带有电镀引线的半导体器件的制造方法 本发明涉及半导体器件，确切涉及带有电镀引线的半导体器件的制造方法。
诸如四边形扁平封装(QFP)器件之类的半导体封装器件通常包含一个连接于金属引线框的半导体管芯，此引线框包括一个管芯焊盘和多个引线。通称为“引线连接”的细引线将半导体芯片上的焊盘连接到适当的引线上。包封剂则覆盖半导体管芯、引线连接和引线的一部分。引线的暴露部分常用锡/铅(Sn/Pb)之类的低熔点可焊接金属进行涂覆以增加润湿或可焊性，并在最后装配过程中当封装器件连接到印刷电路板时形成冶金连接。
制造厂家通常采用浸焊工艺或电镀工艺来涂覆暴露的引线。在浸焊工艺中，暴露的引线被浸入熔融的焊料中，从而覆盖暴露的引线。浸焊工艺的一个缺点是过量的焊料会聚积在暴露的引线上，引起焊料搭桥最终导致电短路。因用焊料搭桥，故浸焊不适于相邻引线间距小的器件。
在电镀工艺中，借助于将引线暴露于电解溶液中、可焊金属组成阳极以及电流源，而使引线被可焊金属所覆盖。因电镀提供了更均匀的覆盖，故电镀工艺在相邻引引间距小地封装中优于浸焊工艺。但在常规电镀工艺所制作的电镀引线中也存在一些问题。
例如，电镀上去的可焊金属对其下方的引线的粘附性常常很差。这种粘附不良又引起电镀上去的可焊金属从其下引线脱层或脱离，在后续工序(例如修整成形、电学测试、捆扎和卷绕等)更是如此。这种脱层的可焊金属有害地影响到设备的正常运行时间(例如脱层金属阻塞妨碍设备)、设备寿命、电信号输出(例如相邻引线搭桥的脱层金属引起的电短路)以及可靠性。设备的停机时间减少产量从而提高制造成本。此外，脱层问题要求厂家在电镀后的各个阶段中采用外观检查以控制有问题的部件，这就大大增加了制造成本。而且，在电镀过程中会形成可焊金属的局部密集区或球，这就可能引起相邻引线间搭桥并最终引起电短路问题。
显然，如果有一种至少能克服上述与带有电镀的可焊金属有关的问题的方法，将是很有助益的。如果能以此做到节约成本就更有利了。
图1示出了根据本发明的方法的流程图；
图2示出了用于本发明的优选设备的轴测(isometric)图；以及
图3示出了图2设备沿参考线3-3的放大剖面图。
总的来说，来发明提供了一种改善电镀在电子器件引线上的可焊金属的粘附性并改善电子器件可靠性的方法。更确切地说，本发明提供了一种在电镀工艺之后在足以使可焊金属流动或熔化的温度下加热带有可焊金属的电子器件引线的方法。此加热在将电子器件的电镀引线焊接或固定到下一层面装配(例如一个附件或印刷电路板、支持衬底等)之前完成。参照图1-3，结合以下详细描述，可更好地理解本发明。为便于理解，采用了相同的参考号。
图1示出了改善电镀可焊金属对半导体器件引线的粘附性以及改善半导体器件可靠性的一个优选工艺的流程图。图1示出了用来制作至少带有一个镀有可焊金属的金属引线的半导体器件的一种优选的顺序。在一个多重单元引线框带中，通常可一起加工几个半导体器件。这种多重单元带在本技术领域是众所周知的。
步骤2是管心固定步骤，此时将电子器件即半导体管心固着在引线框上。通常，引线框含有一个管心焊盘并有多个连接到管心焊盘或其附近的引线即连接部位。引线框通常含有铜、铜合金、铁镍合金(如合金42)之类。用熟知的技术将半导体管心固定到管心焊盘上。
步骤4是引线焊接步骤，此时将导电的引线一端固定或焊接到半导体管心上的引线焊盘上，其另一端则焊接到特定的引线上。引线连接之后，如步骤6所示，用例如环氧树脂成形化合物包封半导体管心、引线连接各引线的一部分。各引线只有一部分被包封，其余部分暴露出来(亦即在包封之后，提供了多个暴露的引线)。引线连接和包封所用的方法和材料在本技术领域中是众所周知的。
包封之后，通常用一种印剂来标示出半导体器件，并执行固化工序来固化成形化合物和印剂。步骤8和10表示了这一步。在步骤12中，半导体器件被置于电镀槽中，并用熟知的技术用可焊金属(例如铅锡、铟锡、锑锡、铅铟之类)来电镀各个引线。当可焊金属含有二个或多个金属时，此二个或多个金属或者在分立的镀槽中分别电镀，或者用含有此二个或多个金属合金的一个阳极来电镀。
根据本发明，在电镀之后和最终装配之前(亦即在电镀引线被固定或焊接到下一层面装配之前)，对电镀引线进行加热即暴露于足以流动或熔化可焊金属的高温下。借助于将电镀引线暴露于这种温度之下，可焊金属同其下方引线之间的粘附性被显著地改善了。此外，由于过量镀层流入到了整个沉积物中，故消除了过量镀层，(即不均匀覆盖的局部加厚的区域或球)。
如步骤14所示的加热步骤最好紧随电镀工序立即进行。由于改善了的粘附性对修整和成形步骤(步骤16)、电学测试步骤(步骤18)以及封装步骤(步骤20)有好的影响，故这样是最佳的。在修整和成形步骤中，电镀引线被从引线框带切断或修整成所需的长度并弯曲成形为所需的形状。此工序将多重单元带分离成分立的半导体器件。在不要求引线成形的那些器件中，热处理步骤最好在引线从引线框带修整或切断之前进行。
若不采取方框14的热处理步骤，则在修整和成形步骤中，可焊金属部分倾向于从其下方引线脱层或剥离。为了清扫这种脱层的可焊金属，工人就要关机。这种停机时间对产量有不利影响，从而提高制造成本。根据本发明，借助于在修整和成形步骤(步骤16)之前对可焊金属进行加热，可大大缩短此步骤中的停机时间。
在步骤18的电学测试过程中，根据特定的电学参数对半导体器件进行测试。如果没有步骤14的热处理步骤，则脱层的可焊金属和/或过量的镀球就可以在相邻引线之间形成搭桥，从而导致短路问题。脱层可焊金属还妨碍或阻塞测试装置，从而为了清扫而引起停机。此外，为了使引线同测试装置接触良好，工人必须从引线上手工刮除这种脱层金属，这对产量和可靠性都有不利影响。有了步骤14的热处理步骤，由于减少了搭桥问题而提高了测试回收率。热处理步骤还提高了设备的正常工作时间和产量，从而降低了制造成本。
在步骤20的封装步骤中，分立的半导体器件被装到封装设备中，以便储存和保护半导体器件，直至它们被用于最终的或下一层面装配中。捆扎和卷绕设备是用来封装半导体器件的器具例子。如果没有热处理步骤(步骤14)，则在捆扎和卷绕步骤中，可焊金属会进一步脱层。这种进一步脱层会引起相邻引线间的搭桥并在最终装配后导致电短路。这也要求工人采用外观检查步骤来发现任何脱层问题，这就增加了工序周转时间和成本。有了热处理步骤(步骤14)，可使封装步骤中的进一步脱层就大大减少了，从而减少了电短路问题和外观检查要求。
步骤22是一个最终装配步骤，此时电镀引线被固定或焊接到组合件的下一层面。例如，电镀引线被冶金地固定或焊接到位于印刷电路板表面上的金属焊盘上。在现有技术中，这是第一次将可焊金属加热到足以使可焊金属流动的温度。但是，正如上述已明显可见的那样，对于解决最终装配步骤之前发生的前述问题来说，在工艺流程中这已为时太晚了。
图2示出了使用于本发明方法的优选设备的轴测图。设备30包括一个上加热气管31和一个下加热气管32。上加热气管31和下加热气管32分别包括一个外壳33和34、一个加热元件36和37、一个用来引入待要加热的载气的进气口38和39、以及多个用来将被加热过的载气集中到电子或半导体器件47上(用箭头44和46表示)的孔41和42。
加热元件36和37通常是电阻型加热元件，并耦合到可调电源(未示出)。所选的可调电源依赖于加热载气所需的温度。载气源(未示出)连接于进气口38和39。最好采用氮之类的载气。加热气管31和32是市售产品，可从Sylvania公司购到。
图示的半导体器件47是电镀引线框带48的一部分。半导体器件47还包含电镀引线或连接部位49以及覆盖或装有电子或半导体器件及导电连接装置(例如引线连接)的包封部分51。电镀引线框带48包括一个基本金属52和一个电镀可焊金属53(在图3中更清楚)。电镀引线49也包含基本金属52和电镀可焊金属53。例如，基本金属52包含铜、铜合金、镍铁合金(如合金42)等，而电镀可焊金属53包含锡铅合金等。
图3示出了图2所示设备沿参考线3-3截取的放大剖面图。上加热气管31和下加热气管32最好二者都分别用电镀引线框带48保有一定距离54和56，此距离在～1.5mm-～3.0mm的范围内。
为使电镀的可焊金属53流动即熔化，将含有半导体器件47的电镀引线框带48在上加热气管31和下加热气管32之间通过(例如图2和3中箭头57所示)。当电镀可焊金属53含有Sn∶Pb＝80∶20的锡铅合金时，加热气管31和32中的载气(例如氮气)最好被加热到使其到达电镀引线49时的温度在～185℃-～220℃的范围内。载气源处大约5000kg/m2(约7-8磅/平方英寸)的载气压力已足够。例如，已知可焊金属的组分再使用随处可得的相图信息，就可确定使可焊金属53流动即熔化所需的载气温度。
当电镀可焊金属53含有厚度约为4μm-8μm的Sn∶Pb＝80∶20的锡铅合金时，电镀引线框带48通过加热气管31和32之间的速率一般为～50mm/s。根据所用可焊金属的类型、厚度及其晶粒结构，再上下调节此速率。可以增加额外的上下加热气管组以提供使电镀可焊金属53流动即熔化的额外热源。从一组加热气管出来的载气的温度，可以同其它组加热气管出来的载气的温度相同、更低或更高。虽然在加热气管31和32中只示出了一组孔，但各个加热气管在孔41和42附近也可以有额外组的孔。
当采用Technic电镀系统之类的自动电镀系统时，设备30可方便地置于邻接最终装载设备处，以便在引线框带刚要装入固定箱之前使可焊金属流动。或者采用带状炉来使电镀可焊金属流动。但设备30因其速度快且可方便地组合到电镀工序之后而最可取。
至此，显然已提供了一种用于带有可焊金属电镀引线的半导体器件的方法。借助于加热电镀的可焊金属，使其流动即熔化，减少了以后工作过程中的主要工序和或靠性问题。这就大大降低了设备停工时间和制造成本，并大大缩短了制造周期时间。同时提供了一种用来加热可焊金属的最佳设备，它可以方便地组合到标准电镀设备中，从而简化了工序组合并使组合具有投入产出效益。