Brevet FR2849868A1 — publié le 20040716

L'invention se rapporte au secteur des supports métalliques des composants électroniques de l'industrie des semi-conducteurs et plus particulièrement de ceux des circuits intégrés, des composants discrets incluant ceux de la puissance. On rappelle, pour une meilleure compréhension de la suite de la description de l'invention, que ces composants sont généralement assemblés à partir d'une bande métallique à base d'alliages de cuivre présentant de 10 hautes valeurs de conductibilité électrique, d'une puce électronique (appelée " die "), de fils fins d'or ou d'argent (appelés " fils de bonding "), de résines époxydes de moulage. La bande métallique, généralement connue sous le nom de 15 " leadframe ", est obtenue par découpage mécanique ou chimique à partir d'une bande pleine présentant un profil (bande pré-usinée) ou brute de laminage. Typiquement, la puce est fixée au support métallique par l'intermédiaire d'une colle conductrice (cas de circuits intégrés) ou d'une 20 brasure (cas de circuits intégrés de puissance, discrets de puissance). Cette opération est appelée " die attach ". Les connexions électriques sont réalisées en reliant, au moyen de fils fins d'aluminium ou d'or ou de cuivre, les sorties électriques de la puce aux connexions extérieures du leadframe (" pads "). L'opération finale d'assemblage consiste à enrober la puce et ses connexions électriques extérieures dans une résine époxyde de moulage, puis à former les connexions extérieures du leadframe pour lui conférer ses fonctions d'insertion selon la technologie de soudage utilisée THM (" Through Hole Mounting "), ou SMT (" Surface Mounting Technology). Les leadframes, sur lesquels doivent être établies des connexions 5 électriques, subissent généralement un certain nombre d'opérations de revêtements " total ou sélectif " destinées à réaliser les connexions des " fils de bonding " sur le " die attach " et les " pads " du leadframe sans entraîner de modifications métallurgiques à l'interface fils-pads du leadframe, préjudiciables aux performances électriques du circuit intégré. Ces revêtements, réalisés généralement par des méthodes électrolytiques, sont à base d'argent, de nickel, d'alliages de nickel et de phosphore, d'or. Les résines de moulage, couramment employées dans l'industrie des semiconducteurs, sont à base d'époxydes et leur température de 15 polymérisation est de l'ordre de 200'C à 250'C. L'une des caractéristiques principales requises concerne une étanchéité à l'humidité qui peut affecter de façon sensible les performances électroniques du composant. On recherche donc des procédés pouvant améliorer fortement l'adhésion de ces résines sur les leadframes ou éviter la 20 formation de micro-cavités, voies de passage préférentielles d'eau. Sur le marché électronique des circuits imprimés, l'une des opérations de fabrication consiste à poser des films plastiques de masquage ou des films " photoresist ". On recherche des procédés toujours plus 25 performants conférant une adhésion renforcée de ces résines sur le support de cuivre. De tels procédés connus et développés depuis une dizaine d'années (" Multi-layers Oxyde Bonders ") sont basés sur la formation d'une surface micro-rugueuse supportant une fine pellicule de complexes oxydants du cuivre. L'adhésion améliorée des résines de masquage et de photoresist est 5 le résultat de l'ancrage mécanique et chimique par le moyen des complexes oxydants du cuivre. Toutefois, de tels procédés connus et performants dans la domaine des circuits imprimés, ne sont pas transposables aux méthodes de 10 fabrication des composants électroniques tels que les circuits intégrés et certains composants discrets de puissance. L'obstacle majeur de tels procédés réside dans la corrosion simultanée des revêtements électrolytiques sélectifs (ou " totaux ") en particulier de ceux à base d'argent. Cette corrosion peut être préjudiciable 15 aux opérations postérieures des soudures des fils de connexions électriques (fils " wire bonding ") et entraîner de mauvaises propriétés électroniques. A partir de cet état de la technique, le problème que se propose de résoudre l'invention est d'obtenir une micro-rugosité de surface associée à 20 la formation d'un film mince constitué d'un complexe oxydant du cuivre qui va assurer l'adhésion forte de la résine époxyde sans altérer les propriétés des revêtements électrolytiques sélectifs ou totaux initialement présents et en particulier celles des revêtements à base d'argent. L'invention trouve une application avantageuse dans le cas de supports de leadframe d'alliages de cuivre destinés à l'assemblage des circuits intégrés, des circuits intégrés de puissance, des composants discrets et des composants discrets de puissance. L'invention se rattache plus spécifiquement aux leadframes utilisés pour les composants discrets de puissance et en particulier pour ceux qui sont revêtus électrolytiquement de nickel, nickel phosphore, argent ou d'or (revêtement total ou sélectif) . Compte tenu du problème posé à résoudre, on soumet le support à une série d'opérations de nettoyage, de rinçage, d'une attaque chimique conduisant à une micro rugosité superficielle suivie d'un autre traitement chimique dans une solution comprenant de l'acide sulfurique, du peroxyde 10 d'hydrogène et de composés organiques à la base de la formation des complexes oxydants du cuivre sur ladite surface. Ces composés organiques spécifiques au cuivre sont bien connus de l'homme de l'art et un certain nombre de produits commerciaux sont disponibles sur le marché. On rappelle, bien qu'il existe sur le marché un certain nombre de procédés qui revendiquent l'adhésion des résines sur des circuits imprimés, que ces procédés ne sont pas applicables aux leadframes car ils entraînent une corrosion des revêtements électrolytiques indispensables aux 20 opérations de fixation des connexions électriques du circuit intégré ou du composant discret. Ils ne permettent pas d'éviter cette corrosion principalement en raison de la difficulté de maîtriser des proportions relatives des différents constituants chimiques constituant les solutions chimiques et la séquence des différentes opérations associées dans le 25 procédé. Selon l'invention, le but recherché est d'assurer la maîtrise complète du procédé par un contrôle rigoureux notamment de la composition de deux solutions LU/I et Ll/I1 conformes à l'invention. La solution L1/I est apte à créer une surface micro rugueuse sous forme d'une pluralité de zones en 5 creux, tandis que la solution Ll/II est apte à créer, sur la surface micro rugueuse, un film de complexes oxydants du cuivre. Les proportions relatives des constituants sont fixées dans les limites suivantes: Solution Ll/I: rapport des concentrations d'acide sulfurique et de peroxyde d'hydrogène compris entre 4 et 20 et des rapports de 4 à 13 10 sont jugés particulièrement bons. Ces mélanges sont réalisés de sorte que la quantité totale d'acide sulfurique et de peroxyde d'hydrogène en solution dans de l'eau minéralisée, représente plus de 20 % du volume total de la solution. - Solution LI/Il: on reprend les proportions d'acide sulfurique et de 15 peroxyde d'hydrogène de la solution LI/I, puis on y ajoute une quantité de solution de composé(s) organique(s) telle que sa concentration finale dans la solution LI/II soit de 1,5 % en volume. L'invention est exposée ci-après plus en détail à l'aide des figures 20 des dessins annexés dans lesquels: - La figure 1 est une vue partielle d'un exemple, nullement limitatif, de support de grille électronique avec ses pattes de connexion; - La figure 2 est un schéma du type grafcet montrant les différentes étapes du procédé selon l'invention. - La figure 3 est une vue partielle, à caractère schématique et à très grande échelle, d'une coupe du support considéré, à l'étape intermédiaire du procédé pour la création d'une surface micro rugueuse sous forme d'une pluralité de zones en creux. - La figure 4 est une vue micrographique correspondant à un agrandissement des zones en creux. Comme indiqué, la figure 1 est un exemple indicatif, nullement limitatif, d'un support (1) exécuté en combinaison avec différentes pattes de connexion que peut présenter une grille. Le support (1), réalisé en cuivre, est destiné à recevoir un composant électronique enrobé dans une matière 10 plastique (non représentée). On renvoie à la figure 2 qui montre les principales étapes du procédé de traitement selon l'invention. On soumet successivement le leadframe (1) à: - une opération de nettoyage alcalin (A); - une opération de rinçage (B) dans l'eau déminéralisée; une opération de trempage (C) dans un bain d'acide; - une opération de rinçage (BI) dans l'eau déminéralisée; - un trempage (CI) dans une solution acide L1/I apte à créer une surface micro rugueuse sous forme d'une pluralité de zones en creux; - une opération de rinçage (B2) dans l'eau déminéralisée; - une opération de pré-trempage (C2) dans une solution L1/Il apte à 25 créer, sur la surface micro rugueuse, un film de complexes oxydants du cuivre; - une opération de trempage (C3) dans une solution LI/Il apte à créer, sur la surface micro rugueuse, un film de complexes oxydants du cuivre; - une opération de rinçage (B3) dans l'eau déminéralisée; - une opération de trempage (C4) dans un acide; - une opération de rinçage (B4) dans l'eau déminéralisée; - une opération de séchage (D). Parmi toutes les solutions L1/I et LI/Il permettant d'atteindre avec succès les propriétés visées par l'invention on pourra choisir, de préférence, 10 les solutions suivantes utilisées en mode horizontal ou vertical - Solution LUII: - eau déminéralisée = 75 % en volume; - acide sulfurique = 20 % en volume; - peroxyde d'hydrogène à 35 % = 5 % en volume; 15 - Solution LI/JI: - eau déminéralisée = 73,5 % en volume; acide sulfurique = 20 % en volume; - peroxyde d'hydrogène à 35 % = 5 % en volume; - solution de composés organiques = 1,5 % en volume avec des temps d'immersion compris pendant 15 à 30 secondes de préférence 20 secondes à une température comprise entre 30 et 320C. Les opérations (CI), (C3) constituent les étapes essentielles du 25 procédé conforme à l'invention. On renvoie à la figure 4 qui montre l'agrandissement de ces zones en creux. Il en résulte que la combinaison de ces différentes étapes permet d'atteindre le niveau 1 (JEDEC 1). De même, on observe, d'une manière importante, que le traitement physico-chimique que subit le support en alliage de cuivre, n'agresse pas les autres revêtements constitutifs du 5 leadframe tel que l'argent, le nickel, le nickel phosphore, l'or, que peuvent présenter, par exemple, les pattes de connexions. Les avantages ressortent bien de la description de l'invention, en particulier on souligne et on rappelle que cette microstructure superficielle 10 assure une forte adhésion des résines époxydes de moulage couramment employées dans cette industrie sans corroder les revêtements électrolytiques de nickel, nickel phosphore, argent ou d'or (revêtement total ou sélectif) sur lesquels sont établies les connexions électriques reliant la puce au leadframe. Ce procédé s'applique particulièrement dans le cas des 15 revêtements électrolytiques sélectifs d'argent. Bien évidemment, sans pour cela sortir du cadre de l'invention, les valeurs données des concentrations peuvent varier en fonction des produits de base utilisés, notamment des composés organiques. REVENDICATIONS -1- Procédé de traitement chimique d'un support d'alliages de cuivre pour 5 composants électroniques du type de ceux utilisés dans l'industrie des semiconducteurs: circuits intégrés et composants discrets, caractérisé en ce qu'on soumet le support à des opérations de trempage dans une solution acide LI/I apte à créer une surface micro rugueuse sous forme d'une pluralité de zones en creux et à une opération de pré-trempage dans une 10 solution LI/Il apte à créer, sur la surface micro rugueuse, un film de complexes oxydants du cuivre. -2- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on soumet successivement le support à: - une opération de nettoyage alcalin (A); une opération de rinçage (B) dans l'eau déminéralisée; - une opération de trempage (C) dans un bain d'acide; - une opération de rinçage (BI) dans l'eau déminéralisée; - un trempage (CI) dans une solution acide L1/I apte à créer une surface 20 micro rugueuse sous forme d'une pluralité de zones en creux; - une opération de rinçage (B2) dans l'eau déminéralisée; - une opération de pré-trempage (C2) dans une solution LI/II apte à créer, sur la surface micro rugueuse, un film de complexes oxydants du cuivre; - une opération de trempage (C3) dans une solution LI/Il apte à créer, sur la surface micro rugueuse, un film de complexes oxydants du cuivre; - une opération de rinçage (B3) dans l'eau déminéralisée; - une opération de trempage (C4) dans un acide; - une opération de rinçage (B4) dans l'eau déminéralisée; - une opération de séchage (D). -3- Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'on assure une maîtrise complète des propriétés visées par un contrôle rigoureux de la composition des solutions L1/I et LI/Il utilisées pour conférer à la surface la microstructure désirée, de sorte que les proportions relatives des constituants choisis sont fixées dans les limites suivantes: - Solution L1/I: rapport des concentrations d'acide sulfurique et de peroxyde d'hydrogène compris entre 4 et 20, de préférence de 4 à 13; ces mélanges étant réalisés dans un volume donné d'eau déminéralisée, la quantité d'acide sulfurique et de peroxyde d'hydrogène étant de préférence supérieure à 20 % en volume; - Solution LI/Il comprend les mêmes proportions d'acide sulfurique et de peroxyde d'hydrogène que la solution LU/I, auxquelles on y ajoute une quantité de solution de composé(s) organique(s) telle que sa concentration finale soit de 1,5 % en volume. -4- Procédé selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que l'opération de traitement apte à créer la surface micro poreuse, est effectuée entre 30'C et 320C et pendant 15 à 30 secondes, et de préférence 20 secondes.