the effect of a coating on the springback of integrated circuit leadframes

4
The effect of a coating on the springback of integrated circuit leadframes K.C. Chan * , S.H. Wang Department of Manufacturing Engineering, The Hong Kong Polytechnic University, Hung Hom, Kowloon, Hong Kong Received 15 August 2000 Abstract Recently, the springback behaviour of integrated circuit IC) leadframe has been investigated both experimentally and theoretically, but less work has been carried out in examining the effect of a coating on the springback of IC leadframes. In this paper, the springback of leadframes of steel and copper alloys with a different nickel-coating thickness has been studied using a special cantilever-type-forming jig with different die clearances. The springback of the materials is found to increase with increasing coating thickness and die clearance. For both the copper and steel alloys, the strips exhibit a larger springback angle along the rolling direction than that along the transverse direction. A mechanical model reported in the literature has been used to predict the springback behaviour of the coated materials. The signi®cance of the ®ndings are discussed in the paper. # 2001 Elsevier Science B.V. All rights reserved. Keywords: Springback; Coating; Integrated circuit; Leadframes 1. Introduction In the electronics industry, integrated circuit IC) lead- frames are usually coated with solder or nickel before forming in order to improve their corrosion resistance and solderbility. In the literature, most of the efforts have been spent on examining the interface between the solder layer and the leadframe alloys. Chung [1] has examined a copper- based leadframe alloy with an electroplated tin±lead coat- ing. The degree of embrittlement of the coated layer after ageing was evaluated by a sharp 908 bending test. Several cracks were observed in the descaled sample. They reported that the cracks or the peeling off phenomenon after bending tests were due to the formation of Cu±Sn intermetallic compounds. Kim et al. [2] have further studied the formation of Cu±Sn intermetallic compound and its effect on the fracture behaviour of solder deposits on a Cu-based lead- frame alloy. The results of the 908 bending test showed that the severity and number of surface cracks were associated with the growth rate of the intermetallic compound layer. Apart from investigating the traditional tin±lead plating, several consortia are working to determine the feasibility of Pb-free solder alloys. Texas Instruments has introduced a palladium lead ®nish for IC devices [3]. Springback is shown to be one of the major concerns in the forming of IC leadframes. The present authors recently carried out a series of experiments and theoretical investiga- tions of the springback of bare leadframe materials [4]. They found that the springback increased with an increase in die radius, die angle and die gap. Signi®cant anisotropy in the sheet materials led to different springback behaviour at different sheet orientations. A plane-stress model has also been developed based on a crystallographic-based yield criterion and the concept of relaxed constraints to describe the springback behaviour of IC leadframes [5]. However, less work has been done to examine the effect of a coating on the springback behaviour. In this paper, the effect of nickel plating on different types of leadframe materials is inves- tigated. The ®ndings are compared with those predicted by a mechanical model reported in the literature. 2. Experimental work A cantilever-type forming jig as shown in Fig. 1 is used to examine the springback behaviour of IC leadframes. The roller-forming technique is employed to form the lead- frames; the advantage of using roller-forming is the reduc- tion of scratching on the lead surface due to the roller rotating during the bending process. In the experiments, a die with an angle of 808 and a radius of 0.15 mm was used. Journal of Materials Processing Technology 116 2001) 231±234 * Corresponding author. Tel.: 852-2766-4981; fax: 852-2362-5267. E-mail address: [email protected] K.C. Chan). 0924-0136/01/$ ± see front matter # 2001 Elsevier Science B.V. All rights reserved. PII:S0924-013601)01048-2

Upload: kc-chan

Post on 04-Jul-2016

220 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

Page 1: The effect of a coating on the springback of integrated circuit leadframes

��� ������ �� � ����� � ��� � ������ ���������� ����� ����������

���� ����� ���� ������������� ����� ������ ������������ ��� ��� ��� ����� ��� ����������� ���� ��� ����� ��� ���

������� � !����� "###

��������

������$� ��� � ������ �������� �� �������� ����� %&�' ��������� ��� ��� ��������� ���� �( ��������$ �� �����������$� ���

���� )��� ��� ��� ������ ��� �(��� ��� ������ �� � ����� � ��� � ������ �� &� ����������� & ��� � ��� ��� � ������ ��

���������� �� ����� �� �� �� ����$� )�� � ������� ����*����� ������� ��� ��� ������ ��� � � ���� ��������*�$ �*����� +�

)�� ������� �� ���������� ��� � ������ �� ��� �������� � ���� �� ������ )�� ������ ����� ������� �� �� ��������� ,��

���� ��� �� �� �� ����� ����$�� ��� ��� � �(��� � ������ � ������ ���� ���� ��� ����� ������ ��� ���� ���� ��� ���������

������� ! �������� ����� �� ����� ��� ��������� ��� ��� ���� �� ����� ��� � ������ �������� �� ��� ������ ��������� ���

��-���� �� ��� -��� ��� �������� ��� � ��� � "##� .������ ����� /�0� !�� ����� ���������

�������� � ������1 �����1 &�������� �����1 2���������

� ���� ������

& ��� ��������� �����$� �������� ����� %&�' ����*

������ ��� ������$ ������ )�� ������ �� ���� ������

����� ����� �� � ���� ���� ������� �������� ��

���������$� & ��� ���������� ���� �� ��� ������� ���� ���

� �� � �(��� ��� ������� ���)�� ��� ������ ��$��

�� ��� ��������� ����$�� ���� 3�4 ��� �(���� � �� ��*

����� ��������� ����$ )�� � ������� ����� �5���� ����*

�� ��� ������ �� ����������� �� ��� ������ ��$�� �����

���� )�� ��������� �$ � ���� 6#� ���� ����� �������

������ )��� �������� ��� �������� ��� ��� ���$ �� �����

���� ��� ������ �� ��� ���� ��� ������ ����� ����

����� )��� ��� �� ��� ������� �� ��5� ����������

��� ����� �� �� ��� 3"4 ���� ������� ������ ��� �������

�� ��5� ���������� ��� ��� �� �� ������ � ���

�������� �������� �� ������ �� ���� � � ��*����� ����*

����� ����$� ��� ������� �� ��� 6#� ���� ���� ���)�� ����

��� ������$ �� ����� �� ������� ������ )��� ���������

)�� ��� ���)�� ���� �� ��� ���������� ��� ��� ��$���

! ��� ���� �������� ��� �������� �5���� �����

������� ������� ��� )���� �� ������� ��� �������$

�� 7�*���� ������ ����$�� ��(�� &�������� ��� �������� �

������� ���� -�� ��� &� ������ 384�

� ������ � ���) �� �� �� �� ��� ��+�� ������

��� ����� �� &� ����������� ��� ����� ������� ������$

������ ��� � ����� �� �( ������ �� ���������� ������*

��� �� ��� � ������ �� ���� ��������� �������� 394� ���$

���� ���� ��� � ������ ������� )�� � ������ ��

������ �� ���� �� �� �� � ��-��� ������ $ ���

����� �������� ��� �� ������� � ������ �������� ��

������� ����� ��������� ! ���*������ ����� ��� ����

��� ������ �� ����� � � ��$��������� ��*����� $���

������ �� ��� ���� � �� ����(�� �������� �� �������

��� � ������ �������� �� &� ���������� 3 4� ��)�����

���� )��� ��� ��� ��� �� �(��� ��� ������ �� � ����� �

��� � ������ ��������� & ��� � ��� ��� ������ �� ����

���� � ������� �$ �� �� ��������� �������� � ���*

������� ��� -��� ��� ��� ���� )�� ����� ������� �$ �

�������� ����� �� ����� ��� ����������

� ������������ ����

! ��������*�$ � ����� +� �� ���) ,�� � � ����

�� �(��� ��� � ������ �������� �� &� ����������� ���

������*����� ����:�� � �� ��$�� �� ���� ��� ����*

������1 ��� �������� �� ��� ������*����� � ��� �����*

�� �� �������� � ��� ���� ������� ��� �� ��� ������

������ ���� ��� ���� ������� & ��� �( ������� �

�� )�� � ���� �� ;#� �� � ����� �� #�� �� )�� �����

<����� �� =������� 7������� ��������$ ��> %"##�' "8�5"89

� ������ ��� ������� ����? �; "*"@>>*96;�1 ��(? �; "*"8>"* ">@�

������ �������? �������A��� ��$�������� %���� ���'�

#6"9*#�8>B#�BC 5 ��� ���� ������ � "##� .������ ����� /�0� !�� ����� ���������

7&&? � # 6 " 9 * # � 8 > % # � ' # � # 9 ; * "

Page 2: The effect of a coating on the springback of integrated circuit leadframes

& ��� �( ������� �� ��������� ���� ���� #��� ��

#��6 �� )��� ����� )��� ��� ��-�� �$ ��� �( �����

� � �� )���� � � ��� �� ������ ���)�� ��� ������ �� ���

�� �� � ��� ����� �������� ��� �������� ���� ����*

���� ��� ����� �� �� �� ����$�� ��� ������� ��� ��*

��� �� ��� ����� �� ����� ������� �$ �� �� �� �� ����$�

��� ���) ����� �� ,�� ��� ����� ����$ %!9"'� �� ��

����$ � %�2,�" ' �� �� �� ����$ " %�@#" '� ��� ��� �

��� �� #�� �� ������� �� #�8 �� )���� )���� ���

�� �� ����$ 8 %!�69'� ��� ��� � �� #�" �� �������

�� #�9� �� )���� /����� ������ � ��� ����*�����

)�� � ������� �� �� " �� �� )�� ������� ����� ���

��� �����������

� ������� �� ���������

!"! #���������� $������ ��� ������$� % �����

��� ��� ����� ��� %����

,��� "5 ���) ��� �������� � ���)�� ��� � ������

���� �� ��� ����*����� ������� ��� ��� ����� ��

�� �� ����$� �� ������� �� ���������� ��� � ������

� ���� �� ������ )�� ������ ����� ������� ��� ���

�� ��� ����$� ���������� ��� � )�� � ����*�����

�(����� ������� � ������ ����� ��� ����� )�� � ����*

�� &� � �������� ���� ��� ������ � ������� �� ���

�������� �� ����� �� ��� ������ ��� ������ ������� ��

��� ����� ����$ �� ��� �� �� ����$� ���� ��� � �� ���

�9@ �� �"85�8 D7�� ��� ������$� ��� ��� ������ ���*

���� �� ��� ����*����� %�@ D7� 3>4' � ������ ��� ���� ��

��� ���� ����������� � �(��� ������� ���� ����� )�� ��

�������� ����� ��� ���� �� ��� ������ ��� � )��� �

�( ����� �� ������ ��� � ������ ����� ��� -����� ����

��������� ���� ��� ������ �� ��� ����� � ��� � ������

���� ��� �� �� ����$� � ���� ��-��� ��� ���� ��� ���

����� ����$� � ������� �������� ���)�� ��� ������ �������

�� ��� �� �� ����$ �� ��� ���� ����$ ��� �������� ��

�� ��� ������ ��� ��� ������� ,�� ���� ���� �� ������

����$�� ��� � ������ ���� � ���� �� ������ )��

������ �� ��������� ����� -��� � ���� ���������

����$� ���� ��� �� ����� ��� ��������� 394�

,�� �� ��� ��������*�$ � ����� +��

����� �

������� ��� ���� �� ��� ��������� ����$� %)��E'

�� ,� �� � = F G� � 7 G � 7�

����� ����$ %!9"' 5 /��� ���# �#�8 �#�; 9#599 5 5 �#�#" 5 �#� 5

�� �� ����$ � %�2,�" ' /��� 5 5 #�#>5#�@ 5 8�#58�9 5 ��# 5��9# 5 #�"5#�8 5 5

�� �� ����$ " %�@#" ' /��� 5 5 5 5 #�" 5 "�# 5 5 5 5

�� �� ����$ 8 %!�69' /��� "��5"�> 5 5 5 5 5 5 #�#� 5#�� #�# 5#�" 5 �#�#8

,�� "� �������� ���)�� � ������ �� �� �� ��� �2,�" �� ��

����$ )�� ������� ����� ����������

,�� 8� �������� ���)�� � ������ �� �� �� ��� �@#" �� ��

����$ )�� ������� ����� ����������

"8" �!&! &���� '!�! (��� ) *����� ��������� �� ������ �� ����� ""+ ,-.."/ - "0- 1

Page 3: The effect of a coating on the springback of integrated circuit leadframes

!-! �� � �� ���� �� ��������� � ������$� % �����

����� ��� �)� ����� ����:��� �� ������ &� ����*

������? �� � �$ ���� � �� ��� ����� �$ �������

������ ,�� > ���)� ��� � ������ �������� �� �)�

������ ����� ����$� ������� �$ ��� �)� ������� ����*

:���� ��� � ������ ���� �� ��� ��� ������� �$ ���

���� � ����:�� )�� ���) �� �� ������� ��� ���� �$

������� ������ &� � ������� ���� ��� ������ �

������� �� ��� ������� ������ �� ��� ���� �������$ �� ���

����$� ,�� ��� �� �� ����$ !�69� � ��� � ������� ��� ��

%���*����' ����� )�� ���� �(����� ��� � ������

���� �� ��� ����$ ���� ��� )�� ���� �� �� ������� ��� ����

�� ��� ���*����� �� ���) ,�� @� ��� � ���� ��������

�� �� ������� �� ��� ��� ������� ������ �������� ��

������ �� ����� �� ��� ����� ��� �� ,�� ; ���)� ���

� ������ ���� �� ��� ���� ����� �� �� �� � ����$ ����

��� ����� �� ��������� �������� &� � ���� ���� ��� ����

��� �� �� �� ����� ����$�� ��� � ���� ���� ��� �����

������ �(���� � ������� � ������ ��� ���� ��� ���

,�� 9� �������� ���)�� � ������ �� �� �� ��� !�69 %����$ ����'

�� �� ����$ )�� ������� ����� ����������

,�� � �������� ���)�� � ������ �� �� �� ��� !9" ����� ����$

)�� ������� ����� ����������

,�� >� ��� ���� �� ��� � ������ �� ����� ����$ ���������� �������

�$ �)� ������� ����:����

,�� @� ��� ���� �� � ������ �� ��� !�69 �� �� ����$ ��� ����$

���� %,�' �� ����*���� %�B"�' �������

,�� ;� �������� �� � ������ �� ������� ��������

�!&! &���� '!�! (��� ) *����� ��������� �� ������ �� ����� ""+ ,-.."/ - "0- 1 "88

Page 4: The effect of a coating on the springback of integrated circuit leadframes

�� ������� ������� )��� � ����� �� ��� ������

-��� 394� ��� ������ � �� ���$ ��� ��� ����*

������� �� ������ �� ��� ��$��������� �� ��(���� �� ���

��� � �� ��� ���������� 3 4�

! ! ������� �� ��������

�� ����� ��� � ������� H�� 3@4 ������ �� � ������*

I�� ������ ��� ������� ��� � �$ ��� �� ��� ���*

������ ������ & ������ ����������� ����� ��� ����� ��$����

&� � �������� ���� ��� ���� ����$ �������� �� ���

��������� ������ ���? ��� ������ $���� ��� ��� ��*

���� ��$��� ��� ������ �� ����� $���� )�� ������

��������� ��� ��� ����� ��$��� �� ����� $���� ��� ���

��������� ��$��� /���� � �� ������ ��� � ������ ����*

���� �� ������ ���������� � �� ������� �$

#

#� � �� 8� �� ���$�

� �"� �

� 9 8� � >���

� �

� " �� �$��$�

� �� �� ��

��

� ��8� 9 "� �8

���$�

� �"� �� �

)����

� � #

� ��$���

� �

)��� # �� #� ��� ��� ��� �� ��������� ������ �� �����

� ������� ��� ������$� �� �� �� ��� ��� ������ �������

�� ��� ����� �� ��� ���� ��������� ��� ������$� �� �� �$���� ��� ����� ������ �� ��� $��� ������ �� ��� ���� �����*

���� ��� ������$� �� �� �� � ��� ��� ����� ������� ��

��� ����� ������� �� ��� ������ ��� �� ��� ������$�

��� ������� � ������ ����� ��� ��� �2,�" �� ��

����$ � ��� ���) ,�� 6� &� � ���� ���� ��� ����

������� )�� ������ ����� �������� ��� ���� ��

)��� � �������� )�� �( ������� -���? ��)�����

� ���$ ����� ����� ��$ � ��������� &� � �������� ���� ���

������ )��� ���� �� ���� �������������� �� ����� ��

���������� ���� �� �� ��-��� �� � )�� �� )����)���

�� ������ � �) ���������� ������

� �����������

& ��� � ��� ��� ������ �� � ����� � � ������ )��

��������� ��� ������� �� �� �� ����� &� ����������

����$�� &� � ���� ���� ��� � ������ ������� )�� �����*

� ����� ������� ��� ��� �� ��� ����$�� ��� ��� ������

������� �� ��� ����*����� � ������ ��� ���� �� ��� ����

����������� � �(��� ������� ���� ����� � ��������

)��� � �������� �� ������ ��� � ������ ����� ���

� ������ ���� � ���� ����������� �� ������ �� ���

�������� �� ������ � �� ����� �� ��� ���� ����*

������� ! ����� ����� ��$ � �������� ���)�� ��� �( ��*

����� ������� �� ��� ���������� ������� ����� � ���

����� �� ����� ��� ���������� ! �)����� )���� �� ����

)����)��� �� ������ ����� �� ������ ������� ��� �������

�������� �������

��� )��� �������� ��� � �� )�� �� ����� ������*

����$ �$ � ���� ���� ��� �������� D��� ����� �� ���

��� ��� � ���� !��������� ���� %7��+��� F��

7��$JB�";B6>.'� ��� ������� ���� )�� �� �( ���� ����

�������� ��� ��� �� ��� ���� ��� ��� ��� 7��$�����

J�����$�

����������

3�4 ��H� ����� ��� ������ �� ������� ��������� � ����������

������� �� �������������� ������$ �� � ������� ����� �B����

��$�� � ����������� ��������� ����$� <� =����� ��� 2���� �8 %�669'

�9> 5�9>;�

3"4 <��� ��� =��� ���� ���� �)�� ,������ �� ��5� ����������

��� ��� �� �� ������ � ��� �������� ������� �� ;#�5"#7�

��������� ���� � ��*����� ��������� ����$� ����� ����� ������� ;"

%�66>' "85";�

384 K��� !������ K��� ����� 7������� ����? � ���� ���� ��� ��� &�

����������� ? 7�������� �� ��� .������� ��� ���� ��

��������$ ��������� 7.��!@� �66 � � �#>;5�#@"�

394 =��� ,�� ���� ���� ��/� 2��� 2��� ���� � ������ ��� ������

����� �� �������� ����� ����������� <� =����� 7������� ������� >>

%�66@' �#@5����

3 4 ���� ���� ���� ���� ��� ��� ��� � �� ����� �� � ������ ��

�������� ����� ����������� =����� ��� .�� ! "@# %�666' 8"858"6�

3>4 D�!� K/��� ��!� ������� F���� .������ ����� !.�, 7�����

L������ J�!� �66>�

3@4 ��H�K� H��� ! ������I�� ������ ��� ��� ������ �� � ������

������� ��� � <� =����� 7������� ������� >� %�66>' " 95">9�

,�� 6� ��� ���� �� �( ������� � ������ �� ���������� �������

��� �2,�" �� �� ����$ ��

"89 �!&! &���� '!�! (��� ) *����� ��������� �� ������ �� ����� ""+ ,-.."/ - "0- 1