应用在功率半导体元器件中的铝合金引线框架的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明一般涉及一种引线框架，更确切的说，本发明旨在提供一种应用在功率半导体元器件中的铝合金引线框架。
【背景技术】
[0002]区别于球栅整列BGA式的封装，引线框架Lead-frame已经广泛引用在功率器件等封装类型中，因为功耗较大的功类器件通常需要同时具备具有较小的尺寸和具有较好的散热性能，而金属材质的引线框架则能很好的满足这一目的。在现有技术中，绝大多数功率分离器件所使用的引线框架为铜合金或其他金属合金材质的，在当前已经公开的技术条件下，利用铝合金材质作为引线框架还很难批量应用于实际生产中。最大的问题在于，铝合金材料在受到冲切或弯折时容易损坏，所以导致铝合金材质的引线框架也就容易发生崩裂或断折。本领域的技术人员都知道，在半导体封装行业中，实质上引线框架在多道工序中都需要进行冲切和实施弯折。
[0003]此外，另一个至关重要的因素还在于，铝合金在空气环境中极易氧化，而一旦铝合金的表面存在着氧化物，就很容易导致芯片无法同铝合金进行相互之间的电性连接，这些氧化物的清除也会额外增加成本，而这是我们所不期望看到的。为了解决这些问题，美国专利申请US2010/0009500 Al公开了一种基于铝合金材质的引线框架的制造工艺，该申请提出了在引线框架上应用贵金属作为电镀层，很显然，该申请所提出的方案还只能是停留在实验或理论层面上，因为大量使用贵金属并不适合大批量的工业生产也更不容易降低成本。正是鉴于这些棘手的问题，本发明提出了将铝合金材料应用在制备引线框架上并利用铝合金引线框架来实现生产功率器件的方法。
【发明内容】
[0004]本发明提供了一种利用铝合金引线框架制备功率半导体元器件的方法，其中，所述引线框架包含多个芯片安装单元以及包含多个设置在芯片安装单元周围的引脚，本发明所提供的方法主要包括以下步骤:
[0005]在所述引线框架的表面依次电镀第一、第二、第三金属电镀层；在芯片安装单元所包含的芯片粘贴区的顶面粘贴芯片，并利用多条键合引线将设置在芯片正面的多个电极分别电性连接在不同引脚所包含的引脚焊区上；进行塑封工艺，形成包覆在芯片粘贴区顶面的并同时还将芯片、键合引线以及引脚焊区包覆的塑封体；在所述引脚所包含的延伸至塑封体之外的外部引脚上进一步电镀第四金属电镀层。
[0006]上述的方法，所述第一金属电镀层、第二金属电镀层和所述第三金属电镀层皆不包含贵重金属电镀层。所述第一金属电镀层为锌电镀层，所述第二金属电镀层为镍电镀层。上述的方法，所述第三金属电镀层为铜电镀层。所述第四金属电镀层为锡电镀层。
[0007]上述的方法，所述引线框架中硅含量为0.2%?0.6%，铁含量为0.3%?0.8%，铜含量为0.1%?0.3%，锰含量为0.1%?1%，镁含量为0.5%?5%，铬含量为0.1%?0.5%，锌含量为0.1%?0.4%，钛含量为0.05%?0.3%。
[0008]上述的方法，所述第一、第二金属电镀层和第三金属电镀层的总厚度为0.5um?15um0上述的方法，所述第四金属电镀层的厚度为5um?15um。上述的方法，所述引线框架的总厚度为T，对引线框架进行冲切所产生冲切角的冲切圆角半径限制在0.5T?2Tmm。上述的方法，所述引线框架的总厚度为T，对引线框架进行弯折所产生的弯折角的弯折圆角半径限制在0.5T?3Tmm。
[0009]上述的方法，其中，在外部引脚上电镀形成第四金属电镀层的同时，还在所述芯片粘贴区的底面电镀有第四金属电镀层；并且电镀在芯片粘贴区底面的第四金属电镀层覆盖在依次电镀于芯片粘贴区底面的第一金属电镀层、第二金属电镀层和第三金属电镀层上，以及电镀于芯片粘贴区底面的第四金属电镀层外露于所述塑封体之外。
[0010]上述的方法，在将引脚、芯片安装单元从引线框架上切割分离下来后以及将连接在引脚上的连筋切除之后，在引脚上或芯片安装单元上所形成的切割面均暴露在第一、第二、第三和第四金属电镀层之外。
[0011]上述的方法，其中，位于所述芯片背面的电极通过导电材料粘合在电镀于芯片粘贴区顶面的第三金属电镀层上，并且电镀在芯片粘贴区顶面的第三金属电镀层覆盖在依次电镀于芯片粘贴区顶面的第一金属电镀层和第二金属电镀层上。上述的方法，其中，所述引脚所在的平面的位置高于所述芯片粘贴区所在的平面的位置，并且完成第四金属电镀层的电镀之后，所述外部引脚进一步被弯折成型至与所述芯片粘贴区位于同一平面。
[0012]本发明还提供了一种利用铝合金引线框架制备的功率半导体元器件，包括:
[0013]包含芯片安装单元以及包含多个设置在芯片安装单元周围的引脚的铝合金引线框架，所述铝合金引线框架的表面依次电镀第一、第二、第三金属电镀层，其中，所述第一金属电镀层、所述第二金属电镀层和所述第三金属电镀层皆不包含贵重金属电镀层；安装在芯片安装单元的芯片粘贴区的顶面上的芯片；多条键合引线将设置在芯片正面的多个电极分别电性连接在不同引脚所包含的引脚焊区上；包覆在芯片粘贴区顶面的并同时还将芯片、键合引线以及引脚焊区包覆的塑封体；以及电镀在所述引脚所包含的延伸至塑封体之外的外部引脚上的第四金属电镀层。
[0014]上述的功率半导体元器件，其中第四金属电镀层不包含贵重金属电镀层。
[0015]上述的功率半导体元器件，所述第一金属电镀层为锌电镀层，所述第二金属电镀层为镍电镀层。上述的功率半导体元器件，所述第三金属电镀层为铜电镀层。上述的功率半导体元器件，所述第四金属电镀层为锡电镀层。
[0016]上述的功率半导体元器件，所述铝合金引线框架中硅含量为0.2 %?0.6 %，铁含量为0.3%?0.8%，铜含量为0.1%?0.3%，锰含量为0.1%?1%，镁含量为0.5%?5%，铬含量为0.1%?0.5%，锌含量为0.1%?0.4%，钛含量为0.05%?0.3%。
[0017]上述的功率半导体元器件，所述第一、第二金属电镀层和第三金属电镀层的总厚度为0.5um?15um。上述的功率半导体元器件，所述第四金属电镀层的厚度为5um?15um。
[0018]上述的功率半导体元器件，所述引线框架的总厚度为T，所述引线框架所包含的冲切角的冲切圆角半径限制在0.5T?2Tmm。上述的功率半导体元器件，所述引线框架的总厚度为T，所述引线框架所包含的弯折角的弯折圆角半径限制在0.5T?3Tmm。
[0019]上述的功率半导体元器件，还在所述芯片粘贴区的底面电镀有第四金属电镀层；并且电镀在芯片粘贴区底面的第四金属电镀层覆盖在依次电镀于芯片粘贴区底面的第一金属电镀层、第二金属电镀层和第三金属电镀层上，以及电镀于芯片粘贴区底面的第四金属电镀层外露于所述塑封体之外。
[0020]上述的功率半导体元器件，在引脚上或芯片安装单元上所形成的切割面均暴露在第一、第二、第三和第四金属电镀层之外。
[0021]此外，本发明还提供一种利用铝合金引线框架制备的功率半导体元器件，包括:
[0022]包含芯片安装单元以及包含多个设置在芯片安装单元周围的引脚的铝合金引线框架，所述铝合金引线框架的表面依次电镀第一、第二、第三金属电镀层；安装在芯片安装单元的芯片粘贴区的顶面上的芯片；多条键合引线将设置在芯片正面的多个电极分别电性连接在不同引脚所包含的引脚焊区上；包覆在芯片粘贴区顶面的并同时还将芯片、键合引线以及引脚焊区包覆的塑封体；以及电镀在所述引脚所包含的延伸至塑封体之外的外部引脚上的第四金属电镀层；其中，所述引线框架的总厚度为T，且所述引线框架所包含的冲切角的冲切圆角半径限制在0.5T?2Tmm以及所述引线框架所包含的弯折角的弯折圆角半径限制在0.5T?3Tmm0
[0023]本领域的技术人员阅读以下较佳实施例的详细说明，并参照附图之后，本发明的这些和其他方面的优势无疑将显而易见。
【附图说明】
[0024]参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。
[0025]图1A是引线框架的俯视结构示意图。
[0026]图1B是引线框架沿虚线A-A的竖截面结构示意图。
[0027]图2A是引线框架电镀第一、第二金属电镀层之后的竖截面结