本发明涉及安装在含铜引线底板上的塑封电气器件的制造方法，更具体地说，涉及一种增强塑料封壳在引线底板上附着能力以减少发生从底板上脱层的方法。 在电气工业，尤其是在电子工业中，含铜引线底板被大量用作电气元件尤其是半导体元件的基座。塑料封壳则被用来为制成的器件提供环境保护。
功率晶体管或可控硅是采用含铜引线底板的塑封器件的典型例子子。一个带有所需地晶体管或可控硅半导体芯片，安装在引线底板的芯片台面部分，而各种连接导线跨接在芯片接点与引线底板接点之间间。然后将塑料浇注在引线底板上包括半导体芯片和连接导线的部分，以提供机械的和环境的保护。
在许多情况下，尤其是在功率器件的情况下，为了能有效地散热，芯片台面具有一个较大的平面面积。通常这个大的芯片台面伸出塑料封壳以外和/或有一个表面暴露出来，从而可以方便地安装在一个散热器上。在其它情况下，这个大面积芯片台面完全为塑料所包封来为其提供完全的电气绝缘。
与这些及其它带有相对较大的平面金属区域的塑封器件有关的一个特殊问题是塑料封壳从底板上脱层。在典型情况下，脱层出现在温度循环变化（如-65到150℃）之后，并且是由塑料封壳与引线底板之间的差热膨胀系数（DTCE）造成的。当采用含有相当大量（如＞50%）的铜的引线底板时这个DTCE值通常都比较大，而当引线底板基本上是纯铜的情况尤为严重。
过去，一向使用各种机械构造（沟槽、划痕、网线、孔眼等）来将塑料封固在引线底板上并减少脱层的发生。但是，对于某些类型的器件，这类机械构造不足以防止脱层或无法采用这类构造，而脱层仍然是个问题。
先有技术中采用的一个替代方法是使引线底板在安装电子元件之后和马上封装之前通过热的还原（hot reducing）气氛，从而去除所有的表面氧化物并使塑料直接附着在洁净的金属上。但是，这会增加额外的成本，并且不适用于许多不能承受所需的还原气氛和/或温度的元件。
另一个先有技术的方法是在安装电子元件之前去除所有的表面氧化物，典型情况下靠酸洗，然后给引线底板涂覆上聚丙烯单体之类的有机材料，以防止在装配和封装过程中再次氧化。这样也可以实现塑料-金属的直接附着。但是，这种处理会增加额外的成本，并且由于单体只能在一段有限时间内防止引线底板氧化，制造过程中使用起来会更加复杂。
因此，本发明的一个目的就是提高含有相当大量的铜的引线底板与适用于半导体和其它电子元件的塑料封壳之间附着强度。
本发明的另一个目的是提高附着强度，使之与底板的机械构造无关而且能耐受在引线底板上装配电子元件时即已形成的原有的氧化物。
在这里，术语“活性氧化剂”被用来指能够离解各种氧化物质的气氛或溶液。
上述及其它目的和优点是通过一种改进的处理方法实现的，它包括制备具有用于外部连接的第一部分和容纳电子元件的第二部分的含铜引线底板，将该引线底板在低于其退火温度的温度下暴露于一种活性氧化剂中，然后用塑料将引线底板第二部分至少部分地封起来。
一种使用方便的活性氧化剂是含有10～30%H2O2的水溶液。1～30分钟的浸没时间是合适的，而5-15分钟较为方便。大约100℃以下的温度是合适的，而室温则较为方便。氧化剂最好基本上不含氯。含有氧而引线底板在其中又能保持低于其退火温度的等离子体也是一种适用的活性氧化剂。在暴露于活性氧化剂之前，最好但并非必须给引线底板除油。上述处理方法可获得实际上比采用带有原有氧化物而未经如此处理的引线底板更高的塑料与引线底板的附着强度和更少的脱层。
参看下面的附图和说明，可以更好地了解本发明的方法。
图1表示一个典型的塑封半导体功率器件的顶视和部分剖开图。
图2表示图1中器件的一个截面图，表明脱层情况;以及
图3表示图2中的同一个器件，而根据此项发明防止了脱层。
图1表示带有塑料壳12和引线14、16、18的半导体功率器件10的顶视部分剖开图。为了便于理解，在剖示图1中塑料壳的露出部分画有断面线。引线16带有可将半导体芯片22（如一个晶体管）安装在上面的芯片台面20，芯片22上有一个与延伸到引线18连接部28的连接导线26相连的接点24。用于孔30使器件10能安装到一个适当的散热器（未予图示）上。制造器件10的装置和方法在本领域是公知的。
图2-3表示图1中的器件在所标示的位置处的简化的截面图。为了便于理解，图2-3截面中塑料壳的露出部分画有断面线，而金属引线底板、晶体管芯片和脱层鼓泡留作空白。器件10属于塑料封壳12完全包住管芯片台面20的类型。塑料封壳12的一部分13位于芯片台面20之下，因而能提供芯片台面与器件将安装在上面的散热器或其它结构（未予图示）间的电气绝缘。
图2表示在封壳12的一部分13与芯片台面20的下表面21之间已出现脱层从而在其间形成鼓泡32的情形。鼓泡32有从塑料封壳12放出的气体，并且如果脱层缝隙扩展到封壳12的外表面还会有外界空气。
已经发现，在注塑之前即已暴露于外界空气的含铜引线底板，尤其是那些含有50%或更多铜的并且尤其是那些基本上是纯铜的引线底板，有时会在温度循环变化中出现脱层损坏。在典型情况下，温度循环变化是用本领域熟知的手段和方法在-65至150℃或低一些的范围内完成的。由于脱层会显著降低器件的散热能力并且有可能为会降低器件可靠性的空气中的污染物提供进入的通道，因而是极不希望出现的。
据信，这种脱层损坏是与含铜引线底板暴露于室内空气而在其上形成的一层薄的原有的氧化物相关的。显然，塑料封壳与这层薄的原有的氧化物之间的附着不如同一封壳与裸露的金属之间附着那么牢固。这层原有的氧化物据估计大约为0.001～0.004微米厚。许多金属包括铜和铜的合金被认为都会在暴露于一般空气时形成这种原有的氧化物。这种原有的氧化物的成分和厚度可能会随金属的成分和空气中存在的杂质而变化，因为铜被认为是对氯之类的物质和水汽的存在敏感物质。无论怎样，在典型的洁净的半导体装配环境下进行封装之前暴露于外界空气的含铜引线底板尤其是基本上是纯铜的引线底板，表现出上面所述的从塑料封壳上脱层的倾向。
脱层倾向发生于封壳内引线底板和/或芯片台面相对没有机械封固结构如沟槽、划痕等邻近区域。在某些类型如图1-3例所示的塑料封壳完全包住整个芯片和散热台面的器件中，相对平坦的金属-塑料界面的面积大于器件中塑料未完全包住的散热台面面积。因此，这些器件具有更大的脱层倾向。尽管脱层可以发生在引线底板和塑料之间的任何部位，但经常发生在芯片台面20的底面21上，因为此处通常是最大的相对平坦而无机械构造的金属区域。这种脱层示于图2中。
已经发现，如果含铜引线底板通过暴露于氧化环境的方式作了预处理，薄弱的原有氧化物可以增强，从而可以在引线底板和塑料封壳之间实现更强的附着。在氧化气氛中高温加热是不适用的，因为能够显著增加氧化物强度所需的温度也会使引线底板尤其是纯铜引线底板退火，以致变软并且不再适用于所需的用途。
已经发现，只要简单地将引线底板用化学方法进行氧化，即将引线底板暴露于活性（离解）氧化剂中，就可以增强原有的氧化物（如果有的话）并实现良好的引线底板-塑料的附着。实现这种离解和氧化不需要过热。这种处理可以在芯片和导线连接之前进行，因为已经发现它不会影响这些操作，即无论所述处理会造成什么表面变化，它都不会对用本领域所熟知的方法焊接半导体芯片或各种导线造成妨碍或更多的困难。这是本发明的一个特别有用的特点，因为它允许增强塑料对引线底板附着的工序在所有敏感的半导体芯片连接导线安装之前进行而不会象其它方法那样影响装配工序。但是，只要引线底板上的半导体或其它元件不会受到活性氧化剂处理的不良影响，这个步骤可以在封装之前的任何时候进行。
H2O2被认为是一种适用的化学氧化剂。在室温下将铜质引线底板浸入10-30%的H2O2水溶液几分钟，可得到更高的附着强度并减少脱层。其它具有H2O2离解性能的稀释剂也可以采用。1-30分钟的浸没时间是合适的，而以1-20分钟为方便并以5-15分钟为最佳。这种处理能得到厚度范围大约0.005-0.05微米的氧化物。将溶液加热到接近水的沸点可以加快处理过程，但溶液寿命会相应降低。
如果引线底板曾存放于有可能积有表面碳氢层的环境中，最好在化学氧化步骤之前有一个初步的除油步骤。可采用在异丙醇中作短时间浸泡的方法，而其它已熟知的去油处理也可以采用。
含氧等离子体也有助于提高引线底板与塑料间的附着强度。这种等离子体可以形成一种气氛，在其中氧化物质可被离解并能够迅速地与引线底板金属和/或原有氧化物反应。所用等离子体的能量水平最好能使引线底板保持相对较冷即远低于退火温度。在这方面，低压等离子体是特别方便的但并非必须的。
对于准备用于半导体元件的引线底板，最好使用基本上不含氯的等离子体或溶液氧化处理，因为残留的氯会对器件可靠性造成不利影响。
上面所述的方法在引线底板金属中铜的含量越高就会越有效，适用于铜含量大约50%或更高，而尤其适用于基本上是纯铜的引线底板。
实例：
用本领域熟知的制作引线底板用的Olin-194型铜材刻蚀出引线底板，作成中心间距0.5英寸（12.7毫米）的正方形的3×9阵列。在常规（暴露于空气中）条件并经过各种处理如暴露于紫外光产生的臭氧中、施用有机粘结增强剂和在30%的H2O2中作上述处理之后，对引线底板进行测试。然后用常规方法也是本领域熟知的Nitto-MP180型封装塑料的塑料块浇注在各个正方形引线底板上。用环氧树脂胶将拉管装在各个浇注好的塑料块上。而后将浇注好的塑料块从铜材上拉掉并测定所需的力。这被称作拉开强度。对14次浇注操作得到大约200个样品作了拉开试验。在典型情况下，有10个试片的样品的拉开试验值的标准差大约为平均值的一半。
已经发现，未经处理（暴露于空气中）的对照样品具有范围在大约1.5-5磅（6.7-22牛顿）的拉开强度值，平均值大约3.25磅（14.4牛顿），而经H2O2处理的样品的具有范围在大约7-13磅（31-58牛顿），平均值大约9.4磅（41（41.8牛顿）的拉开强度。用所有其它处理得到的拉开强度值在与对照样品大致相同的范围内。因此，暴露于空气的对照样品能够代表制造过程中通常使用的、也是暴露于空气中的引线底板的状况。进一步发现，使用已接受上述H2O2处理的引线底板装配成的器件在温度循环变化之后与使用未接受这种处理的普通引线底板装配成的器件相比脱层损坏的百分比有了显著下降。采用上述H2O2处理的结果如图3所示，没有出现脱层并且没有空腔32形成。
本发明的另一个优点是，经底温氧化的引线底板对于处理与使用之间的耽搁时间的变化不敏感。这就很不同于，比如说，先有技术中采用经有机氧化抑制剂处理的引线底板的方法，因为空气最终会透过处理层而到达金属表面，用那种方法处理的引线底板对于生产的延误是敏感的。
上述过氧化物处理的又一个优点当用于通过局部镀覆之类的方法部分镀镍的铜和/或铜合金引线底板时就会表现出来。镍经常用作，比如说，引线底板的导线连接区域例如图1中连接导线26的部位28和/或引线14、16、18的外部上的镀层。镍质表面增强了连接和/或可焊性。已经观察到，除了获得了塑料对铜或铜合金引线底板的更强的附着之外，过氧化物处理同时还从镍质表面上除去了氧化物和/或其它腐蚀产物。从镍质表面除去氧化物和/或其它腐蚀产物改善了在镍质表面上的连接和熔焊。这种镍的清洁与增强塑料附着相结合而对部分镀镍的引线底板产生的有益效果是意外的并且是非常有用的。
根据所述的发明，对于那些本领域的技术人员来说很显然：本发明的方法可得到更强的引线底板-塑料封壳接合强度，所发明的方法特别简单有效并且适用于半导体元件;增强的接合强度不依赖于塑料上的机械固封构造并且可在平坦的无特殊构造的表面上获得;所发明的处理过程允许存有可能会在已于封装之前暴露于典型的电子装配环境中的含铜引线底板上出现的原有氧化物;所发明的方法不需要用还原气氛或溶液作预处理或用有机单体保护引线底板等;而且，所发明的方法不会影响在所发明的处理之后和封装之前在引线底板上进行的后续的芯片连接和/或导线连接操作，并对引线底板处理和引线底板使用之间的耽搁时间的变化不敏感。