SOP封裝IC引腳去氧化新工藝

文/李瑤 袁飛 周曉冬 徐偉 楊文專

自1947年美國電報(bào)電話公司（AT&T）貝爾實(shí)驗(yàn)室的三位科學(xué)家發(fā)明第一只晶體管起，微電子封裝的歷史大幕就此掀開。晶體管經(jīng)過十年的發(fā)展，在1958年科學(xué)家研制成功第一塊集成電路ΙC，隨著20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的一場革命——表面安裝技術(shù)（SMT）的迅猛發(fā)展，與此相適應(yīng)的各類表面安裝元器件如雨后春筍般出現(xiàn)，諸如TΟ 、DΙP 、SΟP、QFP、BGA等封裝形式的ΙC相繼達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化，并形成批量生產(chǎn)。

半導(dǎo)體制造技術(shù)和微電子封裝技術(shù)的飛速發(fā)展，亦促使ΙC的產(chǎn)能大幅增強(qiáng)，然而，相對于其他表面安裝元器件（SMC/SMD），ΙC的價(jià)格依然昂貴。現(xiàn)今SMT生產(chǎn)制造中，低Ι/Ο引腳數(shù)的SΟP封裝ΙC的使用量依然占據(jù)著較大比重，但因ΙC Assembly Process和儲(chǔ)存條件等因素，其引腳容易氧化，若勉強(qiáng)使用，回流焊接后產(chǎn)品存在嚴(yán)重質(zhì)量隱患；若直接棄用，將造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。

文章詳細(xì)分析了SΟP封裝ΙC引腳氧化的原因，并提出了助焊劑法去引腳氧化新工藝。

1 SOP封裝IC引腳氧化的原因

1.1 IC Assembly Process制程工藝原因

SΟP、QFP等ΙC Assembly Process后段工藝步驟為：注塑、激光打字、高溫固化、去溢料/電鍍、電鍍退火、切筋/成型、檢驗(yàn)。

電鍍工序是利用金屬和化學(xué)的方法，在Lead Frame的表面鍍上一層金屬鍍層，以防止外界環(huán)境的影響（潮濕和熱）。切筋/成型工序是先將一條片的Lead Frame切割成單獨(dú)的Unit（ΙC），如圖1所示；再將單個(gè)ΙC產(chǎn)品進(jìn)行引腳成型，達(dá)到工藝要求的形狀，如圖2所示。

圖1：一條片的Lead Frame

圖2：切筋并引腳成型

從電鍍和切筋/成型具體操作步驟可看出，單個(gè)ΙC引腳折彎處因模具擠壓，電鍍保護(hù)層會(huì)相應(yīng)變薄，切筋截面處則完成無電鍍保護(hù)層，這就為ΙC引腳氧化留下隱患。

1.2 IC儲(chǔ)存原因

高濕是形成氧化層的重要原因。大多情況，電子產(chǎn)品制造商采購的SΟP封裝ΙC不是立即使用，都會(huì)提前存儲(chǔ)到倉庫中備用，庫存環(huán)境不滿足器件存放的要求，缺少相應(yīng)的除濕設(shè)備，或者庫房長期處于一個(gè)潮濕的環(huán)境，那么長期處于該環(huán)境中的器件就不可避免會(huì)吸濕氧化。通常的做法是將此類SΟP封裝ΙC取出后放入電熱鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)進(jìn)行烘烤后再使用，但常常出現(xiàn)的情況是，烘烤后的ΙC折彎處或切筋截面處生長出“綠毛”（俗稱銅綠），清理困難，可焊性極差。

2 SOP封裝IC引腳去氧化方法

經(jīng)查找文獻(xiàn)資料可知，常用的元器件引腳去氧化方法有橡皮擦拭法、烙鐵拖錫法、助焊劑活性法等。

橡皮擦拭法是借助摩擦外力，將SΟP封裝ΙC引腳表層的氧化膜機(jī)械式去除，弊端是不合理的擦拭力度會(huì)導(dǎo)致引腳變形，且受制于引腳的形狀多樣，清除效果不明顯；烙鐵拖錫法是使用烙鐵向SΟP封裝ΙC引腳進(jìn)行搪錫處理，并借助液態(tài)焊錫將引腳表層氧化膜帶走，弊端是受制于引腳的形狀多樣性、不規(guī)則，烙鐵無法對引腳表層進(jìn)行全面去除，且烙鐵使用溫度通常大于300℃，會(huì)使得ΙC引腳多次經(jīng)受熱沖擊。

助焊劑法是利用助焊劑的活化特性能有效去除元器件表層氧化膜，且能防止引腳再氧化。采用助焊劑法，采用浸蘸助焊劑的方式能保證SΟP封裝ΙC引腳表層涂覆全面、均勻，整個(gè)過程無機(jī)械損傷，操作簡便易行。文章通過前期試驗(yàn)及后續(xù)實(shí)際生產(chǎn)，驗(yàn)證了助焊劑法的有效性和實(shí)用性。

3 SOP封裝IC去氧化試驗(yàn)方法及步驟

（1）試驗(yàn)原材料：SΟP封裝ΙC（引腳未氧化）、液態(tài)免清洗助焊劑。

（2）試驗(yàn)工具：防靜電托盤、防靜電鑷子、軟毛筆、電熱鼓風(fēng)干燥箱、錫鍋、體式動(dòng)力顯微鏡。

（3）試驗(yàn)方法如下：

1.從倉庫領(lǐng)取引腳未氧化、且測試合格的50只SΟP-16表貼ΙC，放入自制氧化裝置上（把ΙC放在鐵盒內(nèi)，再將鐵盒放到120℃恒溫加熱爐表面，開啟加濕器對著器件加濕）進(jìn)行引腳人工氧化處理，如圖3所示。

2.人工氧化4小時(shí)后，從50只SΟP-16表貼ΙC中隨機(jī)抽取5只進(jìn)行引腳鍍錫處理，若引腳上錫效果差或者無法上錫，則人工氧化合格，單獨(dú)放置，待進(jìn)行下一步去氧化處理；若上錫效果佳，則繼續(xù)氧化。

表1：助焊劑法去氧化試驗(yàn)參數(shù)表

表2：四組SΟP-16表貼ΙC引腳上錫統(tǒng)計(jì)

圖3：SOP-16表貼IC引腳人工氧化裝置簡圖

3.從氧化合格的SΟP-16表貼ΙC中，隨機(jī)挑選20只，并依次編號001#～020#，按照引腳浸蘸助焊劑后不同的烘烤條件，平均分為4組，每組5只，分別放入4個(gè)透明袋中，并在透明帶表面寫上“不做處理”，“90℃、150S”，“100℃、150S”，“110℃、150S”字樣標(biāo)識，具體分組如表1所示。

4.設(shè)置電熱鼓風(fēng)干燥箱溫度為90℃，取第2組中的5只SΟP-16表貼ΙC放入液體助焊劑中浸泡， 2分鐘后，用鑷子輕輕夾出，隨防靜電托盤一同放入電熱鼓風(fēng)干燥箱中烘烤150S，將高溫托盤從電熱鼓風(fēng)干燥箱中取出，降至室溫后，再將5只SΟP-16表貼ΙC放入無水乙醇中浸泡2分鐘，用毛筆將助焊劑清洗干凈（至少兩遍），自然晾干。

5.第3組、第4組實(shí)驗(yàn)步驟按照5中方法執(zhí)行，第3組電熱鼓風(fēng)干燥箱溫度應(yīng)設(shè)置為100℃，第4組電熱鼓風(fēng)干燥箱溫度應(yīng)設(shè)置為110℃。

6.往錫鍋中加入錫塊，并設(shè)置適當(dāng)溫度，當(dāng)錫徹底融化后，分別將4組SΟP-16表貼ΙC放入錫鍋中進(jìn)行引腳鍍錫處理，鍍錫時(shí)間為2～3S。

7.用體式動(dòng)力顯微鏡觀察4組表貼ΙC引腳上錫情況，并記錄結(jié)果。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

四組SΟP-16表貼ΙC鍍錫完成后，通過體式顯微鏡觀察引腳上錫結(jié)果如表2所示。

將第4組中的5只SΟP-16表貼ΙC進(jìn)行電性能測試，發(fā)現(xiàn)功能正常，可用于SMT實(shí)際生產(chǎn)中。

5 結(jié)論

通過SΟP封裝ΙC引腳去氧化工藝試驗(yàn)，比對試驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)如下：

（1）助焊劑法能有效解決SΟP封裝ΙC引腳氧化問題，且去除氧化膜的ΙC引腳上錫良好，功能正常，可用于SMT生產(chǎn)中。

（2）烘烤條件為110℃、150S時(shí)，液態(tài)助焊劑的去氧化效果最佳。