Brown oxide and/or black oxide layers were formed on the surface of Cu-based leadframe by chemical oxidation of leadframe in hot alkaline solutions, and their growth characteristics were studied. Then, to measure the adhesion strength between leadframe and epoxy molding compound (EMC), oxidized leadframe samples were molded with EMC and machined to form sandwiched double-cantilever beam (SDCB) specimens and pull-out specimens, respectively. Results showed that the adhesion strength of un-oxidized leadframe/EMC interface was inherently very poor but could be increased drastically with the nucleation of acicular CuO precipitates on the surface of leadframe. The presence of smooth faceted $Cu_2O $ on the surfaces of leadframe gave close to zero interfacial fracture toughness (Gc) and reasonable pull strength (PS). A direct correlation between Gc and PS showed that PS can be a measure of Gc only in a limited range.
An effort has been made to more accurately analyze the flow in the chip cavity, particularly to model the flow through the openings in the leadframe and correctly treat the thermal boundary condition at the leadframe. The theoretical analysis of the flow has been done by using the Hele- Shaw approximation in each cavity separated by a leadframe. The cross-flow through the openings in the leadframe has been incorporated into the Hele-Shaw formulation as a mass source term. The temperature of the leadframe has been calculated based on energy balance in the leadframe. The flow behavior in the leadframe has been verified experimentally. In the experiment, a transparent mold and clear fluid have been used for flow visualization. Comparisons were made between the calculation and experimental results which showed a good agreement.
Due to the inherently poor adhesion strength of Cu-based leadframe/EMC (Epoxy Molding Compound) interface, popcorn cracking of thin plastic packages frequently occurs during the solder reflow process. In the present work, in order to enhance the adhesion strength of Cu-based leadframe/EMC interface, black-oxide layer was formed on the leadframe surface by chemical oxidation of leadframe, and then oxidized leadframe sheets were molded with EMC and machined to form SDCB (Sandwiched Double-Cantilever Beam) and SBN (Sandwiched Brazil-Nut) specimens. SDCB and SBN specimens were designed to measure the adhesion strength between leadframe and EMC in terms of critical energy-release rate under quasi-Mode I ($G_{IC}$ ) and mixed Mode loading ($G_{C}$ /) conditions, respectively. Results showed that black-oxide treatment of Cu-based leadframe initially introduced pebble-like X$C_2$O crystals with smooth facets on its surface, and after the full growth of $Cu_2$O layer, acicular CuO crystals were formed atop of the $Cu_2$O layer. According to the result of SDCB test, $Cu_2$O crystals on the leadframe surface did not increase ($G_{IC}$), however, acicular CuO crystals on the $Cu_2$O layer enhanced $G_{IC}$ considerably. The main reason for the adhesion improvement seems to be associated with the adhesion of CuO to EMC by mechanical interlocking mechanism. On the other hand, as the Mode II component increased, $G_{C}$ was increased, and when the phase angle was -34$^{\circ}$, crack Kinking into EMC was occured.d.
본래 약한 구리계 리드프레임/EMC(Epoxy Molding Compound) 계면의 접착력은 솔더 리플로우 (solder reflow) 공정 중에 종종 박형 플라스틱 패키지의 팝콘 균열 현상(popcorn-cracking phenomena)을 일으킨다. 본 연구에서는 리드프레임/EMC 계면의 접착력을 향상시키기 위하여 리드프레임을 알칼리 용액에 담궈 표면에 brown oxide를 형성시켰으며, EMC로 몰딩(molding)하여 SDCB(Sandwiched Double Cantilever Beam) 시편 및 SBN(Sandwiched Brazil-Nut) 시편을 준비하여 접착력을 측정하였다. 리드프레임의 brown oxide 처리는 미세한 바늘모양의 CuO 결정들을 리드프레임 표면에서 형성시켰으며, 리드프레임/EMC 계면의 접착력을 향상시켰다. 접착력의 향상은 산화층의 평균두께와 직접적인 관련이 있었다. 이는 미세한 바늘모양의 CuO 결정들이 EMC와 기계적인 고착(mechanical interlocking)을 하기 때문으로 생각된다.
IC leadframe needs precision shape for good efficiency. Friction conditions also have a significant impact on blanking deformation. Therefore, studying the friction produced by the tribology between die and materials becomes necessary. In this study, in order to measure mechanical properties and frictions for leadframe materials such as Ni alloys and coppers, tensile test and straight pulling friction test are executed. In particular, the effect of clearance on the blanking characteristics depending on friction coefficient is examined by finite element simulation. From the finite element simulation, the metal flow, side pressure of punch and crack initiation are evaluated according to the leadframe materials.
Copper-based leadframe sheets were immersed in two kinds of hot alkaline solutions to form brown-oxide or black-oxide layer on the surface. The oxide-coated leadframe sheets were molded with epoxy molding compound (EMC). After post mold curing, the oxide-coated EMC-leadframe joints were machined to form sandwiched double-cantilever beam (SDCB) specimens. The SDCB specimens were used to measure the fracture toughness of the EMC/leadframe interfaces under quasi-Mode I loading conditions. Fracture surfaces were analyzed by various equipment to investigate failure path. The present paper deals with the failure path, and the cause of the failure path formation with an adhesion model will be treated in the succeeding paper.
Copper based leadframe sheets were immersed in two kinds of hot alkaline solutions to form brown-oxide or blackoxide layer on the surface. The oxide-coated leadframe sheets were molded with epoxy molding compound (EMC). After post mold curing, the oxide-coated EMC-leadframe joints were machined to form sandwiched double-cantilever beam (SDCB) specimens. The SDCB specimens were used to measure the fracture toughness of the EMC/leadframe interfaces under quasi-Mode I loading conditions. After fracture toughness testing, the fracture surface were analyzed by various equipment to investigate failure path. An adhesion model was suggested to explain the failure path formation. The adhesion model is based on the strengthening mechanism of fiber-reinforced composite. The present paper deals with the introduction of the adhesion model. The explanation of the failure path with the proposed adhesion model was introduced in the companion paper.
A copper based leadframe was oxidized in brown-oxide forming solution, then the growth characteristics of brown oxide and the effect of brown-oxide formation on the adhesion strength of leadframe to epoxy molding compound (EMC) were studied by using sandwiched double cantilever beam (SDCB) specimens. The brown oxide is composed of fine acicular CuO, and its thickness increased up to ~150 nm within 2 minutes and saturated. Bare leadframe showed alomost no adhesion to EMC, while once the brown-oxide layer formed on the Surface of leadframe, the adhesion strength increased up to ~80 J/$\m^2$ within 2 minutes. Correlation between oxide thickness, $\delta$ and the adhesion strength in terms of interfacial fracture toughness, $G_{c}$ was linear. Considering the above results, we might conclude that the main adhesion mechanism of brown-oxide treated leadframe to EMC is mechanical interlocking, in which fine acicular CuO plays a major role.e.
Kim, ByongJin;Sim, KiDong;Hong, SeoungJoon;Moon, DaeHo;Son, YongHo;Kang, DaeByoung;Khim, JinYoung;Yoon, JuHoon
마이크로전자및패키징학회지
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제23권4호
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pp.31-34
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2016
System In Package (SiP) is getting popular and momentum for the recent wearable, IoT and connectivity application apart from mobile phone. This is driven by market demands of cost competitive, lighter and smaller/thinner and higher performance. As one of many semiconducting assembly products, Leadframe product has been widely used for low cost solution, light/ small and thin form factor. But It has not been applied for SiP although Leadframe product has many advantages in cost, size and reliability performance. SiP is mostly based on laminate substrate and technically difficult on Leadframe substrate because of a limitation in SMT performance. In this paper, Leadframe based SiP product has been evaluated about key technical challenges in SMT performance and electrical shield technology. Mostly Leadframe is considered not available to apply EMI shield because of tie-bar around package edge. In order to overcome two major challenges, connection bars were deployed properly for SMT pad to pad and additional back-side etching was implemented after molding process to achieve electrical isolation from outer shield coating. This product was confirmed assembly workability as well as reliability.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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