引線框架電鍍銀工藝經(jīng)驗(yàn)談

管華良

（豐山三佳微電子有限公司，安徽 銅陵 244000）

引線框架電鍍銀工藝經(jīng)驗(yàn)談

管華良

（豐山三佳微電子有限公司，安徽 銅陵 244000）

給出了集成電路引線框架電鍍銀生產(chǎn)中去油、酸活化、中和、閃鍍銅、電鍍銀、剝銀、氰化清洗、防樹脂溢出、防變色等工序的常用配方和工藝條件，介紹了幾種防銀置換的方法及屏蔽板在剝銀中的應(yīng)用，指出了氰化清洗時(shí)應(yīng)注意的問題。

引線框架；前處理；連續(xù)高速鍍銀；電剝離；屏蔽板；防樹脂溢出；防變色

Author’s address： POOGSANJIA Microtec Co., Ltd., Tongling 244000, China

近年來(lái)，電子信息產(chǎn)業(yè)得到迅猛的發(fā)展，集成電路(IC)技術(shù)的貢獻(xiàn)頗多。我國(guó)對(duì)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)采取了積極引導(dǎo)、扶持的發(fā)展策略，使得我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)在幾年間有了空前的發(fā)展，在IC元件生產(chǎn)(包括芯片設(shè)計(jì)、芯片制造、塑料封裝)上達(dá)到了先進(jìn)水平，培養(yǎng)了一批專業(yè)人才，而且通過引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)及設(shè)備，縮短了與國(guó)際同行間的差距，使我國(guó)正逐漸成為一個(gè)國(guó)際上重要的集成電路元器件生產(chǎn)基地。

一個(gè)集成電路元件，除了需要IC芯片外，還需要有引線框架、金絲、塑料封裝等多種材料，經(jīng)多道工序加工才能完成。其流程[1]如圖1所示。

圖1 IC元件的生產(chǎn)流程Figure 1 Flow chart for production of IC parts

在集成電路元件的生產(chǎn)過程中，IC引線框架起到承接IC芯片的重要作用，它給IC芯片提供了基座、焊接引線及導(dǎo)腳。圖2為IC引線框架電鍍前外觀。為達(dá)成框架與芯片及金絲間的可焊性和IC元件的電參數(shù)性能，IC引線框架需要進(jìn)行表面處理，即電鍍。因此對(duì)電鍍過程的控制頗為重要。

圖2 IC引線框架Figure 2 IC leadframe

1 IC引線框架電鍍工藝

目前主流的IC引線框架電鍍方法是卷對(duì)卷式連續(xù)高速局部點(diǎn)鍍銀工藝，其流程如下：

IC框架半成品→去油→清洗→酸活化→中和→閃鍍銅→清洗→預(yù)浸銀→清洗→電鍍銀→銀回收→剝銀→氰化清洗→防樹脂溢出→防變色→純水洗→烘干。

1. 1 去油

通常采用電解的方式去油，其機(jī)理為通過機(jī)械沖刷，完全除掉金屬表面的贓物，并使用熱堿清潔溶液，在通電下電解除油。其機(jī)理如圖3所示。

圖3 電解除油的機(jī)理Figure 3 Mechanism of electrolytic degreasing

所用的去油劑一般為高效、低泡、可去重油脂的皂化型電解脫脂劑，對(duì)銅基體腐蝕性較小，如希普勵(lì)公司的DLF去油劑，其配方及工藝條件如下：

配制時(shí)，先用700 mL/L去離子水溶解藥粉，再稀釋至所需液位。

堿性電解脫脂處理長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)進(jìn)行的話，脫脂液中會(huì)蓄積油分、垃圾、土砂、金屬粉、金屬離子等不純物，脫脂能力會(huì)降低并會(huì)發(fā)展成為無(wú)法預(yù)期的電鍍不良問題。正在使用的脫脂液中可能存在的成分及其影響見表1。

表1 使用狀態(tài)下除油液中可能存在的物質(zhì)及相關(guān)注意事項(xiàng)Table 1 Substances possibly existing in the degreasing bath being used and some related items that need attention

綜上，對(duì)于堿性脫脂液的管理，應(yīng)在游離油的去除上投入大量精力。具體來(lái)說，鍍液循環(huán)或者浴槽液面設(shè)置吸附油的過濾材料和油分離器應(yīng)該會(huì)有效果。從以往的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，與高性能和高級(jí)種類比起來(lái)，接觸面積大而廉價(jià)的線繞過濾芯和微型氣孔過濾芯更有實(shí)效。被油附著的線繞過濾芯可以定期廢棄處理。

1. 2 酸活化

酸活化的作用一般是中和堿性膜，溶解及除掉金屬表面的氧化層，以保證鍍層與基體之間的結(jié)合力。

酸洗用化學(xué)品的選擇取決于需清洗工件的底材。IC框架的材料一般是銅，其表面氧化膜較易去除，對(duì)酸活化的要求不太高，選擇體積分?jǐn)?shù)為5% ～ 15%的硫酸溶液即可。

1. 3 中和

中和的作用在于中和酸性物質(zhì)，防止它們被帶入后續(xù)的鍍銅工藝中，同時(shí)活化金屬的表面，以利于后續(xù)的閃鍍銅及鍍銀時(shí)得到均勻的鍍層。

常用的是10 ～ 25 g/L的KCN溶液。

1. 4 閃鍍銅

其作用主要如下：

(1) 為隨后的鍍銀提供一個(gè)清潔、活化的銅底以保證結(jié)合力和均勻性；

(2) 覆蓋引線框架中可能暴露出來(lái)的合金元素(如鐵、鋅、硅、鎂、鎳等)；

(3) 在后續(xù)的剝銀工藝中保護(hù)銅底材；

(4) 在鐵和鐵合金上鍍銀時(shí)提供良好的結(jié)合力，以防止起泡和起皮。其溶液配比、工藝條件及相關(guān)注意事項(xiàng)見表2。

表2 閃鍍銅的配方、工藝條件及相關(guān)注意事項(xiàng)Table 2 Bath composition and process conditions of flash copper plating and related items that need attention

因?yàn)樵诨谋砻娉l(fā)生Cu沉積反應(yīng)之外，還會(huì)有氫氣析出，所以閃鍍銅過程中有表面清洗作用。該作用在高電流密度處可顯著發(fā)揮，但低電流密度處析氫反應(yīng)的比例低。因此，在基材表面狀態(tài)不好(如附著油和有酸洗殘?jiān)?的情況下，為能充分發(fā)揮此作用，選擇電鍍液的組成和操作條件十分重要。

1. 5 防置換

當(dāng)引線框架從閃鍍銅轉(zhuǎn)入電鍍銀時(shí)，銅框架在氰化銀溶液中會(huì)置換出銀鍍層，導(dǎo)致如下異常：

(1) 鍍銀層和銅底材的結(jié)合力差；

(2) 鍍銀層粗糙、不均勻；

(3) 銅引線的光澤和可焊性變差。

因此需要在引線框架進(jìn)入銀槽前，添加一道防置換工藝，又或者在鍍銀液中添加抑制劑，其實(shí)現(xiàn)方式見表3。

表3 幾種防置換的方法Table 3 Several methods for reducing silver immersion

1. 6 電鍍銀

合格的電鍍銀層需要具有以下特性：

(1) 具有較高的可焊性；

(2) 表面是均勻的結(jié)晶；

(3) 具有高耐熱性和低硬度。

高速鍍銀與普通鍍銀的區(qū)別見表4。

表4 高速鍍銀與普通鍍銀的比較Table 4 Comparison between high-speed and ordinary silver electroplating

1. 6. 1 配方主要成分的作用

1. 6. 1. 1 開缸鹽

開缸鹽在高速鍍銀液中一般起到導(dǎo)電、緩沖、輔助配位、穩(wěn)定鍍液等作用。有些開缸鹽在鍍液中主要起導(dǎo)電的作用，它們能提高鍍液的電導(dǎo)率，但不會(huì)與放電金屬離子配位。

1. 6. 1. 2 銀離子

高速鍍銀使用的含銀主鹽主要是氰化銀鉀和氰化銀。因?yàn)楦咚匐婂內(nèi)芤簢娚渌俣瓤?，電鍍過程在數(shù)秒到數(shù)十秒內(nèi)完成，所以要求的電流密度也較高。為了抑制濃差極化導(dǎo)致的燒焦，擴(kuò)大可使用的電流密度范圍，鍍液中銀的質(zhì)量濃度一般為60 ～ 75 g/L。如果銀離子濃度過低，那么引線框架會(huì)光澤度不足，出現(xiàn)暈色、黃紅變色，硬度低，電流效率低下。

1. 6. 1. 3 游離氰化鉀

高速鍍銀溶液是一種高銀、低游離氰的鍍液。游離氰的作用是提高鍍液導(dǎo)電性和膜厚均勻性，促進(jìn)陽(yáng)極溶解。由于電流密度高，氰離子對(duì)銀離子的配位能力不宜過強(qiáng)，因此要求體系的游離氰含量低。當(dāng)游離氰含量過低時(shí)，銀沉積時(shí)會(huì)產(chǎn)生微細(xì)顆粒和析氫，導(dǎo)致引線框架表面有小坑，鍍膜脆、有斑點(diǎn)；當(dāng)游離氰含量過高時(shí)，沉積過程會(huì)產(chǎn)生黑頭、斑點(diǎn)、燒焦、暈色，膜厚不均勻，陽(yáng)極溶解低下，電流密度低下。

1. 6. 2 鍍銀溶液帶出損失的控制

在電鍍銀的過程中，隨著引線框架的持續(xù)前進(jìn)，經(jīng)過銀槽后的引線框架表面會(huì)附帶一層鍍銀溶液。持續(xù)的溶液帶出不僅會(huì)損失大量珍貴的銀溶液，而且會(huì)污染后一道剝銀工序的溶液。因此需要在鍍銀槽上部出口安裝風(fēng)刀(見圖4)，并使用3道水洗對(duì)被帶出的銀溶液進(jìn)行回收。風(fēng)刀后的第1道水洗溶液因含銀量較高，故可作為鍍銀槽補(bǔ)充用水使用。第2道水洗溶液中銀含量較低，可以采用循環(huán)水的方式反復(fù)清洗框架后定期抽出，然后進(jìn)行電解回收。第3道水洗溶液的銀含量很低，因此像第2道水洗那樣使用后需收集起來(lái)，通過反滲透后再電解的方式回收銀。

圖4 風(fēng)刀Figure 4 Air knife

1. 7 剝銀(電剝離)

電鍍時(shí)通常會(huì)在不需要電鍍的區(qū)域電鍍上一層薄薄的銀。電剝離的作用就是通過連接低電壓，除去(回收)銅框架上點(diǎn)鍍銀區(qū)域以外的閃鍍銀。常見的溶液配方及工藝條件如下：

剝銀溶液的維護(hù)及工藝控制要點(diǎn)如下：

(1) 需保持溶液恒定的流速，以保證剝銀效果的均勻性。

(2) 要避免電鍍銀溶液被帶入到電剝離溶液中，以免加速溶液老化及影響剝銀效果。

(3) 只能使用去離子水或高純水配槽和補(bǔ)充。

(4) 在電解時(shí)，電流分布不均勻，引線框架的邊角及尖端會(huì)聚集較多的電荷，因此需要在電極與引線框架之間加裝屏蔽板，以控制銅帶表面的電流分布。使用可調(diào)節(jié)屏蔽角度的屏蔽板，就可以保證不同寬度的引線框架的剝銀均勻性。

圖5示出了一種卷式電鍍用電剝離可調(diào)節(jié)式屏蔽板，它由調(diào)節(jié)主支撐桿、屏蔽板塊、內(nèi)定位螺栓、外定位螺栓和扣板六部分組成。根據(jù)產(chǎn)品的規(guī)格和電剝離裝置結(jié)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)屏蔽板塊、內(nèi)定位螺栓、外定位螺栓，達(dá)到控制屏蔽板的高度及開口大小的目的，上部搭架搭在電剝離裝置的導(dǎo)電架上，兩端的屏蔽板架設(shè)在經(jīng)過的銅帶兩端，以起到部分屏蔽作用，減少引線框架兩端的電流分布。

圖5 一種電剝離用可調(diào)節(jié)式屏蔽板的結(jié)構(gòu)示意圖Figure 5 Schematic diagram showing the structure of an adjustable shielding plate for electro-stripping of silver

1. 8 氰化清洗

一般來(lái)說，電鍍零部件的焊接濕潤(rùn)性受以下因素的影響：

(1) 電鍍膜金屬(在焊料中的可溶性)；

(2) 電鍍膜質(zhì)(膜的粗糙度、光澤度)；

(3) 零部件形狀；

(4) 表面附著的污染物(臟污、油、汗、指紋、有機(jī)物、金屬粉等)；

(5) 表面附著的腐蝕產(chǎn)物(氧化物、硫化物、鈍化膜等)；

(6) 表面吸著物(有機(jī)化合物、水分、氣體等)。

無(wú)光澤鍍銀電子零部件焊接濕潤(rùn)性差的主要原因是以上4 ～ 6項(xiàng)，所以在堿性1%氰化鉀溶液中浸漬清洗能改善焊接濕潤(rùn)性。

在鍍銀膜表面污染比較少的情況下，通常只需要通過浸漬處理就能夠得到滿意的效果。若浸漬清洗不能改善鍍銀膜的焊接濕潤(rùn)性，可使工件作為陰極，以通電的方式進(jìn)行清洗。而當(dāng)氰化溶液被污染時(shí)，要將工件作為陽(yáng)極通電。因此，氰化清洗的通電方式需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇(見表5)。

表5 在不同電位下氰化清洗時(shí)，鍍銀層的表面狀態(tài)與焊接潤(rùn)濕性Table 5 Surface status and weldability of silver coating after cyanide cleaning at different potentials

1. 9 防樹脂溢出

樹脂溢出(EBO)是指環(huán)氧樹脂從粘接區(qū)域分離出來(lái)。溢出的樹脂不僅會(huì)降低芯片與引線框架之間的剪切力，而且會(huì)導(dǎo)致引線鍵合失敗和傳熱能力變差。樹脂的溢出機(jī)理如圖6所示。

圖6 樹脂溢出的機(jī)理示意圖Figure 6 Schematic diagram showing the mechanism of epoxy bleed out

因此需要在電鍍后處理中增加防樹脂溢出工藝，常用的是如下羅門哈斯的藥品配方及工藝條件：

1. 10 防變色

防變色的作用是在引線框架表面形成一層保護(hù)膜，以延緩引線框架在貯存時(shí)的銅變色，同時(shí)減輕在芯片封裝過程中受熱對(duì)鍍層性能造成的影響。防變色劑主要分有機(jī)和無(wú)機(jī)2種。

有機(jī)防變色劑的有效成分通常是有機(jī)硫化物和氮烯化合物，適用于短時(shí)間保護(hù)，耐熱130 °C左右。常用的有以下2種羅門哈斯的工藝。

(1) Cuprotec濃縮液10 ～ 300 mL/L(取決于時(shí)間及應(yīng)用場(chǎng)合)，pH 12 ～ 13，溫度25 ～ 45 °C，處理時(shí)間5 ～ 180 s(取決于設(shè)備)。

(2) Cuprotec 2濃縮液20 ～ 30 mL/L，溫度20 ～ 50 °C，處理時(shí)間10 ～ 300 s(取決于應(yīng)用場(chǎng)合)。

無(wú)機(jī)銅保護(hù)劑適用于高溫沖擊，耐熱300 °C左右。以下是羅門哈斯的工藝：

2 結(jié)語(yǔ)

目前，連續(xù)高速電鍍技術(shù)在國(guó)內(nèi)處于高速發(fā)展階段，只有不斷增加和提高引線框架表面處理的能力，才能滿足客戶端不斷提出的更多表面功能的需求。

[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.

[ 編輯：溫靖邦 ]

Experience of silver electroplating on leadframe

GUAN Hua-liang

The typical bath composition and operation conditions of degreasing, acid activating, neutralizing, flash copper plating, silver electroplating, cyanide cleaning, anti-epoxy-bleed-out treatment, and anti-tarnishing during silver electroplating on leadframes for production of IC (integrated circuit) parts were presented. Some methods for reducing silver immersion and the application of shielding plate to electro-stripping of silver were introduced. Some problems that need attention during cyanide cleaning were pointed out.

leadframe; pretreatment; continuous and high-speed silver electroplating; electro-stripping; shielding plate; anti-epoxy-bleed-out; anti-tarnishing

10.19289/j.1004-227x.2017.13.007

TQ153.16

：B

：1004 - 227X (2017) 13 - 0701 - 06

2017-05-25

2017-07-08

管華良（1979-），男，安徽銅陵人，本科，工程師，從事電鍍研究。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) 1474286169@qq.com。