KR20160003078A - 무연 솔더 접속을 위한 리드 프레임 구조체 - Google Patents

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KR20160003078A
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lead frame
copper
solder
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KR1020157033505A
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지안싱 리
케빈 비. 알바
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허니웰 인터내셔날 인코포레이티드
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Abstract

본 개시내용은 전자 패키징 장치, 전자 패키징 장치에 이용되는 리드 프레임 구조체, 및 전자 패키징 장치를 제조하는 방법을 제공한다. 구리로 이루어지는 리드 프레임은 예컨대 니켈로 된 금속성 배리어층을, 예컨대 리드 프레임의 금속의 산화를 방지하기 위해 포함한다. 예컨대 구리로 된 비교적 얇은 젖음성 촉진층이, 칩이 리드 프레임에 접속되는 다이 접속 공정 중에 리드 프레임에 대해, 무연의 아연계 솔더 등의 솔더의 균일한 젖음성을 촉진시키기 위해 금속성 배리어층 상에 제공된다. 구리/아연 금속간층이 솔더의 플로잉 및 고화(solidification) 시에 형성된다. 구리층에 있는 실질적으로 구리 전체가 구리/아연 금속간층의 형성 중에 소비되고, 금속간층은 전자 패키징 장치의 제조 및 후속 이용 시에 내부 균열 결함에 저항하기에 충분히 얇다.

Description

무연 솔더 접속을 위한 리드 프레임 구조체{LEAD FRAME CONSTRUCT FOR LEAD-FREE SOLDER CONNECTIONS}
<관련 출원과의 교차 참조>
본 출원은 2013년 5월 3일에 출원한 미국 가출원 번호 61/819,281[발명의 명칭: LEAD FRAME CONSTRUCT FOR LEAD-FREE SOLDER CONNECTIONS]에 대해 우선권을 주장하며, 이 우선권 출원은 그 전체가 참조로 본 명세서에 포함된다.
<기술 분야>
본 개시내용은 전자 패키징 장치에 관한 것이며, 구체적으로는 무연 솔더를 이용하여 칩과 리드 프레임 사이에 형성되는 땜납 접속부와, 리드 프레임 구조체, 전자 패키징 장치를 제조하는 방법에 관한 것이다.
각종의 전기기계 및 전자 디바이스의 제조 및 조립에 솔더 재료가 이용되고 있다. 과거에는, 용융점, 젖음성, 연성 및 열전도성 등의 바람직한 특성을 가진 솔더 재료를 제공하기 위해 솔더 재료에 상당량의 납이 포함되었다. 일부 주석계 솔더도 개발되었다. 보다 최근에는, 바람직한 성능 특성을 제공하는 무연 및 무주석 솔더 재료를 생산하려는 시도가 있었다.
전자장치 제조 산업에서는, 칩과 리드 프레임 사이에 땜납 접속부를 만들기 위해 솔더 재료가 이용된다. 무연 솔더의 일환인 아연계 솔더는, 예컨대 본 발명의 양수인에게 양도된 미국 특허 출원 일련 번호 13/586,074(미국 특허 출원 공개 번호 2013/0045131)[발명의 명칭: Lead-Free Solder Compositions]에 개시되어 있는 바와 같이, 알루미늄 등의 기타 합금 원소 및/또는 추가 원소와 함께 주성분으로서 아연을 함유한 합금이며, 이 출원의 전체 개시내용은 참조에 의해 본 명세서에 명시적으로 포함된다.
본 개시내용은 전자 패키징 장치, 전자 패키징 장치에 이용되는 리드 프레임 구조체, 및 전자 패키징 장치를 제조하는 방법을 제공한다.
구리로 이루어지는 리드 프레임은 예컨대 니켈로 된 금속성 배리어층을, 예컨대 리드 프레임의 금속의 산화를 방지하기 위해 포함한다. 예컨대 구리로 된 비교적 얇은 젖음성 촉진층이, 칩이 리드 프레임에 접속되는 다이 접속 공정 중에 리드 프레임에 대해, 무연의 아연계 솔더 등의 솔더의 균일한 젖음성을 촉진시키기 위해 금속성 배리어층 상에 제공된다. 구리/아연 금속간층이 솔더의 플로잉(flowing) 및 고화(solidification) 시에 형성된다. 구리층에 있는 실질적으로 구리 전체가 구리/아연 금속간층의 형성 중에 소비되고, 금속간층은 전자 패키징 장치의 제조 및 후속 이용 시에 내부 균열 결함에 저항하기에 충분히 얇다.
일 형태에 있어서, 본 개시내용은, 표면을 갖는 리드 프레임과, 상기 리드 프레임의 표면 상에 배치된 금속성 배리어층과, 아연계 솔더층을 통해 상기 금속성 배리어층에 접속되는 칩과, 상기 금속성 배리어층과 상기 아연계 솔더층 사이에 배치되는 금속간층을 포함하는 전자 패키징 장치를 제공하며, 상기 금속간층은 아연을 함유한 금속간 화합물을 포함한다.
다른 형태에 있어서, 본 개시내용은 전자 패키징 장치를 제조하는 방법을 제공하며, 상기 방법은, 리드 프레임으로서, 상기 리드 프레임의 표면 상에 금속성 배리어층을 포함하는 리드 프레임과, 상기 금속성 배리어층 상에 배치된 젖음성 촉진층을 제공하는 단계와, 다음의 단계에 의해 칩을 상기 리드 프레임을 접속하는 단계를 포함하고, 상기 다음의 단계는, 상기 젖음성 촉진층 위에 아연계 솔더를 플로잉(flowing)하는 단계와, 상기 아연계 솔더 상에 칩을 배치하는 단계와, 상기 아연계 솔더와 상기 금속성 배리어층 사이에 금속간층을 형성하여 상기 아연계 솔더를 고화시키는 단계를 포함하며, 상기 금속간층은 아연을 함유한 금속간 화합물을 포함한다.
추가 형태에 있어서, 본 개시내용은, 표면을 갖는 리드 프레임과, 상기 리드 프레임의 표면 상에 배치된 금속성 배리어층과, 상기 금속 배리어층 상에 배치된 젖음성 촉진층을 포함하는 리드 프레임 구조체를 제공한다.
또 다른 추가 형태에 있어서, 본 개시내용은 리드 프레임 구조체를 제조하는 방법을 제공하며, 상기 방법은, 표면을 갖는 리드 프레임을 제공하는 단계와, 상기 리드 프레임의 표면 상에 금속성 배리어층을 형성하는 단계와, 후속하여 상기 금속성 배리어층 상에 젖음성 촉진층을 형성하는 단계를 포함한다.
본 개시내용의 전술한 특징 및 기타 특징, 그리고 이들을 달성하는 방법은 첨부하는 도면과 함께 본 개시내용의 실시형태에 대한 이어지는 설명을 참조하여 더욱 분명해지고 더욱 잘 이해될 것이다.
도 1a는 리드 프레임에 접속된 칩을 포함하는 전자 패키징 장치의 개략적 단면도이다.
도 1b는 도 1a의 일부의 부분도이다.
도 2a는 도 1a와 도 1b의 전자 패키징 장치 내에 사용된 예시적인 리드 프레임 구조체의 개략적인 단면도이다.
도 2b는 도 2a의 일부의 부분도이다.
도 3과 도 4는 실시예 1에 대응하는 도면으로서,
도 3은 두께 2 ㎛의 구리층을 갖는 리드 프레임 구조체의 단면의 광학 현미경 화상이고,
도 4는 두께 8 ㎛의 구리층을 갖는 리드 프레임 구조체의 단면의 광학 현미경 화상이다.
도 5 내지 도 7은 실시예 2에 대응하는 도면으로서,
도 5는 도 3의 리드 프레임 상에 젖은 아연계 솔더의 화상이고,
도 6은 도 4의 리드 프레임 상에 젖은 아연계 솔더의 화상이며,
도 7은 니켈 배리어층을 포함하지만 구리층은 없는 제어용 리드 프레임에 대해 젖은 아연계 솔더의 화상이다.
도 8 내지 도 11은 실시예 3에 대응하는 도면으로서,
도 8은 도 5의 리드 프레임 상에 고화된 아연계 솔더의 주사 전자 현미경(SEM, scanning electron microscope)의 단면 화상이고,
도 9a, 도 9b, 및 도 9c는 니켈, 구리 및 아연에 대한 도 8의 X레이 라인 주사 원소 분석에 각각 대응하는 일련의 플롯이며,
도 10은 도 6의 리드 프레임 상에 고화된 아연계 솔더의 주사 전자 현미경(SEM) 단면 화상이고,
도 11a, 도 11b, 및 도 11c는 니켈, 구리 및 아연에 대한 도 10의 X레이 라인 주사 원소 분석에 각각 대응하는 일련의 플롯이다.
여러 도면에 걸쳐 대응하는 참조 문자는 대응하는 부분을 가리킨다. 본 명세서에서 설명하는 예시는 본 개시내용의 실시형태를 나타내며, 이러한 예시는 어떤 식으로도 본 발명의 범주를 한정하는 것으로서 해석되어서는 안 된다.
도 1a와 도 1b를 참조하면, 본 개시내용에 따른 예시적인 전자 패키징 장치(10)의 개략적 단면도가 도시되며, 이 장치는 후술하는 유형의 다층 땜납 접속, 구체적으로 무연, 아안계 솔더를 포함하는 땜납 접속을 통해 리드 프레임(14)에 접속된 칩(12)(즉, 집적 회로 및/또는 마이크로프로세서)을 포함한다.
땜납 접속을 통해 리드 프레임 구조체(16)에 칩을 접속하여 도 1a에 도시하는 전자 패키징 장치(10)를 형성하는 다이 접속 공정에 이용하기 전의, 본 개시내용에 따른 리드 프레임 구조체(16)가 도 2a와 도 2b에 도시된다. 리드 프레임 구조체(16)는 하나 이상의 칩이 부착될 수 있는 금속의 전도성 기판의 형태로 된 리드 프레임(14)을 포함하고, 리드 프레임(14) 및/또는 부착된 칩은 전기 도선(electrical leads) 또는 접속된 다른 구성요소(도시 생략)도 포함할 수 있다. 리드 프레임(14)은 통상 순수 구리 또는 구리 합금으로 이루어진다.
그러나, 리드 프레임(14)이 순수 구리 또는 구리 합금으로 이루어질 경우, 리드 프레임(14)의 구리 표면은 대기속 산소와의 접촉 시에 자발적으로 산화하여 구리 산화물이 되어 구리 산화물층을 형성하기 쉬울 것이다. 구리 산화물은 리드 프레임(14)의 전도성을 열화시킬 수 있는 전기 절연성이며, 형성되는 임의의 구리 산화물층은 또한 다이 접속 공정 시에 액체 솔더가 리드 프레임(14)의 표면을 젖게 하는 특성을 방해할 수 있고/있거나 리드 프레임(14)과 칩(12) 사이에 형성되는 접속의 무결성(integrity)을 손상시킬 수 있다.
리드 프레임(14)에는, 하부 리드 프레임(14)의 금속의 산화를 방지하기 위해, 적용에 따라 리드 프레임(14)의 적어도 하나의 표면 상에 그리고 선택적으로 리드 프레임(14)의 맞은 편 표면 각각 상에 금속성 배리어층(18)이 설치된다. 배리어층(18)은 리드 프레임(14)의 금속과 비교하여 산화 경향이 감소한 금속으로 이루어질 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 배리어층(18)은 순수 니켈 또는 니켈 합금으로 이루어진다. 이에, 배리어층(18)은 리드 프레임(14)의 표면을 덮고, 리드 프레임(14)의 금속이 주위 환경과 접촉해서 산소와 자발 산화하는 것을 방지한다. 더욱이, 후술하겠지만, 배리어층(18)은 다이 접속 공정 시에 리드 프레임(14)의 금속이, 칩(12)을 리드 프레임(14)에 대해 고정시키는데 이용되는 솔더와 접촉하는 것을 막는 기능을 하며, 리드 프레임(14)의 금속과 솔더의 금속 사이에 금속간 화합물이 형성되게 한다.
배리어층(18)은 도금 공정에 의해 이를테면 전기도금 또는 무전해 도금을 통해 리드 프레임(14) 상에 형성될 수 있다. 또한, 배리어층(18)은 리드 프레임(14)의 표면 전체 위에 연속으로 또는 블랭킷 방식으로 형성될 수도 있고, 한편 리드 프레임(14)의 표면의 다이 패드 영역 위에 및/또는 다른 선택 영역 위에 선택적으로 형성될 수도 있다.
전기도금 공정에 있어서, 리드 프레임(14)은 퇴적될 용해 금속 용액의 전기도금욕(bath) 내의 캐소드이다. 퇴적되는 금속이 통상 애노드이다. 전류 인가 시에, 도금욕 속의 용해 금속 이온이 감소하며 리드 프레임 캐소드 상에 퇴적되어 배리어층(18)을 형성한다.
일 실시형태에 있어서, 술파민산(sulfamate) 전해질욕은 용해된 니켈을 함유할 수 있고, 전기도금욕은 또한 예컨대 광택제(brightening agent)의 형태로 통상 존재하는 유기 첨가제가 없을 수도 있다. 전술한 도금욕을 사용하면, 다소 거칠거나 "광택없는(matte)" 마무리(finish)를 갖는 퇴적된 금속 표면이 된다.
대안적으로, 용액으로부터의 퇴적 금속의 이온을 감소시켜 리드 프레임(14)의 표면 상에 그 금속을 퇴적하기 위해, 인가된 전류의 존재 시에 수행되는 것이 아니라 하이포아인산나트륨 수화물(NaPO2H2·H2O) 등의 환원제를 채택하는 자가 촉매 반응(auto-catalytic reaction)인 무전해 퇴적 공정이 이용될 수 있다. 그러한 공정에 따라 리드 프레임 상에 도금된 니켈로 된 배리어층은 "무전해 니켈" 층으로서 칭해질 수 있으며, 통상, 예컨대 약 2-4 wt.%의 인과 합금된 니켈을 포함하는 니켈 합금일 것이다.
통상, 배리어층(18)의 두께는 1 미크론(㎛)과 10 ㎛ 사이 등의 최대 10 ㎛이다. 일 실시형태에 있어서, 배리어층(18)의 두께는 예컨대 1, 2, 또는 3 ㎛만큼 작을 수도 있고 5, 6, 7, 8, 9, 또는 10 ㎛만큼 클 수도 있거나, 전술한 값들 중 임의의 쌍 사이에서 정의되는 임의의 범위 내에 있는 두께를 가질 수도 있다.
도 2a와 도 2b를 참조하면, 리드 프레임 구조체(16)는 젖음성 촉진층(20)을 포함하며, 이 층(20)은 한편으론 젖음성 촉진 "플래시(flash)"라고도 칭해질 수 있고, 후술하는 이유로 배리어층(18)과 비교해 상대적으로 얇을 수 있다. 다이 접속 공정 시에 액체 솔더가 리드 프레임(14)에 대해 플로잉할 경우에 리드 프레임(14) 위에서 액체 솔더의 젖음성을 균일하게 하기 위해 젖음성 촉진층(20)이 배리어층(18) 상에 형성된다.
젖음성 촉진층(20)은 구리 또는 구리 합금층일 수도 있지만, 한편 아연, 비스무스, 주석, 인듐, 또는 금, 은, 팔라듐, 백금 등의 희금속뿐만 아니라 전술한 금속의 합금으로 된 층일 수도 있다. 구체적으로, 소정의 솔더 조성물, 특히 본 명세서에 개시하는 유형의 아연계 솔더 조성물이 구리 또는 구리 합금 표면 위에서 매우 균일하고 효과적으로 젖는다고 알려져 있다. 필요하다면, 리드 프레임 구조체(16)는 젖음성 촉진층(20)의 산화를 방지하기 위해 다이 접속 공정에 이용되기 전에 불활성 환경 내에서 패키징될 수도 있다. 솔더 젖음성 촉진에 더하여 내산화성이 필요하다면, 층(20)은 대안으로 금, 백금, 팔라듐, 루테늄, 또는 은으로 된 층일 수도 있다.
층(20)은 1 미크론(㎛)과 10 ㎛ 사이 등의 최대 10 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 구리층(16)의 두께는 예컨대 1, 2, 또는 3 ㎛만큼 작을 수도 있고 5, 6, 7, 8, 9, 또는 10 ㎛만큼 클 수도 있거나, 전술한 값들 중 임의의 쌍 사이에서 정의되는 임의의 범위 내에 있는 두께를 가질 수도 있다.
배리어층(18)이 리드 프레임(14) 상에 형성되는 방식과 마찬가지로, 층(20)은 예컨대 전해질 또는 무전해 도금 공정을 통해 배리어층(18) 상에 퇴적될 수 있으며, 또한 리드 프레임 및/또는 배리어층 전체 위에 연속적으로 또는 블랭킷 방식으로 퇴적될 수도 있거나 또는 이와 다르게 리드 프레임 및/또는 배리어층의 표면의 다이 패드 영역 및/또는 다른 선택 영역 위에만 퇴적될 수도 있다.
도 1a와 도 1b를 참조하면, 본 패키징 장치에서 칩(12)을 리드 프레임(14)에 접속하는데 이용되는 솔더층(22)으로 무연 아연계 솔더가 바람직하게 이용될 수 있다. 본 명세서에서 사용하는 용어 "무연(lead-free)" 또는 "무연 솔더(lead-free solder)"는 0.1 wt.% 미만의 납을 포함하는 솔더 재료를 가리킨다. 또한, 본 명세서에서 사용하는 용어 "아연계(zinc-based)" 또는 "아연계 솔더(zinc-based solder)"는 아연이 대다수 또는 주성분으로서 존재하는, 하나 이상의 다른 원소와 조합 또는 합금된 아연을 함유한 솔더 조성물을 가리킨다. 적절한 아연계 솔더가 앞에서 언급한 미국 특허 출원 일련 번호 13/586,074에 개시되어 있다.
본 발명자들은, 아연계 솔더가 다이 접속 공정 시에 구리 리드 프레임의 표면에 균일하게 젖지만, 아연계 솔더를 구리 리드 프레임에 직접 도포하는 것의 단점은, 액체의 유동성 아연계 솔더의 높은 액상 온도가 통상 아연계 솔더에 대한 330℃보다 높아, 아연계 솔더의 고화 시에 구리 리드 프레임과 아연계 솔더 사이의 구리/아연(Cu/Zn) 금속간층 또는 계면 형성에 있어서 비교적 취성이며 통상 자명한 Cu/Zn 금속간 화합물이 형성된다는 것이다. 금속간층은 액체의 아연계 솔더가 구리 리드 프레임에 직접 도포될 때에 비교적 두꺼울 수 있다.
또한, 제조 후에 전자 패키징 장치가 고온, 이를테면 예컨대 약 150℃보다 높은 온도에 노출되는 서비스 용도에 이용되는 동안, 더욱 Cu/Zn 금속간 화합물이 형성될 수 있고, 이런 식으로 Cu/Zn 금속간층 또는 계면의 두께가 시간의 경과에 따라 증가할 수 있다. 다수의 전자 패키징 구성에 있어서, 특히 칩 대 리드 프레임 접속부가 예컨대 25 ㎟보다 큰 "대형 프레임" 애플리케이션에서는, Cu/Zn 금속간층의 두께가 바람직하지 않는 두께를 가질 수 있거나, 결국 사용 시에 바람직하지 않는 두께로 증가하여, 칩과 리드 프레임 간의 접속이 비교적 취성의 금속간층에 걸쳐 약해지는(fail) 다이 균열 이벤트가 잠재적으로 발생한다. 또한, 아연계 솔더의 비교적 높은 계수(modulus)가 전술한 접속에 적은 응력 완화를 제공하는 경향이 있다.
또, 아연계 솔더는 니켈 등의 금속성 배리어층에 대해 다소 불량하게 젖는 경향이 있어, 전술한 바와 같이 하부의 리드 프레임을 산화로부터 보호하기 위해 설치된다.
그러나, 본 명세서에 개시하는 본 패키징 장치에 제공되는 층(20)은 비교적 얇으며, 후술하는 이유에서, 젖음성을 유도하는(wetting-inducing) 희생층으로서 간주될 수 있다. 예컨대 구리 또는 구리 합금으로 제조될 경우, 층(20)은 다이 접속 공정 동안 플로잉 적용 시에 아연계 솔더의 균일한 젖음성을 촉진시키기 위한 노출 구리층 또는 표면을 맨 처음 제공하지만, 아연계 솔더 내의 아연과 실질적으로 완전히 반응하여 도 1a와 도 1b에 도시하는 바와 같이 배리어층(18)과 솔더층(22) 사이의 얇은 전용 Cu/Zn 금속간층(24)을 형성한다. 전용 Cu/Zn 금속간층(24)이 구리층(20) 내에 처음에 존재하는 구리를 실질적으로 전부 소비함에 따라, 다이 접속 공정에서 솔더 플로잉 시에 구리층(20)에 있는 실질적으로 구리 전체가 솔더 내 아연과 화합하여 금속간층(24)을 형성한다는 사실 때문에 비교적 얇고, 전자 패키징 장치의 사용 시에 증가할 가능성이 없는 Cu/Zn 금속간층이 된다. 또한, 전용 Cu/Zn 금속간층(24)이 실질적으로 얇아서 그 층 내의 균열 결함 가능성이 실질적으로 저하됨에 따라, 패키징 구조를 위한 바람직한 내구성을 야기한다.
전용 Cu/Zn 금속간층(24)은 3 미크론(㎛)과 10 ㎛ 사이 등의 최대 10 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 구리층(16)의 두께는 예컨대 3, 4, 또는 5 ㎛만큼 작을 수도 있고 5, 6, 7, 8, 9, 또는 10 ㎛만큼 클 수도 있거나, 전술한 값들 중 임의의 쌍 사이에서 정의되는 임의의 범위 내에 있는 두께를 가질 수도 있다.
솔더층(22)이 무연의 아연계 솔더라고 기술하였지만, 다른 실시형태에서는 솔더층(22)이 무연의 주석계 솔더일 수도 있다. 본 명세서에서 사용하는 용어 "주석계(zinc-based)" 또는 "주석계 솔더(zinc-based solder)"는 주석이 대다수 또는 주성분으로서 존재하는, 하나 이상의 다른 원소와 조합 또는 합금된 주석을 함유한 솔더 조성물을 가리킨다. 상기 실시형태에서는 금속간층(24)이 Cu/Sn 금속간층일 것이다.
또 다른 실시형태에서는 솔더층(22)이 납계 솔더일 수도 있다. 본 명세서에서 사용하는 용어 "납계(lead-based)" 또는 "납계 솔더(lead-based solder)"는 납이 대다수 또는 주성분으로서 존재하는, 하나 이상의 다른 원소와 조합 또는 합금된 납을 함유한 솔더 조성물을 가리킨다. 상기 실시형태에서는 금속간층(24)이 Cu/Pb 금속간층일 것이다.
실시예
다음의 비제한적인 실시예는 본 발명의 다양한 특징 및 특성을 나타내지만, 한정적으로 해석되어서는 안 된다.
실시예 1
리드 프레임 구조체의 준비
본 실시예에서는, 본 개시내용에 따른 리드 프레임 구조체가 준비되었다. 순수 구리 프레임이 얻어졌고, 무전해 도금 공정을 이용해 순수 니켈이 두께 6 ㎛로 도금되었다.
전기도금 공정을 이용해 니켈층 상에 구리로 된 비교적 얇은 층이 퇴적되었다.
도 3은 2 ㎛ 두께의 구리층을 갖는 제1 리드 프레임 구조체의 SEM 단면 화상이고, 도 4는 8 ㎛ 두께의 구리층을 갖는 제2 리드 프레임 구조체의 SEM 단면 화상이다. 리드 프레임 구조체는 구리 리드 프레임(104), 니켈 도금(102) 및 구리 플래시(100)를 포함한다.
실시예 2
솔더 젖음성 고찰
아연계 솔더가 그것의 액상 온도보다 높게 가열되었고 ASM 890 다이 본더(die bonder)를 이용해 도 3 및 도 4의 리드 프레임에 대해 젖었으며, 그 결과가 도 5 및 도 6의 화상으로 각각 도시된다. 도 5와 도 6에 도시하는 바와 같이, 아연계 솔더가 2 ㎛(도 5) 및 8 ㎛(도 6) 구리층을 갖는 2개의 리드 프레임에 대해 넓은 커버리지로 리드 프레임의 구리층에 걸쳐 균일하게 젖었다.
비교예에 있어서, 동일한 아연계 솔더가 니켈 배리어층을 포함하지만 상부의 구리층은 없는 제어용 리드 프레임에 대해 젖었다. 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이, 솔더 젖음성이 균일하지 않고, 오히려 솔더 플로잉 시에 메인 솔더 필드와는 떨어지게 된 솔더의 체적을 나타내는 솔더 볼과 함께, 상당한 면적의 젖지 않은 솔더가 관찰되었다.
실시예 3
Cu/Zn 금속간층의 분석
도 8과 도 10은 리드 프레임에 대한 아연계 솔더의 플로잉 및 고화 후의, 도 5와 도 6의 리드 프레임 각각의 SEM 단면 화상이다. 도 9a, 도 9b 및 도 9c와 도 11a, 도 11b 및 도 11c는 물질에 관한 리드 프레임의 단면에 걸친 다양한 깊이에서 이루어진 X레이 라인 주사 원소 분석이다.
도 8과 도 9a, 도 9b 및 도 9c를 참조하면, 2 ㎛ 구리층을 갖는 리드 프레임의 경우, 층에 있는 실질적으로 구리 전체가 아연계 솔더로부터의 아연과 반응하여 약 2 ㎛의 두께를 갖는 Cu/Zn 금속간층을 형성하며, 그 층에서 반응하지 않는 순수 구리로서 남아 있는 구리는 실질적으로 없다. 도 8을 참조하면, 리드 프레임 구조체는 구리 리드 프레임(308), 니켈(306), 구리-아연 금속간층(304) 및 아연계 솔더(302)를 포함한다. 도 9a, 도 9b 및 도 9c를 참조하면, Cu/Zn 금속간층뿐만 아니라 순수 니켈로 된 별개 층(distinct layer)이 형성된 것을 볼 수 있다.
도 10과 도 11a, 도 11b 및 도 11c를 참조하면, 8 ㎛ 구리층을 갖는 리드 프레임의 경우, 구리층 내에서 최대 약 4 ㎛ 깊이의 구리가 아연계 솔더로부터의 아연과 반응하여 약 4 ㎛의 두께를 갖는 Cu/Zn 금속간층을 형성하며, 원래 구리층의 순수 구리의 약 4 ㎛는 순수의 미반응으로 남는다. 도 10을 참조하면, 리드 프레임 구조체는 구리 리드 프레임(208), 니켈(206), 구리층(204), 구리-아연 금속간층(202) 및 아연계 솔더(200)를 포함한다. 도 11a, 도 11b 및 도 11c를 참조하면, Cu/Zn 금속간층뿐만 아니라 순수 니켈과 순수 구리로 된 별개 층이 형성된 것을 볼 수 있다.
본 개시내용은 예시적인 설계를 갖는 것으로서 설명되었지만, 본 개시내용의 사상 및 범주 내에서 더욱 변형될 수 있다. 이에, 본원은 그것의 일반적인 원리를 이용해서 개시내용의 임의의 변형, 이용 또는 적용을 포함하는 것이 의도된다. 또한, 본원은 첨부하는 청구범위의 제한 내에 있는, 본 개시내용으로부터의 그러한 이탈을 본 개시내용이 속하는 기술분야의 공지 또는 관행 내에 있는 것으로서 포함하는 것이 의도된다.

Claims (10)

  1. 리드 프레임 구조체(lead frame construct)에 있어서,
    표면을 갖는 리드 프레임과,
    상기 리드 프레임의 상기 표면 상에 배치된 금속성 배리어층과,
    상기 금속성 배리어층 상에 배치된 젖음성 촉진층(wetting promoting layer)
    을 포함하는 리드 프레임 구조체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 젖음성 촉진층은 구리와 구리 합금 중에서 선택되는 것인 리드 프레임 구조체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 젖음성 촉진층은, 아연, 비스무스, 주석, 인듐, 금, 은, 팔라듐, 백금, 및 이들의 합금 중에서 선택되는 것인 리드 프레임 구조체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 젖음성 촉진층은 1 ㎛와 10 ㎛ 사이의 두께를 갖는 것인 리드 프레임 구조체.
  5. 전자 패키징 장치(electronics packaging arrangement)에 있어서,
    표면을 갖는 리드 프레임과,
    상기 리드 프레임의 상기 표면 상에 배치된 금속성 배리어층과,
    아연계 솔더층을 통해 상기 금속성 배리어층에 접속되는 칩과,
    상기 금속성 배리어층과 상기 아연계 솔더층 사이에 배치된 금속간층(intermetallic layer)
    을 포함하고,
    상기 금속간층은 아연을 함유한 금속간 화합물(intermetallic compound)을 포함하는 것인 전자 패키징 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 금속간 화합물은 아연-구리 금속간 화합물인 것인 전자 패키징 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 금속간층은 3 ㎛와 10 ㎛ 사이의 두께를 갖는 것인 전자 패키징 장치.
  8. 전자 패키징 장치를 제조하는 방법에 있어서,
    리드 프레임으로서, 그 리드 프레임의 표면 상에 금속성 배리어층을 포함하는 상기 리드 프레임과, 상기 금속성 배리어층 상에 배치된 젖음성 촉진층을 제공하는 단계와,
    다음의 단계에 의해 칩을 상기 리드 프레임을 접속하는 단계
    를 포함하고,
    상기 다음의 단계는,
    상기 젖음성 촉진층 위에 아연계 솔더를 플로잉(flowing)하는 단계와,
    상기 아연계 솔더 상에 칩을 배치하는 단계와,
    상기 아연계 솔더와 상기 금속성 배리어층 사이에 금속간층을 형성하여 상기 아연계 솔더를 고화시키는 단계
    를 포함하며,
    상기 금속간층은 아연을 함유한 금속간 화합물을 포함하는 것인 전자 패키징 장치의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 젖음성 촉진층은 구리와 구리 합금 중에서 선택되고, 상기 금속간 화합물은 아연-구리 금속간 화합물인 것인 전자 패키징 장치의 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 젖음성 촉진층은, 아연, 비스무스, 주석, 인듐, 금, 은, 팔라듐, 백금, 및 이들의 합금 중에서 선택되고, 상기 금속간 화합물은 아연-구리 금속간 화합물인 것인 전자 패키징 장치의 제조 방법.
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