引線框架作為集成電路的芯片載體,是一種借助于鍵合材料(金絲、鋁絲、銅絲)來實現芯片內部引出端與外引線的電氣連接,形成電氣回路的關鍵結構件。它起到了芯片和外部導線連接的橋梁作用,絕大部分的半導體集成電路中都需要使用引線框架,是電子信息產業中重要的基礎材料。
集成電路引線框架一般采用銅材或鐵鎳合金(Fe42Ni),考慮到電氣﹑散熱與塑封匹配性以及成本等方面的因素,目前主要使用銅材,特別是雙列直插式封裝(DIP)和單列直插式封裝(SIP)的插入式封裝以及SOIC、QFP、PLCC等適合表面組裝(SMT)技術要求的封裝大多數都采用銅材。
由于銅合金具有較強的親氧性,在封裝工藝的熱鍵合過程中極易發生氧化,從而形成一層氧化膜。應該看到,引線框架銅合金表面氧化狀況對塑封料的粘接強度有較大影響,氧化膜一般是塑封料封裝回流焊工藝中分層及裂紋的主要原因之一。按照分層發生位置,分為引腳分層和基島分層。其中引腳分層會導致引線的第二焊點脫落,造成開路,直接影響芯片功能。基島載體鍍銀區域分層會拉斷地線,導致產品失效。
表面氧化的負面影響
引線框架表面氧化嚴重影響產品的工藝過程及可靠性。而當引線框架表面發生氧化后,以下問題往往會相伴而生:①降低引線框架與塑封料間的結合強度,在可靠性試驗中容易形成分層;②降低金線/銅線鍵合的拉力值,氧化嚴重時因為拉力值過小而使儀器無法顯示測量值,容易造成后期塑封過程中的斷絲、交絲問題;③增加壓焊過程中擋機頻率,導線鍵合不穩定,降低生產效率,產能達不到量產要求,同時導線拉力值偏低、鍵合不穩定,是因為框架表面氧化形成的氧化層阻止了導線與框架的冶金結合,限制了共晶結構的形成;④在氧化很嚴重的情況下,壓焊過程頻繁擋機,無法實現焊線。
防氧化措施
銅基引線框架表面發生嚴重氧化,會阻礙導線的正常鍵合,降低框架與塑封料之間的結合強度,只有對引線框架的氧化過程進行有效的控制,將氧化膜厚度控制在一定范圍內時,才能滿足實際生產的要求。引線框架防氧化措施主要包括兩個方面,一方面是封裝工藝的優化,比如縮短框架的在線時間,降低加工溫度,通入保護氣體等;另一方面是銅合金材料本身,通過改變銅合金材料的成分、結構,提高材料本身的抗氧化能力。在實際生產中,可用等離子清洗來去除表面氧化層,同時,惰性氣體保護可以有效降低氧化進程。
等離子清洗
(1)等離子清洗作用。
等離子是正離子和電子密度大致相同的電離氣體,等離子清洗機通過對氬氣進行電離,產生的等離子體通過電磁場加速,擊打在鍍銀層及芯片鋁墊表面,可以有效的去除鍍銀層表面及鋁墊表面的有機物、環氧樹脂、氧化物、微顆粒物等沾污物,有效的提高鍍銀層表面及鋁墊表面的活性,從而有利于壓焊的鍵合。
(2)等離子清洗方法。
采用Ar和H2的混合氣體對引線框架表面進行等離子清洗,可以有效的去除表面的雜質沾污、氧化層等,從而提高銀原子和銅原子活性,大幅提高焊線與引線框架的結合強度,提高產品良率,在實際生產中,等離子清洗已成為銅線工藝的必須工序。24622