電子封裝中電鍍技術(shù)的標準化現(xiàn)狀

管琪*，張理，王景平，戚佳明

（中國電子技術(shù)標準化研究院，北京 100176）

【綜述】

電子封裝中電鍍技術(shù)的標準化現(xiàn)狀

管琪*，張理，王景平，戚佳明

（中國電子技術(shù)標準化研究院，北京 100176）

介紹了SEMI(國際半導體設(shè)備與材料協(xié)會)等國際標準化組織在電子封裝領(lǐng)域內(nèi)電鍍技術(shù)的標準化工作情況。分析了該領(lǐng)域國內(nèi)的標準化現(xiàn)狀，并提出了國內(nèi)標準化組織的工作重點。

電子封裝；電鍍；材料；工藝；規(guī)范；標準化

2016年，我國集成電路產(chǎn)業(yè)繼續(xù)保持高位趨穩(wěn)、穩(wěn)中有進的發(fā)展態(tài)勢。雖然全球半導體產(chǎn)業(yè)整體表現(xiàn)疲弱，但國內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)仍保持了穩(wěn)定較快增長的勢頭。整體來看，全年產(chǎn)業(yè)銷售額規(guī)模同比增長已經(jīng)超過5 600億元，其中電子封裝規(guī)模占據(jù)整個集成電路產(chǎn)業(yè)的一半以上。

半導體集成電路的制造主要由前工程和后工程兩大部分組成。后工程即人們熟知的電子封裝，是將脆弱的半導體芯片通過鍵合、塑封等必要的方式包裹起來，以實現(xiàn)互連、布線、保護、散熱、信號分配、功率分配、尺寸過渡及系統(tǒng)集成等各種功能，使之最終成為實用IC產(chǎn)品的關(guān)鍵工程。

隨著半導體技術(shù)的不斷發(fā)展，電子系統(tǒng)小型化、高速化、高可靠性要求的提高，對電子封裝過程中的精細化工藝提出了更高的要求，而電鍍作為一種具有局部加工、精細化表面處理特點的材料加工方法，在電子封裝過程中起到了越來越重要的作用。電子電鍍，是指用于電子產(chǎn)品制造過程中的電鍍過程。電鍍層根據(jù)其功能不同可分為防護性鍍層、裝飾性鍍層以及功能性鍍層，在電子封裝產(chǎn)業(yè)中，主要是功能性鍍層[1]。

標準化是指為了在一定范圍內(nèi)獲得最佳秩序，對現(xiàn)實問題或潛在問題制定共同使用和重復使用的條款的活動。電子封裝中電鍍技術(shù)的標準化，其目的在于保證鍍層和電鍍工藝的科學性、合理性、先進性，從而保證封裝產(chǎn)品的質(zhì)量及可靠性。

2 標準化工作的現(xiàn)狀

2. 1 國際標準化

電鍍技術(shù)是一項應用非常廣泛的材料加工技術(shù)，在機械裝備、防腐蝕加工、電子制造等諸多方面均有應用。國際標準化組織金屬及其他無機涂層委員會(ISO/TC107)專注于金屬和其他無機覆蓋層的標準化工作，但在其編制的標準當中，并無專門的電子電鍍領(lǐng)域標準。

國際電工委員會半導體器件委員會(IEC/TC47)主導半導體器件的標準化工作，但其工作范圍并不包括電子封裝材料標準，因此鍍層等電子材料在IEC/TC47標準體系內(nèi)并無位置。

SEMI(國際半導體設(shè)備與材料協(xié)會)是一家全球高科技領(lǐng)域?qū)I(yè)行業(yè)協(xié)會，創(chuàng)建于1970年，擁有會員公司2 000多家。會員是從事半導體、平面顯示、太陽能光伏、納米科技、微電子機械系統(tǒng)等領(lǐng)域開發(fā)、生產(chǎn)和技術(shù)支持的公司。SEMI標準在國際上具有廣泛的代表性和權(quán)威性，是世界范圍內(nèi)半導體設(shè)備和材料領(lǐng)域的事實工業(yè)標準，其標準化工作領(lǐng)域涉及設(shè)備/設(shè)備自動化、材料、氣體、工藝化學品(高純試劑)、封裝、平板顯示、微光刻、光伏、微電子機械系統(tǒng)等。其大量的包括電子封裝材料在內(nèi)的電子材料標準，是對IEC/TC47中材料標準缺失的有效補充。

截至2013年12月，SEMI標準中涉及電子封裝領(lǐng)域的標準共90項，其中封裝材料標準72項，詳細的分布情況見表1。

表1 SEMI標準中電子封裝材料領(lǐng)域的標準分布Table1 Distribution of SEMI standards related to the field of electronic packaging materials

電子電鍍相關(guān)標準全部在引線框架標準領(lǐng)域內(nèi)，共9項，其中包括4項產(chǎn)品標準以及5項方法標準，具體見表2。

表2 SEMI標準中電子封裝用電鍍技術(shù)及功能鍍層標準Table2 SEMI standards about electroplating technologies and functional coatings for electronic packaging

由表2可以看出，SEMI作為世界范圍內(nèi)半導體設(shè)備和材料領(lǐng)域的事實工業(yè)標準化組織，在電子封裝用電鍍技術(shù)及功能鍍層標準化方面已經(jīng)做出了一部分工作，電子封裝用引線鍍層規(guī)范、框架鍍層規(guī)范均已發(fā)布，鍍金、鍍銀的測試方法也在標準中做出了規(guī)定。但是相比于目前電子封裝中電鍍技術(shù)的發(fā)展，SEMI標準體系仍存在以下不足。

第一，標準數(shù)量太少。表3是電子封裝中常見的功能鍍層，從中可知電子封裝中應用的電鍍技術(shù)比較復雜，應用的技術(shù)手段也比較多，9項標準遠遠不能夠滿足產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)以及發(fā)展的需要。

表3 電子封裝過程中常見的功能鍍層[2]Table3 Common functional electroplated coatings used in electronic packaging

第二，標準體系不夠完善。標準數(shù)量不足直接導致了標準體系不夠完善。由表3可以看到，在電子封裝工藝中，電鍍技術(shù)應用范圍較廣，但在SEMI標準中并未很好地體現(xiàn)出來，SEMI的封裝電鍍領(lǐng)域標準只針對引線框架加工工藝，涉及面較窄，而且標準只針對鍍層，并未涉及電鍍液等上游產(chǎn)品，不能很好地通過標準從源頭上對產(chǎn)品進行質(zhì)量把控。

第三，未體現(xiàn)環(huán)保理念。2003年歐洲委員會和歐盟議會正式批準RoHS官方指令生效，要求2006年7月1日以后在歐洲銷售的限制范圍電子產(chǎn)品必須為無鉛產(chǎn)品，同年我國信息產(chǎn)業(yè)部出臺《電子信息產(chǎn)品生產(chǎn)污染防治管理辦法》，指出2006年7月1日起投放市場的國家重點監(jiān)管目錄內(nèi)的電子信息產(chǎn)品不能含有鉛等有毒物質(zhì)。而SEMI并未從標準層面對含鉛合金鍍層進行規(guī)定。另外，銀鍍液中多使用氰化物，對環(huán)境破壞較大，SEMI標準同樣未對氰化物鍍液體系做出相應規(guī)范。

2. 2 國內(nèi)標準化

國內(nèi)負責電子封裝材料標準化工作的組織主要是全國半導體設(shè)備和材料標準化技術(shù)委員會封裝分會(SAC/TC203/SC3)。

全國半導體設(shè)備和材料標準化技術(shù)委員會(SAC/TC203)成立于1992年，前身是SEMI中國標準化委員會，對口國際SEMI相關(guān)工作，所涉及業(yè)務領(lǐng)域基本與SEMI相同，涵蓋半導體材料、光伏材料、平板顯示材料、LED照明材料、電子氣體、電子封裝材料、工藝化學品、微光刻、設(shè)備等。目前SAC/TC203下設(shè)5個分技術(shù)委員會和5個工作組，其中封裝分技術(shù)委員會主要負責電子封裝材料相關(guān)標準化工作。最新一屆的全國半導體設(shè)備和材料標準化技術(shù)委員會已于2016年換屆成功，封裝分會擬于2017年開展換屆工作。

電子封裝材料的標準體系框架如圖1所示。目前已經(jīng)納入“十三五”電子封裝材料標準體系規(guī)劃的標準項目共49項，其中已發(fā)布標準23項，在研標準7項，擬立項標準19項。但在這些標準中，電鍍相關(guān)標準僅有4項(見表4)，這與電鍍技術(shù)的應用范圍是不成比例的。

圖1 我國電子封裝材料標準體系Figure1 Chinese standard system for electronic packaging materials

表4 電子封裝材料“十三五”標準體系規(guī)劃中與電鍍相關(guān)的標準項目Table4 Some electroplating standards to be developed for electronic packaging materials in the 13th five-year plan period

電鍍技術(shù)本身的特點決定了它的應用范圍比較廣，隨之而來的是其在標準體系中的位置相對比較分散。根據(jù)電鍍技術(shù)目前的應用情況，電鍍技術(shù)及功能鍍層在體系表中可能應用于封裝基板、引線框架、鍵合絲以及其他輔料等諸多領(lǐng)域。

電鍍技術(shù)應用的廣泛性保證了技術(shù)的應用領(lǐng)域，但卻帶來了標準化發(fā)展的弊端。我國標準體系一般按用途進行分類，功能鍍層或者電鍍技術(shù)一般都是體現(xiàn)為電子封裝材料制造中的一種工藝，這使得業(yè)內(nèi)缺乏對鍍層標準進行整體研究的意識。目前我國企業(yè)進行的標準化工作，主要集中在產(chǎn)品標準和方法標準的編制，編制電鍍工藝標準的動力不足，但實際上電鍍工藝的好壞是產(chǎn)品質(zhì)量的重要保證。這需要標準化管理人員在這方面對行業(yè)加以引導，提升從業(yè)人員意識。

3 國內(nèi)電子封裝用電鍍技術(shù)的標準化工作重點

我國SAC/TC203/SC3標委會在借鑒國外先進標準的基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)產(chǎn)業(yè)實際情況，在電子封裝用電鍍技術(shù)領(lǐng)域開展了相關(guān)工作，但相對于目前國內(nèi)技術(shù)發(fā)展的速度，標準化工作仍然顯得比較滯后。

3. 1 健全組織機構(gòu)，集聚行業(yè)力量

全國半導體設(shè)備和材料標準化技術(shù)委員會封裝分會是由國家標準化管理委員會授權(quán)的國內(nèi)封裝材料唯一的標準化管理組織，新一屆標委會將于2017年進行換屆。在換屆過程中，標委會應擴大組織影響，盡可能地將國內(nèi)從事封裝電鍍的優(yōu)秀人才及骨干企業(yè)納入其中，確保封裝電鍍的人才基礎(chǔ)。

3. 2 梳理電子封裝材料標準體系，找尋標準制定重點領(lǐng)域

之前提到，電鍍技術(shù)在標準體系中的位置較為分散。標委會應以電子封裝材料標準體系為線索，以國內(nèi)產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平為基礎(chǔ)，憑借編制《工業(yè)和通信業(yè)“十三五”技術(shù)標準體系建設(shè)方案》的契機，落實部“重點突破、整體提升”的工作思路，加強頂層設(shè)計和規(guī)劃，逐步解決該領(lǐng)域標準缺失的問題。

根據(jù)國家相關(guān)重大產(chǎn)業(yè)政策規(guī)劃精神，加快電子封裝用電鍍領(lǐng)域的標準化制修訂工作。同時，縮短標準制修訂周期，使標準適應市場及技術(shù)快速變化和發(fā)展的需求。

3. 3 增加標準數(shù)量，盡快使標準覆蓋相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域

目前國內(nèi)標準中電子電鍍標準數(shù)量較少，針對電子封裝中電鍍及鍍層的標準數(shù)量更少。當產(chǎn)業(yè)發(fā)展到一定程度的時候，標準的缺失會成為產(chǎn)業(yè)繼續(xù)成長的瓶頸。國內(nèi)各有關(guān)單位應加強該領(lǐng)域內(nèi)標準的制修訂工作，使標準能夠盡可能覆蓋相關(guān)領(lǐng)域，規(guī)范國內(nèi)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

從國際上來看，該領(lǐng)域的國際標準數(shù)量同樣不多，國內(nèi)企業(yè)可在技術(shù)成熟的重點領(lǐng)域發(fā)力，搶占國際標準的制高地。

3. 4 體現(xiàn)環(huán)保理念，增加鍍層及鍍液中限用物質(zhì)的要求

歐盟于2003年出臺的WEEE和RoHS兩個環(huán)保指令對進入歐盟市場的電子電氣產(chǎn)品作出環(huán)保限制，旨在消除電子電氣產(chǎn)品中的鉛、汞、鎘、六價鉻、多溴聯(lián)苯和多溴聯(lián)苯醚6項物質(zhì)，并重點規(guī)定了鉛的含量不能超過0.1%。相應地，我國制定的《電子信息產(chǎn)品污染控制管理辦法》也于2007年3月1日起執(zhí)行，管理辦法的第二版《電器電子產(chǎn)品有害物質(zhì)限制使用管理辦法》也于2016年7月執(zhí)行，綠色電子產(chǎn)品制造已成為大勢所趨。對封裝鍍層中有害物質(zhì)進行限制，可以減少電子產(chǎn)品相關(guān)企業(yè)的生產(chǎn)和交易成本，降低相關(guān)危險。

在日常生產(chǎn)使用的電鍍液中，具有相當多數(shù)量的配位劑等物質(zhì)，且其中氰化物等具有相當?shù)亩拘裕瑢Νh(huán)境和人體均有可能造成不小的危害。2008年，環(huán)境保護部頒布了《電鍍污染物排放標準》(GB 21900–2008)，作為強制性國家標準，其在環(huán)境保護方面對電鍍行業(yè)提出了比較高的要求，標準實施以來也體現(xiàn)出其應有的作用。在電鍍液技術(shù)標準中對有害物質(zhì)含量進行規(guī)定，不僅能夠協(xié)助強制性標準的實行，減小對環(huán)境的危害，而且能夠保證電鍍質(zhì)量，在生產(chǎn)質(zhì)量與環(huán)境保護之間達成平衡，促進行業(yè)的健康發(fā)展。

4 結(jié)語

在電子封裝領(lǐng)域，合格的鍍層質(zhì)量及可靠的電鍍技術(shù)是封裝產(chǎn)品質(zhì)量的重要保證。在電子封裝行業(yè)內(nèi)對電鍍技術(shù)進行科學合理的標準化規(guī)范，有助于提升技術(shù)水平，完善工藝條件，進而提升產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性和可靠性。希望行業(yè)內(nèi)技術(shù)人員、骨干企業(yè)能夠共同完善該領(lǐng)域的標準，讓封裝電鍍標準成為“中國制造2025”的重要保障！

[1] 劉仁志. 電子電鍍技術(shù)[M]. 北京: 化學工業(yè)出版社, 2008: 8-11.

[2] 李明. 電子封裝中電鍍技術(shù)的應用[J]. 電鍍與涂飾, 2005, 24 (1): 44-49.

[ 編輯：溫靖邦 ]

Current status of standardization of electroplating technologies for electronic packaging

GUAN Qi*, ZHANG Li,WANG Jing-ping, QI Jia-ming

The work of standardization in the field of electroplating technologies for electronic packaging done by the Semiconductor Equipment and Materials International (SEMI) and other international standardization organizations was introduced. The current status of domestic standardization in this field was analyzed. Some key points of domestic standardization organization in this field were presented.

electronic packaging; electroplating; material; process; specification; standardization

TG174.441

B

1004 – 227X (2017) 08 – 0429 – 04

10.19289/j.1004-227x.2017.08.011

2016–12–15

2017–03–23

管琪（1986–），男，吉林人，碩士，工程師，從事封裝裝聯(lián)材料及印刷電子技術(shù)的標準化研究。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) guanqicesi@163.com。

First-author’s address:China Electronics Standardization Institute, Beijing 100176, China