JPH0222543B2 - - Google Patents
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Description
＜産業上の利用分野＞
この発明は基板との密着性にすぐれ、かつ超音
波ボンデイング性が非常に良好なAl被覆したリ
ードフレームの製造方法に関するものである。
＜従来の技術とその課題＞
一般にリードフレーム用の基板材料表面の被覆
の種類としては、貴金属被覆とAl被覆とに大別
される。
そして前者については、ボンデイングワイヤー
として専らAu線が用いられ、その高速ボンデイ
ング性の経済面から低級ICに使用されている。
また後者については、ボンデイングワイヤーと
してAl線が用いられ、ボンデイングの高信頼性
のために高級ICに使用されている。
一方、最近のICの動向からすると、高級ICに
おいては多機能化が益々進み、それに伴つてリー
ド数が大幅に増加している。
このことはボンデイング工程での処理時間が長
くなり、結果的にコストアツプにつながることか
ら、特にAl線を用いた超音波ボンデイングでは
高速ボンデイングが強く望まれている。
ここで、この超音波ボンデイングに供されるリ
ードフレームに対するAl被覆の形成方法は、大
別すると圧接方法と気相めつき方法があり、現在
では経済面から圧接方法がよく使われている。
しかしながら、本方法の場合Alがストライプ
状とならざるを得ず、現在のIC動向である多リ
ード化や小形化から派生するAlのスポツト化に
は追従できず、且つ基板との密着性にも難点があ
るため、気相めつき法が指向されつつある。
この気相めつき方法については真空蒸着法が用
いられているが、経済面および基板との密着性か
らイオンプレーテイング法が検討されつつある。
そして、一般に従来から知られているイオンプ
レーテイング方法は、真空室内に不活性又は活性
ガスを封入し、これらのガスを高圧直流、高周
波、電子線等で励起することにより、グロー放電
を生ぜしめ、基板表面のクリーニングおよび蒸発
粒子のイオン化により被覆を形成していた。
これらの方法により作成された被膜の特徴は、
基板との密着性にすぐれている、封入ガスの影響
により硬化し耐摩耗性が向上する、付きまわりが
よい、などが上げられ、これらを目的として工具
上への被覆、有機基板上への被覆など広く用いら
れている。
一方、最近のエレクトロニクスなどの用途にお
いては、高純度な被膜形成の必要性が高く、とり
わけ前述したようなボンデイング性を満足しつつ
密着性のよい被覆処理を低コストで行なうことが
望まれている。
＜課題を解決するための手段＞
上記のような要望から本発明者らは、従来のイ
オンプレーテイング法によつてAl被覆を施した
リードフレームについて種々検討したところ、
基板とAl被膜との密着性は非常にすぐれて
いる。
超音波ボンデイング性が極めて悪い。
の事実をつかんだ。
そこで本発明者らは、このボンデイング性につ
いてさらに検討を加えた結果、この発明に至つた
ものである。
即ち、Al被覆と高速ボンデイング性について
は、
高速ボンデイング性に影響を及ぼすAl被覆
の特性は、Al被膜の表面硬度であり、適正な
硬度はビツカース硬度で40〜60Kg／mm2である。
またAl被膜の表面硬度はAl被膜の膜厚との
依存性もあるが、上記の硬度を満足しての適正
膜厚は0.5〜5μｍである。
の関係があり、従来のイオンプレーテイングでは
Al被膜の硬度が時には150Kg／mm2にも達し、ボン
デイング性の劣化を招いていることがわかつた。
このことは超音波ボンデイング機構からする
と、良好な接合性を得るためには、ボンデイング
時にボンデイングワイヤーが被覆Alに適度に埋
り込む必要があり、Al被膜の表面硬度40Kg／mm2
未満ではワイヤーが埋り込みすぎて超音波振動が
適正にかからず、接合不良となる。
また、Al被膜の表面硬度が60Kg／mm2を超える
とワイヤーが埋り込まないために、超音波振動が
ワイヤーを変形させるのみに消費され、高い接合
性は得られない。
一方、Al被膜の膜厚についても、前記と同様
にボンデイング性との相関があり、Al被膜の膜
厚が0.5μｍ未満の場合、Al被膜硬度が適正であつ
ても、ワイヤーの適正な埋り込みに要する厚さが
不足する。
またAl被覆膜厚が5μｍを超えると、イオンプ
レーテイングに要するコストが高くなるなどの欠
点がある。
上記のようなAl被膜の表面硬度および膜厚に
ついての事実をふまえて、本発明者らはリードフ
レームとしての基板へのAl被覆処理に関して、
ボンデイング特性とイオンプレーテイング条件を
検討した結果、
(1) 良好なボンデイング特性を有するAl被膜を
基板上に得るためには、真空容器内の真空度は
５×10-5Torr以上が必要であり、且つ基板と
るつぼ間の距離を平均自由工程の1/10以下にす
ることが必要である。
(2) このことから真空容器内にガスを導入せず、
Al蒸発粒子のみのイオンプレーテイングが必
要であり、そのためには、Al蒸気圧は少くと
も10-3mmHg以上が必要である。
(3) Alイオン化粒子とAl中性粒子の被膜では、
ボンデイング特性に差はない。
(4) 基板昇温はボンデイング特性にとつてよい傾
向にある。
(5) 蒸着速度の影響は、低速になればボンデイン
グ特性を劣化させる。
などの関係が判明し、また基板との密着性につい
ては、
蒸発粒子のイオン化率が最低５％程度あれば
十分な密着性が得られる。
真空室内での基板クリーニング効果は大き
く、イオンボンバードより電子線照射の方が密
着性はより高い。特に銅合金においてはその差
は著しい。
との知見を得た。
＜作用＞
次にこの発明のリードフレームの製造方法の一
例について図面を参照して説明する。
図面の真空装置はペルジヤー１、被覆用基板
２、蒸発源３、高周波励起コイル４、電子線照射
源５、イオン粒子加速器６より構成されており、
従来の高周波励起のイオンプレーテイング装置に
類似するものであるが、その構成要素であるガス
封入を一切行なわず、むしろ積極的に排気を続け
ながら電子線照射により蒸発を高速で行ない、蒸
発室内の粒子密度を蒸発粒子そのものによつて上
げ、そこに高周波励起を印加することにより、電
子線照射と相俟つて蒸発粒子を励起して被覆を行
なうものである。
又、その時の前処理方法としては、被覆用基板
２を点線で示す部分２′から実線部になるように
回転させた後に電子線照射源５としての電子銃で
少くとも蒸着必要部に照射してクリーニングを施
すのである。
この発明における上記装置を用いたリードフレ
ームの製造方法は、蒸着室内にガスを導入するこ
とを禁ずるものであり、残留ガス等を考えれば真
空度は高いほどよいが、但し、この発明の目的の
１つとしているところの工業的方法を考えれば、
真空度は５×10-5Torr以上であればよい。
この意味から蒸発粒子のイオン化は、高周波励
起が適しており、直流方法ではプラズマが発生せ
ず、またイオンソース室を設ける方法について
は、蒸着速度の劣化を招いたり、装置上複雑化す
るばかりでなく、イオンソース室からのアウトガ
ス等の問題がある。
また電子線照射のみによるイオン化では、十分
なイオン化率が得られない。
この発明で得られるリードフレームにおいて被
覆されるAl被膜は不要なガスの固溶がなく、軟
質であり、ワイヤーボンデイング性も極めて安定
したものであり、基板−被膜間の密着性が高く、
且つこの付着方法は工業的に適した方法である。
また、この発明の場合、従来のイオンプレーテ
イングに比べて付きまわりが悪く、これは現在の
動向である部分比コーテイングに非常に適してお
り、蒸着室内の付着も極めて少なく、アウトガ
ス、設備保守にとつても有利である。
尚、この発明の説明として、図面に示すような
ベルジヤー方式の装置を使用したが、他の方式の
装置、即ちインライン方式、巻取り方式でも適用
できることは言うまでもない。
＜実施例＞
以下、実施例によりこの発明の有効性を説明す
る。
実施例
基板として第１表に示すような42％Ni−Fe合
金あるいはCu合金を用い、第１表の条件にてAl
被膜を形成した。
そして得られた被膜について密着性、ワイヤー
ボンデイング特性、硬度などについて評価したと
ころ第２表の結果が得られた。
<Industrial Application Field> The present invention relates to a method for manufacturing an Al-coated lead frame that has excellent adhesion to a substrate and has very good ultrasonic bonding properties. <Prior art and its problems> In general, the types of coatings on the surface of substrate materials for lead frames are broadly classified into noble metal coatings and Al coatings. Regarding the former, Au wire is exclusively used as the bonding wire, and is used in low-grade ICs due to its economical high-speed bonding properties. Regarding the latter, Al wire is used as the bonding wire, and is used in high-end ICs due to its high bonding reliability. On the other hand, looking at recent trends in ICs, high-end ICs are becoming more and more multi-functional, and the number of leads has increased significantly as a result. This increases the processing time in the bonding process, resulting in an increase in costs, so high-speed bonding is strongly desired, especially in ultrasonic bonding using Al wire. Here, the method of forming an Al coating on a lead frame subjected to ultrasonic bonding can be roughly divided into a pressure welding method and a vapor phase plating method, and the pressure welding method is currently often used from an economic standpoint. However, in this method, the Al has to be in a striped form, and it cannot follow the current trend of increasing the number of leads and miniaturization of ICs, resulting in the formation of Al spots, and also has poor adhesion to the substrate. Because of its drawbacks, the vapor phase method is becoming more popular. Vacuum evaporation is used as a vapor phase plating method, but ion plating is being considered from an economic standpoint and adhesion to the substrate. In the generally known ion plating method, an inert or active gas is sealed in a vacuum chamber and these gases are excited with high-pressure direct current, high frequency, electron beams, etc. to generate a glow discharge. , the coating was formed by cleaning the substrate surface and ionizing the evaporated particles. The characteristics of the films created by these methods are:
It has excellent adhesion to the substrate, hardens under the influence of filled gas to improve wear resistance, and has good coverage.For these purposes, it is used as a coating on tools and as a coating on organic substrates. etc. are widely used. On the other hand, in recent applications such as electronics, there is a strong need to form high-purity coatings, and in particular, it is desired to perform a coating treatment with good adhesion at a low cost while satisfying the bonding properties mentioned above. . <Means for Solving the Problems> Based on the above requests, the present inventors conducted various studies on lead frames coated with Al using the conventional ion plating method, and found that the adhesion between the substrate and the Al coating was improved. The quality is very good. Ultrasonic bonding properties are extremely poor. I got the facts. Therefore, the present inventors further investigated this bonding property, and as a result, they arrived at the present invention. That is, regarding the Al coating and high-speed bonding properties, the property of the Al coating that affects high-speed bonding properties is the surface hardness of the Al coating, and the appropriate hardness is 40 to 60 Kg/mm 2 in terms of Vickers hardness. Although the surface hardness of the Al coating also depends on the thickness of the Al coating, the appropriate thickness that satisfies the above hardness is 0.5 to 5 μm. There is a relationship between
It was found that the hardness of the Al coating sometimes reached 150Kg/mm 2 , leading to deterioration in bonding properties. Considering the ultrasonic bonding mechanism, this means that in order to obtain good bonding properties, the bonding wire needs to be properly embedded in the Al coating during bonding, and the surface hardness of the Al coating is 40Kg/ mm2 .
If it is less than that, the wire will be too embedded and the ultrasonic vibration will not be applied properly, resulting in poor bonding. Furthermore, if the surface hardness of the Al coating exceeds 60 Kg/mm 2 , the wire will not be embedded, so the ultrasonic vibration will be consumed only to deform the wire, and high bonding performance will not be obtained. On the other hand, the thickness of the Al coating also has a correlation with bonding properties as mentioned above, and if the thickness of the Al coating is less than 0.5 μm, even if the hardness of the Al coating is appropriate, the wire will not be buried properly. The thickness required for embedding is insufficient. Moreover, when the Al coating film thickness exceeds 5 μm, there are drawbacks such as an increase in the cost required for ion plating. Based on the above-mentioned facts regarding the surface hardness and film thickness of the Al coating, the present inventors conducted the following regarding the Al coating treatment on the substrate as a lead frame.
As a result of examining the bonding characteristics and ion plating conditions, we found that (1) In order to obtain an Al film with good bonding characteristics on the substrate, the degree of vacuum in the vacuum container must be 5 × 10 -5 Torr or higher. , and the distance between the substrate and the crucible must be 1/10 or less of the mean free path. (2) For this reason, without introducing gas into the vacuum container,
Ion plating of only Al evaporated particles is required, and for this purpose, the Al vapor pressure must be at least 10 −3 mmHg or higher. (3) In the film of Al ionized particles and Al neutral particles,
There is no difference in bonding characteristics. (4) Increased substrate temperature tends to improve bonding characteristics. (5) The effect of deposition rate is that the lower the deposition rate, the worse the bonding characteristics. The following relationship was found, and sufficient adhesion to the substrate can be obtained if the ionization rate of the evaporated particles is at least 5%. The substrate cleaning effect in a vacuum chamber is great, and the adhesion is higher with electron beam irradiation than with ion bombardment. The difference is particularly remarkable in copper alloys. We obtained the following knowledge. <Function> Next, an example of the method for manufacturing a lead frame of the present invention will be described with reference to the drawings. The vacuum device in the drawing is composed of a persier 1, a coating substrate 2, an evaporation source 3, a high frequency excitation coil 4, an electron beam irradiation source 5, and an ion particle accelerator 6.
Although it is similar to a conventional high-frequency excitation ion plating device, it does not contain any gas, which is a component of the device, but rather performs high-speed evaporation using electron beam irradiation while actively evacuating the inside of the evaporation chamber. The particle density is increased by the evaporated particles themselves, and high-frequency excitation is applied thereto, thereby exciting the evaporated particles in conjunction with electron beam irradiation to perform coating. In addition, the pretreatment method at that time is to rotate the coating substrate 2 from the part 2' indicated by the dotted line to the part shown by the solid line, and then irradiate at least the part requiring vapor deposition with an electron gun serving as the electron beam irradiation source 5. Cleaning is then carried out. The method of manufacturing a lead frame using the above apparatus in this invention prohibits the introduction of gas into the deposition chamber, and considering residual gas etc., the higher the degree of vacuum, the better. Considering the industrial method that is one of the
The degree of vacuum may be 5×10 −5 Torr or higher. In this sense, high-frequency excitation is suitable for the ionization of evaporated particles; direct current methods do not generate plasma, and methods that provide an ion source chamber only lead to deterioration of the evaporation rate and complicate the equipment. However, there are problems such as outgassing from the ion source chamber. Further, ionization by electron beam irradiation alone does not provide a sufficient ionization rate. The Al film coated on the lead frame obtained by this invention has no solid solution of unnecessary gas, is soft, has extremely stable wire bonding properties, and has high adhesion between the substrate and the film.
Moreover, this attachment method is an industrially suitable method. In addition, this invention has poor coverage compared to conventional ion plating, making it very suitable for the current trend of partial ratio coating, with extremely little adhesion within the deposition chamber, reducing outgassing and equipment maintenance. It's very advantageous. In the explanation of this invention, a bell jar type device as shown in the drawings is used, but it goes without saying that other types of devices, such as an in-line type and a winding type, can also be applied. <Example> The effectiveness of this invention will be explained below with reference to Examples. Example Using 42% Ni-Fe alloy or Cu alloy as shown in Table 1 as a substrate, Al
A film was formed. The resulting coating was evaluated in terms of adhesion, wire bonding properties, hardness, etc., and the results shown in Table 2 were obtained.
【表】【table】
【表】【table】
【表】
上表から次のようなことが考察される。
(a) 通常の蒸着では基板予熱を行なわないと、十
分な密着性が得られなかつた。
(b) 基板を予熱すると、密着性は向上するもの
の、基板との不要な拡散を生じたり、熱歪を生
じて不安定である。
(c) 直流のイオンプレーテイングでは密着性は良
好なものの、封入したアルゴンガスによるAl
被膜へのダメージおよび酸素吸蔵が多く、極め
て固い被膜となり、ワイヤーボンデイングには
不向きであつた。
(d) 高周波のイオンプレーテイングでは直流方式
に比べ、ガス固溶量を少なくできるが、不活性
ガスの封入を行なう限りでは充分な高速のワイ
ヤーボンデイングに耐える安定性は得られなか
つた。
(e) この発明では充分な密着性を有すると同時
に、極めて安定した軟質被膜が得られ、ボンデ
イング性も安定したものであり、IC等の製造
工程の高速ボンデイング用として量産に適する
ものであつた。
(f) 加熱源としてエレクトロンビームを用い、こ
れを走査することにより、蒸発粒子に衝突さ
せ、単に高周波をかけること以上のプラズマ状
態の安定化がはかれる。
＜発明の効果＞
以上のように、この発明になるリードフレーム
の製造方法は基板とAl被膜との密着性が極めて
高く、且つ現在のIC動向の多リード化に対応し
つつ高速ボンデイング特性が非常によいという利
点を有するのである。[Table] From the above table, the following can be considered. (a) In normal vapor deposition, sufficient adhesion could not be obtained unless the substrate was preheated. (b) Although adhesion improves when the substrate is preheated, it is unstable due to unnecessary diffusion with the substrate and thermal distortion. (c) Although adhesion was good with direct current ion plating, Al
There was a lot of damage to the film and oxygen storage, resulting in an extremely hard film, making it unsuitable for wire bonding. (d) Although high-frequency ion plating can reduce the amount of gas in solid solution compared to the direct current method, as long as inert gas is used, it is not stable enough to withstand high-speed wire bonding. (e) In this invention, an extremely stable soft film with sufficient adhesion was obtained, and the bonding property was also stable, making it suitable for mass production for high-speed bonding in the manufacturing process of ICs, etc. . (f) By using an electron beam as a heating source and scanning it, it collides with evaporated particles and stabilizes the plasma state more than simply applying high frequency. <Effects of the Invention> As described above, the lead frame manufacturing method according to the present invention has extremely high adhesion between the substrate and the Al film, and also has extremely high speed bonding characteristics while responding to the current trend of increasing the number of leads in ICs. It has the advantage of being good for people.
図面はこの発明の方法によつてリードフレーム
を得るに使用する装置の一例を示す概略図であ
る。
１……ベルジヤー、２……被覆用基板、３……
蒸発源、４……高周波励起コイル、５……電子線
照射源、６……イオン粒子加速器、７……排気
口。
The drawing is a schematic diagram showing an example of an apparatus used to obtain a lead frame by the method of the present invention. 1... Bergier, 2... Covering substrate, 3...
Evaporation source, 4... High frequency excitation coil, 5... Electron beam irradiation source, 6... Ion particle accelerator, 7... Exhaust port.
Claims (1)
上に保ちつつ、該容器内のるつぼと被覆用基板
間の距離が平均自由工程の1/10以下になるよう
に設定する工程、 (ii) 被覆用基板表面を電子線照射によりクリーニ
ングする工程、 (iii) るつぼ内のAl蒸発源を電子線照射により加
熱してAlの蒸気圧が10-3mmHg以上となるよう
に蒸発せしめる工程、 (iv) Al蒸発源と被覆用基板との中間に配置され
た高周波コイルに高周波電力を印加してAl蒸
発源をイオン化する工程、 (v) イオン化したAl蒸発粒子を直流電界により
被覆用基板に加速付着させる工程、 の上記(i)〜(v)の工程を順次実施して前記被覆用基
板表面にAl被覆を施すことを特徴とするリード
フレームの製造方法。 ２ 被覆用基板表面に施すAl被覆表面硬度が40
〜60Kg／mm2である特許請求の範囲第１項記載のリ
ードフレームの製造方法。 ３ 被覆用基板表面に施すAl被覆の厚さが0.5〜
5.0μｍである特許請求の範囲第１項あるいは第２
項記載のリードフレームの製造方法。 ４ 被覆用基板が鉄−ニツケル合金よりなる特許
請求の範囲第１項乃至第３項の何れかの項に記載
のリードフレームの製造方法。 ５ 被覆用基板が銅合金よりなる特許請求の範囲
第１項乃至第３項の何れかの項に記載のリードフ
レームの製造方法。[Claims] 1 (i) While maintaining the degree of vacuum in the vacuum container at 5×10 -5 Torr or more, the distance between the crucible in the container and the coating substrate is 1/10 or less of the mean free path. (ii) cleaning the surface of the coating substrate by electron beam irradiation; (iii) heating the Al evaporation source in the crucible by electron beam irradiation so that the vapor pressure of Al is 10 -3 mmHg or more (iv) Step of ionizing the Al evaporation source by applying high frequency power to a high frequency coil placed between the Al evaporation source and the coating substrate; (v) Ionized Al evaporation particles A method for manufacturing a lead frame, characterized in that the steps (i) to (v) above are sequentially performed to coat the surface of the coating substrate with Al by accelerating the deposition of Al on the coating substrate using a DC electric field. 2 The Al coating surface hardness applied to the coating substrate surface is 40
The method for manufacturing a lead frame according to claim 1, wherein the lead frame has a weight of 60 Kg/mm 2 . 3 The thickness of the Al coating applied to the surface of the coating substrate is 0.5~
Claim 1 or 2 which is 5.0μm
The method for manufacturing the lead frame described in Section 1. 4. The method for manufacturing a lead frame according to any one of claims 1 to 3, wherein the coating substrate is made of an iron-nickel alloy. 5. The method for manufacturing a lead frame according to any one of claims 1 to 3, wherein the coating substrate is made of a copper alloy.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8710684A JPS60231348A (en) | 1984-04-27 | 1984-04-27 | Lead frame |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8710684A JPS60231348A (en) | 1984-04-27 | 1984-04-27 | Lead frame |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60231348A JPS60231348A (en) | 1985-11-16 |
| JPH0222543B2 true JPH0222543B2 (en) | 1990-05-18 |
Family
ID=13905689
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8710684A Granted JPS60231348A (en) | 1984-04-27 | 1984-04-27 | Lead frame |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60231348A (en) |
-
1984
- 1984-04-27 JP JP8710684A patent/JPS60231348A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60231348A (en) | 1985-11-16 |
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