變化、修正和/或補(bǔ)充都包括在本發(fā)明的上述描述的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種預(yù)鍍引線框，其包含有: 襯底，其包含有銅或銅合金，該襯底具有第一側(cè)面和與第一側(cè)面相對(duì)的第二側(cè)面； 第一鍍覆層，其包含有鍍覆在襯底的第一側(cè)面和第二側(cè)面的鎳； 第二鍍覆層，其包含有鍍覆在襯底第一側(cè)面和第二側(cè)面的第一鍍覆層上方的鈀； 第三鍍覆層，其包含有鍍覆在襯底第二側(cè)面的第二鍍覆層上方的金，襯底第二側(cè)面的第三鍍覆層具有的厚度超過3nm ； 其中，襯底的第一側(cè)面或者沒有金鍍覆在第二鍍覆層上方，或者包括第三鍍覆層，該第三鍍覆層包含有鍍覆在第二鍍覆層上方的金，其厚度等于或小于1.5nm。
2.如權(quán)利要求1所述的預(yù)鍍引線框，其中，該包含有鎳的第一鍍覆層的厚度是在0.5 μ m 至1.5 μ m 之間。
3.如權(quán)利要求1所述的預(yù)鍍引線框，其中，該包含有鈀的第二鍍覆層的厚度是在0.0l μ m 至 0.05 μ m 之間。
4.如權(quán)利要求1所述的預(yù)鍍引線框，其中，襯底的第一側(cè)面被配置來在襯底上完成晶粒安裝和/或?qū)Ь€鍵合，而襯底的第二側(cè)面為表面安裝側(cè)面，其被配置來在其他的元件和器件之上裝配從該襯底上制造的封裝后的器件。
5.如權(quán)利要求1所述的預(yù)鍍引線框，其中，在各個(gè)鍍覆層形成以前，在該襯底的第一側(cè)面和第二側(cè)面上的表面通過使用氧化劑蝕刻該襯底以在表面上的顆粒間界處引起擇優(yōu)浸蝕的方式而被粗糙化，以便于在相鄰的顆粒之間產(chǎn)生較大的間隙。
6.一種制造引線框的方法，該方法包含有以下步驟: 提供包含有銅或銅合金的襯底，該襯底具有第一側(cè)面和與第一側(cè)面相對(duì)的第二側(cè)面； 將鎳鍍覆在襯底的第一側(cè)面和第二側(cè)面上，以形成第一鍍覆層； 將鈀鍍覆在襯底第一側(cè)面和第二側(cè)面的第一鍍覆層之上，以形成第二鍍覆層； 將金鍍覆在襯底第二側(cè)面的第二鍍覆層之上，以形成第三鍍覆層，襯底第二側(cè)面的第三鍍覆層具有的厚度超過3nm ；以及 或者將金鍍覆在襯底第一側(cè)面的第二鍍覆層之上，以形成第三鍍覆層，其厚度等于或小于1.5nm，或者沒有金鍍覆在襯底第一側(cè)面的第二鍍覆層之上。
7.如權(quán)利要求6所述的制造引線框的方法，其中，該包含有鎳的第一鍍覆層的厚度是在 0.5μηι 至 1.5μηι 之間。
8.如權(quán)利要求6所述的制造引線框的方法，其中，該包含有鈀的第二鍍覆層的厚度是在 0.01 μ m 至 0.05 μ m 之間。
9.如權(quán)利要求6所述的制造引線框的方法，其中，襯底的第一側(cè)面被配置來在襯底上完成晶粒安裝和/或?qū)Ь€鍵合，而襯底的第二側(cè)面為表面安裝側(cè)面，其被配置來在其他的元件和器件之上裝配從該襯底上制造的封裝后的器件。
10.如權(quán)利要求6所述的制造引線框的方法，該方法還包含有下面的步驟: 在將鎳鍍覆在襯底的第一側(cè)面和第二側(cè)面上以前，在該襯底的第一側(cè)面和第二側(cè)面上的表面通過使用氧化劑蝕刻該襯底的方式而被粗糙化。
11.如權(quán)利要求10所述的制造引線框的方法，其中，該蝕刻處理包含有以下步驟:在溫度控制在15°c至35°C之間的 情形下，將襯底浸沒在氧化劑中持續(xù)5至60秒。
12.如權(quán)利要求10所述的制造引線框的方法，其中，該氧化劑選自以下的組群，該組群包括:過硫酸或過氧化物的鉀、鈉 或銨鹽；硝酸和氯化鐵。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種預(yù)鍍引線框，其包含有襯底，其包含有銅或銅合金，該襯底具有第一側(cè)面和與第一側(cè)面相對(duì)的第二側(cè)面；第一鍍覆層，其包含有鍍覆在襯底的第一側(cè)面和第二側(cè)面的鎳；第二鍍覆層，其包含有鍍覆在襯底第一側(cè)面和第二側(cè)面的第一鍍覆層上方的鈀；第三鍍覆層，其包含有鍍覆在襯底第二側(cè)面的第二鍍覆層上方的金，襯底第二側(cè)面的第三鍍覆層具有的厚度超過3nm；在襯底的第一側(cè)面上，或者沒有金鍍覆在第二鍍覆層上方，或者存在第三鍍覆層，該第三鍍覆層包含有鍍覆在第二鍍覆層上方的金，其厚度等于或小于1.5nm。
文檔編號(hào)H01L21/48GK103077935SQ20121040862
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月25日
發(fā)明者關(guān)耀輝, 徐靖民, 曾世總, 林儒瓏, 陳達(dá)志 申請(qǐng)人:先進(jìn)科技新加坡有限公司