壓板式高速鍍銀在引線框架中的應(yīng)用

王超*，陳亞龍陳明明王一夫

（1.寧波華龍電子股份有限公司，浙江 寧波 315040；2.寧波市電鍍行業(yè)協(xié)會(huì)專家工作委員會(huì)，浙江 寧波 315199）

?

【經(jīng)驗(yàn)交流】

壓板式高速鍍銀在引線框架中的應(yīng)用

王超1，2，*，陳亞龍1，陳明明1，王一夫2

（1.寧波華龍電子股份有限公司，浙江 寧波 315040；2.寧波市電鍍行業(yè)協(xié)會(huì)專家工作委員會(huì)，浙江 寧波 315199）

介紹了引線框架用壓板式高速鍍銀的基本原理、生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)和工藝流程，給出了典型的除油、酸洗、鍍銅、預(yù)鍍銀、防置換、選擇性鍍銀、退銀、銅保護(hù)等工序的溶液配方及操作條件，指出了上料、下料等環(huán)節(jié)的注意事項(xiàng)，總結(jié)了常見(jiàn)高速鍍銀故障的產(chǎn)生原因與處理方法。

半導(dǎo)體；引線框架；高速鍍銀；生產(chǎn)線；工藝流程；故障處理

First-author's address： Ningbo Hualong Electronics， Co.， Ltd.， Ningbo 315040， China

近年來(lái)，電子行業(yè)的迅猛發(fā)展與集成電路（IC）技術(shù)的發(fā)展密不可分，絕大部分的半導(dǎo)體集成塊中都需要使用引線框架，不同的封裝方式需要不同的引線框架，因此，通常以半導(dǎo)體的封裝方式來(lái)對(duì)引線框架進(jìn)行命名。集成電路引線框架和分立器件引線框架的封裝方式如表1所示。

表1 引線框架分類及封裝方式Table 1 Classification of leadframes and their packaging methods

引線框架行業(yè)的上游行業(yè)主要為銅合金帶加工行業(yè)，其下游則是半導(dǎo)體封裝測(cè)試行業(yè)。

引線框架是半導(dǎo)體封裝的基礎(chǔ)材料，其作為集成電路的芯片載體，借助于鍵合材料（金絲、鋁絲、銅絲）實(shí)現(xiàn)芯片內(nèi)部電路引出端與外引線的電氣連接，形成電氣回路的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件，起到與外部導(dǎo)線連接的橋梁作用。因此，為了保證框架與芯片及金絲間的可焊性及IC元件的電參數(shù)性能，需要對(duì)框架的有效區(qū)域進(jìn)行電鍍處理［1］。

集成電路元件制造過(guò)程中對(duì)引線框架的要求有：

（1） 較高的強(qiáng)度和硬度：抗拉強(qiáng)度441 MPa，硬度＞130 HV。

（2） 良好的耐熱性和耐氧化性。

（3） 良好的熱匹配（即熱膨脹）。

（4） 良好的導(dǎo)電性。

（5） 彎曲、微細(xì)加工的刻蝕性能好。

本文主要針對(duì)壓板式高速電鍍技術(shù)在引線框架中的應(yīng)用進(jìn)行一些介紹，希望給國(guó)內(nèi)同行起到拋磚引玉，促進(jìn)國(guó)內(nèi)電子高速電鍍行業(yè)的發(fā)展。

1　壓板式高速鍍銀生產(chǎn)線的介紹

為了保證封裝工藝中的裝片/鍵合性能，使芯片和焊接絲與引線框架形成良好的擴(kuò)散焊接［2］，需要在引線框架的裝片/鍵合區(qū)域（引線的載片臺(tái)區(qū)域和引線腳上）進(jìn)行特殊的表面處理，即電鍍銀。引線框架上的鍍銀層為功能性鍍層，對(duì)可焊性、均勻性、導(dǎo)電性都有嚴(yán)格要求。由于產(chǎn)品尺寸小、批量大，普通的鍍銀很難達(dá)到要求，因此必須要用特殊的電鍍方式──高速電鍍。

2011年后，由于受歐債危機(jī)等因素影響，世界經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)放緩，引線框架的市場(chǎng)需求也受影響，增長(zhǎng)速度放緩。封裝企業(yè)面臨的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)日趨嚴(yán)重，各企業(yè)為了有相對(duì)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，一是通過(guò)提高封裝密度以減少材料消耗，二是通過(guò)提高生產(chǎn)效率以減少單位產(chǎn)品的固定費(fèi)用，這兩個(gè)方面都要求配合開(kāi)發(fā)出高密度及多排框架。因此，引線框架的生產(chǎn)企業(yè)必須進(jìn)行技術(shù)提升，開(kāi)發(fā)出更加精密的沖制模具及大區(qū)域電鍍?cè)O(shè)備及局部電鍍技術(shù)。對(duì)于引線框架的寬度，2011年的主流是50 ～ 60 mm，2012年已使用60 ～ 70 mm，2013年向70 ～ 80 mm邁進(jìn)，2015年已開(kāi)發(fā)出90 ～ 100 mm，像SOP8/SOP16等產(chǎn)品已有12排框架，寬度達(dá)到93 mm。

寬排產(chǎn)品及高密度框架不僅對(duì)沖制的設(shè)備及生產(chǎn)技術(shù)要求高，對(duì)電鍍來(lái)說(shuō)更是一種新的挑戰(zhàn)。壓板式高速鍍銀生產(chǎn)線在這方面有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。

1. 1基本原理

壓板式高速鍍銀的原理很簡(jiǎn)單，引線框架進(jìn)入銀缸中，采用專用模具對(duì)不需要電鍍的區(qū)域進(jìn)行掩蔽，只對(duì)露出的部分進(jìn)行電鍍。圖1所示為壓板式高速點(diǎn)鍍銀的模型，圖2為實(shí)物照片。引線框架進(jìn)入80 ～ 100 cm長(zhǎng)的壓板噴鍍模具（見(jiàn)圖3）中定位，硅膠壓帶（見(jiàn)圖4）壓下，電鍍液泵自動(dòng)啟動(dòng)并將鍍液高速噴射到工件表面，引線框架被壓在上下硅膠模中間時(shí)，只有中間朝下的一小塊地方被鍍液噴到而鍍上銀，其他區(qū)域被遮住而未被鍍，若干秒后泵停，松模，將鍍好的框架前移［3］，下一段工件同時(shí)進(jìn)入壓板噴鍍模中，然后重復(fù)前面的工序，如此反復(fù)進(jìn)行。這樣，引線框架的局部區(qū)域在很短的時(shí)間內(nèi)就被鍍上了足夠厚度的銀。

圖1 壓板式高速點(diǎn)鍍銀的模型圖Figure 1 Schematic illustration of pressure plate type high-speed silver spot plating

圖2 壓板式高速點(diǎn)鍍銀噴鍍結(jié)構(gòu)實(shí)物圖Figure 2 Photo of the equipment for pressure plate type high-speed silver spot plating

圖3 壓板式高速點(diǎn)鍍銀模具Figure 3 Mold for pressure plate type high-speed silver plating

此電鍍方法的優(yōu)點(diǎn)是：

（1） 對(duì)于較厚或者引腳多且細(xì)小的引線框架，用卷式電鍍易變形，而壓板式電鍍不易引起產(chǎn)品變形。

（2） 模具的制作加工較容易，鍍區(qū)漏銀現(xiàn)象容易控制。

但缺點(diǎn)是：數(shù)控程序較卷對(duì)卷式電鍍復(fù)雜，且鍍層厚度的一致性稍差，另外還受IC框架累積公差的影響，鍍區(qū)容易產(chǎn)生偏移現(xiàn)象。

目前，壓板式電鍍?cè)O(shè)備在國(guó)內(nèi)較少。

1. 2生產(chǎn)線的主要結(jié)構(gòu)

生產(chǎn)線主要?jiǎng)澐譃槿髤^(qū)：上料區(qū)、電鍍區(qū)、下料區(qū)，如圖 5所示。生產(chǎn)線從結(jié)構(gòu)上主要由傳送系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、鍍槽、控制系統(tǒng)等組成。

圖5 上料區(qū)、電鍍區(qū)、下料區(qū)（從左到右）Figure 5 Loading area， plating area and unloading area （from left to right）

引線框架利用傳送裝置依次通過(guò)各個(gè)工藝的工作槽，完成電鍍、清洗、烘干等工序。為了防止引線框架表面氧化，引線框架通過(guò)各工藝槽時(shí)必須完全浸入槽液中。每個(gè)系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)線來(lái)說(shuō)都十分重要，任何一個(gè)細(xì)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題都將影響產(chǎn)品質(zhì)量。

引線框架通過(guò)選鍍銀工作槽時(shí)，電流密度一般控制在50 ～ 80 A/dm2，生產(chǎn)線的鍍速可達(dá)到4 ～ 8 m/min，鍍區(qū)的對(duì)位精度、鍍液的噴射速率及電流密度均直接影響到電鍍質(zhì)量。所以選鍍銀工作槽的要求比其他工作槽高。

壓板式高速鍍銀生產(chǎn)線一般可同時(shí)設(shè)3列通道，即同時(shí)進(jìn)行3種不同規(guī)格的引線框架電鍍。

2　壓板式高速鍍銀工藝

2. 1工藝流程

上料→陰極除油→水洗→陽(yáng)極除油→水洗→酸洗→水洗→鍍銅→回收→水洗→預(yù)鍍銀或防置換→選鍍銀→回收→水洗→退銀→水洗→銅保護(hù)→水洗→熱水洗→風(fēng)刀→烘干→收料。

2. 2上料及收料

2. 2. 1上料

上料操作員根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃與隨工單，比對(duì)上料產(chǎn)品是否正確，確認(rèn)無(wú)誤后將產(chǎn)品放在放料架上，小心撕開(kāi)外圈膠帶和紙帶，將產(chǎn)品引出約1 m，檢查產(chǎn)品外觀，確認(rèn)料的正反是否正確，將檢驗(yàn)結(jié)果記錄到檢驗(yàn)記錄表上。若檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)有不合格現(xiàn)象，立即通知電鍍檢驗(yàn)員，若電鍍檢驗(yàn)員無(wú)法判定，則上料操作員將材料卸下，放在不合格品區(qū)域，電鍍檢驗(yàn)員貼附品質(zhì)異常標(biāo)識(shí)卡，并通知品質(zhì)部處理。

上料的注意事項(xiàng)：

（1） 注意上料時(shí)產(chǎn)品是否與現(xiàn)在的產(chǎn)品一致，且方向一致。

（2） 作業(yè)過(guò)程中手接觸操作時(shí)需戴PVC（聚氯乙烯）手套，防止產(chǎn)品勾彎變形。

（3） 整個(gè)焊接過(guò)程最好不要超過(guò)20 s，以避免緩沖線用完后，電鍍線拉斷。

（4） 保持電烙鐵時(shí)刻處于通電狀態(tài)。

（5） 接完接頭的空閑時(shí)間，及時(shí)用銼刀將烙鐵頭部氧化或粘有松香部分清理干凈，以保證下次焊接質(zhì)量。

2. 2. 2下料

下料操作員先核對(duì)所制產(chǎn)品與隨工單信息，確認(rèn)無(wú)誤后再將紙帶纏繞在收料盤(pán)中軸上 3圈左右，然后產(chǎn)品導(dǎo)入收料盤(pán)，用手（戴手套）壓住料頭，隨收料盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)到下一圈產(chǎn)品將料頭壓緊后，方可抽出手指；當(dāng)一卷產(chǎn)品達(dá)到規(guī)定數(shù)量后，即可剪斷。途中遇到接頭時(shí)，需將接頭前后各0.5 m剪去報(bào)廢。

下料的注意事項(xiàng)：

（1） 接觸產(chǎn)品之前需穿戴好防護(hù)用品（包括PVC手套、口罩、防塵服、帽子），禁止在沒(méi)有任何防護(hù)的情況下接觸產(chǎn)品。

（2） 將每圈已完成好的產(chǎn)品放進(jìn)塑料袋中，再放入少許干燥劑，每次封好，防止在電鍍存放過(guò)程中氧化。

2. 3電鍍工藝及工藝條件

2. 3. 1除油

HMC-02-A 0 ～ 120 g/L

HMC-02-B 3 ～ 5 mL/L

溫度 55 ～ 65 °C

時(shí)間 5 ～ 15 s

電流密度 10 ～ 20 A/dm2

一般采用雙極電解除油，要求除油劑高效、低泡、弱堿性，對(duì)基體腐蝕性較小。

說(shuō)明：本文用到的添加劑均由樂(lè)思化學(xué)提供。

2. 3. 2酸洗

鹽酸 5 ～ 15 mL/L

硫酸 5 ～ 15 mL/L

時(shí)間 5 ～ 8 s

2. 3. 3氰化鍍銅

CuCN 45 ～ 60 g/L

KCN（游離） 10 ～ 20 g/L

陰極電流密度 5 ～ 10 A/dm2

溫度 50 ～ 60 °C

陽(yáng)極 電解銅

注意：陽(yáng)極必須用陽(yáng)極袋套住，防止銅渣、陽(yáng)極泥進(jìn)入槽液。

2. 3. 4預(yù)鍍銀或防置換

由于銅材在接觸到鍍銀液體時(shí)會(huì)迅速發(fā)生化學(xué)置換反應(yīng)，而此置換層與銅基體的結(jié)合是疏松的，使鍍層結(jié)合強(qiáng)度下降，甚至?xí)霈F(xiàn)鍍層起泡，導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢。采用預(yù)鍍銀或者預(yù)浸防置換液處理，可以阻止鍍銀液的置換反應(yīng)。部分工廠的工藝為先進(jìn)入防置換液，再預(yù)鍍銀。

2. 3. 4. 1預(yù)鍍銀

金屬銀 5 ～ 15 g/L

KCN（游離） 10 ～ 20 g/L

陰極電流密度 4 ～ 8 A/dm2

溫度 室溫

陽(yáng)極 純銀板

2. 3. 4. 2防置換處理

W-AIS 5%

氰化鉀 0.1 g/L

氰化銀鉀 0.1 g/L

溫度 室溫

pH 10 ～ 11

2. 3. 5選擇性鍍銀

2. 3. 5. 1配方及工藝條件

金屬銀 35 ～ 55 g/L

KCN（游離） 5 ～ 20 g/L

JS～5開(kāi)缸劑 500 mL/L

JS～5補(bǔ)充劑 5 ～ 10 mL/L

JS～5潤(rùn)濕劑 5 ～ 10 mL/L

pH 8 ～ 9

溫度 55 ～ 65 °C

陰極電流密度 50 ～ 80 A/dm2

陽(yáng)極 鉑或鍍鉑鈦

傳統(tǒng)的氰化鍍銀電流密度較低，強(qiáng)烈的極化效應(yīng)容易使鍍層燒焦，而高速鍍銀的要求是在很高的電流密度下獲得結(jié)晶細(xì)致的鍍層。

2. 3. 5. 2開(kāi)缸方法

（1） 在鍍槽中注入1/3的去離子水，加入500 mL/L的JS～5開(kāi)缸劑，并升溫至55 ～ 65 °C。

（2） 將計(jì)量好的氰化銀鉀加入上述溶液中。

（3） 加入5 ～ 10 mL/L JS～5補(bǔ)充劑、5 ～ 10 mL/L JS～5潤(rùn)濕劑，用去離子水調(diào)整溶液至最終的體積。

2. 3. 5. 3pH的調(diào)整方法

當(dāng)pH低于8時(shí)，銀層上會(huì)出現(xiàn)斑點(diǎn)或槽液中有銀沉淀，可用20%的片堿升高pH。pH高于9會(huì)加速銀在銅表面的沉積，影響鍍層的耐熱性能，可用JS～5 ACID（酸劑）降低pH。

2. 3. 6退銀

退銀是指退掉功能鍍銀區(qū)域外的薄銀層，同時(shí)不引起鍍銀層產(chǎn)生粗糙、變色和基體損傷等現(xiàn)象。

退鍍粉 70 ～ 120 g/L

KOH 40 ～ 60 g/L

pH 10 ～ 11

溫度 室溫

陽(yáng)極電流密度 1 ～ 5 A/dm2

陰極 不銹鋼

2. 3. 7銅保護(hù)

CU-56HF 5 ～10 mL/L

溫度 25 ～ 45 °C

銅保護(hù)劑一般是有機(jī)物，能夠在銅表面形成一層很薄的化學(xué)吸附膜，以改善銅的防變色能力。此膜很薄，一般不影響鍍層的可焊性。

注：高速電鍍有別于普通的傳統(tǒng)五金電鍍，對(duì)環(huán)境要求比較高，尤其是水質(zhì)。每次洗缸的時(shí)候，鍍銀后的水洗槽必須全部用硫酸泡洗1 ～ 2 h，泡完后用純水沖洗，一直洗到pH為中性，用干凈抹布擦洗槽子，再用純水沖洗槽子后方能注入純水使用。

3　常見(jiàn)故障處理

壓板式高速鍍銀的特殊生產(chǎn)工藝決定了它與傳統(tǒng)的氰化鍍銀方式在故障處理中存在著不同。因此，電鍍技術(shù)人員不僅要熟悉電鍍添加劑的性能，而且要充分了解壓板式高速鍍銀生產(chǎn)線的特點(diǎn)，對(duì)生產(chǎn)線的每個(gè)細(xì)節(jié)都必須熟知。結(jié)合筆者在生產(chǎn)實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)壓板式高速鍍銀常見(jiàn)的故障簡(jiǎn)單作了總結(jié)，如表2所示。

表2 壓板式高速鍍銀常見(jiàn)故障處理Table 2 Troubleshooting for pressure plate type high-speed silver plating

4　結(jié)語(yǔ)

引線框架作為一種框架材料，在半導(dǎo)體中充當(dāng)著電路連接、封裝內(nèi)部散熱、芯片機(jī)械支撐等重要作用。隨著中高檔封裝形式（如SSOP、TSOP、QFP、TFQP、PBGA等）的市場(chǎng)需求不斷增長(zhǎng)，引線框架的設(shè)計(jì)不斷向多排、大功率、小基島、高密度方向發(fā)展，引線框架的電鍍則朝著寬排、環(huán)鍍方向發(fā)展。壓板式高速鍍銀生產(chǎn)線對(duì)處理寬排產(chǎn)品及高密度框架有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。本文就筆者在實(shí)際生產(chǎn)中的經(jīng)驗(yàn)對(duì)壓板式高速鍍銀作了一些介紹，希望能夠與業(yè)界同仁交流。

［1］ 馮小龍. 連續(xù)高速電鍍技術(shù)在集成電路引線框架生產(chǎn)中的應(yīng)用［J］. 電鍍與涂飾， 2003， 22 （6）： 48-51.

［2］ 景璀， 趙曉明. IC引線框架電鍍工藝及設(shè)備［J］. 電子工業(yè)專用設(shè)備， 2008， 37 （5）： 24-27.

［3］ 趙曉明， 軋鋼. 片式引線框架鍍銀設(shè)備的研制［J］. 電子工藝技術(shù)， 2008， 29 （4）： 208-211.

［ 編輯：溫靖邦 ］

Application of pressure plate type high-speed silver plating to leadframe

WANG Chao*， CHEN Ya-long， CHEN Ming-ming， WANG Yi-fu

The principle， production line structure and process flow of pressure plate type high-speed silver plating were introduced. The bath composition and operation conditions of degreasing， pickling， copper plating， silver pre-plating，anti-displacement treatment， selective silver plating， stripping， and copper protection were presented. Some items needed attention during loading， unloading and other steps were pointed out. The causes and countermeasures of common problems occurred during high-speed silver plating were summarized.

semiconductor； leadframe； high-speed silver plating； production line； process flow； troubleshooting

TQ153.16

A

1004 - 227X （2016） 09 - 0475 - 06

2016-03-07

2016-05-05

王超（1989-），男，湖北黃岡人，學(xué)士，工程師，從事金屬腐蝕與防護(hù)、電鍍添加劑的研究以及高速電鍍工作。

作者聯(lián)系方式：（E-mail） wangc2008@126.com。