引线框架、引线框架单面侧面棕化工艺及半导体封装体
阅读说明：本技术 引线框架、引线框架单面侧面棕化工艺及半导体封装体 (Lead frame, single-side surface browning process of lead frame and semiconductor package ) 是由 黎超丰 冯小龙 章新立 林杰 林渊杰 林海见 罗壮 于 2020-08-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了引线框架,属于集成电路封装领域,它包括设有半蚀刻区的基材,且基材单侧表面上以及半蚀刻区侧壁设有棕色氧化层,所述基材上表面设有电镀层,电镀层位于棕色氧化层表面；本发明提供一种引线框架单面侧面棕色氧化工艺及半导体封装体,应用于12*12毫米以及更大尺寸的引线框架,在保证引线框架可靠性的前提下,针对引线框架单面以及内蚀刻区域的侧壁进行棕色氧化处理,相对于引线框架整体做棕色氧化的棕色氧化成本,节省10％-30％。(The invention discloses a lead frame, belonging to the field of integrated circuit packaging, comprising a substrate provided with a half-etching area, wherein the surface of one side of the substrate and the side wall of the half-etching area are provided with brown oxide layers; the invention provides a single-side brown oxidation process of a lead frame and a semiconductor packaging body, which are applied to lead frames with the sizes of 12-12 mm and larger, brown oxidation treatment is carried out on the single side of the lead frame and the side wall of an internal etching area on the premise of ensuring the reliability of the lead frame, and compared with the brown oxidation cost of brown oxidation of the whole lead frame, the brown oxidation cost is saved by 10-30%.)
技术领域
本发明涉及集成电路封装领域，更具体地说，涉及引线框架、引线框架单面侧面棕化工艺及半导体封装体。
背景技术
QFN，表面贴装型封装之一，现在多称为LCC。封装四侧配置有电极触点，由于无引脚，贴装占有面积比QFP小，高度比QFP低。但是，当印刷基板与封装之间产生应力时，在电极接触处就不能得到缓解。因此电极触点难于作到QFP的引脚那样多，一般从14到100左右。
以处理12*12毫米的引线框架为例，引线框架需要达到二级可靠性，即MSL2级别，只对引线框架的正面做棕色氧化处理或者只对引线框架半蚀刻区侧壁做棕色氧化处理，可靠性要求难以保证。在现有技术中，12*12毫米以及更大尺寸的引线框架，是针对引线框架整体进行棕色氧化处理，这样在后续注塑过程中，难免会发生塑封料溢料的情况，塑封料与引线框架背面的棕色氧化层紧密结合后，通过普通的清洗工艺难以去除干净，需要额外进行高压水冲洗或者打磨工序，这样会影响半导体封装体的完整性。
针对以上问题，本发明提出了引线框架背面无棕色氧化层的结构，在保证引线框架可靠性的前提下，针对引线框架单面以及内蚀刻区域的侧壁进行棕色氧化处理，相对于引线框架整体做棕色氧化的棕色氧化成本，节省10％-30％。
发明内容
本发明所采取的技术方案是：提供引线框架，包括设有半蚀刻区的基材，且基材单侧表面上以及半蚀刻区侧壁设有棕色氧化层，所述基材上表面设有电镀层，电镀层位于棕色氧化层表面。
采用以上结构后，引线框架在后续的封装过程中，封装体与引线框架的连接面为基材正面以及半蚀刻区侧壁，增加了与封装体接触的面积，改善与封装体的附着性，防止分层；并且电镀层位于棕色氧化层表面，电镀区域表面的致密性好，没有料纹生成，沉积的银一致性好，颗粒均匀。
所述基材尺寸为12*12毫米及以上；该尺寸的引线框架封装后能够达到二级可靠性。
引线框架单面侧面棕化工艺，包括以下步骤：
S1、清洗，除去基材表面脂肪类油渍和其它有机污垢，后烘干；
S2、单面棕色氧化，对基材一表面进行棕色氧化；
S3、电镀，对基材棕色氧化面进行电镀处理；
S4、蚀刻，对基材进行蚀刻处理，蚀刻出半蚀刻区域；
S5、二次棕色氧化，对半蚀刻区进行棕色氧化处理后，退膜、清洗后烘干；
S6、先贴带，后检验入成品仓库。
采用上述技术方案后，本发明达到的有益效果是：
1、待电镀区域为棕色氧化面，棕色氧化面的表面活性高，在电镀前无需进行酸洗活化处理，简化了电镀的工艺流程，提高资源利用率；2、棕色氧化处理后，使用表面得到微观凹凸不平的表面形状，增大铜与塑封料接触的表面积的同时还增加了铜面与塑封料之间的浸润性，改善与塑封料的附着性，防止分层；3、棕色氧化步骤位于电镀步骤之前，电镀的银面上无棕色污渍生成、简化了镀银后的清洗步骤；4、二次棕色氧化工序承接蚀刻工序，在二次棕色氧化工序之前无需进行碱洗处理，直接进行活化、棕化等后续处理，简化了二次棕色氧化流程，节省成本。
作为优选，在步骤S2中所述棕色氧化之前，在所述基材的一面贴上干膜，该干膜表面留有PET膜，基材的另一面为待棕色氧化处理面；干膜的分类一般分为三层，一层是PE保护膜，中间是干膜层，另一个是PET保护膜，真正起作用的是中间一层干膜，它具有一定的粘性和良好的感光性；在棕色氧化之前，直接撕去PE保护膜，裸露出的干膜层直接与基材粘合，保留另一面的PET保护膜。
作为优选，在步骤S3中所述电镀工序，包括以下步骤：首先在所述基材的棕色氧化面贴上干膜，再进行曝光、显影处理，裸露出待电镀区域后，对待电镀区域进行电镀处理，电镀完成后对基材表面清洗后烘干。
作为优选，在步骤S3中所述电镀工序，所述基材棕色氧化面贴上的干膜为电镀干膜；，经过UV反应后，基材表面上发生光学反应的电镀干膜会被电镀过程中的碱腐蚀。
作为优选，在步骤S4中所述蚀刻工序，包括以下步骤：首先对基材进行退膜，再在基材表面贴上干膜，之后依次进行二次曝光和二次显影处理，裸露出待蚀刻区域后，对该区域进行蚀刻处理，蚀刻完成后对基材表面清洗后烘干。
作为优选，在步骤S5中所述二次棕色氧化工序，包括以下步骤：首先对半蚀刻区域侧壁表面进行微观活化，之后对半蚀刻区域侧壁进行棕色氧化，形成一层棕色氧化层后褪去干膜，清洗之后烘干。
作为优选，所述半蚀刻区域横截面为凸字形或倒凸字形。
作为优选，在步骤S1-S5中，所述基材采用卷材；卷式基材可以连续作业，生产效率高。
半导体封装体，对上述任一所述的引线框架成品进行封装处理。
作为优选，所述封装处理采用QFN封装；QFN封装的体积小、厚度薄、质量轻，适用于便携小型电子设备的高密度印制电路板上。
本发明的有益效果包括：
1、本发明中只有基材正面进行了棕色氧化处理，在QFN封装的注塑过程中，基材背面的溢料与基材结合力小，溢料的清洗难度小，减少了清洗过程中对基材正面、侧面与塑封料之间结合的影响。
2、单面侧边棕色氧化，相较于现有技术中整体对引线框架进行棕色氧化，减少了引线框架背面的棕色氧化面积，消耗的棕色氧化液更少，棕色氧化液老化速率降低；在单面棕色氧化中，因为PET膜与棕色氧化液之间的结合力小，该面的基材带出的棕色氧化液少，提高了棕色氧化液的利用率，节省了棕色氧化成本。
3、在步骤S1-S5中采用卷式基材，基材的整体性高，棕色氧化的效率和良品率均有提高，以制备12*12毫米引线框架为例，在保证引线框架至少达到二级可靠性的前提下，卷式单面侧面棕色氧化相较于片式整体棕色氧化的成本降低了10％～30％。
4、单面棕色氧化工序置于电镀工序之前，简化了电镀工序的步骤；蚀刻工序位于二次棕色氧化工序之前，简化了棕色氧化工序的步骤，相较于传统的对引线框架整体进行棕色氧化处理相比，本发明中为增加干膜使用成本；相较于简单的将单面棕化与侧面棕化工序的结合，本发明简化了工序步骤，降低了不必要的药液消耗。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中标号说明：
其中其中1、基材；2、棕色氧化层；3、半蚀刻区；4、电镀层。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
干膜的分类一般分为三层，一层是PE保护膜，中间是干膜层，另一个是PET保护膜。真正起作用的是中间一层干膜，它具有一定的粘性和良好的感光性。本说明书中根据功能的不同将干膜分为电镀干膜与蚀刻干膜，干膜表面贴有的PET膜耐酸耐碱。
本说明书中，基材采用铜合金，在基材铜表面上可进行电镀金属有金、银、镍、钯。
实施例1
一种引线框架，如图1所示，基材1上蚀刻处凸字形的半蚀刻区3，在基材1的上表面以及半蚀刻区3侧边均设有一层棕色氧化层2，基材1键合区的电镀面电镀有电镀层4，电镀层4在棕色氧化层2上，在键合区由上到下依次为电镀层4、棕色氧化层2和基材1。
在一些示例中，引线框架的尺寸为12*12毫米。
实施例2
提供引线框架单面棕色氧化工艺，提供卷式基材，基材采用纯铜占比97％以上的铜合金，包括以下步骤：
S1、清洗，又称作前清洗，清洗步骤包括脱脂和烘干工序，脱脂的温度在55℃，温度的正负差值在5℃以内，脱脂喷淋的压力为5-25psi，优选为15psi，待脱脂完成后，对基材进行烘干处理；
S2、单面棕色氧化，承接上一步中经清洗后的基材，首先对基材上目标棕色氧化表面的背面进行贴上干膜处理，干膜采用电镀干膜，且干膜的表面保留PET膜，目标棕色氧化表面的背面作为引线框架的背面，基材上目标棕色氧化表面作为引线框架的正面，上干膜机滚轮温度为100℃，上下浮动温度差为20℃，滚轮的速度为2m/min；
承接上一步中贴好上干膜的基材，对第一表面做棕色氧化处理，棕色氧化处理包括碱洗、酸洗、ALK清洗、活化、棕色氧化、棕色氧化后清洗工序、滴定山埃、滴定氢氧化钾、热水洗工序和烘干，滴加山埃是用来去除棕色氧化粉末；其中的碱洗过程中，碱温度为60℃，允许上下5℃的波动，碱浓度为40g/L，在一些示例中，碱浓度为60g/L，碱洗的前处理速度为50±10HZ；在酸洗过程中，酸浓度为30～50g/L，本实施例采用45g/L，铜离子的浓度需要小于10g/L，酸缸速度为15±10HZ；ALK清洗的浓度为100～150ml/L；活化的浓度为15～25ml/L，活化的温度为35℃，允许上下5℃的波动；棕色氧化液采用采用安美特化学有限公司产品中MoldPrep系列，棕色氧化步骤和方法均为现有技术，在一些示例中，专利文件CN108389803B有详细记载；棕色氧化后清洗的温度为40℃，允许上下5℃的波动，清洗液的浓度为120～180ml/L；滴加山埃的浓度为3～8g/L；滴加氢氧化钾的浓度为8～18g/L；热水洗的温度为60℃，允许上下5℃的波动；烘干采用干片炉烘干，烘干的温度为140℃，允许上下5℃的波动，烘干的速度为15±5HZ。
S3、电镀，承接上一步中经单面棕色氧化后的基材，对棕色氧化面贴40μm厚的电镀干膜，之后对该面依次进行曝光处理和显影处理，去除显影处理后显现的待电镀区域表面电镀干膜后，使引线框架上待电镀区域裸露出来，将显影后的基材进行水洗、烘干处理后；曝光处理过程中，光量度为40～60mj/cm2，优选的光量度为50mj/cm2；显影处理过程中，显影压力为5～25PSI，显影后水洗压力为5～15PSI；
承接上一步中经曝光显影的基材，对基材上裸露出来的待电镀银面部分进行电镀银处理，在镀银的过程中，基材背面受带有PET膜的干膜保护，基材正面其他区域受电镀干膜保护，其他区域的镀件与镀银溶液之间不会产生置换反应，待镀银完成后，只需对基材进行烘干处理；其中曝光过程中，曝光要求的真空度为小于-650KPa；在显影过程中，显影的摇摆速度为40±10HZ，pH值为10～12；在镀银过程中，镀银缸内的pH值为8～9，银浓度为30～50g/L，KCN的浓度为0～2g/L；镀银完成后的烘干是通过烘箱处理，使基材框架不易氧化，烘干的温度为90℃，允许上下20℃的波动；
S4、蚀刻，承接上一步中经电镀银处理后的基材，更换基材两面的干膜，更换内容包括除去退膜和贴蚀刻干膜，其中退膜包括碱洗、酸洗、水洗和烘干处理，处理后的基材再通过上干膜机做二次上蚀刻干膜，蚀刻干膜完整覆盖基材正反面；
承接上一步中经二次上干膜处理的基材，对基材进行曝光、显影和蚀刻处理，曝光的光量度为40-60mj/cm2，本实施例优选60mj/cm，在显影过程中，基材的传送速度为1-2.5m/min，本实施例优选1.5m/min，显影的压力为15PSI，显影过后，电镀面上的上干膜呈现引线框架的设计纹路，后续的蚀刻部分针对裸露在外的基材进行蚀刻处理，基材上蚀刻处半蚀刻区域，半蚀刻区域的横截面为凸字形结构；
在蚀刻工序中，盐酸的浓度为0.65～0.75mol/L，蚀刻的温度为50℃，允许上下5℃的波动，传动速度为500～3500mm/min，本实施例中采用2000mm/min；
S5、二次棕色氧化，承接上一步中经蚀刻后的基材，基材两面保留蚀刻工序中遗留的电镀干膜，对半蚀刻区域侧壁做棕色氧化处理，棕色氧化处理包括活化、棕色氧化、棕色氧化后清洗工序、退膜、清洗和烘干，其中活化的浓度为15～25ml/L，活化的温度为35℃，允许上下5℃的波动；棕色氧化液采用采用安美特化学有限公司产品中MoldPrep系列，棕色氧化步骤和方法均为现有技术，在一些示例中，专利文件CN108389803B有详细记载；棕色氧化后清洗的温度为40℃，允许上下5℃的波动，清洗液的浓度为120～180ml/L；清洗的温度为60℃，允许上下5℃的波动；烘干采用干片炉烘干，烘干的温度为140℃，允许上下5℃的波动，烘干的速度为15±5HZ。
S6、先贴带，承接上一步的基材，基材需进行后制处理才能制得引线框架成品，后制处理包括贴带和成型，贴带、成型和检验内容均为现有技术，不多加赘述。
实施例3
本实施例不同于实施例1之处在于，本实施例中基材采用板式结构，板式结构的基材相较于卷式基材的调整之处在于曝光和显影环节，曝光和显影环节包括处理步骤中的两次处理。在曝光过程当中，光量度为100mj/cm2；在显影环节中，压力为5～20PSI，优选的为20PSI。
实施例4
本实施例在步骤S1清洗过程中，脱脂是指使用碱清洗卷铜表面上防止其氧化的抗氧化油层，同时将基材上的氧化物与异物清除，保护后续的上干膜工序不会因为异物产生变形影响棕色氧化品质；不同于实施例2之处在于，在碱清洗之后，通过酸微蚀基材，在基材上产生粗糙表面，确保后续上干膜与铜表面压合时会更加紧密，不会产生剥离现象。
实施例5
本实施例应用了上述实施例2-4中任一所述的成品，将成品进行贴带、成型处理后，得到引线框架，将引线框架应用到IC封装中，IC封装的技术内容为现有技术，故不多加赘述。
在一些示例中，IC封装采用QFN技术，封装后的引线框架的底面裸露出一个大面积裸露焊盘，围绕大焊盘的封装外围四周为I/O引脚。QFN技术在封装过程当中，塑封料注塑时难免会产生溢料与引线框架的底部粘合，溢料的存在将会影响后续的镀锡工艺，由于引线框架背面无棕色氧化层，后续进行普通清洗即可。
以上就本发明较佳的实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化，凡在本发明独立要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明的保护范围内。